第六章晶体的典型结构类型.pptx

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1、目录目录第一节 结构的表征第二节 结构类型金刚石、石墨、石盐、氯化铯、萤石、闪锌矿、刚玉、石英第1页/共84页1 1、结构的表征结构的表征 与晶体结构有关的因素有：与晶体结构有关的因素有：晶体化学组晶体化学组成，晶体中质点的相对大小，极化性能。成，晶体中质点的相对大小，极化性能。并非所有化学组成不同的晶体，都有不并非所有化学组成不同的晶体，都有不同的结构，化学组成不同的晶体，可以有相同同的结构，化学组成不同的晶体，可以有相同的结构类型。的结构类型。而同一种化学组成，也可以出现不同的而同一种化学组成，也可以出现不同的结构类型。结构类型。返回目录第2页/共84页 描述晶体结构需表述下列内容：（1）

2、晶系 （2）对称类型（3）组成部分及键型（4）配位数CN（5）晶胞中结构单元数目及位置 Z=?（6）格子形式第3页/共84页描述晶体结构的三种方法1、坐标法Cl:000,0,0 ,0 Na+:00 ,00,0 0,2、球体堆积法3、配位多面体及其联接方式描述法第4页/共84页球体紧密堆积法球体紧密堆积法对于金属晶体和一些简单的离子晶体有用。对于金属晶体和一些简单的离子晶体有用。如氯化钠的晶体结构：如氯化钠的晶体结构：ClCl离子按立方紧密堆积，离子按立方紧密堆积，NaNa+处于全部的八面体空隙中。处于全部的八面体空隙中。第5页/共84页配位多面体及其连接法配位多面体及其连接法 对结构比较复杂的

3、晶体，用这种方法。如对于硅酸盐的晶体结构常用。对结构比较复杂的晶体，用这种方法。如对于硅酸盐的晶体结构常用。而对于简单的晶体就不一定好用，如氯化钠的晶体结构：而对于简单的晶体就不一定好用，如氯化钠的晶体结构：NaNa+离子的配位数是离子的配位数是6 6，构成，构成Na-ClNa-Cl八面体，八面体，NaClNaCl结构就是由结构就是由Na-ClNa-Cl八面体以共棱方式相连而成的。八面体以共棱方式相连而成的。第6页/共84页 结构类型(1)(1)金刚石晶体结构化学式为：C晶体结构为：立方晶系，a0.356nm，3L44L36L29PC空间格子：C原子组成立方面心格子，C原子位于立方面心的所有结

4、点位置和交替分布在立方体内的四个小立方体的中心。返回目录金刚石结构第7页/共84页键型：每个C原子周围有四个C，碳原子之间形成共价键。形成：自然界、实验室性质：金刚石是硬度最大的矿物 具有半导体的性能和极好 的导电性。与金刚石结构相同的有：硅、锗、灰锡（-Sn）合成的立方氮化硼（CBN）等。第8页/共84页金刚石晶体结构第9页/共84页常林钻石158克拉第10页/共84页课下练习请用坐标法标出金刚石结构中所有请用坐标法标出金刚石结构中所有碳原子的位置。碳原子的位置。查资料，画出立方氮化硼具体的晶查资料，画出立方氮化硼具体的晶体结构。体结构。总结超硬材料晶体结构特征。总结超硬材料晶体结构特征。第

5、11页/共84页2.石墨结构化学式：C返回目录第12页/共84页晶体结构：六方晶系（2H），L66L27PC a 0.246nm，c0.670nm 三方晶系（3R），L33L23PC，c1.004nm结构表现：C原子组成层状排列，层内C原子成六方环状排列，每个碳原子与三个相邻的碳原子之间的距离为0.142nm，层与层之间的距离为0.335nm。石墨晶体结构第13页/共84页第14页/共84页键型：层内为共价键，层间为分子键，还有自由电子存在金属键。性质：碳原子有一个电子可以在层内移动，平行于层的方向具有良好的导电性。石墨的硬度低，熔点高，导电性好。石墨与金刚石属同质多像变体。第15页/共84页

