材料科学基础第二章材料中的晶体结构课件.ppt

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1、贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY第二章第二章 材料中的晶体结构材料中的晶体结构THE CRYSTAL STRUCTURE IN MATERIALS晶体学基础晶体学基础纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构离子晶体的结构离子晶体的结构共价晶体的结构共价晶体的结构贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY第一节

2、第一节 晶体学基础晶体学基础THE FUNDAMENTALS OF CRYSTALLOGRAPHY空间点阵和晶胞空间点阵和晶胞晶系和布拉菲点阵晶系和布拉菲点阵晶向指数和晶面指数晶向指数和晶面指数晶面间距晶面间距晶带及晶带定理晶带及晶带定理贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVE

3、RSITY高分辨率电镜直接观察晶体中原子的规则排列高分辨率电镜直接观察晶体中原子的规则排列贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY一、空间点阵与晶胞一、空间点阵与晶胞 Space lattice&cell晶体晶体 点阵点阵 晶格晶格 晶胞晶胞贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY 1.1.晶体晶体 原子（

4、离子或分子）在空间有规则原子（离子或分子）在空间有规则 的周期性重复排列的固体的周期性重复排列的固体基元基元 晶体中在空间有规则的周期性排列晶体中在空间有规则的周期性排列 的基本单元的基本单元晶体及其基元晶体及其基元贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY 2.2.空间点阵空间点阵 晶体中的等同点在空间有规则晶体中的等同点在空间有规则 的周期性重复排列的阵列的周期性重复排列的阵列贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CH

5、EMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY晶体结构晶体结构=点阵点阵+基元基元贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY 点阵的基本矢量（基矢）点阵的基本矢量（基矢）描述点阵中描述点阵中各阵点空间位置的基本平移矢量各阵点空间位置的基本平移矢量贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUI

6、ZHOU NORMAL UNIVERSITY 3.3.晶格晶格 连接晶体点阵中阵点的几组相交平连接晶体点阵中阵点的几组相交平 行线构成的空间格架行线构成的空间格架 4.4.晶胞晶胞 构成晶格的最小单元构成晶格的最小单元贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY1）表征晶胞形状的六个参量）表征晶胞形状的六个参量贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZH

7、OU NORMAL UNIVERSITY2)选取晶胞的一般原则选取晶胞的一般原则(1)尽可能高的对称性尽可能高的对称性(2)尽可能多的直角尽可能多的直角(3)尽可能小的体积尽可能小的体积3)简单晶胞简单晶胞(初级晶胞初级晶胞)只含一个阵点的晶胞只含一个阵点的晶胞4)复杂晶胞复杂晶胞(非初级晶胞非初级晶胞)含多个阵点的晶胞含多个阵点的晶胞贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEM

8、ISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY二、晶系和布拉菲点阵二、晶系和布拉菲点阵 1.1.晶系晶系(Crystal system)根据晶胞形状特征根据晶胞形状特征所划分的晶体点阵系列，特征相同的归为一所划分的晶体点阵系列，特征相同的归为一个晶系，共有个晶系，共有7个晶系。个晶系。2.2.布拉菲点阵布拉菲点阵(Bravais lattice)根

9、据晶胞形根据晶胞形状及阵点的分布特征所划分的晶体点阵系列状及阵点的分布特征所划分的晶体点阵系列，特征相同的归为一个晶系，共有，特征相同的归为一个晶系，共有14种。种。贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY简单立方（简单立方（P）体心立方（体心立方（I）面心立方（面心

10、立方（F）贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY简单四方（简单四方（P）体心四方（体心四方（I）贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY菱方（菱方（R）贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU N

11、ORMAL UNIVERSITY六方（六方（P）贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY面心正交（面心正交（F）底心正交（底心正交（C）简单正交（简单正交（P）体心正交（体心正交（I）贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY简单单斜（简单单斜（P）底心单斜（底心单斜（C）贵州师范大学化学与材料科学学院化学与

12、材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY三斜（三斜（P）贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY课外思考题课外思考题1.为什么布拉菲点阵中没有面心四方点阵？为什么布拉菲点阵中没有面心四方点阵？2.下图所示的密排六方结构属于何种点阵？下图所示的密排六方结构属于何种点阵？贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEM

13、ISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY三、晶向指数和晶面指数三、晶向指数和晶面指数 1.1.晶向指数及其确定方法晶向指数及其确定方法1）晶向指数）晶向指数 晶体点阵中阵点列的方向指数晶体点阵中阵点列的方向指数2）确定已知晶向的指数（）确定已知晶向的指数（Miller指数）指数）（1）建坐标）建坐标.一般为右手坐标，坐标原点位于待一般为右手坐标，坐标原点位于待 定晶向上某一阵点，坐标轴为晶胞棱边定晶向上某一阵点，坐标轴为晶胞棱边（2）求投影）求投影.以晶格常数为单位，求待定晶向上以晶格常数为单位，求待定晶向上 任一阵点的投影

14、值任一阵点的投影值（3）化整数）化整数.将投影值化为一组最小整数将投影值化为一组最小整数（4）加括号）加括号.uvw贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL

15、 SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY3）讨论）讨论（1）uvw代表相互平行、方向相同的所有晶向代表相互平行、方向相同的所有晶向（3）晶向族）晶向族uvw代表阵点排列情况完全相同代表阵点排列情况完全相同 但位向不同的所有晶向但位向不同的所有晶向（2）uvw代表与代表与uvw反向平行的晶向反向平行的晶向例如，在立方晶系中：例如，在立方晶系中：课外思考题课外思考题 如何确定已知晶向的指数和画出已知指数的如何确定已知晶向的指数和画出已知指数的晶向，你有哪些技巧？晶向，你有哪些技巧？贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTR

16、Y AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY 2.2.晶面指数及其确定方法晶面指数及其确定方法1）晶面指数）晶面指数 晶体点阵中阵点面的方向指数晶体点阵中阵点面的方向指数2）确定已知晶面的指数）确定已知晶面的指数（1）建坐标）建坐标.右手坐标，坐标轴为晶胞棱边，坐右手坐标，坐标轴为晶胞棱边，坐 标原点不能位于待定晶面内标原点不能位于待定晶面内（2）求截距）求截距.以晶格常数为单位，求待定晶面在以晶格常数为单位，求待定晶面在 坐标轴上的截距值坐标轴上的截距值（3）取倒数）取倒数.将截距值取倒数将截距值取倒数（4）化整数）化整数.将截距值的

17、倒数化为一组最小整数将截距值的倒数化为一组最小整数（5）加括号）加括号.（hkl）贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZH

18、OU NORMAL UNIVERSITY3）讨论）讨论（1）(hkl)代表相互平行且法线相同的所有晶面代表相互平行且法线相同的所有晶面（3）晶面族）晶面族 hkl 代表阵点排列情况完全相同代表阵点排列情况完全相同 但位向不同的所有晶面但位向不同的所有晶面（2）(hkl)代表与代表与(hkl)法线方向反向平行的晶面法线方向反向平行的晶面例如，在立方晶系中：例如，在立方晶系中：（4）立方晶系中，相同指数）立方晶系中，相同指数 的晶面与晶向必定垂直的晶面与晶向必定垂直 例如，例如，贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCI

19、ENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY课堂练习课堂练习 写出图示立方晶胞中晶向及晶面的指数写出图示立方晶胞中晶向及晶面的指数贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY课外思考题课外思考题 如何确定已知晶面的指数和画出已知指数的如何确定已知晶面的指数和画出已知指数的晶面，你有哪些技巧？晶面，你有哪些技巧？贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIEN

20、CE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY 3.3.六方晶系晶面和晶向的六方晶系晶面和晶向的Miller-Bravais指数指数问题提出：六方晶系为什么不用问题提出：六方晶系为什么不用Miller指数？指数？写出图中六方晶胞六个侧面的写出图中六方晶胞六个侧面的Miller指指数，即可找到答案。数，即可找到答案。贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY1）确定已知晶面的指数）确定已知晶面的指数（hkil）（1）建坐标）建坐标.四轴坐

21、标，坐标轴为四轴坐标，坐标轴为a1、a2、a3和和c ，坐标原点不能位于待定晶面内，坐标原点不能位于待定晶面内（2）求截距）求截距.以晶格常数为单位，求待定晶面在以晶格常数为单位，求待定晶面在 坐标轴上的截距值坐标轴上的截距值（3）取倒数）取倒数.将截距值取倒数将截距值取倒数（4）化整数）化整数.将截距值的倒数化为一组最小整数将截距值的倒数化为一组最小整数（5）加括号）加括号.（hkil），可以证明，），可以证明，i=-(h+k)贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL

22、UNIVERSITY贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY课堂练习课堂练习写出图中六方晶胞六个侧面的写出图中六方晶胞六个侧面的Miller-Bravais指数，及其晶面族的指数。指数，及其晶面族的指数。贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY2）确定已知晶向的指数）确定已知晶向的指数 uvtw（1）第）第

23、 1 种方法种方法 移步法移步法 在在t=-(u+v)约束下，在四轴坐标中，从坐约束下，在四轴坐标中，从坐 标原点依次沿标原点依次沿a1、a2、a3、c轴移动到待定晶轴移动到待定晶 向上的某个阵点，所移动步数即为向上的某个阵点，所移动步数即为 uvtw 移步法移步法公式换算法公式换算法正射投影修正系数法正射投影修正系数法贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AN

24、D MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY（2）第）第 2 种方法种方法 公式换算法公式换算法 先在三轴坐标中确定待定晶向的先在三轴坐标中确定待定晶向的Miller指指 数数 UVW，再用下述公式换算成，再用下述公式换算成 uvtw 贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY（3）第）第 3 种方法种方法 正射投影修正系数法正射投影修正系数法 在四轴坐标中，从待定晶向上的某个阵在四轴坐标中，从待定晶向

25、上的某个阵 点向四个坐标轴作垂直投影，给点向四个坐标轴作垂直投影，给c轴的投影值轴的投影值 乘以乘以3/2，再将四个投影值化为一组最小整数，再将四个投影值化为一组最小整数 ，即为，即为 uvtw 详见：范群成详见：范群成.正射投影修正系数法标注六方晶正射投影修正系数法标注六方晶 系晶向指数系晶向指数J.理化检验理化检验物理分册，物理分册，1992，28(6)：20贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院

26、SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY课堂练习课堂练习写出图示六方晶胞中写出图示六方晶胞中ABCDA面及其与晶胞面及其与晶胞表面交线的指数。表面交线的指数。贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY课外思考题课外思考题1.如何画出已知指数为如何画出已知指数为 uvtw 的晶向？的晶向？2.如何画出已知指数为如何画出已知指数为(hkl)的晶面？的晶面？3.

27、在在“确定已知晶向的指数和画出已知指数的确定已知晶向的指数和画出已知指数的 晶向晶向”时，你有哪些技巧？时，你有哪些技巧？4.在在“确定已知晶面的指数和画出已知指数的确定已知晶面的指数和画出已知指数的 晶面晶面”时，你有哪些技巧？时，你有哪些技巧？5.在在“确定已知晶向的指数确定已知晶向的指数”方面，你有什么方面，你有什么 更好的方法？更好的方法？贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY四、晶面间距四、晶面间距 1.1.晶面间距晶面间距 2.2.计算

28、公式计算公式相邻两个平行晶面之间的距离相邻两个平行晶面之间的距离 对于各晶系的简单点阵，晶面间距对于各晶系的简单点阵，晶面间距 dhkl与晶面指数与晶面指数 (hklhkl)和点阵常数和点阵常数 (a,b,ca,b,c)之之间有如下关系：间有如下关系：贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY 3.3.讨论讨论1）应用公式的条件：各晶系中的简单点阵，如）应用公式的条件：各晶系中的简单点阵，如 简单立方点阵、简单四方点阵、简单正交点简单立方点阵、简单四方

29、点阵、简单正交点 阵、简单六方点阵等。阵、简单六方点阵等。2）对于非简单点阵，其某些面的面间距与简单）对于非简单点阵，其某些面的面间距与简单 点阵的相同，某些却是简单点阵的分数倍。点阵的相同，某些却是简单点阵的分数倍。如，对于简单立方，如，对于简单立方，d100=a 对于面心立方，对于面心立方，d100=a/23）较为稳妥的方法是利用下式计算：）较为稳妥的方法是利用下式计算：面间距面间距=面密度面密度/体密度体密度如，对于面心立方如，对于面心立方贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU

30、 NORMAL UNIVERSITY课堂练习课堂练习1.计算体心立方晶体计算体心立方晶体 100 面间距面间距2.计算面心立方晶体计算面心立方晶体 110 面间距面间距3.计算密排六方晶体计算密排六方晶体(0001)面间距面间距课外思考题课外思考题第二章习题第二章习题 7(3)引入位置因子：引入位置因子：S=2h/3+k/3+l/2,得得d0001=c/2贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY五、晶带及晶带定理五、晶带及晶带定理 1.1.晶带晶带

