典型晶体结构

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典型晶体结构类型

典型晶体结构类型

非金属元素单质晶体的结构基元:第VI族元素
对于第V族元素:
每个原子周围共价单键个数为:8-5=3 其晶体结构是:原子之间首先共价结合形成 无限层状单元,层状单元之间借助范德华力结合 形成晶体
非金属元素单质晶体的结构基元:第V族元素
对于第IV族元素:
每个原子周围共价单键个数为:8-4=4 其中:C、Si、Ge皆为金刚石结构,由四面体 以共顶方式共价结合形成三维空间结构。
刚玉型:α-Fe2O3、Cr2O3、Ti2O3、V2O3、FeTiO3、 LiNbO3
(四)ABO3型结构
—— CaTiO3(钙钛矿)型结构
CaTiO3(钙钛矿)型:PbTiO3、BaTiO3……
在理想对称的ABO3型结构中,三种离子半径 有如下关系:
rA rO 2 rB rO
第二章 晶体结构与晶体 中的缺陷

典型结构类型
硅酸盐晶
金属单质晶体结构 非金属单质晶体结构

无机化合物晶体结构
一、金属单质晶体结构
同种元素组成的晶体称为单质晶体。 典型金属的晶体结构是最简单的晶体结 构。由于金属键的性质,使典型金属的晶体 具有高对称性,高密度的特点。常见的典型
非金属元素单质晶体的结构基元:第IV族元素
典型非金属元素晶体结构
(1)金刚石结构
金刚石结构:Si、Ge、灰锡α-Sn、人工合成的立方氮化硼BN……
(2)石墨结构
石墨型结构:人工合成的六方氮化硼BN……
三、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、 ABO4型、AB2O4型 根据密堆积形式: 面心立方紧密堆积 六方紧密堆积 常用分析方法: 坐标系法、密堆积法和多面体配置法

金属晶体结构中最常见的三种典型晶体结构

金属晶体结构中最常见的三种典型晶体结构

金属晶体结构中最常见的三种典型晶体结构金属晶体结构是金属内部原子排列的有序结构,它决定了金属的物理和化学性质。

在金属的晶体结构中,最常见的三种典型晶体结构分别是面心立方晶体结构、体心立方晶体结构和简单立方晶体结构。

面心立方晶体结构是金属晶体结构中最常见的一种类型。

它的基本单元是原子在每个面心上都存在一个原子,同时每个边上也存在一个原子。

这种结构具有高度的对称性,晶胞内的原子排列非常紧密。

由于原子之间的距离相对较短,面心立方晶体结构的金属通常具有良好的塑性和导电性能。

例如,铜、铝、银等金属都采用面心立方晶体结构。

体心立方晶体结构是另一种常见的金属晶体结构。

它的基本单元中,一个原子位于晶胞的中心,而其他八个原子将组成一个正八面体排列在体心的位置上。

这种结构相对于面心立方结构而言,原子之间的距离较远,因此体心立方晶体结构的金属通常具有较高的密度和较高的熔点。

例如,钨、铁、钴等金属都采用体心立方晶体结构。

简单立方晶体结构是最简单的一种金属晶体结构。

它的基本单元中只有一个原子位于晶胞的每个角上,形成一个立方体。

因为排列不紧密,简单立方晶体结构的金属通常具有较低的密度和较低的熔点。

例如,铋、钠、铀等金属都采用简单立方晶体结构。

在实际应用中,金属的晶体结构对其性能和用途有着重要的影响。

利用不同的晶体结构可以使金属具有不同的性质。

例如,面心立方结构的金属通常具有良好的延展性和韧性,适用于制造细丝、薄片等产品。

而体心立方结构的金属则更适用于制造强度较高的材料,如建筑材料、汽车零部件等。

简单立方结构的金属则较少应用于工业生产中,但在一些特殊的情况下,也具有一定的应用价值。

总之,金属晶体结构中最常见的三种典型晶体结构是面心立方晶体结构、体心立方晶体结构和简单立方晶体结构。

它们在金属的性质和应用中都发挥着重要的作用。

了解和研究这些晶体结构对于深入理解金属的特性以及开发新材料具有重要的指导意义。

典型的晶体结构

典型的晶体结构

典型的晶体结构的典型晶体结构是1。

铁铁原子可以形成两个体心立方晶胞晶体:910℃以下的α-铁和1400℃以上的δ-铁伽马面心立方晶体可以在这两个温度之间形成在三个晶相中,只有γ-铁能溶解少量碳问:1。

