立方金刚石的晶体结构34页PPT
金刚石分子结构
金刚石分子结构
一、引言
金刚石是一种非常重要的材料，因其硬度高、导热性好等特点被广泛应用于工业领域。
本文将介绍金刚石分子结构的相关知识，包括其晶体结构、化学组成、电子结构等方面。
二、金刚石晶体结构
金刚石属于菱晶系，其晶体结构为立方晶系。
每个碳原子与四个相邻的碳原子形成四面体结构，共同构成了一个三维网格。
这种网格被称为钻石晶格，也是金刚石硬度高的主要原因之一。
三、金刚石化学组成
金刚石的化学式为C，即由纯碳元素组成。
每个碳原子与周围四个碳原子共享电子对形成共价键。
这些共价键非常牢固，使得金刚石具有极高的硬度和稳定性。
四、金刚石电子结构
由于每个碳原子都与周围四个碳原子形成了共价键，因此金刚石分子中的电子是非常紧密地绑定在一起的。
这种紧密的电子排布使得金刚石具有良好的导电性和导热性。
五、金刚石分子结构的应用
金刚石在工业领域中有着广泛的应用。
由于其硬度高、耐磨损、导热性好等特点，被用于制造切割工具、钻头等高强度工具。
此外，金刚石还被用于制造电子元件、光学器件等高科技领域。
六、结论
金刚石分子结构是由纯碳元素组成的立方晶系晶体结构。
其硬度高、导电性好等特点使得其在工业中有着广泛的应用。
了解金刚石分子结构对于深入理解其物理特性以及开发新型材料具有重要意义。
晶体结构(结构 晶面指数)ppt课件
SchToeoclhonfoloPghyy,sSiNcsNUand Information Technology, SNNU
CsCl 结构式
2. CsCl 结构——由两个简单立方子晶格彼此沿立方体空间对角线位移1／2
的长度套构而成
Cs+（0,0,0），Cl-（0.5,0.5,0.5）， Cs+ 平移（0.5,0.5,0.5）即可变为Cl-， Cs+和Cl离子各自构成简单立方结构
晶 体：是指其内部的原子、分子、离子或其集团在三维空间呈周期 排列的固体，表现为长程有序（在微米量级范围是有序的）
非晶体：无规则的，无序的或短程有序的。
在X射线中出现明显衍射峰的称为晶体 （微米量级甚至纳米量级）
晶体分为： 单晶体 多晶体；有机晶体 无机晶体 完整晶体 非完整晶体
Pb(Zr,Ti)O 3
金刚石晶格碳1位置碳2位置其中informationtechnologysnnuwignerseitz原胞定义以任意一个格点为中心以此格点与一切相邻格点连线的中垂面为界面围成的最小多面体特点总是代表其点阵的点群对称性总是原胞最自然最漂亮的原胞能反映晶体对称性的最小重复单元平面六角bccfcc正十二面体schoolinformationtechnologysnnubravais格子的特点所有格点周围的环境都是一样的但沿不同方向上的物理性质不同的各向异性bravais格子的格点可以看成分布在一系列平行的直线上晶列晶列的指向晶向crystaldirection晶向指数的确定步骤晶向指数的确定步骤11以晶胞中的某一阵点为原点以三条棱边为以晶胞中的某一阵点为原点以三条棱边为轴并以晶胞棱边的长度为单位长度
常见的晶体结构 ppt课件
（4）原子的空间坐标：
000, 1 1 0, 1 0 1 ,0 1 1 22 2 2 22
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3
（5）原子半径与点阵常数：
晶胞的3个棱边长度（a、b、c）与原子半径r 之间的关系，可由简单的几何知识求出。
面心立方结构（a=b=c）：
a2 a2 2r 2r2
a 2 2r
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晶胞常数： a0 2r r 3
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22
（2）质点坐标：
Cl : 000
Cl : 1 1 1
或
222
Cs : 1 1 1
Cs : 000
222
（3）配位数与配位多面体：
r 0.174 nm 0.96 0.732 r 0.181nm
CN 8,立方体配位
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10
3、密排六方结构（A3型）
（1）密堆积情况： 原子以ABAB……的方式堆积，
六方紧密堆积， （0001）面为密排面。
（2）原子分布：
12个原子分布在六方晶胞的
顶点、2个原子处于上下底心、3
个原子在六方晶胞体内。
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11
（3）单位晶胞原子数：
六方晶胞原子数：Z=6；
单位晶胞原子数：Z=2； 晶胞含有：
石墨型结构：人工合成的六方氮化硼BN……
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17
常见无机化合物晶体结构 ——离子晶体
根据数量关系（化学式）：
AX型、 AX2型、 A2X3型、 ABO3型、 AB2O4型
常见的无机化合物：
NaCl型、CsCl型、-ZnS型、-ZnS型、
CaF2型、TiO2型、刚玉（Al2O3）型、CaTiO3型、 尖晶石（MgAl2O4）型
三晶体结构PPT课件
2 h2
3 h3,
请同学自证: h1= h1 , h2= h2 , h3= h3
该晶面族的法向矢为倒格矢G (h’1h’2h’3) ,其中最短倒格矢Gh＝h1b1＋h2b2＋ h3b3
a / , a / , a / 1 (h1,h2,h3为互质整数)。晶面间距即为
h1
2 h2
3 h3, 在法向的投
影
3
若ABC面的指数为（234），情况又如何？
5. 晶体中有哪几种密堆积，密堆积的配位数是多少？
6. 晶向指数，晶面指数是如何定义的？
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5. 晶体中有哪几种密堆积，密堆积的配位数是多少？ 6. 晶向指数，晶面指数是如何定义的？
第33页/共125页
§1.6 倒格子与布里渊区
一. 倒格子基矢 (Reciprocal Lattice Vector)
5. 氯化铯（CsCl)结构 Cs＋，Cl－离子分别为简立方（SC）子格子，二子格子体心套构。
第22页/共125页
6. NaCl结构 Na＋,Cl－分别为fcc子格子，沿立方边位移a/2套构而成。
第23页/共125页
注意
不同晶体结构的Cu.NaCl,金刚石 结构，闪锌矿结构等，它们的格子 均为fcc。
2. 体心立方元素晶体, [111]方向上的结晶学周期为 多大? 实际周期为多大?