6、 可制作高温坩锅，发热体和可制作高温坩锅，发热体和电极，机械工业上可做润滑剂电极，机械工业上可做润滑剂等，是多用途的材料。等，是多用途的材料。同结构晶体：人工合成的六同结构晶体：人工合成的六方氮化硼（方氮化硼（HBNHBN）等）等。第16页/共84页AX型晶体 NaCI型结构矿物名称：石盐。返回目录第17页/共84页化学式为：NaCI CINa+第18页/共84页NaCl晶体的结构氯化钠晶体结构第19页/共84页 -Na+离子位于面心格子的结点位置上，CI离子也位于另一套这样的格子上，后一个格子与前一个格子相距1/2晶棱的位移。结构描述：（1）立方晶系，a0.563nm，Z4，3L44L36L

7、29PC（2）Na+CI离子键，NaCI为离子晶体.（3）CN+CN-6（4）-CI离子按立方最紧密堆积方式堆积，Na+离子充 填于全部八面体空隙。-Na+离子的配位数是6，构成Na-Cl八面体。NaCI结构是由Na-Cl八面体以共棱的方式相连而成。如何算出的？第20页/共84页Na+NaClNaCl结构结构NaClNaCl6 6八面体的连接方式八面体的连接方式CI第21页/共84页 结点的坐标为：4 CI：000，1/2 1/2 0，1/2 0 1/2，0 1/2 1/2 4 Na+：1/2 1/2 1/2，00 1/2，0 1/2 0，1/2 0 0（5）立方面心格子CI、Na+各一套（6

8、）同结构晶体有：MgO、CaO、SrO、BaO、FeO、CoO第22页/共84页思考题在氯化钠晶体结构中有多少八面体空隙、多少四面体空隙？如何计算？在氯化钠晶体结构中有多少八面体空隙、多少四面体空隙？如何计算？第23页/共84页 氯化铯型结构氯化铯型结构 晶体化学：晶体化学：CsClCsCl 晶体结构晶体结构：立方晶系，：立方晶系，a a0.411nm0.411nm Z Z1 1 空间格子：空间格子：CsClCsCl是原始格子是原始格子 氯化铯晶体结构 大球为Cl；小球为Cs+返回目录第24页/共84页Cl离子Cs离子配位多面体：在空间以共面形 式连接。离子坐标：Cl 000 Cs 1/2 1

9、/2 1/2类似的晶体：CsBr，CsI，NH4Cl等Cl离子处于立方 原始格子的八个 角顶上，Cs离子 位于立方体的中 心（立方体空隙）CNCN8，单位晶胞中有一个 Cl和一个Cs第25页/共84页氯化铯晶体结构第26页/共84页 闪锌矿型结构化 学 式：ZnS返回目录第27页/共84页 立方晶系，a0.540nm；Z4，3Li44L36P 立方面心格子，S2离子呈立方最紧密堆积，位于 立方面心的结点位置，Zn2离子交错地分布于 1/8小立方体的中心，即1/2 的四面体空隙中。晶体结构空间格子第28页/共84页1/2 的四面体空隙第29页/共84页结构投影图：（俯视图）用标高来表示，0底面；

10、251/4；501/2；753/4。（0100；25125；50150是等效的）第30页/共84页配位数配位数：CNCNCNCN4 4；极性共价键，；极性共价键，配位型共价晶体。配位型共价晶体。配位多面体配位多面体：ZnS4ZnS4四面体，在空间以四面体，在空间以 共顶方式相连接共顶方式相连接属于闪锌矿型结构晶体有属于闪锌矿型结构晶体有：SiCSiC；GaAsGaAs；AlPAlP；InSbInSb等。等。第31页/共84页 纤锌矿型结构纤锌矿型结构化学式：ZnS晶体结构：六方晶系；a0.382nm；c0.625nm；Z2第32页/共84页 质点坐标：S2：0 0 0；2/3 1/3 1/2