在体心立方晶胞中,面中心的间隙的对称性是什么?如果外来粒子占据这个间隙,外来粒子与宿主离子的最大可能半径比是多少?2。

如果一个以物体为中心的立方体单元中一个空洞的坐标是(0,a/2,a/4),它的对称性是什么?占据间隙的外来粒子与宿主离子的最大半径比是多少?3。

假设在转化温度下,两种晶型α-铁和γ-铁的最近原子之间的距离相等,计算出在转化温度下γ-铁与α-铁的密度比4。

为什么只有γ-铁能溶解一点碳?在体心立方晶胞中,中心的原子与角落的原子接触,而角落的原子彼此不接触。

a=(4/3)r①②③1。

两个立方体单元的中心之间的距离是a,也等于2r+2rh[,如图1]所示,其中rh是空隙的半径“x”,并且a = 2r+2rh = (4/3) r RH/r = 0.115 (2分钟)面对角线(2a)比主体中心之间的距离长,因此空隙形状是缩短的八面体,称为扭曲八面体(1分)2。

身体中心的两个原子(A和B)和连接两个晶体底面的两个角原子在图2中被称为[C和D]从连接顶部原子的线的中心到连接底部原子的线的中心的距离是a/2;顶部原子下面的底部原子形成了半个晶胞。

间隙“h”位于线的一半,这也是对称所要求的。

因此,要考虑的直角三角形的一边的长度是a/2,另一边的长度是a/4[图3],所以斜边是5/16a(1分)r+相对湿度= 5/16a = 5/3r相对湿度/相对湿度= 0.291 (2分)3。

