第二章 晶体结构-2010.ppt

2 晶体结构 晶体的宏观特征 2.1.1 空间点阵 将晶体质点的中心用直线连接起来，就构成了一个空间网络，此即晶体的空间点阵。????将其中每个质点抽象为规则排列于空间的几何点，称之为阵点。 同一空间点阵可因选取方式不同而得到不相同的晶胞。 ????具有代表性的基本单元（即最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。 晶胞、晶轴和点阵矢量????根据6个点阵参数间的相互关系，可将全部空间点阵归属于7种类型，即7个晶系。按照“每个阵点的周围环境相同”的要求，布拉菲（Bravais A．）用数学方法推导出能够反映空间点阵全部特征的单位平面六面体只有14种，这14种空间点阵也称布拉菲点阵。 晶 系 空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象。 2.1.2 晶向指数和晶面指数 ????4)将这3个坐标值化为最小整数u，v，w，加以方括号，[u v w]即为待定晶向的晶向指数。 2.晶面指数 晶面指数标定步骤如下：????1)在点阵中设定参考坐标系，设置方法与确定晶向指数时相同； 3.六方晶系指数 六方晶系的晶向指数和晶面指数同样可以应用上述方法标定，这时取a1，a2，c为晶轴，而a1轴与a2轴的夹角为120度，c轴与a1，a2轴相垂直，如图2.8所示。 但这种方法标定的晶面指数和晶向指数，不能完全显示六方晶系的对称性，为了更好地表达其对称性，根据六方晶系的对称特点，对六方晶系采用a1，a2，a3及c四个晶轴，a1，a2，a3之间的夹角均为120度，这样，其晶面指数就以(h k i l）四个指数来表示。 根据几何学可知，三维空间独立的坐标轴最多不超过三个。前三个指数中只有两个是独立的，它们之间存在以下关系：i ＝- (h + k) 。 4.晶带 所有平行或相交于同一直线的这些晶面构成一个晶轴，此直线称为晶带轴。属此晶带的晶面称为晶带面。 晶带轴[u v w]与该晶带的晶面（h k l）之间存在以下关系： hu + kv + lw = 0????凡满足此关系的晶面都属于以[u v w]为晶带轴的晶带，故此关系式也称作晶带轴定理。 5.晶面间距 立方晶系，由于a=b=c，其晶面间距公式为： 2.3 晶体中质点的堆积 2.3.1 最紧密堆积原理与最紧密堆积方式 一、最紧密堆积原理 晶体中质点的结合应遵循能量最低原理。 从几何角度来看，球体堆积的密度越大，系统的势能越低，晶体越稳定。 二、最紧密堆积方式 在平面上，等径球体最紧密堆积时，每个球体与六个球相接触 。形成第1层； 然后，在每三个彼此相接触的球体之间形成的弧形三角形空隙上，仍按平面最紧密堆积的方式堆积第2层。 从以上的分析可以看出，面心立方结构中{111}晶面和密排六方结构中{0001}晶面上的原子排列情况完全相同。 三、最紧密堆积中的空（间）隙 位于6个原子所组成的八面体中间的空隙称为八面体空隙，而位于4个原子所组成的四面体中间的空隙称为四面体空隙。 每个球体周围有8个四面体空隙和六个八面体空隙。 纯金属晶体通常都是等径球体的原子以最紧密的方式堆积，其中存在许多空隙，这种空隙对金属的性能、合金相结构和扩散、相变等都有重要影响。 空间利用率：晶胞中原子体积与晶胞体积的比值。 2.3.2 内在因素对晶体结构的影响 一、质点的相对大小 在晶体中，质点总是在其平衡位置附近振动，当质点间的结合处于对应条件下的平衡状态时，质点间就保持着一定的距离。这个距离就反映了质点的相对大小。 原子半径的大小与原子处于孤立状态还是处于结合状态有关。 当原子处于孤立状态时——范德华半径 当原子处于结合状态时——哥希密特半径离子半径、鲍林离子半径 二、配位数与配位多面体 原子（或离子）的配位数：该原子（或离子）周围同种原子（或异号离子）的数目。用CN表示。 三、离子极化 在离子紧密堆积时，带电荷的离子所产生的电场对周围离子的电子云所产生的吸引或排斥作用，使之发生变形的现象。 离子极化将对晶体结构产生显著影响： 1. 导致离子之间的间距缩短，离子配位数降低； 2. 变形的电子云相互重叠，使键性由离子键向共价键过渡，最终使晶体结构类型发生变化。 哥希密特结晶化学定律：晶体结构取决于其组成基元（原子、离子或离子团）的数量关系、大小关系及极化性能。 在无机化合物晶体中，常按数量关系对晶体结构进行分类： 值得注意的是：若构成晶体的基元的数量关系相同，但大小不同，其结构类型亦不相同。 如AX型晶体有：CsCl型、NaCl型和ZnS型等结构 有时，组成晶体的基元的数量和大小关系都相同，但因极化性能不同，其结构类型亦不相同。 如AgCl和AgI 2.3.3 外在因素对晶体结构的影响 一、同质