金属间化合物的晶体结构

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金属间化合物的晶体结构

一、经典离子理论

根据经典离子理论，金属和非金属之间的化学键是通过电荷间的吸引

力形成的。在金属间化合物中，金属离子以正电荷形式存在，而非金属离

子以负电荷形式存在。这种离子之间的吸引力使得金属离子和非金属离子

结合在一起，形成晶体。

二、NaCl型结构

NaCl型结构是金属间化合物中最典型的晶体结构之一、它由正交晶

系的结构单元组成，其中金属离子和非金属离子交替排列。每个正电荷的

金属离子周围都有6个负电荷的非金属离子，每个负电荷的非金属离子周

围也有6个正电荷的金属离子。这种排列方式使得晶体具有高度规则和紧

密堆积的结构。例如，氯化钠（NaCl）和氟化钙（CaF2）都属于NaCl型

结构。

三、CsCl型结构

CsCl型结构也是金属间化合物中一个常见的晶体结构。它由正交晶

系的结构单元组成，其中一个金属离子和一个非金属离子位于体心立方（BCC）晶胞中。这种排列方式使得晶体具有比NaCl型结构更紧密的堆积。例如，氯化铯（CsCl）和溴化银（AgBr）都属于CsCl型结构。

四、ZnS型结构

ZnS型结构是金属间化合物中另一个重要的晶体结构。它由正交晶系

中的结构单元组成，其中一个金属离子和一个非金属离子位于面心立方

（FCC）晶胞中。这种排列方式使得晶体具有更高的密度和更紧密的堆积。例如，硫化锌（ZnS）和硫化铜（Cu2S）都属于ZnS型结构。

五、其他晶体结构

除了上述三种常见的晶体结构，金属间化合物还可以具有其他类型的

晶体结构。例如，磷化锗（GeP）具有立方体结构，亚硫酸铁（FeSO4∙7H2O）具有单斜晶体结构。这些不同的晶体结构导致了金属间化合物的物理和化

lani5储氢合金的晶体结构

Lani5储氢合金是一种具有重要应用价值的储氢材料，其晶体结构对于其储氢性能起着至关重要的作用。本文将从晶体结构的角度对Lani5储氢合金进行详细介绍。

Lani5储氢合金的晶体结构属于典型的金属间化合物晶体结构。它由镍原子和氢原子构成，镍原子构成了晶体的主体结构，而氢原子则位于晶体的空隙中。Lani5晶体结构是一种六方最密堆积结构，晶胞中共有两个镍原子和十个氢原子。

在Lani5晶体结构中，镍原子排列成六角形的密堆积层，每个堆积层由ABABAB...的序列组成。其中，A层由六个镍原子构成，B层由三个镍原子构成。这种排列方式使得晶体结构中的镍原子形成六角形的通道，氢原子可以在通道中扩散和储存。

与传统的金属晶体结构不同，Lani5晶体结构中的氢原子占据了镍原子之间的空隙。这种空隙位于六角形通道的中心位置，氢原子通过占据和扩散在这些空隙中。氢原子在扩散时可以通过跳跃方式进行，即从一个空隙跳跃到另一个空隙。这种扩散方式使得Lani5储氢合金具有较高的储氢容量和较快的储氢速率。

除了晶格结构对储氢性能的影响外，晶体结构中的缺陷也对储氢性能起着重要作用。在Lani5晶体结构中，晶格缺陷可以提供额外的储氢位点，从而增加储氢容量。例如，晶格中的空位可以吸附和储

存氢原子，从而增加储氢容量。此外，晶格缺陷还可以影响氢原子的扩散行为，进一步影响储氢速率。

值得注意的是，Lani5储氢合金的晶体结构是可逆的，即在吸附和释放氢原子时，晶体结构能够保持稳定。这种可逆性使得Lani5储氢合金具有良好的循环稳定性和重复使用性能，从而适用于氢能源的储存和释放。

金属间化合物晶体结构的研究——ⅳ.σ相及α-mn结构相晶体结构的新解释

金属间化合物晶体结构研究中，σ相和α-Mn结构是重要的研究方向之一。σ相是指一类金属间化合物，它们的晶体结构是由金属原子和非金属原子组成的固溶体组成的，而α-Mn结构是一种常见的金属间化合物晶体结构，它由金属原子和非金属原子组成的复合网络组成。