密度比= 42: 33 = 1.09 (2分)4。

c原子体积很大,不能填充在体心立方的任何空隙中,但可以填充在面心立方结构的八面体空隙中(相对湿度/相对湿度/相对湿度=0.414)(2分)2。

Fe3O4+-科学研究表明,fe3o 4是由Fe2、Fe3和O2通过离子键组成的复合离子晶体O2的重复-排列模式如图b所示。

典型的晶体结构

典型的晶体结构

典型的晶体结构
晶体是由具有规则排列的原子、分子或离子组成的固体。

晶体结构是指晶体中各个原子、分子或离子的排列方式和周期性的空间堆积规律。

钠氯化物晶体是一种典型的离子晶体,其晶体结构由钠离子(Na+)和氯离子(Cl-)组成。

钠氯化物晶体结构属于立方晶系,具体来说是面心立方晶系。

在立方晶系中,晶胞由于具有三个相等的边长和90度的内角,因此钠氯化物晶体结构的晶胞形状是一个立方体。

在钠氯化物晶体结构中,每个钠离子都被六个氯离子包围,而每个氯离子也被六个钠离子包围。

这种排列方式使得钠氯化物晶体呈现出高度的对称性和周期性。

在晶体结构中,钠离子和氯离子的排列方式是相互平衡的,以使得整个晶体结构达到最低能量状态。

钠氯化物晶体中的钠离子和氯离子之间通过离子键相互吸引。

离子键是一种强大的化学键,它是由正负电荷之间的电静力吸引力所形成的。

钠离子和氯离子之间的离子键使得钠氯化物晶体具有高熔点、脆性和良好的导电性。

钠氯化物晶体结构的周期性排列使得其具有许多重要的性质和应用。

由于其高熔点和稳定性,钠氯化物被广泛应用于熔盐堆核能反应堆的燃料。

此外,钠氯化物晶体也广泛用于制备其他化合物和合金,
以及用作化学试剂和催化剂。

钠氯化物晶体结构是一种典型的离子晶体结构,具有高度的对称性和周期性排列。

其晶胞形状为立方体,钠离子和氯离子通过离子键相互吸引并形成稳定的晶体结构。

钠氯化物晶体结构不仅具有重要的化学性质和物理性质,还有广泛的应用领域。

常见九种典型的晶体结构

常见九种典型的晶体结构

尖晶石通式是A2+B3+2O4,表示二价阳离子A占据了 晶胞四面体空隙,三价阳离子B占据八面体空隙,此即 尖晶石结构,代表是尖晶石(MgAl2O4),
当结构中的四面体空隙被B3+占据,而八面体空隙则 被B3+和A2+各占一半,即有分子式B3+ A2+B3+ 2O4时, 这种结构叫做反尖晶石结构,代表物质磁铁矿
▪ 值得指出的是,部分元素的单质可以在不同条件下 形成不同的结构,或者可以有不同的结构状态共存,
▪ 如单质铁:
▪ α-铁(Iron-alpha) ---(奥氏体) --立方体心 ▪ γ-铁(Iron-gama) --(马氏体)--立方面心 ▪ ε-铁(Iron- Epsilon) --六方结构
2 氯化铯 CsCl 结构
5 石盐结构
空间群:Fm3m,立方面心格子,
具有NaCl型结构的部分物质,
氯化物 碳化物
氯化钾
(KCl)
氯化铷
(RbCl)
碳化钛
(TiC)
碳化钒
(VC)
碳化锆
(ZrC)
氮化物
氮化钒
(VN)
氮化钛
(TiN)
氮化锆
(ZrN)
氮化钪
(ScN)
氮化铕
(EuN)
氧化物
氧化镁
(MgO)
氧化钴
(CoO)
氧化镍
金刚石的晶体结构可以看成是半数的C作立方最紧密堆积 蓝 球 ,另外一半C相间地充填在其中的四面体孔隙中(红球)而构成 的,
该晶体是典型的原子晶体,每个碳原子都以sp3杂化轨道与四个 碳原子形成强的共价键,键长为0.155nm,键角为109° 28′16″,即C的配位数4,配位多面体是四面体,碳-碳配位 四面体在三维空间共角顶相联,形成最坚强的晶体结构。

金属晶体的常见结构

金属晶体的常见结构

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。

1。

常见九种典型的晶体结构

常见九种典型的晶体结构

反萤石型结构
球键图
阳离子四面体配位 阴离子立方体配位
反萤石型结构可看作:阴离子做立方最紧密堆积,阳离 子充填在全部的四面体空隙中。
结构类型 物质名称 萤石(CaF2)
萤石型结 氯化锶(SrCl2)

氯化钡(BaCl2)
氟化铅(PbF2)
氧化钾(K2O)
反萤石型 结构
氧化钠(Na2O)
氧化锂(Li2O)
闪锌矿的晶体结构:球键图(左)、配位多面体连接图(右)
结构中,S2- 和Zn2+配位数都是4,配位多面体都 是四面体。四面体共角顶相联。
从图可看出,[SZn4] 四面体([ZnS4] 四面体 也是一样)共角顶联成的 四面体基元层与[111]方 向垂直。
由于S2-和Zn2+都呈配位四面体,所以闪锌矿只用一种配位 多面体结构形式表达(S和Zn互换是一样的)。
(Fe3+(Fe2+Fe3+)2O4)。
当结构中四、八面体孔隙被A2+和B3+无序占据时, 叫混合尖晶石结构,代表晶相是镁铁矿(Fe, Mg)3O4。
具有尖晶石型结构的部分物质
Fe3O4 VMn2O4 NiAl2O4 NiGa2O4 Co3S4 TiZn2O4 γ-Fe2O3 LiTi2O4 CoAl2O4 MgGa2O4 NiCo2S4 VZn2O4 MnFe2O4 MnTi2O4 ZnAl2O4 MnGa2O4 Fe2SiO4 SnMg2O4 MgFe2O4 ZnCr2O4 Co3O4 ZnIn2S4 Ni2SiO4 TiMg2O4 Ti Fe2O4 CoCr2O4 GeCo2O4 MgIn2O4 Co2SiO4 WNa2O4 LiMn2O4 CuMn2O4 VCo2O4 CuV2S4 Mg2SiO4 CdIn2O4

