修改晶体学基础及材料性能
2-1晶体学基础--西安交大材料科学基础
1
13
c
c1
（463）
O a a1
b1
b
图2-6 晶面指数的确定 1 Oa1=1/2a Ob1=1/2b Oc1=1/2c
14
在确定密勒指数时，还需规定几点： 在确定密勒指数时，还需规定几点： （1）该晶面不能通过原点，因为这时截距为零，其倒数 ）该晶面不能通过原点，因为这时截距为零， 是无意义的， 是无意义的，这时应选择与该晶面平行但不过原点的面来 确定晶面指数或把坐标原点移到该面之外； 确定晶面指数或把坐标原点移到该面之外； （2）当晶面与某晶轴平行时，规定其截距为 ，则截距 ）当晶面与某晶轴平行时，规定其截距为∞， 的倒数为零； 的倒数为零； ( 3)当晶面与坐标轴的负方向相交时，截距为负，该指数 当晶面与坐标轴的负方向相交时， 当晶面与坐标轴的负方向相交时 截距为负， 的负号最后标在数字的上方。 的负号最后标在数字的上方。 （4）由于任一晶面平移一个位置后仍然是等同的晶面， ）由于任一晶面平移一个位置后仍然是等同的晶面， 因此指数相同而符号相反的晶面指数是可以通用的。 因此指数相同而符号相反的晶面指数是可以通用的。
相同,还要看晶面的面间距和原子密度是否相等 如果它们 相同 还要看晶面的面间距和原子密度是否相等.如果它们 还要看晶面的面间距和原子密度是否相等 不相等,尽管晶面指数的数字相等 尽管晶面指数的数字相等,也不是性质相同的等同 不相等 尽管晶面指数的数字相等 也不是性质相同的等同 晶面,而不属于同族晶面 而不属于同族晶面。 晶面 而不属于同族晶面。
1
9
●确定晶向指数时，坐标原点不一定非选在晶向上，若 确定晶向指数时，坐标原点不一定非选在晶向上， 原点不在待标晶向上， 原点不在待标晶向上，那就需要找出该晶向上 ( x 1 , y 1 , z 1 )和 ( x 2 , y 2 , z 2 ) 两点的坐标 标 (x 1 − x 2 ) ( y 1 − y 2 ) (z 1 − z 2 ) 并使之满足： 质整数 uvw ，并使之满足： ,然后将三个数化成互 然后将三个数化成互
晶体学实验技术的晶体取向与晶格调整方法
晶体学实验技术的晶体取向与晶格调整方法引言晶体学实验技术是研究物质晶体结构和性质的重要手段之一。
在进行晶体学实验时，晶体的取向和晶格的调整是非常关键的步骤。
本文将探讨晶体取向和晶格调整的一些常用方法和技术。
一、晶体取向的方法1. 制备取向样品晶体取向的方法有很多种，其中一种常用的方法是制备取向样品。
制备取向样品的步骤包括选择合适的单晶样品，将其切割成薄片，并进行化学或物理处理。
取向样品可以通过机械打磨、化学腐蚀、电解抛光等方法获得理想的表面状态。
2. 应用X射线衍射X射线衍射在晶体学实验中发挥着重要的作用。
通过将单晶或多晶样品放置在X射线束中，利用晶体对X射线的散射特性，可以得到晶体的取向信息。
根据样品的不同取向，可以通过旋转样品或调整X射线束的方向来获取所需的取向信息。
3. 使用电子显微镜电子显微镜是一种非常强大的工具，可用于观察晶体的微观结构。
通过调整电子显微镜的入射角度和取向样品的位置，可以获得晶体的取向信息。
电子显微镜的高分辨率可以提供更精确的取向测量结果。
二、晶格调整的方法1. 热处理热处理是调整晶格的一种常用方法。
通过改变晶体的温度，可以使晶格发生一系列变化，包括晶体的形状、尺寸和晶格参数等。
在进行热处理时，需要控制好温度和时间，以确保晶体获得最佳的晶格结构。
2. 应用外力应用外力也是一种有效的晶格调整方法。
通过施加压力或拉伸样品，可以改变晶格的形状和尺寸。
外力的施加可以通过机械装置、电场或磁场等方式实现。
不同的外力会对晶体产生不同的影响，因此需要根据具体情况选择合适的方法。
3. 化学处理化学处理是调整晶格的另一种常用方法。
通过在晶体表面或周围施加特定的化学物质，可以改变晶格的结构和性质。
例如，可以使用溶液中的特定物质对晶体进行浸泡或溶解，从而调整晶体的晶格。
结论晶体学实验技术中的晶体取向和晶格调整方法，通过选择适当的实验手段和调整参数，可以获得所需的晶体特性和结构信息。
晶体取向和晶格调整的过程中需要保证实验条件的稳定性和控制精度，以获得准确的结果。
EBSD技术入门简介-(晶体学及织构基础-工程材料的织构控制-EBSD的原理及应用、数据处理演示)
