晶体结构及氧化铝晶体特点-PPT课件.ppt
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1、大家好1 1晶体结构晶体结构& &氧化铝晶体结构简介氧化铝晶体结构简介2 2大家好1.1 晶体的宏观特征晶体的宏观特征1.2 晶格的微观结构及常见的晶体结构晶格的微观结构及常见的晶体结构1.3 晶格周期性的描述晶格周期性的描述1.4 典型晶体结构的原胞和晶胞典型晶体结构的原胞和晶胞1.5 晶向晶向&晶面及标记晶面及标记1.6 七大晶系七大晶系&14种原胞种原胞1.7 氧化铝晶体结构简介氧化铝晶体结构简介3 3大家好晶体晶体:粒子(原子、离子或分子)在空间周期性地:粒子(原子、离子或分子)在空间周期性地长程有长程有 序排列序排列形成的固体形成的固体1、晶体与非晶体、晶体与非晶体Be2O3晶体晶体
2、非晶体非晶体:粒子在空间中无:粒子在空间中无长程序排列长程序排列形成的固体形成的固体Be2O3玻璃玻璃4 4大家好2、晶体的宏观特征、晶体的宏观特征自范性自范性:晶体物质在适当的结晶条件下,都能自发的成长为单晶体,发育良好的单晶体物质在适当的结晶条件下,都能自发的成长为单晶体,发育良好的单晶体均以平面作为它与周围物质的界面,而呈现出凸多面体。晶体均以平面作为它与周围物质的界面,而呈现出凸多面体。本质是晶体中粒子微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。本质是晶体中粒子微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。晶面角守恒晶面角守恒:对于一定类型的晶体来说,不论外形如何,其外表的晶面间总有一特性的
3、对于一定类型的晶体来说,不论外形如何,其外表的晶面间总有一特性的夹角。夹角。a,b面,面,b,c面,面,a,c面三个夹角分别为面三个夹角分别为141o47,120o00,113o08几种不同外形的石英晶体几种不同外形的石英晶体晶体外形图晶体外形图5 5大家好解理性解理性:晶体受外力作用时,具有沿某一个或几个特定晶面劈裂的性质。晶体受外力作用时,具有沿某一个或几个特定晶面劈裂的性质。如云母很容易沿自然层状结构平行方向如云母很容易沿自然层状结构平行方向劈为平面,这些劈裂面称为解理面。劈为平面,这些劈裂面称为解理面。各向异性各向异性:晶体的物理性质随观测方向而变化的现象。包括压电性质、光学性质、磁学
4、性质及热学性质等。晶体的物理性质随观测方向而变化的现象。包括压电性质、光学性质、磁学性质及热学性质等。如如石墨的电导率沿晶体不同方向测时,数值不同。石墨的电导率沿晶体不同方向测时,数值不同。均匀性均匀性:晶体的宏观性质不随内部位置的变化而异。晶体的宏观性质不随内部位置的变化而异。对称性对称性:晶体的宏观性质在不同方向有规律地重复出现的现象。晶体的宏观性质在不同方向有规律地重复出现的现象。最低内能最低内能:从气态、液态、非晶态到晶态都要放热。反方向的变化都要吸热。表明晶体内能最小,因此晶体最稳定。从气态、液态、非晶态到晶态都要放热。反方向的变化都要吸热。表明晶体内能最小,因此晶体最稳定。熔点固定
5、熔点固定:当加热晶体到某一特定的温度是,晶体开始熔化,且在熔化过程中保持温度不变,直至晶体全部溶化后,当加热晶体到某一特定的温度是,晶体开始熔化,且在熔化过程中保持温度不变,直至晶体全部溶化后,温度才又开始上升。温度才又开始上升。大家好6 61.2 晶体微观结构晶体微观结构2,晶格或点阵,晶格或点阵晶体中的原子都是周期性地长程有序排列的,晶体中的原子都是周期性地长程有序排列的,若把晶体内部的微粒看成是几何学上的点,这些点按一定规若把晶体内部的微粒看成是几何学上的点,这些点按一定规则组成的空间格子称为晶格(或点阵)则组成的空间格子称为晶格(或点阵) 。1,基元,基元晶体可以由一种或多种原子(或离