典型晶体结构

典型晶体结构
每个Na+周围最近的等距离的Na+有 12 个, 在每个Cl-周围最近且等距离的Cl-有 12 个 该氯化钠晶胞相当于 4 个“NaCl”分子。
在氯化钠晶体中, 每个Na+周围与 之最接近且距离 相等的Cl-共有 个;6 这几个Cl-在 空间构成的几何
构型 为 正八面体 。
(5)氯化铯晶体 CsCl晶体是一种立方体心结构,每8个
(4)氯化钠晶体 氯化钠是一种简单立 方体结构,Na+、Cl-交 替占据立方体的顶点的观察还可以按不 同的层去观察,比如若中心 离子是钠,最近的等距的氯 离子有6个可以围成以钠为圆 心的球,氯均匀地分布在球 上。在往外是钠层。
[思考]:
在每个Na+周围最近且等距离的Cl-有 6 个, 在每个Cl-周围最近的等距离的Na+有 6 个,
典型晶体结构
(1)金刚石晶体 每个C原子与4个C原子紧邻。由5个碳原子
形成正四面体结构单元。 (见图丙)。
金 刚 石
(1)金刚石晶体
[思考]: 1.由共价键构成最小环状结构中有 6 个
碳原子,不在同一平面上。
2.晶体中每个碳原子被 12个最小碳环共有; 3.晶体中C原子数与共价键数之比为 1:2 ; 4.晶体中C原子数与六元环数之比为 1:2 ;
(2)二氧化硅晶体 SiO2晶体是一种立体网状结构。每个Si与4
个O形成4个共价键,前者位于正四面体的中 心.后者位于正四面体的顶点;每个Si周围又 有4个O,每个O的周围有2个Si,实际上SiO2晶 体是由Si原子和O原子按1:2的比例组成的原子 晶体(见图丁)。
二氧化硅晶体
[思考]: 1.由共价键构成最
(6)石墨晶体---过渡型晶体 每个平面六边形有6个C原子。由共价键形

典型晶体结构

典型晶体结构

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原子半径
单质的原子半径 离子半径 共价半径 *请阅读讲义相关部分
几种典型金属单质结构
(1) 立方面心结构(A1):空间群:Fm3m, 相当 于等大球立方最紧密堆积。
晶体结构数据
Inorganic Crystal Structure Database(ICSD)
合金结构相图

Book
结构信息来源
合金结构
Visualize the crystal’s Structure by ICSD
材料数据与模拟平台
/
AFLOW晶体结构检索页面 /advanced.php
第五章 典型晶体结构
1,晶体结构命名与晶体结构数据库(了解) 2 ,单质晶体的堆积原理:球的两种最密堆积方式 ( 立方最密堆积、六方最密堆积 ) 、立方最密堆积 的四面体、八面体空隙位置以及一些重要概念 (熟练掌握) 3,熟悉离子晶体的堆积中,离子半径比对配位数的 影响,离子晶体堆积原理,晶体化学定律(熟练 掌握) 4,典型晶体结构(掌握) 5,晶体材料种的成键特征(掌握)
一个球体积:4/3πr3=4/3π×( 2/4 a )3=
3 4/3π× 2 2/64 a =
2 /24 πa 3
立方最密堆积一个单胞中球的数目: 8×1/8+6×1/2= 4个 球体积= 4× 2/24 πa 3 = 2 /6 πa 3 空间利用率= 2 a 3 / a 3 2 / 6 74.05% 6
单质金属堆积原理: 等径球的密堆积 一、等大球体的最紧密堆积
(1)第一层
等大球体在一个平面内的最紧密 堆积只有一种形式,图中的A位。 每个球与球之间形成两套数目相 等、指向相反的弧线三角形空隙, A B C