（1）取向矩阵G：
u r h 0.7680.5810.268 v s k0.384 0.7530.535 w t l 0.5120.3080.802
（2）Miller指数：{ND}<RD>={hkl}<uvw>={123}<63-4>
（3）Euler角:（φ1 , Φ, φ2)=(301.0°,36.7°,26.7°) （4）轴角对：(n1, n2, n3)θ=(0.842,-0.779,-0.966)48.6°
EBSD技术入门简介-(晶体学及织构基础工程材料的织构控制-EBSD的原理及应用、
数据处理演示)
提纲
1. 晶体学及织构基础 2. 工程材料的织构控制 3. EBSD的原理及应用 4. EBSD数据处理演示
2
1. 晶体学及织构基础 2. 工程材料的织构控制 3. EBSD的原理及应用 4. EBSD数据处理演示
26
（4）三维X射线显微分析技术 • 测量块状样品内部的晶体结构及取向
– 用晶体衍射的方法
• 需要一个高能量的同步辐射X射线设备
– ESRF, Hamburg （德国汉堡）
• 对块状材料三维微观结构的完整表征
– 10mm厚 铝样品 – 2mm厚 钢样品
27
28
织构分析测试技术的比较
X射线衍射、中子衍射：定量测定材料宏观织构 SEM及电子背散射衍射(EBSD) ：微观组织表征 及微区晶体取向测定(空间分辨率可达到0.1μm) TEM及菊池衍射花样分析技术：微观组织表征 及微区晶体取向测定(空间分辨率可达到30nm) 三维同步辐射X射线显微分析：块状样品的晶体 结构及取向的无损测定（3维空间分辨率2 x 2 x 2mm3 ）
8
第一讲+EBSD晶体学与织构基础
四、晶体取向的概念
1.晶体取向的概念
2.晶体取向的表示方法及其相互转换 3.EBSD晶体取向的测定
1. 晶体取向的概念
z
001
y A e x
100 010
设空间有一个X、Y、Z三个相互垂直的坐标轴组成的直角 坐标系A，再设一个立方晶系坐标系e。两个坐标系的排列方式 使三个晶体方向分别同与之平行的X、Y、Z坐标轴同向。
晶体取向的表示方法
①
Miller指数：{ND}<RD>={hkl}<uvw>={123}<63-4> Euler角:（φ1 , Φ, φ2)=(59°,37°,63°) 取向矩阵
u r h 0.768 0.581 0.268 v s k 0.384 0.753 0.535 w t l 0.512织构的一种图形，它是把选定方向（例如板 材的轧制平面法线方向，或轧制方向，或轧制的横向，或丝 材的轴向等）在各个晶粒内的出现情况，进行统计，绘出其 分布规律的一种极射赤面投影图。
对于对称性的晶体，只需绘在极射赤面投影图的一个基本三 角形上。
a 轧制平面法线方向
[1 1 2](110)
φ1
g（φ1、Φ、φ2）
φ2
Φ
面心立方的ODF
体心立方的ODF
常见织构的参数
组分
{hkl} 铜，C S 高斯,G 黄铜,B 112 123 011 011 <uvw> 111 634 100 211
1
90 59 0 35
35 37 45 45
2
45 63 90 90
立方
001
100
0
0
Tescan Academy ——EBSD技术培训
材料科学基础I 第一章(晶体学基础)
第一章 晶体学基础
1、晶面指数 、
方法和步骤与三指数时相同， 方法和步骤与三指数时相同， 只是要找出晶面 在四个坐标 轴上的截距。 轴上的截距。 例如： 例如： a3 o a1 a2
(1010) (0110) (1100)
(1010)
2、晶向指数： 、晶向指数：
四坐标晶向指数的确定方法有行走法和解析法。 四坐标晶向指数的确定方法有行走法和解析法。由于行走法 确定的晶向指数不是唯一的，所以这里仅介绍解析法 解析法。 确定的晶向指数不是唯一的，所以这里仅介绍解析法。 步骤： 步骤： 1)求出待定晶向在 1,a2,c三个坐标轴下的指数：U, V, W 求出待定晶向在a 三个坐标轴下的指数： 求出待定晶向在 三个坐标轴下的指数 2)按以下公式算出在四坐标轴下的指数：u, v, t, w 按以下公式算出在四坐标轴下的指数： 按以下公式算出在四坐标轴下的指数