新的解释认为，σ相和α-Mn结构是由金属-非金属间的相互作用引起的。在σ相中，非金属原子通过配位作用稳定金属原子的位置，形成固溶体结构；在α-Mn结构中，金属原子和非金属原子之间通过共价作用形成复合网络结构。

这种新的解释有助于更好地理解金属间化合物的晶体结构，并为设计新的金属间化合物材料提供理论指导。

金属化合物结构特点

金属化合物结构的特点是由它们的化学成分和原子结构所决定的。一般情况下，金属

化合物在晶体结构中，金属原子与非金属原子以离子键或共价键结合形成晶格结构。这种

结构对金属化合物的性质和应用具有重要影响，如热电、导电、导热、强度、硬度、耐蚀

性和磁性等。

1. 非晶态结构：金属化合物可以形成非晶态结构。非晶态结构的特点是没有长程的

周期性，仅仅只有短程周期性。因此，它的物理性质会随着物质中非晶态结构的存在而发

生改变。

2. 晶格构造：金属化合物的晶体结构以最密堆积为主要特点，这种结构包括六方密

堆积、立方密堆积、体心立方密堆积和面心立方密堆积等几种常见的晶格构造。

3. 原子排布：金属化合物的晶体结构中金属原子和成分不同的非金属原子的原子排

布也很重要。原子的排布方式决定了各种物理性质，如硬度、韧性、塑性、导电性、热电性、抗氧化性等。

4. 成键方式：金属原子与非金属原子之间成键的方式有离子键，共价键和金属键等。离子键形成于金属离子和非金属离子之间，共价键形成于自由电子和占据能级的价电子之间，而金属键形成于由于金属原子的自由电子共享而产生的键。

5. 异常的晶体结构：某些金属化合物会形成一些不同于通常金属化合物的晶体结构，这被称为“异构体”。异构体的产生通常由于金属原子之间的几何形状发生改变，这通常

发生在高温、高压、光照等条件下。

cubtc晶体结构

Cubtc是指柱状铁(II)配合物铁基三酸苯胺酯（Iron(II) terephthalate, [Fe3(μ3-OH)(C8H4O4)3(H2O)3]）的晶体结构。它具有立方晶系，空间群为Fm-3m，晶胞参数a≈25.5 Å。Cubtc晶体的结构由三个铁离子和三个对苯二甲酸根离子配位形成，形成一个带有孔隙的网格结构。这个孔隙结构以及其在吸附和催化反应中的性质使得Cubtc被广泛研究和应用于气体分离、催化、荧光和其它领域。

金属间化合物

摘要 (1)

1金属间化合物的定义 (1)

2金属间化合物晶体结构 (1)

2.1 金属间化合物晶体结构分类 (1)

2.2金属间化合物晶体结构特点 (2)

2.2.1几何密排相 (2)

2.2.2拓扑密排相 (5)

2.3 金属间化合物晶体结构的稳定性 (6)

2.3.1几何密排相 (8)

2.3.2拓扑密排相 (10)

3金属间化合物的电子理论 (11)

3.1金属间化合物的结合键形式 (11)

3.2合金的基态性质 (12)

3.3金属间化合物的电子结构方法 (13)

4 总结 (16)

5 参考文献 (16)

金属间化合物晶体结构、结构稳定性和电子理论

摘要

为了促进金属间化合物在结构材料方面的应用，首先必须理解金属间化合物的晶体结构、结构稳定性及电子理论。本文从金属间化合物的定义出发，详细介绍了金属间化合物晶体结构的分类、特点和稳定性，并且为了弄清金属间化合物的结合键形式，从合金的基态性质出发介绍了两种研究金属间化合物电子结构的方法，即第一性原理和固体与分子经验电子理论。作者认为，金属间化合物的电子结构决定了结合键形式，而结合键形式又决定了结构类型。根据能量最低最稳定的原则，表征晶体结构的参数应以原子结合能为主，其它参数如原子尺寸、负电性和电子浓度均不够全面，金属间化合物的电子结构计算方法也应着重计算不同结构下的原子结合能。