3. 面心立方元素晶体中最小的晶列周期为多大? 该 晶列在哪些晶面内?
4. 晶面指数为（123）的晶面ABC是离原点O最近
的 重
晶 合
面 ，
， 除
O O
A点、外O,OBA和、OOCB分和别O与C基上矢是a否1
、a2 、a 有格点？
（2）将原点与各级近邻的格点连线，得 到几组格矢；
晶体结构
《金属晶体》
一、金属共同的物理性质
容易导电、导热、有延展性、有金属光泽等。
金属为什么具有这些共同性质呢?
二、金属的结构
问题：构成金属晶体的粒子有哪些？
组成粒子：金属阳离子和自由电子
1.“电子气理论”(自由电子理论) 金属原子脱落来的价电子形成遍布整
个晶体的“电子气”,被所有原子所共用， 从而把所有的原子维系在一起。
1、什么是晶体？什么是非晶体？
定义：晶体——具有规则几何外形的固体
非晶体——没有规则几何外形的固体
2、晶体有什么特点和性质？
特点和性质： （1） 晶体有自范性（几何外形和内部质点排
列的高度有序性，非晶体没有） （2）晶体具有各向异性（非晶体不具有各向异
性） （3）晶体具有固定的熔点（非晶体不具有固定
《分子晶体与原子晶体》
交流·讨论
雪花、冰糖、食盐、水晶 和电木（酚醛树脂）这些固体 是否属于晶体？若不是晶体， 请说明理由。
观察与思考： 下列两种晶体有什么共同点？
干冰晶体结构
碘晶体结构
一、分子晶体
1、概念
构成晶体的粒子是分子，粒子 间以分子间作用力（范德华力， 氢键）相互作用的晶体叫分子晶 体。
故其熔点金刚石高。
金刚石 3550
沸点 （℃）
4827 4827
（3）石墨属于哪类晶体？为什么？
石墨为混合键型晶体。
4. 只认识到冰中含有共价键（即氢元素和 氧元素之间的共价键），而没有认识冰晶 体中水分子与其他水分子之间的作用力是 范德华力和氢键，不是化学键，所以误认 为冰是原子晶体。
5.属于分子晶体的有：干冰、冰、硫磺、 C60、碘、白磷、苯甲酸、稀有气体的晶体 、氧的晶体、氮的晶体； 属于原子晶体的有：金刚石、石英、金刚砂
金刚石型结构
金刚石型结构金刚石结构（Diamond structure ）就是金刚石晶体的结构；具有这种类型的晶体结构即称为金刚石型结构。
金刚石是碳原子的一种结晶体。
其中的碳原子都以共价键结合，原子排列的基本规律是每一个碳原子的周围都有4个按照正四面体分布的碳原子；这种结构可看成是由两套面心立方Bravais格子套构而成的，套构的方式是沿着单胞 [结晶学元胞]立方体对角线的方向移动1/4距离；也可以看成是由许多（111）的原子密排面沿着[111]方向、按照ABCABCABC···规律堆积起来而构成的；每个单胞中包含有8个原子，每个原胞中包含有2个不等价的原子，是一种复式晶格。
重要的半导体Si和Ge就具有金刚石型的晶体结构。
金刚石晶格的倒格子是体心立方格子。
因此，Si和Ge等金刚石型晶体中电子的Brillouin区也就是体心立方格子中的W-S原胞，其形状是切角六面体（即14面体）。
金刚石的立体结构金刚石三维结构：金刚石的晶胞金刚石晶胞二氧化硅的晶体结构：在SiO2晶体中，1个硅原子和4个氧原子形成4个共价键，每个硅原子周围结合4个氧原子；同时，每个氧原子跟2个硅原子相结合。
实际上，SiO2晶体是由硅原子和氧原子按1:2的比例所组成的立体网状的晶体。
（1）二氧化硅晶体中最小环为12元环。
SiO2晶体中Si原子的排列方式和金刚石晶体中碳原子的排列方式是相同的。
在金刚石晶体中，每个最小环上有6个碳原子，因此SiO2晶体中每个最小环上有6个Si原子，另外六边形的每条边上都夹入了一个氧原子，所以最小环为12元环。
（2）每个硅原子被12个最小环共有。
如图可以看出，每个硅原子周围有四条边，而每条边又被6个环所共有，同时由于每个环上有两条边是同一个硅原子周围的，因此还要除以2以剔除重复。
所以最终计算式为（4*6）/2=12（3）每个最小环平均拥有1个氧原子。
由于每个硅原子被12个环共有，因此每个环只占有该硅原子的1/12，又因为每个最小环上有6个硅原子，所以每个最小环平均拥有的硅原子数为：6*（1/12）=0.5个。