多数金属和非金属材料都是晶体。因此， 多数金属和非金属材料都是晶体。因此，首先 要掌握晶体的特征及其描述方法。 要掌握晶体的特征及其描述方法。 晶体——组成晶体的质点在三维空间作周期性地、 组成晶体的质点在三维空间作周期性地、 晶体 组成晶体的质点在三维空间作周期性地 规则地排列。 规则地排列。 晶体的特点： 晶体的特点： 质点排列具有规则性、 质点排列具有规则性、周期性 有固定熔点（结晶温度） 非晶体没有固定的熔点 非晶体没有固定的熔点] 有固定熔点（结晶温度）[非晶体没有固定的熔点 各向异性（包含多种性能） 各向异性（包含多种性能）
大学材料科学基础第二章材料中的晶体结构
4．晶面间距（Interplanar crystal spacing）
两相邻近平行晶面间的垂直距离—晶面间 距，用dhkl表示,面间距计算公式见(1-6)。 通常，低指数的面间 距较大，而高指数的 晶面间距则较小 晶面间距愈大，该晶 面上的原子排列愈密 集；晶面间距愈小， 该晶面上的原子排列 愈稀疏。
晶体结构 = 空间点阵 + 结构单元
如：Cu, NaCl, CaF2有不同的晶体结构， 但都属于面心立方点阵。 思考题：空间点阵与布拉菲点阵。
三、 晶向指数与晶面指数
（Miller Indices of Crystallographic Directions and Planes） 在晶体中，由一系列原子所组成的平面称 为晶面，原子在空间排列的方向称为晶向。 晶体的许多性能都与晶体中的特定晶面和晶 向有密切关系。为区分不同的晶面和晶向， 采用晶面和晶向指数来标定。
5．晶带 (Crystal zone) 所有平行或相交于同一直线的晶面构 成一个晶带，此直线称为晶带轴。
晶带轴[u v w]与该晶带的晶面（h k l） 之间存在以下关系： hu + kv + lw = 0 凡满足此关系的晶面都属于以[u v w]为 晶带轴的晶带，律应用举例
1 晶胞中原子数 (Number of Atoms in Unit Cell)
一个晶胞内所包含的原子数目。 体心立方晶胞：2个。 面心立方晶胞：4个。 密排六方晶胞：6个。
2 原子半径 r 与点阵常数 a 的关系
严格的说，原子半径并不是一个常数，它 随外界条件（温度）、原子结合键、配位数而 变，在理论上还不能精确地计算原子半径。 定义为晶胞中原子密排方向上相邻两原子 之间平衡距离的一半，用点阵常数表示。
晶体学基础与材料性能
晶体学基础与材料性能1. 引言晶体学作为材料科学领域的重要分支，对于理解和改善材料性能具有至关重要的作用。
晶体结构决定了材料的物理、化学以及生物学性能，从而影响到材料在日常生活中的应用。
从基本的金属、陶瓷到先进的复合材料，无一不与晶体学紧密相关。
在这一章节中，我们将探讨晶体学的基本概念，并分析晶体结构与材料性能之间的深层联系。
1.1 晶体学基本概念1.1.1 晶体的定义及特点晶体是一种具有规则几何外形和周期性结构排列的固体。
其特点包括：•有序性：组成晶体的原子、离子或分子按照一定的规律排列，形成长程有序的结构。
•周期性：晶体中的基本结构单元（晶胞）在三维空间内周期性重复排列。
•对称性：晶体具有多种空间对称性，包括旋转、镜像以及反演对称。
1.1.2 晶体的分类及晶系根据晶胞的不同形状和对称性，晶体可以分为七大晶系：立方晶系、四方晶系、六方晶系、三方晶系、正交晶系、单斜晶系和三斜晶系。
1.1.3 晶体结构的基本要素晶体结构的基本要素主要包括：•晶胞：晶体最小的重复单元，定义了晶体的基本结构和几何形状。
•布拉维格子：由晶胞扩展而成的无限大的格子结构，是描述晶体对称性的基础。
•原胞：晶体中最小的重复单元，它不包含任何晶格缺陷。
•晶格常数：晶胞中相邻原子、离子或分子之间的距离，是描述晶体结构的重要参数。
了解这些基本概念，有助于我们深入探讨晶体结构与材料性能之间的内在联系，并为后续的材料设计和优化提供理论基础。
2. 晶体结构与材料性能的关系2.1 晶体结构与力学性能2.1.1 晶体结构与弹性模量晶体的弹性模量是描述其抵抗形变能力的重要力学参数。
晶体的弹性模量与其晶体结构密切相关，不同的晶体结构具有不同的弹性模量。
晶体中原子的排列方式、键长和键角等因素都会影响弹性模量。
例如，金刚石因其特殊的晶体结构，具有非常高的弹性模量。
2.1.2 晶体结构与硬度硬度是晶体材料另一个重要的力学性能指标。
