硅酸盐晶体结构课件课件.ppt

下图即为?-方石英、?-鳞石英中硅氧四面体的不同连接方式对比：存在对称中心存在对称面第63页,共83页，星期六，2024年，6月（3）石英的结构?-石英属六方晶系，空间群P6422或P6222；晶胞参数a=0.496nm，c=0.545nm；晶胞分子数Z=3。?-石英在（0001）面上的投影如图1-47所示。结构中每个Si4+周围有4个O2-，空间取向是2个在Si4+上方、2个在其下方。各四面体中的离子，排列于高度不同的三层面上，最上一层用粗线表示，其次一层用细线表示，最下方一层以虚线表示。?-石英结构中存在6次螺旋轴，围绕螺旋轴的Si4+离子，在（0001）面上的投影可连接成正六边形，如图1-48（a）和1-49（a）所示。根据螺旋轴的旋转方向不同，?-石英有左形和右形之分，其空间群分别为P6422和P6222。?-石英中Si-O-Si键角为150o。第64页,共83页，星期六，2024年，6月图1-47?-石英在（0001）面上的投影第65页,共83页，星期六，2024年，6月?-石英属三方晶系，空间群P3221或P3121；晶胞参数a=0.491nm，c=0.540nm；晶胞分子数Z=3。?-石英是?-石英的低温变体，两者之间通过位移性转变实现结构的相互转换。两结构中的Si4+在（0001）面上的投影示于图1-48。在?-石英结构中，Si-O-Si键角由?-石英中的150o变为137o，这一键角变化，使对称要素从?-石英中的6次螺旋轴转变为?-石英中的3次螺旋轴。围绕3次螺旋轴的Si4+在（0001）面上的投影已不再是正六边形，而是复三角形，见图1-49（b）。?-石英也有左、右形之分。第66页,共83页，星期六，2024年，6月图1-48石英中Si4+在（0001）面上的投影?-石英?-石英第67页,共83页，星期六，2024年，6月图1-49石英中硅氧四面体在（0001）面上的投影?-石英?-石英第68页,共83页，星期六，2024年，6月结构于性质的关系：SiO2结构中Si-O键的强度很高，键力分别在三维空间比较均匀，因此SiO2晶体的熔点高、硬度大、化学稳定性好，无明显解理。第69页,共83页，星期六，2024年，6月关于?-石英的压电效应：正压电效应：某些晶体在机械力作用下发生变形，使晶体内正负电荷中心相对位移而极化，致使晶体两端表面出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与应力成比例。这种由“压力”产生“电”的现象称为正压电效应(directpiezoelectriceffect)。逆压电效应：如果具有压电效应的晶体置于外电场中，电场使晶体内部正负电荷中心位移，导致晶体产生形变。这种由“电”产生“机械形变”的现象称为逆压电效应(conversepiezoelectriceffect)。正压电效应和逆压电效应统称为压电效应。第70页,共83页，星期六，2024年，6月根据转动对称性，晶体分为32个点群，在无对称中心的21个点群中，除O-432点群外，有20种点群具有压电效应。晶体的压电性质与自发极化性质都是由晶体的对称性决定的。产生压电效应的条件是：晶体结构中无对称中心，否则，晶体受外力时，正负电荷中心不会分离，因而没有压电性。第71页,共83页，星期六，2024年，6月由于晶体的各向异性，压电效应产生的方向、电荷的正负等都随晶体切片的方位而变化。如图1-50(a)显示无外力作用时，晶体中正负电荷中心是重合的，整个晶体中总电矩为零；图(b)表明，在垂直方向对晶体施加压力时，晶体发生变形，使正电荷中心相对下移，负电荷中心相对上移，导致正负电荷中心分离，使晶体在垂直于外力方向的表面上产生电荷(上负、下正)。图(c)显示出晶体水平方向受压时，在平行于外力的表面上产生电荷的过程，此时，电荷为上正下负。由此可见，压电效应是由于晶体在外力作用下发生变形，正负电荷中心产生相对位移，使晶体总电矩发生变化造成的。因此，在使用压电晶体时，为了获得良好的压电性，须根据实际要求，切割出相应方位的晶片。第72页,共83页，星期六，2024年，6月图1-50?-石英中压电效应产生的机理及方位关系无外力作用时，晶体中正负电荷中心是重合的，整个晶体中总电矩为零垂直方向对晶体施加压力时，晶体发生变形，使正电荷中心相对下移，负电荷中心相对上移，导致正负电荷中心分离，使晶体在垂直于外力方向的表面上产生电荷（上负、下正）。晶体水平方向受压时，在平行于外力的表面上产生电荷的过程，此时，电荷为上正下负。第73页,共83页，星期六，2024年，6月压电晶体的应用：压电材料在宇航、电子、激光、计算机、微波、能源等领域得