原子排列以及晶格结构

合集下载

晶格原子占位

晶格原子占位1. 引言晶体是由原子、离子或分子组成的有序排列的周期性结构。

在晶体中，原子的位置是有序的，它们按照一定的规则排列在晶格点上。

然而，在某些情况下，晶格点上的原子可能会发生占位现象，即有一些晶格点上没有原子，或者有多个原子占据同一个晶格点。

这种占位现象对晶体的结构和性质都会产生重要影响。

本文将介绍晶格原子占位的概念、分类、形成机制以及对晶体性质的影响。

2. 晶格原子占位的概念与分类晶格原子占位是指晶格点上的原子位置发生改变的现象。

根据占位的原因和机制，晶格原子占位可以分为两类：固溶体和间隙固溶体。

2.1 固溶体固溶体是指在晶体中，一种原子取代了另一种原子的位置，形成了一个新的晶体结构。

这种占位现象通常发生在两种化学元素的原子半径相近的情况下。

例如，当少量的银离子（Ag+）取代了晶格中的一部分铜离子（Cu+）时，就形成了银和铜的固溶体。

固溶体可以进一步分为无序固溶体和有序固溶体。

无序固溶体是指取代原子的位置是随机的，没有规则的排列。

有序固溶体则是指取代原子的位置是有序排列的。

2.2 间隙固溶体间隙固溶体是指在晶格点之间的间隙中占据了其他原子或离子。

这种占位现象通常发生在晶体中的空隙较多的情况下。

例如，当一些小的原子或离子占据了晶格点之间的空隙时，就形成了间隙固溶体。

间隙固溶体可以进一步分为插入型和亚稳型。

插入型间隙固溶体是指占据间隙的原子或离子的大小与晶格点之间的空隙大小相匹配。

亚稳型间隙固溶体则是指占据间隙的原子或离子的大小与晶格点之间的空隙大小不完全匹配，导致晶体结构不稳定。

3. 晶格原子占位的形成机制晶格原子占位的形成机制主要有以下几种：3.1 取代机制取代机制是指一种原子取代了另一种原子的位置。

这种机制通常发生在两种化学元素的原子半径相近的情况下。

取代机制可以通过离子半径比和化学亲缘性来解释。

当两种元素的离子半径比接近1时，取代机制更容易发生。

3.2 位错机制位错机制是指晶体中的位错线吸附了附近的原子，导致晶格点上的原子位置发生改变。

1固体物理-晶体结构1

晶面

{ }表示一组由于对称性而相互等价的晶面；如对简单立方格子，{100}表示3个相互等价的晶面，(100), (010), (001).
晶面
晶面

对于简单立方格子，晶向[h1, h2, h3]与晶面(h1, h2, h3)正交.
单胞(unit cell)

晶体学中，习惯用晶系的基矢a, b, c构成的平行六面体作为周期性重复排列的基本单元，称为单胞或惯用单胞(conventional unit cell). 原胞只含有一个格点，是体积最小的周期性重复单元，单胞则不同，可含有一个或者数个格点，体积是原胞的一倍或数倍。
晶格
晶体结构包括两方面：（1）重复排列的单元，称为基元(basis or motif); （2）基元重复的方式，一般抽象成空间点阵，称为晶体格子 (crystal lattice)，简称晶格；基元以相同的方式，重复地放置在晶格的格点上（等价性）；基元中的原子种类，数量、位置依不同晶体而定（结构性）；
本课小结

晶体结构=晶格+基元布拉维格子、基矢、格矢、格点原胞，晶体中体积最小的周期性重复单元维格纳-塞茨(WS)原胞及其构造方法常见的布拉维格子及其WS原胞晶向、晶面、米勒指数
晶体结构数据库

(CCDC) http://www.fiz-karlsruhe.de/icsd.html (ICSD) /AMS/amcsd.php (AMCSD) (COD) /pcd/ (PCD) http://www.cryst.ehu.es/
原胞
维格纳-塞茨(Wigner-Seitz)原胞