11、Zn2：0 0 u；2/3 1/3（u1/2）空间格子：S2按六方紧密堆积排列 Zn2充填于1/2的四面体 空隙，形成六方格子。配位数：CNCN4多面体：ZnS4四面体共顶连接键型：Zn、S为极性共价键属纤锌矿型结构的晶体有：BeO；ZnO；AlN等。第33页/共84页纤锌矿晶体结构图第34页/共84页 萤石型结构 化学式：CaF2 返回目录第35页/共84页萤石晶体结构第36页/共84页 立方晶系，a0.545nm，Z4，3L44L36L29PC晶体结构第37页/共84页空间格子：Ca2位于立方面心的结点位置，F位于立方体内八个小立方体的中心，即Ca2按立方紧密堆积的方式排列，F充填于全部四

12、面体空隙中。配位数：CN8；CN4多面体：简单立方体连接形式：CaF8之间以共棱形式连接第38页/共84页晶胞组成晶胞组成：CaCa2 2 81/881/861/2=461/2=4；F F 4 44 48 8性质性质：八面体空隙全部空着：八面体空隙全部空着负离子扩散负离子扩散属于萤石结构的晶体有属于萤石结构的晶体有：BaF2BaF2；PbF2PbF2；CeO2CeO2；ThO2ThO2；UO2UO2；低温低温ZrO2ZrO2（扭曲、变形）（扭曲、变形）第39页/共84页 反萤石结构晶体结构：其结构与萤石完全相同，只是阴阳离子的位置完全互换，即阳离子占据的是F的位置，阴离子占据的是Ca2 的位置

13、配位数：CN4；CN8晶胞组成：阴离子 81/861/24 阳离子 448属于反萤石结构的晶体有：Li2O；Na2O；K2O等 第40页/共84页石英型结构石英型结构 晶体名称：石英晶体化学：SiO2 石英（SiO2）的三个主要同质多象变体石英、鳞石英、方石英具有典型的架状结构，其SiO4四面体的连接方式如下：晶体结构返回目录第41页/共84页AB硅氧四面体的连接方式石英的晶体结构第42页/共84页石英石英属属六方晶系六方晶系，对称型，对称型L L6 66 6L L2 2，a ao o=0.501nm=0.501nm，c co o=0.547nm=0.547nm。结构中结构中各原子群形成螺旋状

14、，每一螺旋状原子群各原子群形成螺旋状，每一螺旋状原子群在同一状态下旋转，按六次螺旋转轴旋转排列，在同一状态下旋转，按六次螺旋转轴旋转排列，即可得到右旋或左旋的即可得到右旋或左旋的型石英晶体。型石英晶体。结构特征为结构特征为：两个原来在垂向上彼此相连的硅氧：两个原来在垂向上彼此相连的硅氧四面体之间，相当于以共用氧的位置为对称中心四面体之间，相当于以共用氧的位置为对称中心（图中（图中ABAB线段的中点位置）相互反伸，然后再此线段的中点位置）相互反伸，然后再此基础上，将基础上，将SiSiO OSiSi的键角由的键角由180180转变为转变为150150其它的共用氧均以此为基础，在三维空间其它的共用氧

15、均以此为基础，在三维空间右旋或左旋相互连接，就组成了右旋或左旋相互连接，就组成了石英的晶体石英的晶体结构。结构。第43页/共84页磷石英磷石英属属六方晶系六方晶系，对称型，对称型L L6 66 6L L2 27 7P PC C。a ao o=0.503nm=0.503nm，c co o=0.822nm=0.822nm，其其晶格晶格是由是由SiO4SiO4四面体构成六方环状网格，结构中六个硅氧四面体成六方环四面体构成六方环状网格，结构中六个硅氧四面体成六方环状连接，其中相间的三个顶端向上，另外三个向下。然后再与上下环中四面体状连接，其中相间的三个顶端向上，另外三个向下。然后再与上下环中四面体的顶

16、端相接，在三维空间组成无限延伸的环状骨架。的顶端相接，在三维空间组成无限延伸的环状骨架。第44页/共84页结构特点为：结构特点为：两个在垂向上彼此相连的硅氧四面体之间，相当于以共用氧的水平位置为两个在垂向上彼此相连的硅氧四面体之间，相当于以共用氧的水平位置为对称面（图中对称面（图中ABAB位置）互成镜像反映。位置）互成镜像反映。结构显示结构显示，由，由石英转变为石英转变为磷石英，不但要改变磷石英，不但要改变SiSiO OSiSi的键角的键角和键长，而且还要重新调整硅氧之间的分布，即破坏原有的键，建立新的和键长，而且还要重新调整硅氧之间的分布，即破坏原有的键，建立新的SiSiO OSiSi，它们

