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第七章晶体结构 8.1 晶体的特征 一、宏观特征 (一)规则外形(指天然或从溶液中生长的晶体,未经人工加工); (二)固定熔点; (三)各向异性:导热、导电、膨胀系数、折射率等物理性质。 作为对比:无定形体(玻璃、沥青、石蜡等)冷却凝固时无规则外形、无固定熔点、物理性质是各向同性。 8.1 晶体的特征(续) 二、结构特征(微观) ——晶体夹角守恒定律:一个确定的晶体的表面夹角( ? , ? , ? ,简称晶角)保持不变,不管其形成条件和宏观外形是否有缺陷。 晶胞参数: (教材P.208图9-1) 3个边长(a, b, c) 3个晶面夹角(? , ? , ?) 三、晶体7种晶系和14种晶格(点阵) 按晶体对称性划分,把晶体分为7种晶系,每种晶系又分为若干种晶格,共14种晶格。 教材P.209, 表9.1 (补充“晶格”一栏): 晶系 晶格(点阵, Bravias ,教材P.210 图9-5) 立方 3 四方 2 正交 4 单斜 2 三斜 1 六方 1 三方 1 小计: 7 14 四、晶体的内部结构 (一)晶格(Crystal lattice)(几何概念) ——指组成晶体的质点,(原子、分子、离子、原子团等)在空间作有规则的周期性排列所组成的格子。 共14种晶格(见上),分属于7种晶系 (二)晶胞(Cell) ——能表达晶体结构的最小重复单位。 换言之:胞晶在三维空间有规则地重复排列组成了晶体。 (三)结点 ——即晶格结构中固定的点。 8.2 晶体的基本类型及其结构 ——按占据晶格结点在质点种类及质点互相间作用力划分为4类。 晶格类型 例 占据结点的质点 质点间作用力 金属晶体 Na, Fe 金属原子、阳离子 金属键 (不含自由电子) 离子晶体 NaCl, CaF2 阴离子、阳离子 离子键 原子晶体 金刚石,Si,SiC 原子 共价键 分子晶体 N2, H2O,CO2 分子 范德华力(可能有氢键) 一、金属晶体 表9-1 金属晶体的4种晶格(教材P。213 - 215) 金属原子堆积方式 晶格类型 C.N. 空间 利用率 % 实例 (教材P。215 表9-2) 简单立方堆积(SCP)A.A 简单立方 6 个别 52 ?-Po 钋 (极少 ) 体心立方堆积(bcp)AB.AB 体心立方 8 少 68 面心立方密堆积(fcp)ABC.ABC 面心立方 12 多 74 六方密堆积(hcp)AB.AB 六方 12多 74 一、金属晶体(续) (一)堆积方式 简单立方堆积: A.A 体心立方堆积: AB.AB 百心立方密堆积: ABC.ABC 六方密堆积: AB.AB A层六角形,B层三角形, 不同于体心立方堆积中的正方形。 (二)空间利用率计算 例1:体心立方晶胞中金属原子的空间利用率计算 (教材P.213, 图9-10) (1)计算每个晶胞含有几个原子: 1 + 8 × 1/8 = 2 体心立方晶胞:中心有1个原子, 8个顶点各1个原子,每个原子被8个 晶胞共享。 (二)空间利用率计算(续) (2)原子半径r 与晶胞边长a 的关系: 勾股定理: 2a 2 + a 2 = (4r) 2 底面对角线平方 垂直边长平方 斜边平方 得: (二)空间利用率计算(续) (3)空间利用率 ? = 晶胞含有原子的体积 / 晶胞体积 ? 100% = 例2:求面心立方晶胞的空间利用率 解:晶胞边长为a,原子半径为r. 据勾股定理: a 2 + a 2 = (4r)2 a = 2.83 r 每个面心立方晶胞含原子数目: 8 ? 1/8 + 6 ? ? = 4
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