第二章晶體結(jié)構(gòu).ppt

1、第二章 晶體結(jié)構(gòu)與晶體中的缺陷,2.1 典型結(jié)構(gòu)類型,2.2 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)（略，實驗課參照模型學(xué)習(xí)）,2.3 晶體結(jié)構(gòu)缺陷,2.1 典 型 結(jié) 構(gòu) 類 型,金剛石結(jié)構(gòu) 石墨結(jié)構(gòu) NaCl型結(jié)構(gòu) CsCl型結(jié)構(gòu) 閃鋅礦型結(jié)構(gòu) 纖鋅礦型結(jié)構(gòu),螢石型結(jié)構(gòu) 金紅石型結(jié)構(gòu) 碘化鎘型結(jié)構(gòu) 十. 剛玉型結(jié)構(gòu) 十一. 鈣鈦礦型結(jié)構(gòu) 十二. 尖晶石型結(jié)構(gòu),一、金剛石結(jié)構(gòu),化學(xué)式C；晶體結(jié)構(gòu)為立方晶系Fd3m，立方面心格子，a00.356nm；碳原子位于立方面心的所有結(jié)點位置和交替分布在立方體內(nèi)四個小立方體中心；每個晶胞中原子數(shù)Z8，每個碳原子周圍都有4個碳，之間形成共價鍵。,與其結(jié)構(gòu)相同的有硅、鍺、灰錫、合成

2、立方氮化硼等,性質(zhì)： 硬度最大、具半導(dǎo)體性能、極好的導(dǎo)熱性,二、石墨結(jié)構(gòu),石墨（C），六方晶系，P63mmc，a0=0.146nm，c0=0.670nm，每個晶胞中原子數(shù)Z=4 。,結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為碳原子呈層狀排列。層內(nèi)碳原子呈六方環(huán)狀排列，每個碳原子與三個相鄰碳原子之間的距離均為0.142nm；層間距離為0.335nm。層內(nèi)為共價鍵，層間為分子鍵相連。,性質(zhì)：碳原子有一個電子可以在層內(nèi)移動，類似于金屬中的自由電子，平行層的方向具良好導(dǎo)電性；硬度低，易加工；熔點高；有潤滑感。 石墨與金剛石的化學(xué)組成相同，結(jié)構(gòu)不同，這種現(xiàn)象稱為同質(zhì)多晶現(xiàn)象，石墨和金剛石是碳的兩種同質(zhì)多象變體。,人工合成的六方氮化硼與

3、石墨結(jié)構(gòu)相同。,三、NaCl型結(jié)構(gòu),石鹽化學(xué)式NaCl，立方晶系，F(xiàn)m3m，立方面心格子，a00.563nm，單位晶胞中的“分子”數(shù)Z4。,陰、陽離子以離子鍵結(jié)合，為離子晶體。Cl-按立方最緊密堆積方式堆積，Na充填于全部八面體空隙中，陰、陽離子配位數(shù)均為6。,NaCl晶胞中4個Cl-和Na的坐標分別為：,Cl-：000, 0, 0 , 0 Na+：00，00，0 0， ,屬于NaCl型結(jié)構(gòu)的晶體很多，見下表。,四、CsCl型結(jié)構(gòu),立方晶系Pm3m空間群，a00.411nm，Z1，立方原始格子，Cl-處于立方原始格子的八個角頂上，Cs位于立方體中心（立方體空隙）， Cl-和Cs+的CN均為8。

4、,離子坐標：Cs+ ； Cl-0 0 0,屬于CsCl型結(jié)構(gòu)的晶體：CsBr、CsI、NH4Cl等,五、ZnS（閃鋅礦）型結(jié)構(gòu),立方晶系F 3m，a00.540nm，Z4，立方面心格子，S2-位于立方面心的結(jié)點位置，而Zn2+交錯地分布于立方體內(nèi)的1/8小立方體的中心。 陰、陽離子的CN均為4，若把S2-看成立方最緊密堆積，則Zn2+充填于1/2的四面體空隙中。,S 2- ：000, 0, 0 , 0 Zn2+： , , , ,屬于閃鋅礦型結(jié)構(gòu)的晶體：-SiC, GaAs, AlP, InSb等,Zn-S四面體以共頂方式相連,結(jié)構(gòu)俯視圖，數(shù)字為標高，0為底面位置，25、50、75分別為晶胞1/

5、4、1/2、3/4的標高,S2-,Zn2+,六、ZnS（纖鋅礦）型結(jié)構(gòu),六方晶系,空間群P63mc，a0=0.382nm，c0=0.625nm，Z=2；陽離子和陰離子的配位數(shù)都是4 ；S2-按六方最緊密堆積排列，Zn2+充填于1/2的四面體空隙中。,S 2 - ：000, 2/3 1/3 1/2 Zn2+：00u, 2/3 1/3 (u-1/2)， 其中u=0.875,屬于纖鋅礦型結(jié)構(gòu)的晶體有：BeO、ZnO、AIN等,七、CaF2（螢石）型結(jié)構(gòu),立方晶系，空間群Fm3m，a0 = 0.545nm，Z4；Ca2+位于立方面心的結(jié)點上，F(xiàn)-位于立方體內(nèi)八個小立方體中心；Ca2+的CN8，F(xiàn)-的C

