材料晶态结构及有序化

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19
材料科学基础
3. NaCl 型结构
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20
材料科学基础
以氯化钠作为这类结构的代表
化学式NaCl
立方晶系
基本格子为立方面心格子
Fm3m空间群
ao = 0.563 nm
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21
材料科学基础
• 以体积较大的Cl-作立方紧密堆积 • Na 如何填充？ • 孔隙如何分布？
Cl
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Na
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材料科学基础
4. CsCl型结构
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26
材料科学基础
• 氯化铯（CsCl） • 立方晶系
• Pm3m空间群 • 简单（原始）立方格子
• ao = 0.411nm
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C s+
Cl
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材料科学基础
5. -ZnS（闪锌矿）型结构
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28
材料科学基础
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9
材料科学基础
同类型结构的物质有： •硅 •锗 • 灰锡（-Sn） • 人工合成立方氮化硼（c-BN）
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材料科学基础
制造方法
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11
材料科学基础
2. 石墨结构
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材料科学基础
化学式C 六方晶系 六方原始格子 P63/mmc空间群 ao=0.246nm co=0.670nm
• 立方晶系 • 面心立方格子 • 空间群
• z=4
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材料科学基础
0 ,1 0 0
50
0 ,1 0 0
75 50
图3-25 闪锌矿晶体结构
25
0 ,1 0 0
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25 0 ,1 0 0
50
75
50
0 ,1 0 0
30
材料科学基础
• S2-立方紧密堆积 • r+/r- = 0.33 Zn2+ V4，Zn2+ CN =4 • V8 全部空着（位置何在？）
• S2- CN =4
• z=4 • 应有8个V4，只填充了1/2，如何分布？ • 等同点 • 质点坐标
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31
材料科学基础
与金刚石晶胞的对比
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32
材料科学基础
同晶型物质： • -SiC • GaAs • AlP • InSb
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33
材料科学基础
6. -ZnS（纤锌矿）型结构
0 ,1 0 0
A
75 50
25
B
0 ,1 0 0 50
25 0 ,1 0 0
75 50
C
0 ,1 0 0
图3-21 金刚石的晶胞图和投影图
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7
材料科学基础
排列方式 配位数 质点坐标 空位情况 等同点
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8
材料科学基础
结构与性质的关系
硬度 熔点 声子传导 热辐射 高温半导体
• 同晶型典型物质及特性
• 熟记几个典型晶体结构图
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4
材料科学基础
1. 金刚石型结构
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5
材料科学基础
以金刚石结构作为代表 化学式为C 立方晶系 基本格子——立方面心格子 空间群符号Fd3m 晶胞参数 ao= 0.356nm
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6
材料科学基础
0 ,1 0 0
50
编辑课件体结构中Zn2+的配位数应该为6，本应
属于NaCl型结构。
• 实际上，由于离子极化的结果，r+/r-值下降， 配位数和键性都发生了变化
• Zn2+的配位数为4，结构类型与理论预期的结
构不同
• 充分体现了极化性能对晶体结构的影响。
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40
材料科学基础
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37
材料科学基础
小结
• CsCl和NaCl是典型的离子晶体 • 符合Pauling规则。
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38
材料科学基础
• ZnS晶体不是完全离子键，向共价键过渡 • Zn2+ 18外层电子，极化率高，S2-极化力较高 • 较明显的离子极化，改变了正、负离子之间 的距离和键性 • 但尚未引起晶体结构类型的根本改变。
7. CaF2（萤石）型结构
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41
材料科学基础
立方晶系 面心立方格子
Fm3m空间群 z = 4。
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42
材料科学基础
根据Pauling第一规则
r+/r- = 0.75 > 0.732 CN+ = 8
所以Ca2+配位多面体形状是立方体，F-位 于顶角，Ca2+位于体心
配位多面体是以共棱关系连接
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材料科学基础
六方晶系 简单六方格子
P63mc空间群 ao=0.382nm，co=0.625nm z=2 CN = 4
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35
材料科学基础
图3-26 纤锌矿晶体结构
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36
材料科学基础
S2-六方紧密堆积排列 Zn2+填充在四面体空隙中，只占据了1/2 等同点分析 质点坐标 与纤锌矿结构同类的晶体：BeO、ZnO、AlN
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13
材料科学基础
石墨的结构特征
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材料科学基础
图3-22 石墨晶体结构（虚线范围为单位晶胞）
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15
材料科学基础
结构与性能的关系
润滑性 （中低温固体润滑剂 ）
良好的导电性 （高温发热体 ）
硬度低，易加工
在惰性气氛中熔点很高（高温坩埚 ）
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16
材料科学基础
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材料科学基础
根据Pauling第二规则 Ca2+ : S = 2/8 = 1/4 故每个F-必须与4个Ca2+形成静电键 即F-应该位于Ca2+的四面体中
第三章 材料的晶态结构及有序化
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1
材料科学基础
3.5 无机非金属材料组成 与晶体结构
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2
材料科学基础
3.5.1 典型结构类型
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材料科学基础
要求:
• 无机材料典型的晶体结构类型
• 晶胞分析和描述——晶系、基本格子、等 同点分析、正负离子配位数（CN）、晶胞分 子数z、质点坐标、四面体和八面体空隙数量、 位置及被占据情况
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材料科学基础
rNa/rCl = 0.102/0.181 = 0.56 （0.414~0.732）
阳离子填充在八面体空隙中
正、负离子的配位数都是 6
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材料科学基础
Cl
图3-23 NaCl 晶体结构
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Na
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材料科学基础
z = 4 8个V4 + 4个V8。具体位置及被占据情况？ 等同点 质点坐标
同类结构物质
h-BN
• 车、刨、铣、钻机加工
• 用作高温固体润滑剂
• 不导电
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材料科学基础
• 化学组成相同的物质，在不同的热力
学条件下生成不同的晶体结构的现象，
称为同质多晶现象。
• 变体、多晶形
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材料科学基础
• 当外界条件改变时，各变体之间就要 发生结构转变，称为同质多晶转变