第1章：晶体结构基础

《材料物理化学》——缺陷化学部分
（30学时） 主要内容： 1. 热力学（夏长荣） 2. 缺陷化学（高建峰） 3. 固相反应（陈春华）

《缺陷化学》主要参考书：
1）《固体化学导论》 苏勉曾，北京大学出版社，1986 2）《无机固体化学》 洪广言，科学出版社，2002 3）《固体化学及其应用》苏勉曾, 谢高阳, 申泮文译， 复旦大学出版社，1989 3） “Basic Solid State Chemistry” Anthony R. West, 2th Edition, JOHN WIELY & SONS, LTD, 1999 4） “Defects and Transport in Crystalline Solids” Truls Norby, University of Oslo, Spring 2004

第一章：晶体结构概述
¾ 缺陷(defect) ↔ 完美(perfect)。 ¾ 缺陷和浓度↔ 完美晶体的化学组成和结构。 ¾ 缺陷化学之缺陷，主要讨论点缺陷及相关科学问题。
（完美）晶体：
“Perfect crystals are built up of regular arrangements of atoms in three dimensions (periodicity); in a perfect crystal, all the atoms at rest on their correct lattice positions.” 。

7 crystal systems and 14 Bravais Lattices
立方
β
四方
β α γ β
正交
α
γ
α
γ
Cubic (P、F、I) a=b=c α=β=γ=90o
Tetragonal (P、I) a=b ≠c α=β=γ=90o
Orthorhombic (P、F、I、A) a ≠ b ≠c α=β=γ=90o

单斜
三斜
六方
α
三方
β
γ
Monoclinic (P、A) a≠b≠c α=γ=90o ≠β
Triclinic (P) a≠b≠c α≠γ≠β≠90o
Hexagonal (P) a = b ≠c α=β=90o γ=120o
Trigonal (R) a=b=c α=β=γ ≠90o < 120o

晶体结构描述：
¾ 晶胞（Unit cell）：The smallest repeating unit which shows the full symmetry of the crystal structure（高度抽象）。 ¾ 等径球密堆 (close packing) ：导向因素是结构中球形原子堆 积密度最大化（原子金属晶体）。 ¾ 配位多面体堆积 (space-filling polyhedra) ：强调结构中阳离 子与阴离子的配位关系。3D配位多面体堆砌（离子晶体、共 价键晶体结构描述）。 ¾ 价键网络 (covalent network) ：突出中心原子与相邻原子之 间的价键连接关系（共价键晶体结构描述）。

第一节：等径球密堆模型
“等径球密堆模型”，始于原子晶体（金属）的结 构研究和描述，后推广应用于离子晶体描述。 模型把每一个结构原子或离子视为刚性球，并遵 循“能量最低原理” 3-D密堆积排列。 这里重点回顾原子晶体（金属）的等径球密堆模 型及结构。

A） 等径球密堆 (closely packing)
A层
ABAB…
ABCABC…
⇒hcp
⇒fcc

六方密堆 (hexagonal-cp, hcp):
A B A
Inner Tet.
Inner Oct.
单胞内有6个原子，6个八面体间隙(中心在体内)；12 个四面体间隙（8个中心在体内，4(12/3)个中心在c 轴上）；严格等径球堆积：c/a=1.633

立方密堆 (cubic cp, ccp/fcc):
A
单胞内有 4个原子 4个八面体间隙（0, 0, ½)
C A(111) B
8个四面体间隙（ ¼,¼,¼)

等径球密度结构中的间隙 (Void / interstitial) • 六配位八面体间隙（Octahedral site, Oct. ） • 四配位四面体间隙（Tetrahedral site, Tet.） （为描述方便，有时分为： T+ 和 T− ）

等径球堆积结构(fcc, hcp, bcc, scp) 小结：
Type of packing n/O/T per or Crystal type unit cell hcp fcc bcc scp 6/6/12 4/4/8 2/x/x 1/x/x packing density(%) 74 74 68 52 *Size of Oct. hole 0.414r 0.414r 0.414r 0.732(8N) *Size of Tet. hole 0.225r 0.225r 0.225r ---
* Based on geometric calculation

第二节：典型离子晶体结构
离子键比例（不存在100%的离子键）：
Pauling defines the percent ionic character possessed by a chemical bond。
Percent ionic character =
μ：the observed dipole moment
μ
eR
× 100％
eR： the dipole moment when one charge is completely
transferred in the formation of the bond and the resulting ions are spherical. 上述计算离子键比例（百分数），“偶极矩” 是基础数据。