17、之间的转变一般比较困难，常需要持续几个昼夜，甚至几个星期之久。，它们之间的转变一般比较困难，常需要持续几个昼夜，甚至几个星期之久。第45页/共84页方石英方石英 属立方晶系属立方晶系，对称型，对称型3 3L L4 44 4L L3 36 6L L2 29 9P PC C。a ao o=0.716nm=0.716nm。晶体结构晶体结构中硅离子在立方晶胞中成类似于金刚石中硅离子在立方晶胞中成类似于金刚石的结构，氧离子位于每二个硅离子之间，硅离子的结构，氧离子位于每二个硅离子之间，硅离子位于四个氧离子之中组成硅氧四面体。位于四个氧离子之中组成硅氧四面体。结构特点为结构特点为：两个在垂向上彼此相连的硅

18、氧四面：两个在垂向上彼此相连的硅氧四面体之间，相当于以共用氧的位置为对称中心（图体之间，相当于以共用氧的位置为对称中心（图中中ABAB线段的中点位置）相互反伸。线段的中点位置）相互反伸。从结构可以看出，从结构可以看出，石英到石英到方石英的转变方石英的转变要比要比石英到石英到磷石英的转变容易一些。磷石英的转变容易一些。第46页/共84页-石英 -鳞石英 -方石英 熔体-石英 -鳞石英 -方石英 -鳞石英8700C5730C14700C17230C2680C1600C1170C重建型转变位移型转变第47页/共84页 金红石型结构化学式：TiO2 四方晶系，a0.459nm；c0.296nm；Z2L

19、44L25PC 晶体结构第48页/共84页格子类型：四方原始格子。Ti4位于结点位置，体心的属另 一套格子。O2处在一些特殊位置上，质点坐标：Ti4：000；1/2 1/2 1/2；O2:uu0;(1-u)(1-u)0;(1/2+u)(1/2-u)1/2;(1/2-u)(1/2+u)1/2 第49页/共84页晶体结构：O2可看成是变形 六方密堆积，Ti4 离子填充1/2的八面 体空隙配位数：CN6；CN3多面体：TiO6八面体连接方式：TiO八面体以共 棱方式连接成链，链与链之间以共顶 方式相连。与金红石结构相同的晶体有：SnO2；PbO2；MnO2；MoO2 WO2；MnF2;MgF2；VO

20、2 金红石链第50页/共84页 碘化镉型结构化学式：CdI2第51页/共84页晶体结构：三方晶系 a0.424nm；c0.684nm；Z1第52页/共84页空间格子：Cd2离子占有六方原始格子的结点位置，I离子 交叉分布于三个Cd2离子三角形中心的上下方；相当于两层I离子中间夹 一层Cd2离子，构成 复合层。配位数：CN6；CN3键性：复合层与复合层之间为范德华力，层状结构层 内CdI为具有离子键的共价键，键力较强。属于碘化镉型结构的晶体：Ca（OH）2；Mg（OH）2；CdI2；MgI2第53页/共84页2.11 刚玉型结构化学式：Al2O3晶体结构：三方晶系；a0.514nm，5517；Z

21、2 （菱面体晶胞），L33L23PC。返回目录第54页/共84页刚玉晶体结构第55页/共84页 O2离子按六方密堆积的方式排列，形成ABAB重 复的规律，Al3离子充填于2/3的八面体空隙，其分 布具一定的规律，即离子之间的距离保持最远。键性：具有离子键性质的共价键。性质：H=9；熔点为2050 。是构成高温耐火材料和高绝缘电陶瓷的主要物相。属于刚玉型结构的晶体：Fe2O3；Cr2O3；Ti2O3；V2O3；FeTiO3；MgTiO3BBABAABABAAB 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 D E F D E F晶体结构第56页/共84页 钙钛矿型结构第57页/共8