关键词：金属间化合物，晶体结构，结合键，基态性质，第一性原理

1金属间化合物的定义

金属间化合物是指由两个或更多的金属组元或类金属组元按比例组成的具有金属基本特性和不同于其组元的长程有序晶体结构的化合物。金属间化合物具有金属的基本特性，如金属光泽、金属导电性及导热性等。金属间化合物的晶体结构不同于其组元，为有序的超点阵结构。组元原子各占据点阵的固定阵点，最大程度地形成异类原子之间的结合。

金属中常见的三种晶体结构

金属是人类理解和感知宇宙规律的基础，我们日常生活中实用性最好的材料就是金属。而

金属的晶体结构是深入研究金属的重要方面，也是决定金属特性的基础之一。因此，今天

我们就来讨论金属中常见的三种晶体结构：六方晶格、面心立方晶格和菱形晶格。

六方晶格是最常见的金属晶体结构形式，是对称分布最均匀、最节约空间的结构。它内部

是由晶胞堆积构成，每个晶胞由六颗原子构成，其条形运动立方体形状形成六个晶面。这

种晶体结构可以满足大多数金属原子的包裹，也是大多数金属表面及体内的晶体结构形式。

面心立方晶格结构是一种复杂的晶体结构，在它的晶胞内部分布着八颗原子，分布方式是

四个原子均匀的放置于晶胞的八个顶点，另外四颗原子均匀的放置于晶胞的六个棱面中间，这种特别的原子分布使晶粒有了更高的密度。它是一种特殊的光学结构，通常在失去平衡的金属表面形成，并影响金属的光学性质。

菱形晶格结构是四颗原子布置而成的基本晶胞，菱形晶格的核心由四个六面体构成，每一

个六面体都可以由四个原子组成，因此在晶胞中有四颗原子存在。这种晶体结构的优点是

比较均匀的原子分布，原子离聚力也更大，可以定义更长的晶格参数，可以表示物理和化

学性质。

总而言之，金属中常见的三种晶体结构就是六方晶格、面心立方晶格和菱形晶格，他们各有自身的特点，这些特点直接体现在金属的结构和性能上，研究它们可以揭示金属的秘密，从而使我们更好地应用金属。

金属间化合物要点

CuPt型（L11型）
2.2.1几何密排相特点
以面心立方结构为基的长程有序结构
➢ CuAuⅠ型（L10型）
化学式为AB。原面心立方（001）面被仅由Cu原子组成的原子面及仅由Au原子组成的原子面交替重叠堆垛而成。典型的例子有CuAu，TiAl等。
CuAuⅠ型（L10） CuAuⅠ型（L10型）
➢ 定义：由不规则的四面体填充空间的密堆结构。 ➢ 类型：laves相，σ相，χ相，β-W相等。 ➢ 特点：晶体中的间隙完全由不规则的四面体间隙
组成，没有八面体间隙，配位数＞12，致密度＞ 0.74；原子间距极短，原子间电子交互作用强烈，对称性低，滑移系少，塑性差。
2.2.1几何密排相特点
以面心立方结构为基的长程有序结构
2.2.2拓扑密排相特点
Laves相以面心立方、体心立
方和密排六方为基础的结构，并且广泛存在的典型结构，化学式为AB2。其典型代表分别为MgCu2， MgZn2和MgNi2，分别称为C14型、C15型和C36型结构，其中最简单的是六方晶系MgZn2结构
MgZn2结构
2.2.2拓扑密排相特点
CuAuⅡ型等 MgCu2相 MgZn2相 MgNi2相
2.1晶体结构分类
几何密排相 ➢ 定义：由密排面按不同方式堆垛而成的。 ➢ 类型：面心立方、体心立方、密排六方结

1-3固溶体的晶体结构1-4金属间化合物的晶体结构(1)