维格纳-塞茨(WS)原胞以晶格中某一格点为中心，作其与近邻格点连线的垂直平分面，这些平面所围成的以该点为中点的最小体积是属于该点的WS 原胞。

原子结构呈密排六方晶格-概述说明以及解释

原子结构呈密排六方晶格-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在这一部分，我们将介绍密排六方晶格的概念以及其在原子结构领域中的重要性。

密排六方晶格是一种常见的晶体结构，其原子间距离和排列方式具有特定的规律性。

通过对密排六方晶格的研究，我们可以更好地理解原子之间的相互作用和结构特征，为材料科学和纳米技术领域的发展提供重要的参考和指导。

密排六方晶格的独特性质使其在材料工程、半导体制造和纳米技术等领域具有广泛的应用价值。

通过对密排六方晶格的特点和性质进行深入探讨，我们可以更好地设计和改进材料的结构和性能，推动科学技术的进步。

在本文的后续部分，我们将详细介绍密排六方晶格的定义、原子结构及排列方式，以及其关键性质。

通过对密排六方晶格的全面分析，我们可以更深入地理解其在材料科学领域中的作用和价值，为相关研究和应用提供新的思路和方法。

1.2 文章结构：本文主要分为引言、正文和结论三个部分。

在引言部分，将对密排六方晶格进行概述，介绍文章的结构和目的。

接着在正文部分，将详细讨论密排六方晶格的定义、原子结构及排列方式，以及密排六方晶格的性质。

最后在结论部分，将总结密排六方晶格的特点，探讨其应用领域，并展望未来研究方向。

通过对这些内容的详细分析和讨论，读者将更深入地了解密排六方晶格的结构和特性，以及其在科学研究和应用领域的重要性。

1.3 目的：本文的目的在于深入探讨原子结构呈密排六方晶格这一特殊结构的特点和性质。

通过对密排六方晶格的定义、原子结构及排列方式以及其性质的分析，旨在帮助读者更好地理解和认识这种晶格结构在材料科学领域的重要性和应用价值。

同时，本文也将对密排六方晶格的未来研究方向进行展望，为相关领域的学者和研究人员提供参考和启发。

通过本文的阐述，希望能够为密排六方晶格的研究和应用提供新的思路和视角。

2.正文2.1 密排六方晶格的定义密排六方晶格是指原子在三维空间中以密堆积的方式排列形成的一种晶格结构。

在密排六方晶格中，每个原子周围都有最多12个相邻原子，形成了六边形的密堆积结构。

面心立方在110面的原子排列

面心立方结构是固体中最常见的晶体结构之一，它的原子排列顺序对于材料的性质和应用起着至关重要的作用。

在110面的原子排列是面心立方结构中的一种特殊情况，它对材料的性能有着特殊的影响。

本文将从原子排列的概念开始，逐步深入探讨面心立方110面的原子排列及其在材料科学中的应用。

一、原子排列的概念在固体中，原子的排列方式决定了材料的晶体结构。

常见的原子排列方式包括简单立方、面心立方、体心立方等。

面心立方结构是一种原子密排的结构，每个晶胞的面心上都有一个原子。

而110面的原子排列则是指在面心立方结构中，沿特定的晶格方向上原子的排列方式。

二、面心立方110面的原子排列在面心立方结构中，110面的原子排列呈现出特定的规律性。

在这个面上，原子的排列是沿着晶体的对角线方向上的。

具体来说，假设面心立方结构的晶胞边长为a，那么110面上原子排列的间距为a/√2，原子的排列方式呈现出一种沿着对角线方向交替排列的规律。

三、面心立方110面原子排列的影响面心立方110面的原子排列对材料的性能有着重要影响。

在材料的机械性能方面，110面的原子排列会影响材料的韧性和强度。

在材料的电学性能方面，110面的原子排列会影响材料的导电性和电子迁移率。

在材料的热学性能方面，110面的原子排列也会影响材料的热导率和热膨胀系数。

四、面心立方110面原子排列在材料科学中的应用面心立方110面的原子排列在材料科学领域有着广泛的应用。

在材料合成方面，研究人员可以根据110面原子排列的特点设计合成新的材料，以实现特定的性能需求。