6、N4；,Ca2+作立方緊密堆積 ，F(xiàn)-充填于全部四面體空隙，八面體空隙全部空著，因此在八個F-之間存在有較大的空洞，為F-的擴散提供條件。,Ca2+：000， 0， 0 ，0 F - ： , , , , , , , ,類似晶體：BaF2、PbF2、SnF2、CeO2、ThO2、UO2等,右圖為CaF-結(jié)構(gòu)以配位多面體相連的方式，圖中立方體為CaF立方體，Ca2位于立方體中心，F(xiàn)-位于立方體角頂，立方體之間以共棱關(guān)系相連。,反螢石結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)與螢石完全相同，只是陰、陽離子 位置完全互換。如Li2O、Na2O、K2O等。,八、TiO2（金紅石）型結(jié)構(gòu),四方晶系，P42/mnm ，a0=0.459

7、nm，c0=0.296nm，Z=2； Ti4+位于四方原始格子結(jié)點位置，體中心Ti4+不屬此四方原始格子，而自成另一套四方原始格子，因為這兩個Ti4+周圍環(huán)境不同，不能成為四方體心格子，O2-處于特定位置；,Ti4+：000， O2-：uu0, (1-u)(1-u)0, ( +u)(-u)，(-u)(+u) ，u=0.31,Ti4+的配位數(shù)為6，O2-的配位數(shù)為3。,Ti-O八面體以共棱方式排成鏈狀，晶胞中心的鏈和四角的TiO八面體鏈的排列方向相差90 鏈與鏈之間是TiO八面體以共頂相連,還可以把O2-看成近似六方緊密堆積，而Ti4+位于1/2的八面體空隙中,屬于金紅石結(jié)構(gòu)的晶體有：SnO2；

8、PbO2；MnO2；MoO2； WO2；MnF2； MgF2；VO2,九、CdI2（碘化鎘）型結(jié)構(gòu),三方晶系，空間群P m ，a0=0.424nm，c0=0.684nm，Z=1； Cd2+占有六方原始格子的結(jié)點位置，I-交叉分布于三個Cd2+的三角形中心的上、下方； Cd2+的配位數(shù)是6，上下各3個I- ， I-配位數(shù)是3，3個Cd2+處于同一邊，因此，該結(jié)構(gòu)相當于兩層I-離子夾一層Cd2+ ，構(gòu)成復(fù)合層。層間由范德華力相連，是一種較典型的層狀結(jié)構(gòu)，層間范德華力較弱，而呈現(xiàn)（0001）的解理；層內(nèi)則由于極化作用，CdI之間是具有離子鍵性質(zhì)的共價鍵，鍵力較強。,類似晶體有：Ca（OH）2；Mg（

9、OH）2；CaI2；MgI2等。,晶胞中質(zhì)點的坐標： Cd2+為000；I-為2/31/3u，1/32/3(u-1/2)，u=0.75,十、Al2O3（剛玉）型結(jié)構(gòu),三方晶系，空間群 ，a0=0.517nm，=5517，Z=2,O2-按六方緊密堆積排列 ，形成ABABAB重復(fù)規(guī)律，Al3+填充于2/3的八面體空隙，Al3+的分布原則符合鮑林規(guī)則：在同一層和層與層之間，Al3+之間的距離應(yīng)保持最遠。,Al2O3中的氧與鋁的排列次序可寫成： OAAlDOBAlEOAAlFOBAlDOAAlEOBAlFOAAlD 13層,屬于剛玉型結(jié)構(gòu)的晶體： Fe2O3、Cr2O3、Ti2O3、V2O3、FeTi

10、O3 ；MgTiO3等,十一、CaTiO3（鈣鈦礦）型結(jié)構(gòu),鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的通式為ABO3，其中A代表二價（或一價）金屬離子：Ca2+, Ba2+, Pb2+ ，B代表四價（或五價）金屬離子：Ti4+, Zr4+。,CaTiO3在高溫時為立方晶系（理想結(jié)構(gòu)），Pm3m，a00.385nm，Z1；600以下為斜方晶系PCmm。,Ca2+占有立方面心的角頂位置，O2-占有面心位置，可看成Ca2+ 和O2- 共同組成立方緊密堆積，Ti4+充填于1/4的八面體空隙中，位于立方體中心， Ti4+ 的CN6， Ca2+的CN12。,Ti4+ 的CN6， Ca2+的CN12,十二、MgAl2O4（尖晶石）型結(jié)構(gòu),AB2O4型化合物中最重要的一種結(jié)構(gòu)是尖晶石結(jié)構(gòu)：,立方晶系 ，F(xiàn)d3m，a0=0.808nm，Z=8,O2-按立方緊密堆積排列，二價離子A充填1/8 四面體空隙，三價離子B充填1/2八面體空隙正型尖晶石結(jié)構(gòu)。 八