31、平行于某一平行于某一晶向的所有晶面称为晶向的所有晶面称为一个晶带，该晶向称一个晶带，该晶向称为晶带轴，这些晶面为晶带轴，这些晶面称为晶带面。称为晶带面。2.2.晶带定理晶带定理 晶带轴晶带轴 uvw 与该晶带中任一晶带面与该晶带中任一晶带面(hkl)满足下列关系式：满足下列关系式：uh+vk+wl=0贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY 3.3.推论推论1）两个不平行的晶面）两个不平行的晶面(h1k1l1)和和 (h2k2l2)必定必定 属于同一

32、个晶带，其晶带轴属于同一个晶带，其晶带轴 uvw 可由下可由下 式求得：式求得：2）已知一个晶带中的任意两个晶带面）已知一个晶带中的任意两个晶带面(h1k1l1)和和 (h2k2l2)，则符合下式的晶面则符合下式的晶面 (h3k3l3)也也 属于该带：属于该带：贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY推论（推论（1）推论（推论（2）三个晶轴同在一个晶面上三个晶轴同在一个晶面上三个晶面同属一个晶带三个晶面同属一个晶带贵州师范大学化学与材料科学学院化学与

33、材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY课堂练习课堂练习1.写出立方晶系写出立方晶系 001 晶带中任意晶带中任意6 6个晶带面个晶带面2.判断下列判断下列6个晶面是否属于同一个晶带。若个晶面是否属于同一个晶带。若 是，写出晶带轴。是，写出晶带轴。否否3.立方晶系立方晶系 111 晶面族中的面是否属于同晶面族中的面是否属于同 一个晶带。若是，写出晶带轴。一个晶带。若是，写出晶带轴。否否贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MAT

34、ERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY第二节第二节 纯金属的金属结构纯金属的金属结构THE CRYSTAL STRUCTURE OF PURE METALS金属的典型晶体结构金属的典型晶体结构多晶型性多晶型性晶体的原子半径晶体的原子半径贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY一、金属的典型晶体结构一、金属的典型晶体结构面心立方结构面心立方结构A1或或fcc(face-centered cubic)贵金属，

35、贵金属，Cu,Ni,Al,-Fe贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY体心立方结构体心立方结构A2或或bcc(body-centered cubic)碱金属，难溶金属（碱金属，难溶金属（Cr,V,Nb,Mo,W），），-Fe贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY密排六方结构密排六方结构A3或或hcp(c

36、lose-packed hexagonal)Zn,Mg,Be,Cd,-Ti贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY原子密排面和密排方向原子密排面和密排方向一个晶胞中的原子数一个晶胞中的原子数原子的配位数原子的配位数点阵常数点阵常数致密度致密度间隙间隙原子堆垛方式原子堆垛方式贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERS

37、ITY 1.1.原子最密排面和最密排方向原子最密排面和最密排方向结构类型结构类型最密排面最密排面最密排方向最密排方向fcc111 110 bcc110 111 hcp(0001)1120 2.2.一个晶胞中的原子数一个晶胞中的原子数fcc bcc hcp 4 2 6贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY一个面心立方晶胞中的原子数：一个面心立方晶胞中的原子数：4贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY A

38、ND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY一个体心立方晶胞中的原子数：一个体心立方晶胞中的原子数：2贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY一个密排六方晶胞中的原子数：一个密排六方晶胞中的原子数：6贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY 3.3.原子的

39、配位数原子的配位数 晶体中任一原子周围最近晶体中任一原子周围最近 邻且等距离的原子数邻且等距离的原子数fcc bcc hcp 12 8 12 4.4.点阵常数点阵常数 晶胞的棱边长度晶胞的棱边长度a、b、c（用（用 原子钢球半径原子钢球半径 r 表示）表示）结构类型结构类型点阵常数特征点阵常数特征点阵常数点阵常数fcca=b=cbcca=b=chcp a=bc贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY 5.5.致密度致密度 晶胞中原子体积占总体积的分数

40、晶胞中原子体积占总体积的分数 fcc bcc hcp 0.74 0.68 0.746.6.间隙间隙 若将晶体中的原子视为球形，则相若将晶体中的原子视为球形，则相关接触的最近邻原子间的空隙称为间隙关接触的最近邻原子间的空隙称为间隙 间隙内能容纳的最大刚性球的半径称为间隙内能容纳的最大刚性球的半径称为间隙半径间隙半径 rB。间隙大小常用间隙半径与原子半径间隙大小常用间隙半径与原子半径 rA 之之比比 rB/rA 表示。表示。贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVE

41、RSITY1）面心立方结构晶体中的间隙）面心立方结构晶体中的间隙正八面体间隙：位于晶胞各棱边中点及体心正八面体间隙：位于晶胞各棱边中点及体心 位置。一个晶胞中共有位置。一个晶胞中共有4个。个。rB/rA 0.414贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY正四面体间隙：位于晶胞对角线的四分之一正四面体间隙：位于晶胞对角线的四分之一 处。一个晶胞中共有处。一个晶胞中共有8个。个。rB/rA 0.225贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCH

42、OOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY2）体心立方结构晶体中的间隙）体心立方结构晶体中的间隙扁八面体间隙：位于晶胞各棱边中点及面心扁八面体间隙：位于晶胞各棱边中点及面心 处。一个晶胞中共有处。一个晶胞中共有6个。个。rB/rA 0.155贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY四面体间隙：位于晶胞各面中线的四分之一四面体间隙：位于晶胞各面中线的四分之一 处。

43、一个晶胞中共有处。一个晶胞中共有12个。个。rB/rA 0.291贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY3）密排六方结构晶体中的间隙）密排六方结构晶体中的间隙正八面体间隙：一个晶胞中共有正八面体间隙：一个晶胞中共有6个。个。rB/rA 0.414贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY正四面体间隙：一个晶

44、胞中共有正四面体间隙：一个晶胞中共有12个。个。rB/rA 0.225贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY 7.原子的堆垛方式（仅介绍原子的堆垛方式（仅介绍fcc和和hcp）1）fcc和和hcp的原子的原子 密排面密排面2）原子密排面上可）原子密排面上可 堆垛的不

45、同位置堆垛的不同位置贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY3）面心立方结构的堆垛次序）面心立方结构的堆垛次序贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NOR

46、MAL UNIVERSITY4）密排六方结构的堆垛次序）密排六方结构的堆垛次序贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY二、多晶型性二、多晶型性 1.1.多晶型性多晶型性 某些晶体在不同的条件某些晶体在不同的条件(温度、温度、压力等压力等)具有不同类型晶体结构的性质。具

47、有不同类型晶体结构的性质。同种元素的不同结构称为同素异构。同种元素的不同结构称为同素异构。同素异构体之间的相互转变称为同素异同素异构体之间的相互转变称为同素异构转变，此时，晶体性能发生突变。构转变，此时，晶体性能发生突变。2.2.举例举例一个大气压下，纯一个大气压下，纯铁具有三种不同的铁具有三种不同的晶体结构晶体结构贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY纯铁加热时的膨胀曲线纯铁加热时的膨胀曲线贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHO

48、OL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY三、晶体的原子半径三、晶体的原子半径 1.1.原子半径原子半径 若将晶体中的原子看成钢球，若将晶体中的原子看成钢球，则晶体中最近邻的原子中心间距的一半定则晶体中最近邻的原子中心间距的一半定义为原子半径。义为原子半径。2.2.影响原子半径的主要因素影响原子半径的主要因素1）温度与压力的影响）温度与压力的影响 原子半径随晶体的温度及压力改变而改变原子半径随晶体的温度及压力改变而改变2）结合键的影响）结合键的影响 结合键增强时，原子（或离子）半径变小结合键增强时，原子（或

49、离子）半径变小 Fe Fe2+Fe3+0.124nm 0.083nm 0.067nm贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY3）配位数影响）配位数影响 原子半径随配位数的降低而减小原子半径随配位数的降低而减小4）原子核外层电子结构的影响）原子核外层电子结构的影响 原子半径随原子序数递增呈周期性变化原子半径随原子序数递增呈周期性变化贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIE

50、NCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY第三节第三节 离子晶体的结构离子晶体的结构THE STRUCTURE OF IONIC CRYSTALS离子晶体的主要特点离子晶体的主要特点离子半径、配位数和负离子配位多面体离子半径、配位数和负离子配位多面体离子晶体的结构规则离子晶体的结构规则离子晶体的典型结构离子晶体的典型结构贵州师范大学化学与材料科学学院化学与材料科学学院SCHOOL OF C