22、4页钙钛矿结构的通式为ABO3 ,以CaTiO3为例讨论其结构:Ca2+O2-Ti 4+第58页/共84页配位关系的分析配位关系的分析:可以看出:Ca的CN=12 Ti的CN=6 O的CN=2+4=6第59页/共84页结构的描述结构的描述（1）钙钛矿在高温时属立方晶系，在降温时，通过某个特定温度后将产生结构的畸变使立方晶格的对称性下降.（2）CaTiO3为离子晶体（3）Ca的CN=12 Ti的CN=6 O的CN=2+4=6（4）CaTiO3的结构可看成O2-和半径较大的Ca2+离子共同组成立方紧密堆积，Ti4+离子充填于1/4的八面体空隙中。其Z=4（5）结点坐标为：Ca2+000 ，001，

23、010，100，110 ，011 ，101，111 O2-0 1/2 1/2，1/2 0 1/2 ，1/2 1/2 0 ，1 1/2 1/2 ，1/2 1 1/2 ，1/2 1/2 1 Ti 4+1/2 1/2 1/2（6）立方面心格子第60页/共84页 若以若以r rA A代表代表ABOABO3 3型结构中离子半径较大的型结构中离子半径较大的A A离子半径，离子半径，r rB B代表离子半径代表离子半径较小的较小的B B离子半径。离子半径。r rO O代表氧离子半径，在钙钛矿结构中，这三种离子半径代表氧离子半径，在钙钛矿结构中，这三种离子半径之间存在如下的几何关系：之间存在如下的几何关系：r

24、 rA A+r+rO O (r(rB B+r+rO O)第61页/共84页经实际晶体的测定发现，经实际晶体的测定发现，ABAB离子的半径都可离子的半径都可以有一定范围的波动。只要满足下式即可。以有一定范围的波动。只要满足下式即可。r rA A+r+rO Ot (rt (rB B+r+rO O)其中为容差因子，其值为其中为容差因子，其值为0.770.77一一1.101.10，钙钛矿结构都能稳定。由于钙钛矿结构中，钙钛矿结构都能稳定。由于钙钛矿结构中存在这个容差因子，加上存在这个容差因子，加上A A、B B离子的价数不离子的价数不一定局限于二价和四价，因此，钙钛矿结构一定局限于二价和四价，因此，钙

25、钛矿结构所包含的晶体种类十分丰富，属于钙钛矿型所包含的晶体种类十分丰富，属于钙钛矿型结构的主要晶体大约有结构的主要晶体大约有3030余种。余种。第62页/共84页钛酸钡第63页/共84页第64页/共84页第65页/共84页BaTiO3结构与铁电性能 如上图示，在稍高于如上图示，在稍高于393K393K时，钛时，钛酸钡晶体中晶胞长度酸钡晶体中晶胞长度a=0.401nma=0.401nm，钛，钛离子和氧离子的中心距离是离子和氧离子的中心距离是0.2005nm0.2005nm，而钛氧的半径之和是，而钛氧的半径之和是0.196nm0.196nm，这说明钛氧离子之间还有，这说明钛氧离子之间还有0.004

26、5nm0.0045nm的间隔，也就是说氧八面的间隔，也就是说氧八面体空隙要比钛离子大。体空隙要比钛离子大。第66页/共84页 当钛离子发生位移向某一氧离子靠近时，使氧离子也向钛离子靠拢并发生当钛离子发生位移向某一氧离子靠近时，使氧离子也向钛离子靠拢并发生强烈的电子位移极化，而氧离子极化后所形成的电场又反过来促使钛离子进强烈的电子位移极化，而氧离子极化后所形成的电场又反过来促使钛离子进一步位移，使钛离子在一定条件下在新的位置上稳定下来，从而使单元晶胞一步位移，使钛离子在一定条件下在新的位置上稳定下来，从而使单元晶胞中正负电荷不重合，产生偶极矩。中正负电荷不重合，产生偶极矩。与此同时，在这个小区域