化合物分别称为β相相相化合物分别称为相、γ相、ε相。
尺寸因素和电化学因素对结构也有影响. 尺寸因素和电化学因素对结构也有影响.电子浓度值为21/14 21/14时值为21/14时，在不同条件下可为复杂立方结构和密排六方结构。密排六方结构。
3.受原子尺寸因素控制的化合物 3.受原子尺寸因素控制的化合物当两种原子半径相差很大的元素形成化合物时，当两种原子半径相差很大的元素形成化合物时，倾向于形成间隙相与间隙化合物，向于形成间隙相与间隙化合物，而中等程度差别时则倾向形成拓扑密堆相。向形成拓扑密堆相。 1)间隙相与间隙化合物: 1)间隙相与间隙化合物: 间隙相与间隙化合物通常是由过渡族金属原子与原子半径小于0.1nm 通常是由过渡族金属原子与原子半径小于0.1nm 所组成。的非金属元素氮的非金属元素氮、氢、碳、硼所组成。 (1)当 <0.59(Δr>=41%)时 (1)当rX/rM<0.59(Δr>=41%)时，形成具有简单晶体结构的化合物， fcc、bcc、hcp或简单立方或简单立方，的化合物，如fcc、bcc、hcp或简单立方，通常称它们间隙相，相应的分子式也较简单， MX、为间隙相，相应的分子式也较简单，如M4X、M2X、MX、 MX2等。
固溶度影响因素：固溶度影响因素：溶质原子的大小溶剂晶体结构中间隙的形状与大小
如：c在γ-Fe中，w(c)=2.11%;在а-Fe中, w(c)=0.0218%

金属晶体的常见结构

金属晶体的常见结构有以下几种：

1. 面心立方（FCC）结构：在这种结构中，金属原子分别位于正方形面的角点和中心，以及正方形面的中心。每个原子都与12个邻近原子相接触，形成一个紧密堆积的结构。典型的例子是铜、铝和金。

2. 体心立方（BCC）结构：在这种结构中，金属原子分别位于正方体的角点和正方体的中心。每个原子都与8个邻近原子相接触，形成一个比较紧密的结构。铁和钨是常见的具有BCC结构的金属。

3. 密排六方（HCP）结构：在这种结构中，金属原子以一定的方式排列，形成六边形的密排层，其中每个层的原子位于前一层原子的空隙上。这些层之间存在垂直堆叠，形成一个紧密堆积的结构。典型的例子是钛和锆。

除了以上三种常见的金属晶体结构外，还有其他特殊的结构，如体心立方密堆积（BCC HCP）和面心立方密堆积（FCC HCP）等。这些不同的结构对于金属的性质和行为有着重要的影响。

§2-5 合金与金属间化合物常见晶体结构

2.3合金相结构[1]

虽然纯金属在工业中有着重要的用途，但由于其强度低等原因，因此，工业上广泛使用的金属材料绝大多数是合金。

所谓合金是指由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。组成合金的基本的独立的物质称为组元。组元可以是金属和非金属元素，也可以是化合物。例如，应用最普遍的碳钢和铸铁就是主要由铁和碳所组成的合金;黄铜则为铜和锌的合金。

改变和提高金属材料的性能，合金化是最主要的途径。欲知合金元素加人后是如何起到改变和提高金属性能的作用，首先必须知道合金元素加人后的存在状态，即可能形成的合金相及其组成的各种不同组织形态。而所谓相是合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。由一种相组成的合金称为单相合金，而由几种不同的相组成的合金称为多相合金。尽管合金中的组成相多种多样，但根据合金组成元素及其原子相互作用的不同，固态下所形成的合金相基本上可分为固溶体和中间相两大类。

固溶体是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子(溶质原子)所形成的均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型;而如果组成合金相的异类原子有固定的比例，所形成的固相的晶体结构与所有组元均不同，则称这种合金相为金属化合物。这种相的成分多数处在A在B中溶解限度和B在A中的溶解限度之间，因此也叫做中间相。

合金组之间的相互作用及其所形成的合金相的性质主要是由它们各自的电化学因素、原子尺寸因素和电子浓度三个因素控制的。

2.3.1固溶体

固溶体晶体结构的最大特点是保持着原溶剂的晶体结构。

金属间化合物的晶体结构资料.