晶体结构中的原子排列方式、键的类型和空间分布等因素决定了其硬度。
金属材料的晶体学和力学性能
金属材料的晶体学和力学性能金属材料在我们日常生活中扮演着重要的角色，从家具到电器、汽车到飞机，所有的产品都可以用到金属材料。
在制造和设计这些产品时，材料的机械性能很重要。
这就需要建立一个深入了解金属材料的晶体学和力学性能的基础。
晶体学基础金属材料的晶体学是材料科学的基础，可以帮助我们理解材料的力学性能是如何形成的。
晶体学并不是选择性的，而是所有的矿物质和晶态材料都共有的。
在晶体学中，我们需要了解的是材料的晶体结构和晶体缺陷。
晶体结构是由原子排列成一定的结构，在这些结构中，原子的位置、排列和间距都是有序的。
晶体缺陷是指晶体中的一些不规则形态的部件，如空隙、间隙或理性偏差，这些缺陷可以影响材料的性能。
材料的力学性能金属材料的力学性能主要涉及到硬度、强度、塑性和韧性。
硬度是材料所承受的局部外在压力，它是用来衡量材料耐磨性的。
强度是材料所承受的拉伸、挤压和剪切等力的能力。
材料的塑性可以帮助材料形成各种各样的形状，这决定了材料是否可以被加工或成型。
最后，韧性是材料抵抗断裂的能力，即在极限条件下不产生裂纹的能力。
这是材料在长期使用中非常重要的性能。
晶体结构与机械性能了解晶体结构对于理解材料的机械性能至关重要。
金属在宏观上存在于晶粒中，晶粒内的晶体结构会直接影响到机械性能的改变。
比如，晶体结构中的点缺陷，会影响材料的强度、位错、孪晶、晶界和界面等因素也会产生关联性影响。
通过这些技术，我们可以评估材料的安全性、可持续性和性能的可预测性。
此外，通过精确了解材料的晶体结构和机械性能，可以更好地为材料的制造和应用设计提供依据。
结论我们总结一下，金属材料晶体学和力学性能之间有重要的关联。
特别是材料的晶体结构对于机械性能的增强或削弱有巨大的影响。
要想获得优秀的材料性能，需要深入了解材料的晶体学和力学性能，并通过针对材料处理和优化技术来实现。
我们期望未来的科学家和工程师能够更好地了解这些原理，并为发展高性能材料做出贡献。
潘金生材料科学基础(修订版)知识点笔记课后答案
第1章晶体学基础1.1复习笔记一、空间点阵1.晶体特征和空间点阵概述（1）晶体特征晶体的一个基本特征是具有周期性。
（2）空间点阵空间点阵是指用来描述晶体中原子或原子集团排列的周期性规律的在空间有规律分布的几何点的集合。
2.晶胞、晶系和点阵类型（1）晶胞①晶胞的定义空间点阵可以看成是由最小的单元——平行六面体沿三维方向重复堆积（或平移）而成。
这样的平行六面体称为晶胞。
②点阵常数a．描述晶胞的大小：三条棱的长度a，b和c；b．描述晶胞的形状：棱之间的夹角α，β和γ。
③选取晶胞的条件a.能反映点阵的周期性；b．能反映点阵的对称性；c．晶胞的体积最小。
（2）晶系按照晶胞的大小和形状的特点，或按照6个点阵常数之间的关系和特点，可以将各种晶体归为7种晶系。
表1-1 7种晶系（3）点阵类型①简单三斜点阵（如图1-1（1）所示）；②简单单斜点阵（如图1-1（2）所示）；③底心单斜点阵（如图1-1（3）所示）；④简单斜方点阵（如图1-1（4）所示）；⑤底心斜方点阵（如图1-1（5）所示）；⑥体心斜方点阵（如图1-1（6）所示）；⑦面心斜方点阵（如图1-1（7）所示）；⑧六方点阵（如图1-1（8）所示）；⑨菱方点阵（三角点阵）（如图1-1（9）所示）；⑩简单正方（或四方）点阵（如图1-1（10）所示）；⑪体心正方（或四方）点阵（如图1-1（11）所示）；⑫简单立方点阵（如图1-1（12）所示）；⑬体心立方点阵（如图1-1（13）所示）；⑭面心立方点阵（如图1-1（14）所示）。
图1-1 14种空间点阵（4）布拉维点阵与复式点阵①布拉维点阵：由等同点构成的点阵；②复式点阵：由几个布拉维点阵穿插而成的复杂点阵。
二、晶面指数和晶向指数1.晶面指数和晶向指数（1）晶面指数将截距的倒数化成三个互质的整数h，k，l，则（hkl）称为待标晶面的晶面指数。
（2）晶向指数将晶向上除原点以外的任一点的坐标x，y，z化成互质整数u，v，w，得到晶向指数[uvw]。
功能材料概论2