27、内的晶胞外形发生变化，晶胞沿钛离子位移向与此同时，在这个小区域内的晶胞外形发生变化，晶胞沿钛离子位移向伸长，而其它两个方向略缩短。原来在伸长，而其它两个方向略缩短。原来在393K393K以上是立方晶系，到以上是立方晶系，到393K393K以下有以下有一轴伸长一轴伸长 ，而成为四方晶系。，而成为四方晶系。第67页/共84页 应应 用用 钙钛矿型结构在高温时属于立方晶系，在降温时，钙钛矿型结构在高温时属于立方晶系，在降温时，对称性下降。对称性下降。如果在一个轴向发生畸变如果在一个轴向发生畸变(C(C轴略伸长或缩短轴略伸长或缩短)，就由立方晶系变为四方晶系；就由立方晶系变为四方晶系；如果在两个轴向发

28、生畸变，就变为正交晶系；如果在两个轴向发生畸变，就变为正交晶系；若不在轴向而是在体对角线若不在轴向而是在体对角线111111方向发生畸变，方向发生畸变，就成为三方晶系菱面体格子。就成为三方晶系菱面体格子。这三种畸变，在不同组成的钙钛矿结构中都可能这三种畸变，在不同组成的钙钛矿结构中都可能存在。由于这种畸变，使一些钙钛矿结构的晶体产生自存在。由于这种畸变，使一些钙钛矿结构的晶体产生自发偶极矩，成为铁电和反铁电体。从而具有介电和压电发偶极矩，成为铁电和反铁电体。从而具有介电和压电性能，这一性质在现代材料研究中已得到了广泛的应用。性能，这一性质在现代材料研究中已得到了广泛的应用。第68页/共84页

29、方解石型结构化学式：CaCO3第69页/共84页晶体结构：三方晶系；Z4，L33L23PC 空间格子：CO32按近似于立方密堆积的形式排列，变 形后，形成菱形面心格子。第70页/共84页配位数：CN6；CN3性质：H3，透明（冰州石）半透明，D2.6，同结构的晶体：Ca2可被Mn2、Fe2、Sr2、Pb2、Ba2代 替，形成类质同像。NaClCaCO3沿L3压扁至10155变形CaCO3 结构第71页/共84页 尖晶石型结构化学式：通式AB2O3；MgAl2O4第72页/共84页晶体结构：立方晶系，a0.808nm，Z8空间格子：O2-是按立方密堆积的形式排列。二价离子A充 填1/8 四面体空

30、隙，三价离子B充填于1/2八面 体空隙（正尖晶石结构）。多面体：MgO4、AlO6八面体之间是共棱相连，八面体与四面体之间是共顶相连。第73页/共84页尖晶石结构第74页/共84页尖晶石结构尖晶石结构通常把氧四面体空隙位置称为通常把氧四面体空隙位置称为A A位，八面体空隙位置称为位，八面体空隙位置称为B B位。位。如果两价离子都处于四面体如果两价离子都处于四面体A A位，称为正尖晶石；位，称为正尖晶石；如果二价离子占有如果二价离子占有B B位，三价离子占有位，三价离子占有A A位及其余的位及其余的B B位，则称为反尖晶石。位，则称为反尖晶石。第75页/共84页一般来说，每种离子都有可能占据一般

31、来说，每种离子都有可能占据A A位或位或B B位，其离子分布式（或结构式）可表示为：位，其离子分布式（或结构式）可表示为：（MeMe2+2+FeFe1-1-3+3+）MeMe1-1-2+2+Fe Fe1+1+3+3+OO4 4上式中以（上式中以（）表示）表示A A位，以位，以 表示表示B B位。位。在在A A位上有位上有份数的份数的MeMe2+2+和（和（1-1-）份数的）份数的FeFe3+3+,在在B B位上有（位上有（1+1+）份数的）份数的FeFe3+3+和（和（1-1-）份数）份数的的MeMe2+2+，其中，其中为变数。为变数。根据离子分布状态归纳为三种类型：根据离子分布状态归纳为三种

32、类型：第76页/共84页=1=1，离子分布式为，离子分布式为(Me(Me2+2+)Fe)Fe2 23+3+OO4 4,表示所有表示所有A A位都被位都被MeMe2+2+占据，而占据，而B B位都被位都被FeFe3+3+占据，这占据，这种分布和种分布和MgAlMgAl2 2O O4 4尖晶石相同，而称尖晶石相同，而称为正型尖晶石结构的铁氧体。为正型尖晶石结构的铁氧体。第77页/共84页=0=0，离子分布式为（，离子分布式为（FeFe3+3+）MeMe2+2+Fe Fe3+3+OO4 4，表示所有，表示所有A A位都被位都被FeFe3+3+占占据，而据，而B B位则分别被位则分别被MeMe2+2+