—A —B
7、DO3型结构
➢ 化学式： A3B ； ➢ 结构：DO3型—体心正方晶系；
—A —B
8、L21型结构
➢ 化学式： A2BC； ➢ 结构：L21型—体心正方晶系；
—A —B —C
9、C11b型结构
➢ 化学式： AB2； ➢ 结构：C11b型—体心正方晶系；
—A —B
10、hcp型结构
堆垛而成，所以[100]、[010]方向上的点阵常数与[001]方向的不一样，把[001]视为c轴，其他两轴为a轴；
—A —B
[001]
c aa
[100]
[010]
4、DO22型结构
➢ 化学式：A3B； ➢ 结构：DO22型—面心正方晶系；
—A —B
5、体心立方结构
6、B2型结构
➢ 化学式：AB； ➢ 结构：B2型—体心正方晶系；
1、面心立方结构
[001]
a aa
[100]
[010]
2、L12型结构
➢ 化学式：A3B； ➢ 结构：L12型—面心正方晶系；
—A —B
[001]
c aa
[100]
[010]
3、L10型结构
➢ 化学式：AB； ➢ 结构：L10型—面心正方晶系； ➢ 特点：[001]方向上是由仅含A原子组成的原子面与仅含B原子的原子面交替重叠

金属间化合物晶体结构的研究——ⅳ

金属间化合物晶体结构的研究——ⅳ.σ相及α-mn结构

相晶体结构的新解释

本文旨在研究金属间化合物晶体结构，将σ相及α-mn结构相晶体结构进行新解释。

★新解释的内容

1、σ相晶体结构

① σ相晶体结构与MNx互溶体的相容系统有关，Mnx系统的超空弦网络模型说明：此种晶体由正交网格和正交对应的Mnx条纹组成。

② σ相晶体的六方晶系的晶体结构形态可以用狮子框架来解释，其中含有四个Mnx环路，环形空腔，Mnx结合了螺旋状的狮子框架里的四偶极子等结构。

③在σ相晶体中，Mnx与Mnx之间存在一种立体分子结构，它们之间存在类似网键的类似立体键，对晶体结构有着重要影响。

2、α-mn晶体结构

① α-Mn晶体结构中，MNx与MNx之间存在双键状结构，其中双键由Mnx和一个Mnx簇组成，形成双键状结构，此结构对α-Mn晶体结构有着重要的影响。

②也可以将α-Mn晶体九方晶系中的晶体结构形态解释为狮子框架，其中包含有八个Mnx环绕的晶胞，环形空间，Mnx结合四偶极子等状况，与σ相晶体不同。

③首先，MNx的分散特性影响了六方晶系的晶体结构。其次，Mnx的直接键对六方晶系晶胞结构有重要影响，如直接键结构非常复杂，形

成一种新的晶体结构。

综上所述，本文对σ相及α-mn晶体结构进行了新的解释：一方面，此类晶体结构由正交网格和正交对应的Mnx条纹组成；另一方面，它们的晶体结构形态可以用狮子框架来表示，其中含有四个Mnx环路，环形空腔，Mnx结合四偶极子等状况；此外，Mnx与Mnx之间存在一种立体分子结构以及直接键，对晶体结构有着重要影响。本文的研究结果可以为进一步研究金属间化合物晶体提供参考和指导意义。