典型的晶体结构

典型的晶体结构

典型的晶体结构1. 铁铁原⼦可形成两种体⼼⽴⽅晶胞晶体:910 C以下为a—Fe,⾼于1400 C时为S—Fe。

在这两种温度之间可形成丫-⾯⼼⽴⽅晶。

这三种晶体相中,只有丫- Fe能溶解少许C。

问:1 ?体⼼⽴⽅晶胞中的⾯的中⼼上的空隙是什么对称?如果外来粒⼦占⽤这个空隙,则外来粒⼦与宿主离⼦最⼤可能的半径⽐是多少?2?在体⼼⽴⽅晶胞中,如果某空隙的坐标为(0, a/2, a/4),它的对称性如何?占据该空隙的外来粒⼦与宿主离⼦的最⼤半径⽐为多少?3. 假设在转化温度之下,这a—Fe和丫⼀F两种晶型的最相邻原⼦的距离是相等的,求丫铁与a铁在转化温度下的密度⽐。

4?为什么只有丫― Fe才能溶解少许的C ?在体⼼⽴⽅晶胞中,处于中⼼的原⼦与处于⾓上的原⼦是相接触的,⾓上的原⼦相互之间不接触。

1 ?两个⽴⽅晶胞中⼼相距为a,也等于2r + 2r h [如图①],这⾥r h是空隙“ X ”的半径,a= 2r +2r h = (4/ , 3 )rr h/r = 0.115 (2 分)⾯对⾓线(...2 a )⽐体⼼之间的距离要长,因此该空隙形状是⼀个缩短的⼋⾯体,称扭曲⼋⾯体。

(1分)2?已知体⼼上的两个原⼦(A和B)以及连接两个晶体底⾯的两个⾓上原⼦[图②中C和D]。

连接顶部原⼦的线的中⼼到连接底部原⼦的线的中⼼的距离为a/2;在顶部原⼦下⾯的底部原⼦构成晶胞的⼀半。

空隙“ h”位于连线的⼀半处,这也是由对称性所要求的。

所以我们要考虑的直⾓三⾓形⼀个边长为a/2,另⼀边长为a/4 [图③],所以斜边为... 5/16a°(1分)r+ r h= J5/16 a= 5/3 rr h/r = 0.291 (2 分)f—1-3?密度⽐=4、2 : 3?-3 = 1.09(2分)4. C原⼦体积较⼤,不能填充在体⼼⽴⽅的任何空隙中,但可能填充在⾯⼼⽴⽅结构的⼋⾯体空隙中(r h/r= 0.414 )。

(2 分)2. 四氧化三铁科学研究表明,Fe3O4是由Fe2+、Fe3+、O2—通过离⼦键⽽组成的复杂离⼦晶体。

材料科学基础第一章2-1典型的晶体结构及几何特征

材料科学基础第一章2-1典型的晶体结构及几何特征
• 立方晶胞中,每个顶角上的原子
与相邻的8个晶胞共有,每个晶胞
实际上只占其1/8;位于晶胞棱上
的原子为相邻的4个晶胞所共有;
每个面心原子为相邻两个晶胞共
有;而晶胞中心原子为晶胞所独
有。
• FCC结构每个晶胞中的原子数:
1
1
8 6 4
8
2
1、FCC 面心立方
配位数
• 配位数是指晶体结构中任一原子周围
( )
3
4
3
4r 3
2
2、HCP 密排六方
••

• 原子半径:
上下底面的中心原子与周围六个
顶角上的原子相切
1
2 = , =
2
• 每个晶胞中的原子数:
1
1
12 2 3 6
6
2

••





••


••
2、HCP 密排六方
• 配位数:
C.N.= 6 + 3×2 =12
最邻近的原子数。常用CN
(coordination number)表示。
• 对于多元素晶体,“最近邻”是同种原
子比较而言,配位数是一个原子周围的
各元素的最近邻原子数之和。
• 晶体结构中每个原子的配位数愈大,
晶体中的原子排列就愈紧密。
• •