2. 晶体结构与空间点阵 既然点阵只是表示原子或原子集团分布规律的一种几何抽 象，那么，每个结点就不一定代表一个原子。就是说，可 能在每个结点处恰好有一个原子，也可能围绕每个结点有 一群原子（原子集团）。但是，每个结点周围的环境（包 括原子的种类和分布）必须相同，亦即点阵的结点都是等 同点。 晶体结构与空间点阵的区别： 空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶 体结构的周期性和对称性，由于各阵点的周围环境相同，故它 只能有14种类型；而晶体结构中则是指晶体中实际质点（原子、 分子或离子）的具体排列情况，他们能组成各种类型的排列 （因实际质点千差万别），实际排列的晶体结构是无限的。 晶体结构＝空间点阵＋结构基元 结构基元：原子、分子或其集团
正交点阵中一些晶面的面指数
正交点阵中一些晶面的面指数
• •
晶面间的距离越大，晶面上 的原子排列越密集。 同一晶面族的原子排列方式 相同，它们的晶面间的间距 也相同。
•
不同晶面族的晶面间距也不 相同。
2.1.5 晶体结构的对称性
• 宏观对称性 • 晶体的对称性最直观地表现在其几何外形上，由于晶 体外形为有限的几何图形，故晶体外形上所体现的对 称性与分子一样为点对称性，称为宏观对称性。有四 种类型的对称操作和对称元素 • 旋转 旋转轴 • 反映 反映面(镜面) • 反演 对称中心 • 旋转反演 反轴
简单四方 体心四方 简单立方 体心立方 面心立方
正交 a≠b≠c，α=β=γ＝90º
简单正交 底心正交 体心正交 面心正交
立方 Cubic a=b=c， α=β=γ＝90º
2.1.4 晶面指数
晶面指数标定步骤： 1. 在点阵中设定参考坐标系； 2. 求得待定晶面在三个晶轴上的 截距，若该晶面与某轴平行， 则在此轴上截距为无穷大；若 该晶面与某轴负方向相截，则 在此轴上截距为一负值； 3. 取各截距的倒数； 4. 将三倒数化为互质的整数比， 并加上圆括号，即表示该晶面 的指数，记为( h k l )。
第2章 贵金属材料学基础及性能
固溶体 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。它包括置换固溶体 以及间隙固溶体两大类。
置换固溶体 当溶质原子溶入溶剂中 形成固溶体时，溶质原子占 据溶剂点阵的阵点，或者说 溶质原子置换了溶剂点阵的 部分溶剂原子，这种固溶体 就称为置换固溶体。金属元 素彼此之间一般都能形成置 换固溶体，但溶解度视不同 元素而异，有些能无限溶 解，有的只能有限溶解。
贵金属的一些重要物理参数
名称 原子 系数 相对 原子 质量 基态 电子 层结 构 原子 半径 (pm) 第一 电离 能(eV) 电负 性(1) 晶体 结构 颜色 银(Ag) 47 107.88 金(Au) 79 196.97 铂(Pt) 78 195.09 钯(Pd) 46 106.4 铱(Ir) 77 192.2 铑(Rh) 45 102.91 锇(Os) 76 109.2 钌(Ru) 44 101.07
如： ＜200℃ PdO2 1130℃ Rh2O3 ＞ 370℃ PtCl4 IrS2 →
CO2中
＞ 200℃ → PdO 1121℃ → RhO 435℃ PtCl3 IrS →
CO2中
870℃ → Pd2O 1127℃ → Rh2O 582℃ PtCl3 Ir → Pt → Rh → Pd
→
→
简单三斜
简单单斜
底心单斜
简单正交
体心正交
底心正交
面心正交
简单六方
简单菱方
简单四方
体心四方
简单立方
体心立方
面心立方
三、贵金属的晶体结构
面心立方结构（A1）face - centred cubic lattice 常见金属晶体结构 体心立方结构（A 2）body - centred cubic lattice 密排立方结构（A ）hexagonal close - packed lattice 3
材料分析方法2 晶体学简介-宏观对称性-点群-点阵描述
四面体 六面体 八面体 十二面体 二十面体
{3，3} {4，3} {3，4} {5，3} {3，5}
四面体群 八面体群 二十面体群
值得一提的五次对称 性 准晶，生物分子
面心立方Cu的单胞结构
面心立方氯化钠单胞 精选pp大t 球代表Na离子，小球代表Cl离子18
第二章 晶体的对称性
• 对称（Symmetry）：物体（或图形）的各个相同 部分借助于一定的操作而有规律的重复。晶体的 几何外形等外部性质上的对称，是其内部晶格构 造对称的外在表现。
