材料化学chapter1-2-晶体学基础.ppt

2.3 晶体的结构和性质 由于剪应力的作用使晶体互相滑移，晶体中滑移部分的相交位错线是和滑移面方向平行的，因为位错线周围的一组原子面形成了一个连续的螺旋形坡面，古称为螺旋位错。 2.4 .1.3 面缺陷 * 2.1 概述 2.2 晶体与非晶体 2.3 晶体的结构与性能 2.4 晶体缺陷及其对性能的影响 2.5 非晶态材料的结构与性能 2.6 材料结构的表征 1．规则的几何外形 2．晶面角守恒 3．有固定的熔点 4．物理性质的各向异性 2.3.1 晶体的宏观特性 石英晶体的若干外形图 石英晶体的不同样品中，a、c晶面间夹角总是113o08’，b、c晶面夹角总是120o00’，所以晶面角才是晶体外形的特征因素。这个普遍的规律被概括为晶面角守恒定律：属于同一晶种的晶体，两个对应晶面间的夹角恒定不变，晶面角守恒表明同一种晶体，其内部结构的规则性是相同的。 2.3.2 布拉格点阵与晶系 格子的结点：点阵结构 点阵的质点：原子、分子、离子、原子团 每个结点有完全想同的周围环境 （1） 布拉格点阵 NaCl的晶体结构 晶体的晶胞参数 晶胞参数 a、b、c α、β、γ 晶体结构＝点阵+结构基元 基元 点阵图 （2） 晶系 晶面指数 2.4 晶体缺陷及对其性能的影响 2.4.1 缺陷的分类 2.4.2 缺陷对晶体性质的影响 2.4.3 非整比化合物 2.4 晶体缺陷及对其性能的影响 理想晶体 所谓平移对称性就是指对空间点阵，任选一个最小的基本单元，在空间三维方向进行平移，这个单元能够无一遗漏的完全复制所有空间格点。 由于局部地方格点的破坏导致平移操作无法完整地复制全部的二维点阵。这样的晶体，我们就称之为含缺陷的晶体，对称性破坏的局部区域称为晶体缺陷。 2.4 .1 晶体缺陷的分类 结构缺陷 （本征缺陷） 点缺陷 面缺陷 线缺陷 体缺陷 点缺陷：发生在晶格中一个原子尺寸范围内的一类缺陷，亦称零维缺陷，例如空位、间隙原子等 线缺陷：缺陷只在一个方向上延伸，或称一维缺陷，主要是各种形式的“位错”，例如晶格中缺少一列原子即形成线缺陷 面缺陷：晶体内一个晶面不按规定的方式来堆积，部偏离周期性点阵结构的二维缺陷，即在堆积过程中偶尔有一个晶面不按规定的方式来堆积，于是这一层之间就产生了面缺陷。 体缺陷：指在三维方向上相对尺寸较大的缺陷，例如完整的晶格中可能存在着空洞或夹杂有包裹物等，使得晶体内部的空间点阵结构整体中出现了异性形式的缺陷 2.4 .1.1 点缺陷 （1） 概念 空位 间隙原子 六十年代Kroger等建立了比较完整的缺陷研究理论，主要用于研究晶体内的点缺陷。 缺陷化学的基本假设： 将晶体看作稀溶液，将缺陷看成溶质，用热力学的方法研究各种缺陷在一定条件下的平衡。也就是将缺陷看作是一种化学物质，他们可以参与化学反应——准化学反应，一定条件下，这种反应达到平衡状态。 在晶体中，位于点阵结点上的原子并非静止的，而是以平衡位置为中心作热振动。 原子的振动能是按几率分布，有起伏涨落的。当某一原子具有足够大的震动能而使振幅增大到一定限度时，就可能克服周围原子对它的制约作用，跳离其原来的位置，使点阵中形成空结点，称为空位。 离开平衡位置的原子有三个去处： 一是迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置上；使晶体内部留下空位，称为Schottky空位 二是挤入点阵的间隙位置，在晶体中同时形成数目相等的空位和间隙原子，称为Frenkel缺陷； 三是跑到其他空位中，使空位消失或空位迁移； 四是一定条件下，晶体表面的原子也可能跑到晶体内部的间隙位置形成间隙原子； 对于高分子晶体除了上述的空位、间隙原子和杂质原子等点缺陷外，还有其特有的点缺陷。 晶体中的原子正是由于空位和间隙原子不断的产生与复合才不听地由一处向另一处做无规则的布朗运动，这就是晶体中原子的自扩散，是固体相变、表面化学热处理、蠕变、烧结等物理化学过程的基础。 热致缺陷 掺杂造成缺陷 与环境杂质交换引起缺陷 外部作用引起缺陷 （2） 成因 （3） 缺陷对晶体性质的影响 （3） 缺陷对晶体性质的影响 （1） 对力学性质的影响 （2）对催化性能影响 （3）对电化学性质的影响 （4）对光学性质的影响 （5）对晶体颜色的影响 1．对力学性质的影响 由于结构缺陷的存在，使得晶体的机械强度大大降低。 2. 对光学性质的影响 晶体缺陷对晶体的光学性质有很大影响。如杂质原子就会对闪烁晶体材料的性能产生重大影响。BGO是化合物Bi4Ge3O4的简称。BGO晶体无色透明，室温时在光和X射线辐照下有很强的发光性质，是性能优异的新一 代闪烁晶体材料，可以用于探测X射线、Y射线、正电子和带电粒子等，在核物理，高能物理，核医学和石油勘探等