在材料加工方面，了解110面原子排列的特性有助于优化材料的加工工艺，提高材料的加工效率和质量。

在材料性能评价和改进方面，研究人员也可以通过控制110面原子排列来改善材料的性能，以满足特定的应用需求。

面心立方110面的原子排列是固体材料中非常重要的一个方面，它对材料的性能和应用起着至关重要的作用。

通过对面心立方110面原子排列的深入研究，可以为材料的设计、合成、加工和性能改进提供重要的理论指导和实践支持。

晶格结构

1.晶体 2.晶胞 3.点阵晶系 4.金属晶体 5.离子晶体 6.分子晶体与原子晶体
重难点
晶胞的概念；原子坐标以及体心平移、面心平移、底心平移；晶体结构模型；
教学方法
3-1 晶体
1、晶体的宏观特征远古时期,人类从宝石开始认识晶体。红宝石、蓝宝石、祖母绿等晶体以其晶莹剔透的外观，棱角分明的形状和艳丽的色彩，震憾人们的感官。名贵的宝石镶嵌在帝王的王冠上，成为权力与财富的象征，而现代人类合成出来晶体，如超导晶体YBaCuO、光学晶体BaB2O4、 LiNbO3、磁学晶体NdFeB等高科技产品，则推动着人类的现代化进程。
Na原子的电子组态为1S22S22P63S1，1S,2S,2P电子正好填满，形成满带，3s轨道形成的能带只填一半，形成导带。Mg原子的3s 轨道虽已填满，但它与3p轨道的能带重叠。从3s3p 总体来看，也是导带。能带的范围是允许电子存在的区域，而能带间的间隔，是电子不能存在的区域，叫禁带。金属在外电场作用下能导电。导带中的电子，受外电场作用，能量分布和运动状态发生变化，因而导电。满带中电子已填满，能量分布固定，没有改变的可能，不能导电，空带中没有电子，也不能导电。若空带与满带重叠，也可形成导带。
离子半径的变化规律
1.同主族, 从上到下, 电子层增加, 具有相同电荷数的离子半径增加. 2.同周期: 主族元素, 从左至右离子电荷数升高, 最高价离子, 半径减小. 3.同一元素, 不同价态的离子, 正电荷高的半径小。 4.一般负离子半径较大; 正离子半径较小 5.周期表对角线上, 左上元素和右下元素的离子半径相似. 如: Li+ 和 Mg2+, Sc3+ 和 Zr4+ 的半径相似. 6. 镧系元素离子半径，随原子序数增加，缓慢减小

晶体结构

事实上，采用三个点阵矢量a，b，c 来描述晶胞是很方便的。这三个矢量不仅确定了晶胞的形状和大小，而且完全确定了此空间点阵。只要任选一个结点为原点，以这三个矢量作平移（即平移的方向和单位距离由点阵矢量所规定），就可以确定空间点阵中任何一个结点的位置： ruvw = ua + vb + wc (2-101 ) 式中 ruvw为从原点到某一阵点的矢量， u，v，w 分别表示沿三个点阵矢量的平移量，亦即该阵点的坐标值。
二、空间点阵（Space Lattice）晶体中原子或原子集团排列的周期性规律，可以用一些在空间有规律分布的几何点来表示。并且，令沿任一方向上相邻点之间的距离就等于晶体沿该方向的周期。这样的几何点的集合就构成空间点阵（这样的几何点的集合就构成空间点阵（简称点阵），），每个几何点称为点阵的结点或称点阵），每个几何点称为点阵的结点或阵点。阵点。
2.晶胞的选取我们在前面引出的晶胞和点阵常数的概念是不严格的，原因是晶胞的选取不是惟一的。就是说，从同一点阵中可以选取出大小、形状都不同的晶胞。相应的点阵常数自然也就不同，这样就会给晶体的描述带来很大的麻烦。为了确定起见，必须对晶胞的选取方法作一些规定。这规定就是，所选的晶胞应尽量满足以下三个条件。 (1)能反映点阵的周期性能反映点阵的周期性。将晶胞沿a，b，ｃ三个晶轴能反映点阵的周期性方向无限重复堆积（或平移）就能得出整个点阵（既不漏掉结点，也不产生多余的结点)。 (2)包含尽可能多的直角包含尽可能多的直角，尽量直观地反映点阵的对称包含尽可能多的直角性。 (3)晶胞的体积最小晶胞的体积最小。晶胞的体积最小其中，第(1)个条件是所有晶胞都要满足的必要条件。第(2)和第(3)两个条件若不能兼顾，则至少要满足一个。

