第一章晶体结构(离子晶体课件4-2).ppt

一、AX型结构 AX型结构主要有CsCl，NaCl，ZnS，NiAs等类型的结构，其键性主要是离子键，其中CsCl，NaCl是典型的离子晶体，NaCl晶体是一种透红外材料；ZnS带有一定的共价键成分，是一种半导体材料；NiAs晶体的性质接近于金属。 表1-2- AX型化合物的结构类型与r+/r-的关系 NaCl晶体结构 1.NaCl型结构 NaCl属于立方晶系，结构中Cl－离子作面心立方最紧密堆积，Na+填充八面体空隙的100%；两种离子的配位数均为6；配位多面体为钠氯八面体[NaCl6]或氯钠八面体[ClNa6]；八面体之间共棱连接（共用两个顶点）；一个晶胞中含有4个NaCl“分子”。 2.立方ZnS（闪锌矿，zincblende）型结构 结构中S2-离子作面心立方堆积，Zn2+离子交错地填充于8个小立方体的体心，即占据四面体空隙的1/2，正负离子的配位数均为4。一个晶胞中有4个ZnS“分子”。整个结构由Zn2+和S2-离子各一套面心立方格子沿体对角线方向位移1/4体对角线长度穿插而成。由于Zn2+离子具有18电子构型，S2-离子又易于变形，因此，Zn-S键带有相当程度的共价键性质。常见闪锌矿型结构有Be，Cd，Hg等的硫化物，硒化物和碲化物以及CuCl及?-SiC等。 4.六方ZnS（纤锌矿，wurtzite ）型结构及热释电性 （1）结构解析 纤锌矿属于六方晶系，点群6mm，空间群P63mc，晶胞结构如图1-2- 所示。 结构中S2-作六方最紧密堆积，Zn2+占据四面体空隙的1/2，Zn2+和S2-离子的配位数均为4。六方柱晶胞中ZnS的“分子数”为6，平行六面体晶胞中，晶胞分子数为2。结构由Zn2+和S2-离子各一套六方格子穿插而成 。 常见纤锌矿结构的晶体有BeO、ZnO、CdS、GaAs等晶体。 图1-2- 纤锌矿结构六方柱晶胞 二、AX2型结构 AX2型结构主要有萤石（CaF2，fluorite）型，金红石（TiO2，rutile）型和方石英（SiO2，?-cristobalite）型结构。其中CaF2为激光基质材料，在玻璃工业中常作为助熔剂和晶核剂，在水泥工业中常用作矿化剂。TiO2为集成光学棱镜材料，SiO2为光学材料和压电材料。AX2型结构中还有一种层型的CdI2和CdCl2型结构，这种材料可作固体润滑剂。AX2型晶体也具有按r+/r-选取结构类型的倾向，见表1-2-。 表1-2- AX2型结构类型与r+/r-的关系 立方晶系，点群m3m，空间群Fm3m，如图1-2- 所示。 Ca2+位于立方晶胞的顶点及面心位置，形成面心立方堆积，F－填充在八个小立方体的体心。 Ca2+的配位数是8，形成立方配位多面体[CaF8]。F－的配位数是4，形成[FCa4]四面体，F－占据Ca2+离子堆积形成的四面体空隙的100%。 晶胞分子数为4。 由一套Ca2+离子的面心立方格子和2套F－离子的面心立方格子相互穿插而成。 图1-2- 萤石型结构 2.金红石（TiO2）型结构 结构中O2-离子作变形的六方最紧密堆积，正离子占据一半的八面体空隙位，并且交替占据，有一半是空的。八面体单元TiO6共边连接成平行于C轴的链。 这种结构属于四方晶系，简单四方点阵。就一个晶胞而言，Ti4+ 占据简单四方点阵的顶点和体心位置，O2-则处于上、下底面一组相互平行对角线上和通过体心并平行于上下底截面上另外方向的一条对角线上，这三条面对角线上各有两个O2-,它们距离所在面对角线端点的距离同为对角线长的1/4， Ti4+离子的配位数是6，形成[TiO6]八面体。O2-离子的配位数是3，形成[OTi3]平面三角单元。Ti4+填充八面体空隙的1/2。晶胞中TiO2的分子数为2。 图1-2- 金红石（TiO2）型结构 五、硅酸盐的晶体结构 四面体中硅与氧原子位置 硅酸盐的分类 单一和成对四面体（孤岛状硅酸盐） 组群状硅酸盐 * * 闪锌矿结构 （a）晶胞结构 （c）[ZnS4]分布及连接 （b）（001）面上的投影 反萤石（Na2O） 3.CsCl型结构 CsCl属于立方晶系，结构中正负离子作简单立方堆积，配位数均为8，晶胞分子数为1，键性为离子键。CsCl晶体结构也可以看作正负离子各一套简单立方格子沿晶胞的体对角线位移1/2体对角线长度穿插而成。 CsCl晶胞图 1.萤石（CaF2）型结构及反萤石型结构 （a）晶胞结构图 （b）[CaF8]立方体及其连接 （c）[FCa4]四面体及其连接 （b） （a）负离子多面体图 晶胞结构图 依照Pauling第一规则，钛、氧离