33、和和 FeFe3+3+各占据一半，这种分布恰和镁铝尖晶石相反，各占据一半，这种分布恰和镁铝尖晶石相反，称为反型尖晶石结构的铁氧体。称为反型尖晶石结构的铁氧体。0 01 1，实际生产上大多数铁氧体的，实际生产上大多数铁氧体的值都介于两者之间，其离子分值都介于两者之间，其离子分布式为（布式为（MeMe2+2+FeFe1-1-3+3+）MeMe1-1-2+2+Fe Fe1+1+3+3+OO4 4。表示在。表示在A A位和位和B B位上两种金位上两种金属离子都有，称为中间型（或混合型）的尖晶石结构的铁氧体。属离子都有，称为中间型（或混合型）的尖晶石结构的铁氧体。第78页/共84页 究竟哪些尖晶石是正型

34、，哪些是反型，这主要从晶体场理论来解释，究竟哪些尖晶石是正型，哪些是反型，这主要从晶体场理论来解释，即决定于即决定于A A、B B离子的八面体择位能的大小。离子的八面体择位能的大小。哪种离子的八面体择位能大，那种离子就优先进入八面体空隙。若哪种离子的八面体择位能大，那种离子就优先进入八面体空隙。若A A离子的八面体择位能小于离子的八面体择位能小于B B离子的八面体择位能，则生成正型尖晶石；反之离子的八面体择位能，则生成正型尖晶石；反之为反型尖晶石结构。这一现象可用晶体场理论来解释。为反型尖晶石结构。这一现象可用晶体场理论来解释。(可浏览可浏览5454页内容页内容)第79页/共84页 反尖晶石型

35、结构反尖晶石结构：结构中二价阳离子与三价阳离子充填的空隙类型相反，即形成了反尖晶石结构。可用晶体场理论来解释。第80页/共84页磁铁矿磁铁矿属反尖晶石结构，一个元晶属反尖晶石结构，一个元晶胞含有胞含有8 8个个FeFe3 3O O4 4 “分子分子”，8 8个个FeFe2+2+占据占据了了8 8个个B B位，位，1616个个FeFe3+3+中有中有8 8个占个占A A位，另位，另有有8 8个占个占B B位。对于任一个位。对于任一个FeFe3 3O O4 4 “分子分子”来说，两个来说，两个FeFe3+3+分别处于分别处于A A位及位及B B位，它们位，它们是反平行自旋的，因而这种离子的磁矩是反

36、平行自旋的，因而这种离子的磁矩必然全部抵消，但在必然全部抵消，但在B B位的位的FeFe2+2+离子的磁离子的磁矩依然存在。矩依然存在。第81页/共84页FeFe2+2+有有6 6个个3d3d电子分布在电子分布在5 5条条d d轨道上，其中只有一对处在同一条轨道上，其中只有一对处在同一条d d轨道上轨道上的电子反平行自旋，磁矩抵消。其余尚有的电子反平行自旋，磁矩抵消。其余尚有4 4个平行自旋的电子，因而应当有个平行自旋的电子，因而应当有4 4个个B B，亦即整个，亦即整个“分子分子”的波尔磁子数为的波尔磁子数为4 4。实验测定的结果为。实验测定的结果为4 42.2.B B与理论值相当接近。与理论值相当接近。第82页/共84页决定结构的因素：正型与反型由阳离子的八面体的择位能来 决定。用途：广泛应用的是铁氧体磁性材料，同时在陶瓷颜料中也常用到。海碧：CoAl2O4 合成温度：1200 孔雀蓝：（Co、Zn）0（Cr、Al）2O3 合成温度：1300 铬铝桃红：ZnO、（Al、Cr）2O3 合成温度：1200 陶瓷釉料杜海清第83页/共84页感谢您的观看！第84页/共84页