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。

晶体结构晶格

反映平衡条件下铁碳合金的组织随含碳量和温度变化的一般规律的相图称为铁碳相图（或铁碳状态图、Fe-Fe3C相图）。
1．铁碳相图 (Fe-Fe3 C相图) (1) Fe-Fe3 C相图的组元
● Fe —— α –Fe、δ -Fe (bcc) 和γ -Fe (fcc) 强度、硬度低，韧性、塑性好。
● Fe3 C —— 熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。
导入
金属材料简介 1. 金属材料分为黑色金属（钢铁材料）和有色金属。汽车上各种结构零件，钢铁材料约占80%。 2. 汽车工程材料不断向轻量化发展，各种新的汽车工程材料相继被推出并应用于汽车工业之中。
3. 重点介绍金属材料特别是钢铁材料的性能、结构、牌号及在汽车上的应用。
材料按照原子（离子或分子）在三维空间排列方式的不同，可分为晶体与非晶体两大类。
这种溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格类型的金属晶体叫做固溶体。
置换固溶体
Z
Z 置换原子
间隙固溶体
间隙原子
Y Y
X X
晶格畸变
小原子置换引起的晶格畸变
间隙原子引起的晶格畸变
固溶强化
形成固溶体使金属强度和硬度提高,而塑性下降的现象.
正常晶格
晶格畸变
2.金属化合物是指合金各组元的原子按一定的整数比
匀晶相图
L+A
共晶相图
L
D
E
A
G 共析相图
A+ A+F S Fe3CⅡ F P ( F+ Fe3C )
P
Q P+F P+Fe3CⅡ
1148℃
C( A+Fra biblioteke3C )Ld

晶体结构

[011]
E
uur a3 uur
a2
A
uur a3 uur
a2
O
ur
a1 B
uuur uur uur
BE a2 a3
O
ur a1
另解：
C uuur ur
OB a1
D
uuur ur uur uur
OE a1 a2 a3
uuur uuur uuur uur uur BE OE OB a2 a3
晶体的物理性质在不同方向上存在差异.
例如:电导率、热学性质、折射率等石墨沿不同晶向电导率不同方解石沿不同晶向折射率不同
晶体的宏观特性是由晶体内部结构的周期性决定的,即晶体的宏观特性是微观特性的反映。
1.2 密堆积
晶体中的原子（或离子）由于彼此之间的吸引力会尽可能地靠近，以形成空间密堆积排列的稳定结构。
(5)CsCl结构(CsBr、CsI、TlCl等)
Cl
Cs
Cl-和Cs+分别组成简立方子晶格. 氯化钠结构由两个简立方子晶格沿体对角线位移1/2的长度套构而成为复式格子。一个晶胞包含一个Cl-和一个Cs+. 其原胞为简立方, ，包含一个Cl-和一个Cs+.
(6)金刚石结构（Si、Ge等）
(3)原胞(Primitive Cell)
这个体积最小的重复单元即为原胞，代表原胞三个边的矢量称为原胞的基本平移矢量，简称基矢。
基矢通常用 a 1 , a 2 表, a示3
a3 a2
a1
(3)原胞(Primitive Cell)
原胞的体积：
Ω a1 a 2 a 3
a3
a2
原胞的特点：
原胞和晶胞是一致的

