第一章材料科学基础课件-2010课件.pptVIP

将闪烁晶体与光电倍增管或光电二极管耦合制成的探测仪器是核医疗成像设备中的重要组成部分。在这里, 闪烁晶体好比一个“ 光源” ,它把吸收到的能量转化成衰减时间为纳秒或微妙级的脉冲光。这些脉冲光的强度与辐照在晶体上的能量成正比, 它们被光探测器接收后转化为相应的电信号。这些电信号经过处理和分析后即可显示被测对象的结构或功能特征。目前用作医疗成像的闪烁晶体主要有LaOBr、Gd2O2S、YTaO3、LuTaO4、CeI、LSO 、BGO和PWO等。正因为有了这些闪烁晶体，人体内成像才成为可能，极大的提高了医学水平的发展。 离子晶体的结构特征 离子晶体包括具有络合离子的的晶体。如方解石（碳酸钙）。 1、由于离子键无方向性、饱和性，所以配位数高，堆积较密。 2、离子晶体结构可以近似归结为不等大球的堆积问题。 3、负离子是堆积的主体，较小的正离子安插在空隙中，正离子的配位数取决于正负离子半径之比。 1.2.1 决定离子晶体结构的基本因素 Ⅰ.质点的相对大小 Ⅱ.晶体中质点的堆积 Ⅲ.配位数与配位多面体 Ⅳ.离子极化 Ⅰ质点的相对大小—原子半径及离子半径 孤立态原子半径：从原子核中心到核外电子的几率密度趋向于零处的距离，亦称为范德华半径。 结合态原子半径：当原子处于结合状态时，根据x-射线衍射可以测出相邻原子面间的距离。对于金属晶体，则定义金属原子半径为：相邻两原子面间距离的一半。 离子半径 每个离子周围存在的球形力场的半径即是离子半径。对于离子晶体，定义正、负离子半径之和等于相邻两原子面间的距离，可根据x-射线衍射测出。 确定正、负离子半径的确切数据，有两种方法，其一是哥希密特（Goldschmidt）从离子堆积的几何关系出发，建立方程所计算的结果称为哥希密特离子半径（离子间的接触半径）。其二是鲍林（Pauling）考虑了原子核及其它离子的电子对核外电子的作用后，从有效核电荷的观点出发定义的一套质点间相对大小的数据，称为鲍林离子半径。 Ⅱ晶体中质点的堆积 最紧密堆积原理： 晶体中各离子间的相互结合，可以看作是球体的堆积。球体堆积的密度越大，系统的势能越低，晶体越稳定。此即球体最紧密堆积原理。 适用范围：典型的离子晶体和金属晶体。 质点堆积方式： 根据质点的大小不同，球体最紧密堆积方式分为等径球和不等径球两种情况。 等径球最紧密堆积时，在平面上每个球与6个球相接触，形成第一层（球心位置标记为A），如图1-5所示。此时，每3个彼此相接触的球体之间形成1个弧线三角形空隙，每个球周围有6个弧线三角形空隙，其中3个空隙的尖角指向图的下方（其中心位置标记为B），另外3个空隙的尖角指向图的上方（其中心位置标记为C），这两种空隙相间分布。 图1-5 球体在平面上的最紧密堆积 面心立方最紧密堆积和六方最紧密堆积 球体在空间的堆积是按照ABAB……的层序来堆积。这样的堆积中可以取出一个六方晶胞，称为六方最紧密堆积，见图1-6 （a） 。 另一种堆积方式是按照ABCABC……的堆积方式。这样的堆积中可以取出一个面心立方晶胞，称为面心立方最紧密堆积。面心立方堆积中，ABCABC……重复层面平行于（111）晶面，见图1-6（b）。 两种最紧密堆积中，每个球体周围同种球体的个数均为12。 两种三层堆叠方式 ABA: 第三层位于第一层正上方 最紧密堆积的空隙： 由于球体之间是刚性点接触堆积，最紧密堆积中仍然有空隙存在。从形状上看，空隙有两种：一种是四面体空隙，由4个球体所构成，球心连线构成一个正四面体；另一种是八面体空隙，由6个球体构成，球心连线形成一个正八面体。 显然，由同种球组成的四面体空隙小于八面体空隙。 最紧密堆积中空隙的分布情况： 每个球体周围有8个四面体空隙和6个八面体空隙 。 n个等径球最紧密堆积时，整个系统四面体空隙数为2n个，八面体空隙数为n个。 采用空间利用率（原子堆积系数）来表征密堆系统总空隙的大小。其定义为：晶胞中原子体积与晶胞体积的比值。两种最紧密堆积的空间利用率均为74.05%，空隙占整个空间的25.95%。 不等径球堆积 不等径球进行堆积时，较大球体作紧密堆积，较小的球填充在大球紧密堆积形成的空隙中。其中稍小的球体填充在四面体空隙，稍大的则填充在八面体空隙，如果更大，则会使堆积方式稍加改变，以产生更大的空隙满足填充的要求。这对许多离子化合物晶体是适用的。 Ⅲ 配位数（coordination number ） 与配位多面体 配位数：一个原子（或离子）周围同种原子（或异号离子）的数目称为原子（或离子）的配位数，用CN来表示。 晶体结构中正、负离子的配位数的大小