2.2 晶体结构11 (1)解读

(a)晶体结构的规则网格
(b)非晶体结构的无规则网格
非晶体中原子排列不具有长程的周期性，但基 本保留了原子排列的短程序，即近邻原子的数目和
种类、近邻原子之间的距离(键长)、近邻原子配置 的几何方位(键角)都与晶体相近。
(c)
(c)Penrose拼接图案
准晶体具有长程的取向序，但没有长程的平移对称序，
可以用Penrose拼接图案显示其结构特点。
2.1.2 晶体的分类
晶 体
按晶胞分 立方晶系
按对称性分 立方体
按功能分 导体 半导体
按结合方式分 分子晶体 离子晶体 共价晶体 金属晶体
六方晶系
四方晶系 三方晶系 正交晶系 单斜晶系
六方体
绝缘体
磁介质 电介质 超导体
氢键晶体
三斜晶系
2.2 结晶学原胞 晶系
第二章 晶体结构
•2.1 晶体的特征
固体 晶 态：有固定熔点，金属、岩盐、石英、金刚石 非晶态：没有固定熔点，橡胶、塑料、玻璃、腊
晶态：长程有序（分子排列在微米量级范围是有序的。） 非晶态：无规则的，或称其为短程有序的。
2.1.1 固体分类(按结构)
单晶体 晶体: 长程有序 多晶体 固体 非晶体: 不具有长程序的特点,短程有序。 准晶体: 有长程取向性，而没有长程的平移对称性。 长程有序: 至少在微米量级范围内原子排列具有周期性。
补充资料：固体氧化物燃料电池材料 （SOFC）
• 单体燃料电池主要组成部分由电解质( electrolyte)、阳极或 燃料极(anode，fuel electrode)、阴极或空气极(cathode，air electrode)和连接体(interconnect)组成。
电解质是电池核心，电解质性能直接决定电池工作温度和性 能。目前大量应用于SOFC的电解质是全稳定ZrO2陶瓷。在ZrO2 中掺入某些二价或三价金属氧化物(如CaO，Y2O3)，低价金属离 子占据了Zr4+位置，结果使ZrO2从室温到高温(1000℃)都有稳定 的相结构(萤石结构)，而且由于电中性要求，在材料中产生了大 量的O2-空位，因而大大增加了ZrO2的离子电导率，同时扩展了离 子导电的氧分压范围。目前常用Y2O3稳定ZrO2 (简称YSZ)为电解 质材料，其离子电导率在氧分压变化十几个数量级时，都不发生 明显变化。
简单三斜
简单单斜
底心单斜
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简单正交
体心正交
正交 a≠b≠c， α=β=γ＝ 90º
底心正交
面心正交
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Baidu Nhomakorabea单六方
简单菱方
简单四方
体心四方
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简单立方
体心立方
面心立方
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• 2.3、常见电子材料的晶体结构
（1）、氯化钠结构（配位数 4：4） 两个面心立方子晶格,各自的原胞具有相同 的基矢,只不过有互相的位移。
氯化铯结构是由两个简立方 的子晶格彼此沿立方空间对 角线位移1/2的长度套构而成。 固体物理学原胞是简立方， 每个原胞中包含两个原子。
固体物理学的观点：说结构，取原胞都是对布喇菲 格子而言。 （考虑对称性）
• （3）、金刚石结构 (Si,Ge)(4:4)
面心立方原胞内还有4 个原子，这4个原子分别 位于空间对角线的1/4处 碳四面体结构
C 一种原子，二个位置。半导体材料：锗Ge, 硅Si. 与金刚石 结构相同。
金刚石结构是个复式格子，由两个面心立方子晶格彼此沿其 空间对角线位移1/4的长度套构而成的。
（4）、闪锌矿结构(ZnS,GaAS)
硫和锌分别组成面心立方的子晶格。而沿空间对角 线位移1/4的长度套构而成。化合物半导体：锑化铟，砷化镓，磷化钼
七个晶系，14种布拉菲原胞
晶系 三斜Triclinic a≠b≠c ，α≠β≠γ 布拉菲点阵 晶系 简单三斜 六方 Hexagonal a1=a2＝a3≠c，α=β＝90º ， γ=120º 菱方 Rhombohedral a=b=c, α=β=γ≠90º 布拉菲点 阵 简单六方
单斜 Monoclinic a≠b≠c， α=γ=90º ≠β
简单单斜 底心单斜
简单菱方
四方（正方）Tetragonal a=b≠c, α=β=γ＝90º
正交(orthorhombic) 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
简单四方 体心四方
简单立方 体心立方 面心立方
单斜 Monoclinic a≠b≠c， α=γ=90º≠β
Diamond Structure and Zinc Blend Structure
（5）、纤锌矿结构（六方，Wurtzite,ZnS,4:4）
纤维锌矿是闪锌矿的同素异构体。在纤维锌矿的结构中，S2－位于整个 六方柱大晶胞的各个角顶和底心．以及由六力柱划分出的6个三方柱中， 相间的3个三方柱的轴线上，Zn2+则位于各个三方柱的棱上及相同的 3 个三方柱之轴线上。这种排列形式相当于 S2-构成简单六方紧密堆积， 而 Zn2+则填塞于半数的四面体隙中。即每个原于均处于异种原于构成 的正四面体中心，如图所示。两者的配位数均等于4。
可以看出，Na+ FCC结构 固体物理学原胞： 角上放置Na+ 内部包含一个Cl原胞中包含一个Na+, Cl- . 原子（离子）个数：

1 1 1 1 Na :8 6 4, Cl :8 6 4, 8 2 8 2 取比值，Na : Cl 11 ：
（2）、氯化铯结构（8:8） Cl-和Cs+各自组成简立方结构的子晶格。
（6）、萤石型结构（M:O=8:4,Calcium Fluorite Structure,ZrO ,CaF ）
2 2
Fluorite Structure
• 萤石型结构。萤石型晶格结构的配位数为 M： O＝8：4，正离子按面心立方密堆排列．两个 负离子也按同样的面心立方点阵排列，但沿空 间对角线方向，其中一组向正方向移动1／4体 对角线长，另一组向反方向移动1／4体对角线 良相互套构而成。空间结构中负离子的面心立 方间隙的 1/2 为正离子所填充，或者说是负离 子处于所有正离子的四面体间隙之中。在这种 结构中，由于有 1/2 的简立方间隙未填，故结 构是不够紧密的。ZrO2,正是利用这种特点，其 氧离子易于在晶格中扩散ZrO2可用以制作燃料 电池(fuel cells)或其他离子电导型的隔板。
晶轴、晶向与晶面
晶体学中的布喇菲原胞，按对称特点来选取。基矢在 晶轴方向，固体物理学中选取的原胞，不是任意重复 单元，基矢方向和晶轴方向还是有一定的相对取向。 结晶学中的立方晶系,布喇菲原胞
简立方(SC)
体心立方(BCC)
面心立方(FCC)
• 晶系与布拉菲点阵（Crystal System and Bravais Lattice）