晶体结构

山东大学材料科学基础
S2-： 0 0 0； 0 ½ ½； ½ 0 ½; ½ ½ 0 Zn2+： ¼ ¼ ¾； ¼ ¾ ¼； ¾ ¼ ¼; ¾ ¾ ¾
结构型式离子堆积描述化学组成比 n+/n负离子堆积方式正负离子配位数比CN+/CN正离子所占空隙种类正离子所占空隙分数立方ZnS型 1:1 立方最密堆积 4:4 正四面体 1/2
钙钛矿型结构中离子间关系如下: 设A位离子半径为rA,B位离子半径为rB,O2-半径为 ro, rA+ro＝√2（rB+ro）但是，实际测定发现，A、B离子半径有一定的变动范围，可表示为： 2rA+2ro＝t √2（rB+ro）式中，t为容忍因子， t=0.77∽1.10
山东大学材料科学基础
A与B离子的电价不限于2价和4价，任意一对阳离子半径适合于配位条件，且其原子价之和为6，则它们可能取这种结构。钙钛矿型化合物化学计量比可以是A2+B4+O3(如 BaTiO3和PbZrO3)或是A3+B3+O3(如LaGaO ,LaAlO )；也可以A1+B5+O3(如KNbO ,NaWO )或A1+B2+O3（KNiF ）; 混合形式如Pb(Mg Nb )O 和Pb(Sc Ta )O 也是可能的。
山东大学材料科学基础
Ti Ba
四方BaTiO3结构中离子的位置，Ti离子向上位移
山东大学材料科学基础
从立方到四方转变温度称为居里点。对于纯BaTiO3居里点为130℃。除BaTiO3外，许多晶体都有自发极化，大多数铁电体结构都有氧八面体，氧八面体空隙越大，其中金属离子半径越小、电荷越大，则晶体就越容易发生自发极化。在钙钛矿化合物中，居里点转变温度变化很大。如 PbTiO3，较大的Pb2+取代Ba2+,Ti4+的八面体环境更为不安定，立方－四方转变温度是490℃；而SrTiO3居里点只有－55℃。这可以解释成，Sr2+比Ba2+小，使得氧八面体也小，可以将Ti稳定在体心位置。实际上，居里点可以在一个很宽的范围连续的变化，通过在BaTiO3和 PbTiO3（提高Tc）或SrTiO3(降低Tc)之间形成固溶体。

晶体结构介绍

第一节晶体结构
二、晶体的特性
自限性均匀性各向异性对称性稳定性
第一节晶体结构
三、晶体的结构
基本概念基元点阵晶格参数晶胞空间点阵类型
NaCl 晶体结构
•黄球表示钠离子(Na+) •绿球表示氯离子(Cl-)
➢在氯化钠晶体中，钠离子与氯离子通过离子键相结合 ➢每个钠离子与和它紧邻的6个氯离子相连 ➢每个氯离子与和它紧邻的6个钠离子相连 ➢钠离子和氯离子在三维空间上交替出现，并延长形成氯化钠晶体 ➢氯化钠晶体中没有氯化钠分子， NaCl只是代表氯化钠晶体中钠离子的个数和氯离子的个数为1:1
金属的常见晶格类型---面心立方 FCC (Face Center Cubic)
金属的常见晶格类型---密排六方CPH (Close Packed Hexagonal)
晶体一些基本概念
1．晶体结构晶体中原子（离子或分子）在空间的具体排列。
2．阵点（结点）把原子（离子或分子）抽象为规则排列于空间的几何点，称为阵点或结点。
3．阵点（或结点）
在空间的排列方式称为空间点阵（简称点阵）
4．晶面点阵中的结点所构成的平面。
5．晶向
点阵中的结点所组成的直线。
7．晶格
（4～7）
简单正交、底心正交、体心正交、
面心正交
六方 ➢
（8）
简单六方
菱方 ➢
（9）
简单菱方
正方 ➢
（10～11）
简单正方、体心正方
立方 ➢
（12～14）
简单立方、体心立方、面心立方
12
金属的常见晶格类型