• 对称操作（Symmetry operation）：能够使对称 物体(或图形)中的各个相同部分间作有规律重复 的变换动作。
48
晶面指数的意义
Z XZ X
晶面指数所代表的不仅是某一晶面，而是代表着一 组相互平行的晶面。 平行晶面的晶面指数相同，或数字相同而符号相反
在晶体内凡晶面间距和晶面上原子的分布完全相
同，只是空间位向不同的晶面可以归并为同一晶
Y
面族，以{h k l}表示，它代表由对称性相联系的 若干组等效晶面的总和。
对称特点：必有4个3次轴， 3个相互垂直的二次轴或 四次轴
选3个相互垂直的二次轴 或四次轴为晶轴，C轴直 立，a轴前后水平放置，b 轴左右水平放置。
精选ppt
32
2，四方系
对称特点：有一根4次轴
选4次轴为C轴直立，有二次 轴选互相垂直的两个二次轴为 a ，b轴，无二次轴时，在与c 轴垂直的面网上选两个相互垂 直的行列为a ，b轴。
精选ppt
9
晶体
非晶体
SiO2
精选ppt
10
准晶体( quasicrystal)
原子排列长程有序但不是周期平移，即存在准周期。
半导体材料性能表征和改善方案
半导体材料性能表征和改善方案半导体材料是现代电子工业的基础材料，在电子器件、集成电路、光电子器件等领域有着广泛的应用。
然而，半导体材料的性能直接影响着器件的工作效果和可靠性。
因此，对半导体材料的性能进行准确的表征和针对性的改善方案的探索是非常重要的。
一、半导体材料性能表征方法1. 晶体结构表征：晶体结构是半导体材料性能的基础。
常用的晶体结构表征方法有X射线衍射（XRD）和电子衍射等。
X射线衍射可以分析晶体的晶胞常数、晶格畸变和结构杂质等信息，电子衍射则可以提供更高分辨率的晶体结构信息。
2. 元素分析：半导体材料中存在着各种元素，其含量和分布对材料的性能影响重大。
常用的元素分析方法有能谱分析技术（ESCA）和扫描电子显微镜-能谱仪（SEM-EDS）等。
ESCA可以定性和定量地分析材料中元素的种类和含量，而SEM-EDS则可以获得元素的分布信息。
3. 结构缺陷分析：结构缺陷是半导体材料中常见的缺陷形貌，对材料的性能有着重要的影响。
常用的结构缺陷分析方法有透射电子显微镜（TEM）和扫描隧道显微镜（STM）等。
TEM可以高分辨率地观察材料的晶体缺陷和界面结构，STM则可以在原子尺度上观察表面缺陷。
4. 电学性能表征：半导体材料的电学性能对器件的工作效果和电流传输等有着重要影响。
常用的电学性能表征方法有霍尔效应测量、电导率测量、电容-电压特性测量等。
霍尔效应测量可以分析材料的载流子浓度和迁移率，电导率测量可以评估材料的导电性能，电容-电压特性测量则可以测量材料的电介质特性。
二、半导体材料性能改善方案1. 晶体生长方法优化：晶体生长是制备半导体材料的重要步骤。
通过优化晶体生长方法，可以改善晶体的质量和纯度，提高材料的性能。
常用的晶体生长方法包括化学气相沉积（CVD）、分子束外延（MBE）和金属有机化学气相沉积（MOCVD）等。
2. 掺杂技术改善：通过掺杂技术，将掺杂原子引入半导体材料中，可以改变材料的电学性能。
材料的调整技巧
材料的调整技巧
调整材料可以帮助提高材料的质量和适应性。
以下是一些调整材料的技巧：
1. 改变材料的结构：调整材料的结构可以改变其性质和用途。
例如，可以通过改变粒子大小、形状、分布或排列来改变材料的力学性能或表面特性。
2. 调整材料的成分：通过添加或去除一些成分，可以改变材料的化学性质和功能。
例如，添加一些添加剂可以提高材料的耐磨性、耐腐蚀性或导电性。
3. 控制材料的制备过程：调整材料的制备过程可以改变材料的晶体结构、纤维方向或缺陷分布。
例如，改变烧结温度、冷却速度或拉伸条件可以影响材料的强度、硬度或延展性。
4. 设计材料的复合结构：通过将不同材料组合在一起，可以获得具有更好性能的复合材料。
例如，将纤维增强材料与基体材料组合可以同时提高强度和韧性。
5. 优化材料的后处理方法：对于已经制备好的材料，可以通过一些后处理方法来改善其性能。
例如，热处理、表面处理或电化学处理可以改善材料的晶体结构、表面粗糙度或化学稳定性。
6. 采用新的材料设计方法：随着科学技术的进步，新的材料设计方法不断涌现。
例如，通过计算机模拟、高通量筛选或材料基因工程等方法，可以更高效地设计