6、子)组成,它们构成晶体的基本结构单元,称为基元晶体可以由一种或多种原子(或离子)组成,它们构成晶体的基本结构单元,称为基元。晶格晶格大家好7 7基元基元+晶体晶体晶格晶格大家好8 81、 简单立方简单立方1)将原子球在一个平面内按正方排列形成)将原子球在一个平面内按正方排列形成原子层原子层2)将原子层按图所示沿垂直层面方向叠加)将原子层按图所示沿垂直层面方向叠加起来就得到简单立方结构,其最小的重复起来就得到简单立方结构,其最小的重复结构单元如图结构单元如图3)用原点表示原子的位置,即得到)用原点表示原子的位置,即得到简单立方简单立方格子格子 常见的晶体的结构常见的晶体的结构原子层原子层原子层原
7、子层原子层原子层最小单元最小单元简单立方简单立方格子格子大家好9 92、 体心立方体心立方1)原子球按正方形式铺开形成一原子层,计为原子层,)原子球按正方形式铺开形成一原子层,计为原子层,类似排列形成另一原子层,计为原子层类似排列形成另一原子层,计为原子层2)将)将B层原子放在层四个原子的间隙里,第二层的每层原子放在层四个原子的间隙里,第二层的每个球和第一层的四个球紧密相切,如图,按个球和第一层的四个球紧密相切,如图,按AB AB AB .次序沿垂直于层面方向叠加起来就得到体心立方。次序沿垂直于层面方向叠加起来就得到体心立方。体心立方单元如图所示体心立方单元如图所示3)用原点表示原子的位置,即
8、得到)用原点表示原子的位置,即得到体心立方格子体心立方格子Li、Na、K、Rb、Cs、Fe等金属为典型的具有体心立方晶格等金属为典型的具有体心立方晶格的金属的金属大家好10103、 面心立方面心立方1)面心立方晶体的原胞和简单立方相似,所不同的是,除立)面心立方晶体的原胞和简单立方相似,所不同的是,除立方体顶角上有原子外,在立方体的六个面的中心还有六个原方体顶角上有原子外,在立方体的六个面的中心还有六个原子。子。2)用原点表示原子的位置,即得到面心立方格子)用原点表示原子的位置,即得到面心立方格子Cu、Al、Ni等具有面心立方结构。等具有面心立方结构。大家好11114、 六角密排结构六角密排结
9、构1)原子球平铺在平面上,任意一个球都与六个球相切,每三个相切的球原子球平铺在平面上,任意一个球都与六个球相切,每三个相切的球的中心构成一等边三角形,且每个球的周围有六个空隙,这样构成一原子的中心构成一等边三角形,且每个球的周围有六个空隙,这样构成一原子层,计为原子层。层,计为原子层。3)将)将B层的球放在层相间的层的球放在层相间的3个空隙里,个空隙里,B层每个球和层每个球和A层三个球层三个球紧密相切,如图。紧密相切,如图。2)类似排列形成另一原子层,计为原子层。)类似排列形成另一原子层,计为原子层。4)按)按AB AB AB .次序沿垂直于层面方向叠加起来就得到六角密次序沿垂直于层面方向叠加
10、起来就得到六角密排结构排结构5)用原点表示原子的位置,即得到六角密积格子)用原点表示原子的位置,即得到六角密积格子Be、Mg、Zn、Cd等具有六角密排晶格结构。等具有六角密排晶格结构。BA大家好12125、 金刚石结构金刚石结构金刚石由碳原子构成,其结构可以看成是由面心立方结构演变而来的,即:在一个面心立方原胞金刚石由碳原子构成,其结构可以看成是由面心立方结构演变而来的,即:在一个面心立方原胞的基础上在体内再额外加四个原子,体内四个原子分别位于四个空间对角的的基础上在体内再额外加四个原子,体内四个原子分别位于四个空间对角的1/4处。处。面心立方面心立方金刚石金刚石重要的半导体材料,如重要的半导
11、体材料,如Ge、Si等,都有四个价电子,其晶体结构和金刚石相同等,都有四个价电子,其晶体结构和金刚石相同大家好13136、闪锌矿结构闪锌矿结构和金刚石结构相似,所不同的是,在立方体顶角和面心处的原子与体内原子分别属于不同的和金刚石结构相似,所不同的是,在立方体顶角和面心处的原子与体内原子分别属于不同的元素。元素。许多重要的化合物半导体,如许多重要的化合物半导体,如InSb、ZnS、GaAs、InP等均是闪锌矿结构。等均是闪锌矿结构。大家好14141、晶格周期性的描述、晶格周期性的描述原胞原胞一个晶格中最小的周期性单元(重复单元)一个晶格中最小的周期性单元(重复单元)晶格的共同特点是具有周期性,