晶体结构的表示

晶体结构的表示晶体结构是指晶体中原子、离子或分子在空间中的排列方式。

晶体结构的表示方法有多种，包括晶胞表示法、晶格表示法和布拉维格子表示法等。

下面将分别介绍这些表示方法。

晶胞表示法是最常用的晶体结构表示方法之一。

晶胞是指晶体中最小的重复单元，可以通过平移操作构建整个晶体结构。

晶胞表示法使用晶胞的参数来描述晶体结构，其中包括晶胞的边长、夹角和晶胞内原子的坐标。

这些参数可以通过实验技术如X射线衍射来确定。

晶胞表示法常用于描述晶体的点阵结构，如立方晶系、四方晶系、六方晶系等。

晶格表示法是另一种常用的晶体结构表示方法。

晶格是指在无限大空间中重复排列的点阵结构，由晶胞和晶格点组成。

晶格表示法使用晶格的参数来描述晶体结构，其中包括晶格的常数、晶胞内原子的坐标以及晶格点的排列方式。

晶格表示法常用于描述晶体的空间对称性，如立方晶系、四方晶系、六方晶系等。

布拉维格子表示法是一种更抽象的晶体结构表示方法。

布拉维格子是指晶体的倒格子，它是晶格的傅里叶变换。

布拉维格子表示法使用布拉维格子的参数来描述晶体结构，其中包括布拉维格子的常数、晶胞内原子的坐标以及布拉维格子的排列方式。

布拉维格子表示法常用于描述晶体的动态性质，如电子能带结构、声子色散关系等。

除了上述表示方法外，还有其他一些特殊的晶体结构表示方法，如密堆积表示法、矢量表示法等。

这些方法根据具体的晶体结构特征来选择合适的表示方式，以便更好地描述晶体的性质和行为。

在实际研究中，晶体结构的表示是十分重要的。

它不仅可以帮助科学家理解晶体的原子排列方式，还可以用于预测晶体的性质和行为。

通过研究晶体结构，科学家可以揭示物质的性质和行为规律，并为材料科学、化学和物理等领域的发展提供理论基础和实验依据。

晶体结构的表示方法丰富多样，每种方法都有其独特的优势和适用范围。

科学家可以根据研究的需要选择合适的表示方法，以便更好地理解和研究晶体的性质和行为。

晶体结构表示法的发展将进一步推动材料科学和相关领域的研究进展，为人类的生活和科技发展带来更多的机遇和挑战。

材料科学基础-复习题纲

第一部分材料的原子结构1、原子结构与原子的电子结构；原子结构、原子排列对材料性能的影响。

原子结构：原子由质子和中子组成的原子核以及核外的电子所构成。

原子核内的中子显电中性，质子带有正电荷。

对电子的描述需要四个量子数：主量子数n：决定原子中电子能量以及与核的平均距离。

角动量量子数l: 给出电子在同一个量子壳层内所处的能级，与电子运动的角动量有关。

磁量子数m：给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数。

自旋角动量量子数s：反映电子不同的自旋方向。

原子排列对材料性能影响：固体材料根据原子的排列可分为两大类：晶体与非晶体。

（有无固定的熔点和体积突变）晶体：内部原子按某种特定的方式在三维空间呈周期性重复排列的固体。

（常考名词解释）非晶体：指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列的固体。

（名词解释）各向异性：晶体的各向异性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，这就是晶体的各向异性。

（名词解释）2、材料中的结合键的类型、本质，各结合键对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。

(常考简答题或是论述题，很重要)一次键离子键：离子键指正、负离子间通过静电作用形成的化学键。

（无方向性和饱和性）共价键：由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。

（有方向性和饱和性）金属键：金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合二次键范德瓦耳斯力：（又称分子间作用力）产生于分子或原子之间的静电相互作用。

氢键：与电负性大、半径小的原子X（氟、氧、氮等）以共价键结合，若与电负性大的原子Y（与X相同的也可以）接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H…Y形式的键，称为氢键。

（X与Y可以是同一种类原子，如水分子之间的氢键）各结合键对材料性能的影响：1．金属材料：金属材料的结合键主要是金属键。

由于自由电子的存在，当金属受到外加电场作用时，其内部的自由电子将沿电场方向作定向运动，形成电子流，所以金属具有良好的导电性；金属除依靠正离子的振动传递热能外，自由电子的运动也能传递热能，所以金属的导热性好；随着金属温度的升高，正离子的热振动加剧，使自由电子的定向运动阻力增加，电阻升高，所以金属具有正的电阻温度系数；当金属的两部分发生相对位移时，金属的正离子仍然保持金属键，所以具有良好的变形能力；自由电子可以吸收光的能量，因而金属不透明；而所吸收的能量在电子回复到原来状态时产生辐射，使金属具有光泽。