立方金刚石的晶体结构讲课教案PPT文档34页
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
Байду номын сангаас
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
2.2.3 金刚石的晶体结构
材料科学基础
第 2 章
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2.2.3 金刚石的晶体结构
金刚石结构
金刚石的结构
化学式C
晶体结构
立方晶系，
立方面心格子
晶胞参数:a
=0.356nm
碳原子分布
晶胞中原子数Z＝8，每
个碳原子周围都有4个碳，
以共价键结合。
结构中每个碳原子周围有4个碳原子，形成四面体配位，碳原子之间以共价键结合。
金刚石的立方面心晶胞
碳原子除分布在角顶和
面心外，还交替分布在
四个小立方体的体中心
配位四面体共顶连接(001)面投影图
配位的4个C原子
不在同一平面
金刚石的结构只能形成一种在三维空间无限延伸的大分子
金刚石结构由2套面心立方格子沿体对角线位移1/4长度套构而成
Carbon1
Carbon2
位于4条体对角线1/4处，
与周围的4个碳原子
（黄色）构成正四面体
性能与用途
①性能
②用途硬度最高的材料 ，极好的导热性 ，具有半导体性能 。
高硬切割材料和磨料、钻井用钻头、集成电路中散热片和高温半导体材料。
结构相同的物质
硅、锗、灰锡（α-Sn），以及人工合成的立方氮化硼（c-BN），其硬度仅次于金刚石，是一种超硬材料，常用作刀具材料及磨料。
立方金刚石的晶体结构
❖ 双晶是两个以上同种晶体按一定的对称规律 形成的规则连生。钻石常出现接触双晶类型， 接触双晶是指双晶个体以平面相接触而连生 在一起。
（由两个八面体构成的天然双晶钻石晶体）
（由两个立方体构成的天然穿插双晶）
2-2金刚石的主要机械物理性能
❖ 2-2-1机械性能 ❖ 1、硬度 ❖ 莫氏硬度10、 ❖ 显微硬度10600 （大于30GPa） ❖ 硬度 金刚石的摩氏硬度为10，是
24
0.03
36
1.04
109
3.75
189
4.2
536
5.4
795
30.8
1120
100
1427
146
2060
833
10600 117000
﹡以α–石英作为100，为相对标准。
几种常见材料的硬度比较
2.硬度与原子结构的关系 各向异性 晶体不同方向硬度有一定差异< 111 >> <
110> > < 100> ……(用立方模型表示)。这给钻石的 加工带来了方便。金刚石的高硬度保证了钻石的耐 磨性，永不磨损。 为什么沿不同方向加工的难易不一样？
最硬的物质。 ❖ 这种10级硬度是相对的。实际上它
是硬度为9的刚玉的绝对硬度的150 倍，比硬度为7的水晶大1000倍
矿物
滑石 石膏 方解石 萤石 磷灰石 正长石 石英 黄玉 刚玉 金刚石
摩斯硬度
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
压入硬度 研磨硬度﹡
(Vicker kg/mm2) (Rosival)
❖ 4、强度 ❖ 强度是衡量金刚石晶体质量的主要指标 ❖ 1）抗压强度 ❖ 一般磨料级1.5GPa ❖ 高品级3-5GPa ❖ 2)抗冲击韧性 ❖ 3）弹性模量与压缩系数
金刚石晶体类型
金刚石晶体类型
金刚石属于立方晶系，晶体结构为面心立方格子。
立方晶系指晶体的对称性仅限于三个垂直的轴，且是等长的，这意味着在这种晶系中，立方体的每个面都具有相同的形状和大小。
而面心立方格子则指在立方晶系中，每个晶胞的八个顶点处各有一个原子，并且每个面心上也有一个原子。
金刚石晶体的结构非常稳定，它们由纯碳元素组成，原子间的共价键非常坚固，因此金刚石具有非常高的硬度和抗腐蚀性能。
它们被广泛用于工业领域，如磨料、切割工具和传感器等。