• • • •




•ห้องสมุดไป่ตู้
• FCC结构的配位数:
A面、B面、C面上各4个,等同点, 4×3=12
• 堆垛密度
2
c
3

典型晶体结构

典型晶体结构

四方铁电相:固有自发极化(无外场) Ba2+、Ti4+和O2-各占据不同位置( Ti4+和O2-
偏离对称位置)→正、负极性中心不重合; 每个晶胞均具有永久离子偶极; 120℃以上四方晶胞转变为立方顺电相:无自
发极化,无铁电性。 铁电材料-大电容电容器,铁电存储器
2021/3/11
26
(2). 扭转型:阴离子氧八面体相对各轴扭转
插层石墨
2021/3/11
36
2.5 硅酸盐晶体结构
自然矿物是制造所有陶瓷材料的重要原料 地壳中最丰富的两种元素:硅和氧 硅酸盐占所有矿物的1/3以上
研究硅酸盐矿物结构 必要性!
37
1. 无机硅酸盐的结构单元 ―――硅氧四面体[SiO4]4-
(1) 硅原子的外层电子结构 Si 1S22S22P63S23P2――3s电子移
→导体(部分Mn4+ →Mn3+) →La1-xCaxMnO3——高导电、大磁阻
演变
2021/3/11
29
2.4 金刚石和石墨结构
30
1). 金刚石结构
立方晶系,a=0.356nm 面心立方格子
与立方ZnS结构类似 C原子分布于顶角、面心,另4个C分
别交叉地分布于4条体对角线的1/4和 3/4处(即占据1/2四面体空隙) 代表物质:Si,Ge,Sn等
34
石墨结构决定了:石墨在 平行于C层方向具有良好 导电性;硬度低、易加工; 熔点高;润滑感
35
2.4.1. 插层反应 结构演变导致性能变化
层状化合物:石墨,粘土 层内:共价键;层键:范氏力等 插层反应:外来分子插入层间形成插层化合物
(亚稳)(反应可逆:去插层反应) 插层化合物性质发生变化, 如插层石墨导电性增大、插 层化合物用于能量储藏(利 用插层和去插层来充放电) 与电子装置中

典型晶体结构

典型晶体结构

SiO2(石英)结构特点
硅氧四面体
SiO2晶体中,每个Si原 子与4个O原子形成硅氧 四面体,Si位于四面体 中心,O位于四个顶点 。
共价键合
Si与O之间通过共价键 连接,形成稳定的网络 状结构。
空间构型
SiO2晶体具有多种空间 构型,如α-石英、β-石 英等,不同构型的物理 性质有所差异。
GaAs(砷化镓)结构特点
体心四方
晶胞是一个长方体,体中心有一个原 子,每个顶点上也有一个原子。
三方晶系
菱面体
晶胞是一个菱面体,每个顶点上有一个原子。
六方菱面体
晶胞是一个六方柱体,但柱体的高度不等于底面的对角线长度,每个面的中心 有一个原子,上下底面中心各有一个原子,六个顶点上各有一个原子。
03
晶体结构中化学键与物理性质
体心立方
晶胞是一个立方体,体中心有一个 原子,每个顶点上也有一个原子。
六方晶系
简单六方
晶胞是一个六方柱体,每个顶点 上有一个原子。
六方密排
晶胞是一个六方柱体,每个面的 中心有三个原子,上下底面中心 各有一个原子,六个顶点上各有 一个原子。
四方晶系
简单四方
晶胞是一个长方体,每个顶点上有一 个原子。
间隙原子
晶体中存在于原子间隙中的杂质原子。间隙原子可以改变晶体的力 学性质,如硬度、强度等。
替位式杂质
杂质原子替代了晶体中部分原子或离子的位置。替位式杂质会影响 晶体的化学性质,如耐腐蚀性、催化活性等。
线缺陷:位错等
位错
晶体中一种常见的线缺陷,表现 为原子排列的局部错乱。位错对 晶体的力学性能有显著影响,如 降低材料的屈服强度、增加韧性 等。
描述X射线在晶体中的衍射条件,即nλ=2dsinθ,其中n为 衍射级数,λ为X射线波长,d为晶面间距,θ为入射角。