晶体的结构

富勒
克罗托受建筑学家理查德· 巴克明斯特· 富勒设计的美国万国博览馆球形圆顶薄壳建筑的启发，认为C60可能具有类似球体的结构，因此将其命名为buckminster fullerene（巴克明斯特· 富勒烯，简称富勒烯）。
惠特尼美国艺术博物馆
富勒烯是一系列纯碳组成的原子簇的总称。它们是由非平面的五元环、六元环等构成的封闭式空心球形或椭球形结构的共轭烯。
准晶体：
准晶体是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶体具有完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的平移对称性，因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。 1984年Shechtman（谢切曼）等人用快速冷却方法制备了Al4Mn准晶体—— 其电子衍射斑具有明显的五次对称性（五重旋转对称）但并无平移周期性的合金相，称为准晶体。晶体中不存在五重旋转对称轴。
第二章（二）晶体中原子靠什么力结合在一起？晶体的结合（三）绝对温度（0K）下原子是不动的，加热后，原子在平衡态下振动。第三章
晶格振动和晶体热力学性质 Nhomakorabea（四）缺陷对晶体性质的影响。
第四章
晶体的缺陷
（五）晶体中电子的行为——能带理论。第五、六章
§1.1 晶体的共性
(一) 晶体结构
固体
晶体单晶体
配位数： 12
(四) 立方密排（面心立方堆积）原子球排列之二 ABCABC…—— 面心立方晶格
B层原子球排列
C层原子球排列
原子球排列 —— ABC ABC ABC …… 面心立方晶格结构晶体
Cu、Ag、Au、Al
晶胞中原子数目： 4。在体心立方晶胞中，每个角上的原子在晶格中同时属于8个相邻的晶胞，每个角上的原子属于一个晶胞1/8。面上一个原子属于两个晶胞，每个面上的原子属于一个晶胞1/2 。致密度： 0.74 配位数： 12

常见的金属晶体结构

第二章作业2－1 常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？V、Mg、Zn 各属何种结构？答：常见晶体结构有 3 种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V ⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni ⑶密排六方：Mg、Zn －Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、2---7 为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。

第三章作业3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。

答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好？试用多晶体塑性变形的特点予以解释。

答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。

原因是：（1）强度高：Hall-Petch 公式。

晶界越多，越难滑移。

（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。

（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。

4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂7~15 天，然后再精加工。

试解释这样做的目的及其原因？答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7 天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。

4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）？答：W、Sn 的最低再结晶温度分别为: TR(W) =（0.4～0.5)×(3410+273)－273 =（1200～1568）(℃)＞1000℃ TR(Sn) =（0.4～0.5)×(232+273)－273 =（-71～-20）(℃) ＜25℃所以W 在1000℃时为冷加工，Sn 在室温下为热加工4－9 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想？为什么？（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。

第三章晶体结构

设按六方密堆的O2-分别为OA层与OB层，则-Al2O3中氧与铝的排列可写成：OAAlDOBAlEOAAlFOBAlDOAAlEOBAlF∥OAAlD…，从第十三层开始才出现重复。
三．其它晶体结构 1.金刚石结构
金刚石结构为面心立方格子，碳原子位于面心立方的所有结点位置和交替分布在立方体内的四个小立方体的中心，每个碳原子周围都有四个碳，碳原子之间形成共价键。
一．面心立方紧密堆积结构
4. CaTiO3(钙钛矿)型结构钙钛矿结构的通式为ABO3，其中，A2+ 、B4+或A1+ 、B5+金
属离子。CaTiO3在高温时为立方晶系，O2-和较大的Ca2+作面心立方密堆，Ti4+填充于1/4的八面体空隙。Ca2+占据面心立方的角顶位置。O2-居立方体六个面中心，Ti4+位于立方体中心。Z=1， CNCa2+=12 CNTi4+=6 ,O2-的配位数为6 （2个Ti4+和 4个Ca2+）。
一．面心立方紧密堆积结构 1. NaCl型结构
Cl-呈面心立方最紧密堆积，Na+则填充于全部的八面体空隙
中，（即阴离子位于立方体顶点和六个面的中心，阳离位于立
方体的中心和各棱的中央）。两者 CN 均为 6 ，单位晶胞中含 NaCl的个数Z=4 ，四面体空隙未填充。
一．面心立方紧密堆积结构 2. β-ZnS（闪锌矿）型结构
S2-位于面心立方的结点位置，Zn2+交错地分布于立方体内的1/8小立方体的中心，即S2-作面心立方密堆，Zn2+填充于1/2的四面体空隙之中，CN均为4，Z=4。β -ZnS是由[ZnS4]四面体以共顶的方式相连而成。