新材料或改进现有材料的性能。
通过以上技巧，可以使材料更好地满足特定的需求，提高其性能和可应用性。
晶体学基础与材料结构
晶体学基础与材料结构第⼀章晶体学基础及材料结构⽆论是⾦属材料还是⾮⾦属材料，通常都是晶体。
因此，作为材料科学⼯作者，⾸先要熟悉晶体的特征及其描述⽅法。
本章将扼要的介绍晶体学的基础知识，并了解材料结构。
1-1 晶体⼀、晶体与⾮晶体固态物质按其原⼦（或分⼦）的聚集状态⽽分为两⼤类：晶体与⾮晶体。
虽然我们看到⾃然界的许多晶体具有规则的外形（例如：天然⾦刚⽯、结晶盐、⽔晶等等），但是，晶体的外形不⼀定都是规则的，这与晶体的形成条件有关，如果条件不具备，其外形也就变得不规则。
所以，区分晶体还是⾮晶体，不能根据它们的外观，⽽应从其内部的原⼦排列情况来确定。
在晶体中，原⼦（或分⼦）在三维空间作有规则的周期性重复排列，⽽⾮晶体就不具有这⼀特点，这是两者的根本区别。
应⽤X射线衍射、电⼦衍射等实验⽅法不仅可以证实这个区别，还能确定各种晶体中原⼦排列的具体⽅式（即晶体结构的类型）、原⼦间距以及关于晶体的其他许多重要情况。
显然，⽓体和液体都是⾮晶体。
在液体中，原⼦亦处于紧密聚集的状态，但不存长程的周期性排列。
固态的⾮晶体实际上是⼀种过冷状态的液体，只是其物理性质不同于通常的液体⽽已。
玻璃就是⼀个典型的例⼦，故往往将⾮晶态的固体称为玻璃体。
从液态到⾮晶态固体的转变是逐渐过渡的，没有明显的凝固点（反之亦然，⽆明显的熔点）。
⽽液体转变为晶体则是突变的，有⼀定的凝固点和熔点。
⾮晶体的另⼀特点是沿任何⽅向测定其性能，所得结果都是⼀致的，不因⽅向⽽异，称为各向同性或等向性；晶体就不是这样，沿着⼀个晶体的不同⽅向所测得的性能并不相同（如导电性、导热性、热膨胀性、弹性、强度、光学数据以及外表⾯的化学性质等等），表现出或⼤或⼩的差异，称为各向异性或异向性。
晶体的异向性是因其原⼦的规则排列⽽造成的。
⾮晶体在⼀定条件下可转化为晶体。
例如：玻璃经⾼温长时间加热后能形成晶态玻璃；⽽通常呈晶体的物质，如果将它从液态快速冷却下来也可能得到⾮晶体。
⾦属因其晶体结构⽐较简单，很难阻⽌其结晶过程，故通常得不到⾮晶态固体，但近些年来采⽤了特殊的制备⽅法，已能获得⾮晶态的⾦属和合⾦。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
可编辑版
6
晶胞的两个要素： (1)晶胞的大小与形状：
由晶胞参数a，b，
c，α，β，γ表
示， a，b，c 为 六面体边长， α，
β，γ 分别是bc
ca , ab 所形成的 三个夹角。
可编辑版
7
(2) 晶胞的内容：粒子的种类，数目及它在晶胞中的 相对位置。
第一章 晶体学基础及材料性能
晶体特征：晶体的共性、描述晶体的一些名词
晶体类型：离子晶体、原子晶体、
分子晶体、金属晶体
晶体结构：几种典型的晶体结构
晶体缺陷：晶体缺陷的种类、对晶体性能的影响
导体、半导体和绝缘体
功能材料的性能：电性、磁性、超导性
可编辑版
1
1.1 晶体结构特征和类型
1.晶体结构的特征与晶格理论
各向同性 无 无
可编辑版
4
晶体在理想环境中可生长为凸多面体：
多面体 八面体 立方体 四面体
F+V=E+2 8+6=12+2 6+8=12+2 4+4=6+2
F:晶面数，V:顶点数，E:晶棱数
NaCl晶体
可编辑版
5
将晶体内的微粒视为几何上的点, 这些点所 组成的几何构型称为晶格(crystal lattice) 。而微 粒所占有的位置称为晶格结点( lattice point)。
A
B A
C
第三层与第一层有错位，以ABCABC…方式排列。
配位数：12
空间占有率：74.05%
可编辑版
18
(3) 体心立方堆积:(body centered cubic packing,bcc)
立方体的中 心和8个顶角 各为一个球 占据。
配位数：8
空间占有率： 68.02%
可编辑版
19
密堆积结构中的两类空隙： • 四面体空隙：
可编辑版
一层的三个 球与上或下 层密堆积的 球间的空隙。
20
• 八面体空隙：
可编辑版
一层的三个 球与错位排 列的另一层 三个球间的 空隙。
21
3.晶体类型
(1) 离子晶体
离子晶体(ionic crystal)：正、负离子交替排列 在晶格结点上，相互间以离子键结合而构成的晶体。