典型晶体结构示意图

典型晶体结构示意图

3R 1+2+3层
1层
1+2层
9. 绿柱石、电气石
绿柱石常见晶形
c
cp s
m
ma
六方柱:m{10-10}, a{11-20} 平行双面:c{0001} 六方双锥:s{11-21}, p{10-11}
电气石常见晶形
ro
am
d
三方柱:m{01-10} 六方柱:a{11-20} 三方单锥:r{10-11}, o{02-21} 单面:d{000-1}
白云石晶形
r m
c
菱面体:r{10-13}, c{40-41} 六方柱:m{11-20}
6. 闪锌矿、纤维锌矿
闪锌矿晶体结构
2H
6H
8H
纤维锌矿晶体结构
7. C60、C70
8. 石墨2H、石墨3R
Graphite 2H, P63/mmc(194)
A=2.47, c=6.80, Z=4
C1 2b 0 0 0.25
(1) 高岭石
(2) 蛇纹石
4. 透闪石
r
b m
斜方柱:(m) {110}, (r) {011} 平行双面:b {010}
5. 方解石、白云石
方解石
白云石
方解石晶形
e
v
r
m
f
菱面体:r{10-11}, f{02-21}, e{01-14} 六方柱:m{10-10} 复三方偏三角面体:v{21-332. 白云母、金云母 3. 高岭石、蛇纹石 4. 透闪石 5. 方解石、白云石 6. 闪锌矿、纤维锌矿 7. C60、C70 8. 石墨2H、石墨3R 9. 绿柱石、电气石 10. 沸石
11. Al(OH)3, Mg(OH)2 12. 滑石、叶腊石 13. 钙钛矿结构BaTiO3 14. 刚玉
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代表物质:ZrO2,CeO2等
键力强,熔点均较高
反萤石结构: 阳离子、阴离子位置与 萤石型结构完全相反 如:Li2O,Na2O等
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反萤石结构键力较弱,结构松弛,熔点较低 结构和性质的关系: 萤石(反萤石)结构:晶胞中均有较大空隙未填满,
{111}面网上存在毗邻同号离子层 静电斥力→八面体解理 空隙有利于离子迁移 CeO2等材料可作为高温燃料 电池中构成离子导电通路的新 型固体电介质材料
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四方铁电相:固有自发极化(无外场) Ba2+、Ti4+和O2-各占据不同位置( Ti4+和
O2- 偏离对称位置)→正、负极性中心不重 合; 每个晶胞均具有永久离子偶极; 120℃以上四方晶胞转变为立方顺电相:无 自发极化,无铁电性。 铁电材料-大电容电容器,铁电存储器
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1). NaCl型 立方面心格子
a=0.563nm,r +/r-=0.639;CN=6 Cl-面心立方密堆积,Na+填充全部八
面体空隙/由Na +和Cl -个一套面心立方 格子沿晶轴方向平移1a/2穿插形成
Eg.:MgO,CaO,FeO
3
NaCl型晶体结构
C
B C
C
B
C
A B C
C
4
2).CsCl晶体结构
ZnS结构(ZnSe、BeS);氧化物倾向 形成六方ZnS结构(ZnO、BeO)
6
立方ZnS 立方晶系(β-ZnS)闪锌矿 a=0.540nm,晶胞分子数=4 可看作:Zn和S各对应一套面心立方格 子沿体对角方向相互穿叉,位移a/4
7
堆积方式:S2-面心体方排列,Zn2+填充 1/2四面体空隙之中(类似于金刚石结 构),4个Zn2+分别交叉地分布于4条体 对角线的1/4和3/4处
第二章 典型晶体结构
1
表示晶体的常见方法
坐标系表示法: 给出单位晶胞中各粒子 的空间坐标---- 等效点系
球体紧密堆积法: 一种粒子按某种紧密 堆积法堆积,其余粒子进入该种粒子形 成的空隙中.
配位多面体连接法: 一种粒子和其配位 粒子形成多面体,多面体在按共点,共棱, 共面的方式相连.
2
2.1 AX型 代表:NaCl型、CsCl型、 立方ZnS、六方ZnS等
20
Ca2+占据顶角, O2-占据面心,Ti4
+位于晶胞中心
O2- Ti4+
Ca2+ CN=12情况
钙钛矿型晶体结构
Ca2+
21
TiO八面体共顶形成三维网络
22
2.3.1. 钙钛矿结构的演变
原子位移、替代
钙钛矿晶胞
100多种变体
压电材料
磁阻材料 电致伸缩材料
Pb(Zr,Ti)O3 (La,Ca)MnO Pb(Mg,Nb)O3