晶粒和晶界的极化强弱

晶粒和晶界的极化强弱晶界是介于两个结晶晶粒之间的区域，它通常由一系列不完整的原子排列组成。

相比之下，晶粒是大块晶体中的一个小区域，它具有特定的原子排列和晶格结构。

晶界与晶粒之间存在着明显的区别，它们不仅在结构上有所不同，而且在性质上也有很大差异。

在晶体中，晶界是一个非常重要的概念，它对材料的性能和特性有着重要的影响。

晶界的存在可以改变晶粒的结构和性质，从而影响整个材料的性能。

另一方面，晶界也可以作为一个强有力的障碍，阻碍晶界的移动和晶粒的长大，从而影响材料的塑性变形和力学性能。

是有关两者之间相互作用的重要方面。

在晶体中，电子会在结构中移动并在晶界和晶粒之间形成极化。

晶粒内部的极化通常较强，因为晶体结构的有序性和稳定性有助于电子在结构内部移动。

与此相比，晶界的极化通常较弱，因为其不完整的结构和不规则的排列会导致电子在此处移动受到阻碍。

因此，晶界的极化强度通常比晶粒内部的极化强度要弱。

然而，晶界的极化也可以通过一些方法来增强。

例如，通过控制材料的合成条件和处理参数，可以实现晶界的再结晶和再组织，从而提高晶界的密度和有序性，增强晶界的极化。

此外，引入一些添加剂或表面修饰剂也可以改变晶界的结构和性质，进而增强晶界的极化。

晶粒和晶界的极化强弱对材料的性能有着重要的影响。

通常情况下，晶粒内部的极化强度较大，有利于提高材料的导电性和热传导性。

而晶界的极化强度较弱，导致其对材料的电阻和热电性能有一定的负面影响。

因此，在设计和制备材料时，需要综合考虑晶粒和晶界之间的相互作用，以实现材料性能的优化和提升。

总的来说，晶粒和晶界是材料中两个重要的组成部分，它们之间的极化强弱会影响材料的整体性能和特性。

通过合理控制和调控晶粒和晶界的极化强度，可以实现材料性能的优化和提升，从而满足不同应用领域对材料性能的需求。

因此，在材料设计和研究中需要充分考虑晶粒和晶界之间的相互作用，以实现材料性能的最大发挥。

固体物理第2课常见晶格结构-

6a y
（326）
晶面间距的计算
低指数的晶面晶面间距较大，高指数的则较小。晶面间距越大，该面上原子排列愈密集，否则越疏。
注意点：
本节的晶向、晶面及其指数主要针对布喇菲格子而言。
如以原胞基矢为坐标轴建立坐标系，则晶向指数和晶面指数的通式一般为[l1 l2 l3]、 (h1 h2 h3)。
cos a b
ab
氯化钠型结构
氯化钠型结构
复式面心立方结构：KCl、LiH、PbS
返回
氯化铯型结构
氯化铯型结构
晶胞和原胞
复式简立方结构：TlBr溴化铊、TlI(碘化钛)、 CuPd(钯铜)、AgMg、AlNi
返回
金钢石结构 1Biblioteka 金刚石 3返回金钢石结构 2
返回
金刚石和闪锌矿结构（１）
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Th Pa
U
Np
Pu Am
C m
Bk
Cf
Es Fm Md No
Lr
金刚石结构
闪锌矿结构
闪锌矿结构又称为立方硫化锌
金刚石和闪锌矿结构（2）
复式面心立方结构：两个面心立方的布喇菲晶格沿对角线平移1/4长度套构而成，但原子价键取向不同。 Si、Ge、GaAs、InP、InSb（用途？）
InSb 探测器阵列 320×240制冷目前11所和211所已做出来。
金刚石和闪锌矿结构（2）
晶体管的发明
1947年12月23日第一个点接触式 NPN Ge晶体管
发明者： W. Schokley J. Bardeen W. Brattain
获得1956年 Nobel物理奖