特征结构：配位数高，晶体中没有独立的分子 存在。离子在晶体中采取紧密堆积方式。
阴离子：大球，密堆积，形成空隙。 阳离子：小球，填充空隙。 规则：阴阳离子相互接触稳定；
配位数大，稳定。
可编辑版
22
几种典型的离子晶体
NaCl型 晶格: 面心立方
(红球－Na+ , 绿球－Cl-) 配位比: 6:6
晶胞中离子的个数:
Na:12114个 Cl:81614个
4
82
可编辑版
23
CsCl型
按带心型式分类，将七大晶系分为14种型式 (Bravias点阵型式)。例如，立方晶系分为简单立方、 体心立方和面心立方三种型式。
可编辑版
10
晶格的14种型式
简单立方cP
体心立方cI
面心立方cF
简单四方tP 体心四方tI
简单六方hP
可编辑版
简单菱形hR
11
简单正交oP 底心正交oC 体心正交oI
面心正交oF
简单单斜mP
底心单斜mC
可编辑版
简单三斜aP
12
将晶体中可能存在的各种宏观对称元素 通过一个公共点按一切可能性组合起来，共 有32种型式，称为32个晶体学点群。
将晶体的微观对称元素组合，可得到230 种型式，与这230种型式对应的对称操作群称 为空间群（费多洛夫群）。
可编辑版
13
单晶(single crystal)：单个晶体构成的物 体。在单晶体中所有晶胞均呈相同的位向。 一般所谓的晶体都是泛指单晶体。
晶胞中任一原子的位置可用向量表示， 称（X,Y,Z)为原子的分数坐标。
可编辑版
8
几种常见晶胞的原子坐标：
–*
简单立方 0，0，0
体心立方 面心立方
底心立方 C底心 B底心 A底心
可编辑版
9
按晶胞参数的差异将晶体分成七种晶系。
晶系
立方晶系 c 三方晶系 h 四方晶系 t 六方晶系 h 正交晶系 o 单斜晶系 m 三斜晶系 a
多晶(polycrystals)：由许多晶体(晶粒)构 成的物体。或者说多晶体是由许多取向不同 而随机排布的小晶体组成。
可编辑版
14
准晶体： 例如：石英玻璃—近程有序（0.1nm以下）
远程无序（20nm以上） 制成光导纤维。
石英晶体
石英玻璃
可编辑版
15
2. 球的密堆积
· :A :B :C
可编辑版
晶体(crystal):内部微粒(原子、分子或离子) 在空间按一定规律周期性排列构成的固体。
非晶体(amorphous solid):内部微粒在空间 作无规则排列构成的固体。
可编辑版
2
晶体
非晶体
可编辑版
3
晶体与非晶体的区别
晶体
规则几何外形 确定的熔点 各向异性
对X射线的衍射效应 对称性
非晶体
无定形 无确定的熔点
可编辑版
26
CaF2（萤石）型
立方晶系，空间群Fm3m，a0 = 0.545nm，Z＝4； Ca2+作面心立方密堆积 ，F-充填于全部四面体空 隙，Ca2+的配位数＝8，F-的配位数＝4；
边长
a=b=c
a=b=c a≠b≠c
夹角
α=β=γ= 900 α=β=γ≠900 α=β=γ= 900 α=β= 900, γ= 1200 α=β=γ= 900 α=γ= 900, β≠ 900 α≠β≠γ≠ 900
晶体实例
NaCl Al2O3 SnO2 AgI HgCl2 KClO3 CuSO4·5H2O
25
α－ZnS（纤锌矿）型
六方晶系， Z=2；配位比: 4:4；空间群P63mc， a0=0.382nm，c0=0.625nm，S2-六方密堆积，Zn2+ 充填于1/2的四面体空隙中。
S 2 - ：000, 2/3 1/3 1/2 Zn2+：00u, 2/3 1/3 (u-1/2)，
其中u=0.875
16
(1) 六方密堆积:(hexagonal closest packing, hcp)
同层每个球周 围有六个球， 第三层与第一 层对齐，形成 ABAB… 排 列 方 式。
配位数：12 空间占有率：
74.05%
可编辑版
17
(2)面心立方密堆积:(cubic closest packing, ccp)
晶格:简单立方 配位比: 8:8 (红球－Cs+ , 绿球－Cl-)
Cs :1个
晶胞中离子的个数:
Cl- :811个
可编辑版
8
24
β－ZnS（闪锌矿）型结构
晶格: 面心立方 配位比: 4:4 (红球－Zn2+ , 绿球－S2-)
晶胞中离子的个数:
Zn2+ :4个
S2- :61814个
2 可编辑版
8