立方原始格子 Cl-位于顶角 Cs+位于中心 CN=8,晶报分子数1 看作:由Cs +和Cl -各对应一套立方原
始格子沿体对角线方向相套而成
5
3).闪锌矿ZnS结构(立方-ZnS)
ZnS两种变体:立方结构、六方结构 R+/R-~0.225~0.414; CN=4 一般共价键强的化合物倾向形成立方
Zn2+填充1/2四面体空隙
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六方ZnS中:R+/R-=0.436,极化造成一定共 价成分,CN不为6,CN=4
纤锌矿和闪锌矿锌矿四面体层配置为ABAB,而闪 锌矿四面体层配置为ABCABC堆积
两种ZnS结构:[ZnS]四面体堆积方式不同 12
2.2. AX2型结构 1). 萤石结构CaF2
立方晶系:a=0.545nm r +/r-=0.975 CN(Ca2+)=8 面心立方格子Ca2+一套,F -两套穿插而成 可看成:Ca2+按面心立方密 堆积,F-填充全部四面体空隙 立方体晶胞共棱连接 一半立方体空隙未填充
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结构较为开放:Ca2+尺寸与F-相近,故Ca2+被撑开, 空隙较大,且Ca2+数目比F-少一半, Ca2+与空隙交 错排列,故晶胞中心孔隙很大
按离子晶体规律:ZnS
r +/r-=0.436,CN应=6, 但实际CN=4,原因:
S2-半径大,易变形,极化使Zn-S键具有 相当程度共价键成分
8
9
4.) 六方ZnS(纤锌矿)型
六方堆积:
ABAB………
10
纤锌矿ZnS型α-ZnS
六方晶系 a=0.382nm,c=0.625nm 六方原始格子 Zn、S各一套穿插而成 晶胞分子数为2 S2-构成六方密堆积
钙钛矿结构:ABO3, B:过渡金属,+4价,CN=6;
BO八面体线性共顶连接
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A:+2价,单胞中心
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(一)、从钙钛矿原型→变体的变化
保持结构基本骨架,键长、键角变化: 位移型,扭转型,混合型
(1).位移型:阳离子偏离中心,沿某方向位移。
BaTiO3
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BaTiO3低于130oC,Ti4+偏心位移 立方顺电相→四方铁电相
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2). 金红石TiO2结构 Ti
TiO2的三种晶型: 最稳定
O
板钛矿、锐钛矿和金红石
四方晶系,a=0.459,c=0.296nm
R+/R-=0.522,CN(Ti4+)=6,钛填充八 面体空隙,形成[TiO6]八面体
O2-近似作六方密堆积,
Ti4+位于1/2八面体空隙之中
晶胞分子数2
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(2). 扭转型:阴离子氧八面体相对各轴扭转
如:钙钛矿→四方钨青铜(TTB)结构 MxWO3:
(3). 混合型:以上两种效应兼具
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(二) 钙钛矿结构的演变-原子替代
该结构晶体种类繁多,A、B离子扮演重要角色
高电价B离子-CN=6,部分共价键特征
较小极化性能A离子,CN=12,离 子键特征
代表物质:GeO2,PbO等
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CN(O)=3,每个O同时被3 个[TiO6]八面体共用,相邻 八面体共棱形成长链,链与 链之间[TiO6]以共顶连接形 成三维骨架
Ti
O
金红石晶胞 18
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2.3. ABO3型晶体结构
钙钛矿结构(CaTiO3)
正交晶系和立方晶系两 种变体;
立方钙钛矿
O2-和Ca2+半径相似,共同构成面心立方堆积, Ca2+占据顶角,O2-占据面心,Ti4+填充 1/4[TiO6]八面体空隙 Ti4+,CN=6; Ca2+, CN=12 晶胞分子数1
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