12、可以用晶格的共同特点是具有周期性,可以用原胞原胞和和基矢基矢来描述这一周期性来描述这一周期性二维布喇菲格子二维布喇菲格子原胞,由相邻的四个原子构成的面积最小的平行原胞,由相邻的四个原子构成的面积最小的平行四边形四边形晶格周期性的描述晶格周期性的描述大家好1515二维布喇菲格子二维布喇菲格子基矢基矢12aa基矢基矢原胞的边矢量原胞的边矢量2a 3a 1a 三维格子的重复单元是平行六面体三维格子的重复单元是平行六面体基矢基矢是原胞的三个边矢量是原胞的三个边矢量原胞对应体积最小的重复单元原胞对应体积最小的重复单元123aaa 三维布喇菲格子三维布喇菲格子大家好1616晶胞的边在晶轴方向,边长等于该方
13、向上的一个周期,代表晶胞三个边的矢量称为晶胞基矢,用晶胞的边在晶轴方向,边长等于该方向上的一个周期,代表晶胞三个边的矢量称为晶胞基矢,用、 、表示,这、表示,这三个矢量的长度三个矢量的长度a、b和和c实际上就是所谓的晶格常数。实际上就是所谓的晶格常数。原胞是晶格的最小周期性单元,但是很多情况下原胞不能反映晶格的对称性。因此,原胞是晶格的最小周期性单元,但是很多情况下原胞不能反映晶格的对称性。因此,为了同时反映晶格的对称性,往往会取较大的周期单元。结晶学中选取的单元称为结为了同时反映晶格的对称性,往往会取较大的周期单元。结晶学中选取的单元称为结晶学单胞,简称晶学单胞,简称晶胞晶胞。晶胞晶胞a b
14、 c 大家好1717在一些情况下,晶胞就是原胞在一些情况下,晶胞就是原胞而在另一些情况下,晶胞不是原胞而在另一些情况下,晶胞不是原胞原胞1aai 2aaj 3aak 晶胞aai baj cak 原胞晶胞1()2aajk 2()2aaik 3()2aaij aai baj cak 例如简单立方晶格例如简单立方晶格例如面心立方晶格例如面心立方晶格大家好18182、晶格周期性的描述、晶格周期性的描述格矢格矢对于简单格子,一旦基矢被确定,则任一原子对于简单格子,一旦基矢被确定,则任一原子A的位置可由下列格矢表示的位置可由下列格矢表示112233lRl al al a 任意两个格点间的位移矢量,即任意两
15、个格点间的位移矢量,即格矢量,简称格矢格矢量,简称格矢例如例如1223lRaa l1、l2、l3为一组整数为一组整数大家好1919因此,可以用表示一个空间格子因此,可以用表示一个空间格子112233l al al a即一组(即一组(l1、l2、l3)的取值表示一个格点,所有()的取值表示一个格点,所有(l1、l2、l3)可能取值的集合就表示一个空)可能取值的集合就表示一个空间格子,这个空间格子又称为间格子,这个空间格子又称为布喇菲布喇菲格子格子。晶体可以看成是布喇菲格子的每一个格点上放上基元构成的晶体可以看成是布喇菲格子的每一个格点上放上基元构成的 晶体布喇菲格子基元晶体布喇菲格子基元 大家好
16、2020复式格子复式格子如果晶体包含两种或两种以上的原子,则不同的原子各自构成自身的布喇菲格子(子晶格),若干个相同的布喇菲如果晶体包含两种或两种以上的原子,则不同的原子各自构成自身的布喇菲格子(子晶格),若干个相同的布喇菲格子相互位移套构而形成所谓的格子相互位移套构而形成所谓的复式格子复式格子。整个金刚石晶格可以看成是由沿体对角线相互位移四分之一对角线长整个金刚石晶格可以看成是由沿体对角线相互位移四分之一对角线长度的两个面心立方晶格套构而成。度的两个面心立方晶格套构而成。整个整个NaCl晶格可以看成是由沿体对角线相互位移二分之一对角线长度晶格可以看成是由沿体对角线相互位移二分之一对角线长度的
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