金属间化合物的晶体结构

金属间化合物是由两种或多种金属元素组成的化合物，具有特殊的晶

体结构。这些化合物通常具有高硬度、高熔点和良好的导电性等特性，因

此广泛应用于材料科学和工程领域。本文将介绍金属间化合物的晶体结构

和其形成原因。

1.铜金属间化合物：铜金属间化合物的典型晶体结构是CuAl2或

CuZn5等。在这些化合物中，铜原子通常占据体心或面心位置，形成一个

紧密堆积的结构。在这种结构中，铜原子与其他金属原子之间有共价键和

金属键的形成，使得化合物具有高强度和硬度。

2.镍基金属间化合物：镍基金属间化合物通常具有复杂的晶体结构，

如Al3Ni2、Ni3Al等。这些化合物中，镍和铝原子按照一定比例堆积在一起，形成由金属键和共价键组成的三维网络。这种结构使得镍基金属间化

合物具有高熔点、高硬度和良好的抗腐蚀性能。

3.钛金属间化合物：钛金属间化合物的晶体结构种类较多，常见的有TiAl、TiNi等。在这些化合物中，钛原子和其他金属原子形成各种晶格

结构，如体心立方、面心立方等。这些化合物具有高硬度、高熔点、较低

密度和良好的抗腐蚀性能。

4.铁基金属间化合物：铁基金属间化合物的晶体结构也较为复杂，常

见的有Fe3Al、Fe2Ti等。这些化合物中，铁原子和其他金属原子按照一

定比例排列在一起，形成复杂的晶格结构。这种结构使得铁基金属间化合

物具有高硬度、高熔点和良好的热稳定性。

1.金属元素之间的原子半径差异：金属原子的半径决定了化合物的晶

格结构。如果两种金属元素的原子半径差异较小，它们可能会形成固溶体，

而不会形成金属间化合物。然而，如果差异较大，它们通常会形成金属间化合物。

福州大学材料科学基础课件金属间化合物解析

3、受原子尺寸因素控制的金属间化合物
■Fe3W3C型:属于立方晶系，属于复杂间隙相，晶胞中有48个Fe原子、 48个W原子和16个C子；（ Ni Fe)3(W Mn)3C由Fe3W3C置换而来的。
■还有Cr7C3,Fe4W2C等类型。
4、拓扑密堆相
（1）概念：合金是由二种大小不同的原子堆积成具有高致密度和高配位数的晶体结构的中间相，称为拓扑密堆相。
2、电子化合物
（2）特点：电子浓度相同的金属间化合物，具有相同类型的结构。
（3）类型 1）电子浓度=21/14=3/2时： ■当两组元的原子半径相近时，形成密排
六方结构。如：Cu3Ga、Ag5Sn等 ■当两组元的原子半径相差较大时，形成
体心立方结构。 β –CuZn、β-Cu3Al 、βCu5Sn、FeAl等。
3、受原子尺寸因素控制的金属间化合物
2）类型： ■M3C 型:Fe3C,属于复杂间隙相，正交晶系，晶胞含有4个C和12个铁原子；（Fe Cr Mn)3C是由Fe3C置换而来的。 ■M23C6型： Cr23C6属于复杂间隙相，立方晶系，晶胞中有92个Cr和24个C； (CrFeMoW)23C6是由Cr23C6置换而来的。
3）类型： ■ AB型：面心立方结构—CaC、ZrC、 TiC、VC、VN、CrN、TiN等；体心立方结构—TaH、NbH等；简单立方结构— WC、MoN等。（说明堆积情况） ■ A2B型：面心立方结构—Ti2H、 Zr2H、Fe2N、V2N、W2C、V2C。具有反 CaF2型结构。（模型说明）

mof晶体结构

MOF（金属-有机框架）是一种由金属离子或金属簇与有机配体组成的晶体结构。MOF材料具有高度可调性和多样性，其结构可以通过选择不同的金属离子和有机配体来实现。

MOF的晶体结构通常由以下几个基本组成部分构成：

1.金属中心：MOF中的金属中心可以是单个金属离子或金属簇。常见的金属离子包括铜、

锌、镍、铝等。金属簇是由多个金属离子通过共享氧、氮等原子形成的团簇结构。

2.有机配体：有机配体是连接金属中心的有机分子。它们通常具有多个配位位点（例如氮、

氧等）以及柔性的碳链结构，可以形成与金属中心配位的化学键。

3.晶格结构：MOF的金属中心和有机配体通过化学键形成一个三维网络结构，构成MOF

的晶格。这种晶格结构通常具有多孔性，形成大量的孔道和空腔，使MOF材料具有高度可控的表面积和储存空间。

MOF的晶体结构可以通过X射线衍射、核磁共振等实验技术进行表征和确定。不同的金属离子和有机配体的选择，以及它们之间的配位方式和拓扑结构，将导致不同的MOF晶体结构和性质。MOF材料因其多样性和可调性，广泛应用于气体储存、催化、分离、传感等领域。