【精品】無機(jī)材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)筆記

1、1 晶體的定義：內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間按周期性重復(fù)排列的固體。2等同點(diǎn)：在晶體結(jié)構(gòu)中,占據(jù)相同位置和相同環(huán)境的點(diǎn)。條件：1、質(zhì)點(diǎn)種類相同2、質(zhì)點(diǎn)環(huán)境相同3. 空間點(diǎn)陣：表示晶體結(jié)構(gòu)中等同點(diǎn)排列規(guī)律的幾何圖形。反映晶體構(gòu)造中質(zhì)點(diǎn)在三維空間分布規(guī)律的抽象幾何圖形4. 晶體的基本性質(zhì)1. 自限性：晶體在適當(dāng)條件下可以自發(fā)的形成幾何多面體的性質(zhì)。2. 均一性：晶體在任何部位上的同一方向都具有完全相同的性質(zhì)。3各向異性：晶體在不同方向上的性質(zhì)差異。4對(duì)稱，性:晶體的外部形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和某些性質(zhì)會(huì)在一定的方向或位置上呈 現(xiàn)有規(guī)律的重復(fù)的特性。5最小內(nèi)能性：在相同的熱力學(xué)條件下，晶體與同組成的氣體、液體和非晶

2、體相比，內(nèi)能最小。5. 對(duì)稱性：物體相同部分能借助某種特定動(dòng)作發(fā)生有規(guī)律的重復(fù)。6宏觀對(duì)稱要素和對(duì)稱操作7 旋轉(zhuǎn)反伸軸:|lf | li6=i?+p (ph8對(duì)稱要素組合定理定理1:如果一個(gè)對(duì)稱面p包含l；則必有n個(gè)對(duì)稱面包含ln,且任意兩相鄰p之 間的交角為360/2nl3 x pl i?3p逆定理：如果兩個(gè)對(duì)稱面以a角相交，其交線必為一個(gè)n次對(duì)稱軸u,且 n=360/2 a定理2：如果有一個(gè)二次軸u垂直則必有n個(gè)i?垂直且任意兩相鄰之間 的交角為360/2nl2xln 丄 ' l3nl2 丄逆定理：如果兩個(gè)u相交，在交點(diǎn)上并垂直兩個(gè)u必產(chǎn)生一個(gè)l；其基轉(zhuǎn)角是 兩個(gè)u夾角的兩倍，并導(dǎo)

3、出其他n個(gè)在垂直/平面內(nèi)的ll定理3:如果有一個(gè)偶次軸i；垂直對(duì)稱面p,其交點(diǎn)必為對(duì)稱中心c.l4xp丄一l4pc逆定理：如果有一個(gè)偶次軸u與對(duì)稱中心c共存，則過c且垂直該對(duì)稱軸必有 一對(duì)稱面p.9. 3大晶族（低級(jí),中級(jí)，高級(jí)）。7大晶系（三斜、單斜、斜方/正交，四方/正方、三方、六方，等軸/立方）o32種點(diǎn)群（對(duì)稱型）。47種單形。14種空間點(diǎn)陣（布拉維格子）。230種空間群。10整數(shù)定律：晶體上任意兩個(gè)晶面在相交于一點(diǎn)而不共面的三條晶棱上的截距之比為簡單整數(shù)比。11晶帶定律：任意兩晶棱（晶帶）相交必可決定一可能晶面，而任意兩晶面相交必可決定一可能晶棱（晶帶）。12等軸晶系a=b=ca =

4、 3 = y =90六方晶系a = p = 90 y =120三方晶系a二bhca = 3 = 90y =120四方晶系a=bhca = p = y = 90斜方晶系ahbhca = 3 = y =90單斜晶系ahbhca = y =90 b >90三斜晶系ahbhca h y h b 工 9013.空間點(diǎn)陣是晶體中質(zhì)點(diǎn)排列的幾何學(xué)抽象，用以描述和分析晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對(duì)稱性，只能有14種類型。晶體結(jié)構(gòu)則是晶體中實(shí)際質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）的具體排列 情況，它們能組成各種類型的排列，因此，實(shí)際存在的晶體結(jié)構(gòu)是無 限的。14.晶胞：反映晶體結(jié)構(gòu)特征的最小結(jié)構(gòu)單位。單位平行六面體：反映空間點(diǎn)

5、陣對(duì)稱性的最小的平行六面體。 關(guān)系 相同點(diǎn)：晶胞與對(duì)應(yīng)的單位平行六面體同形等大，晶胞與對(duì)應(yīng)的單位平行 六面體參數(shù)數(shù)值相同。不同點(diǎn)、：單位平行六面體由幾何點(diǎn)構(gòu)成，晶胞由具體質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成。15六方緊密堆積的晶胞（ababab）的c軸垂直于密置層（0001）， 立方緊密堆積（abcabc）平行于（lll）o16若n個(gè)球體做緊密堆積，必定有n個(gè)八面體空隙，2n個(gè)四面體空隙。17離子鍵沒有方向性和飽和性，等徑球體緊密堆積中，配位數(shù)為12o共價(jià)健具有方向性和飽和性，原子不能做緊密堆積，配位數(shù)一般 不大于4。不等徑球體緊密堆積中，配位數(shù)跟晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。18.配位數(shù)：晶體結(jié)構(gòu)中，與原子或離子直接相鄰結(jié)合的原子個(gè)數(shù)

6、 或所有異號(hào)離子的個(gè)數(shù)。配位多面體：在晶體結(jié)構(gòu)中，與某一個(gè)陽離子直接相鄰，形成配 位關(guān)系的各個(gè)陰離子的中心連線所構(gòu)成的多面體。19空間利用率二晶胞中原子總體積/晶胞體積用公式表示：po=vatoms/vcell20鮑林規(guī)則（1）負(fù)離子配位多面體規(guī)則圍繞每個(gè)陽離子，形成一個(gè)陰離子配位多面體，陰陽離子的間距決定 于它們的半徑之和，陽離子的配位數(shù)取決于它們的半徑之比orjr 00-1550.2250.4140.73211r+/r.陽離子配位數(shù)2346812陽離子配位多面體的形狀壓鈴狀等邊三角形四面體八面體0立方體倒©截角立方體截頂?shù)膬蓚€(gè)三（立方最緊方雙錐的聚形密堆積）（六方最緊密堆積）實(shí)例

7、閃鋅礦 p-zns石鹽nacl螢石caf2自然金au自然鍬os（2）靜電價(jià)規(guī)則在一個(gè)穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)中，從所有相鄰接的陽離子到達(dá)一個(gè)陰離子的靜電鍵的總強(qiáng)度，等于陰離子的電荷數(shù)。靜電鍵強(qiáng)度s=z/n,（3）負(fù)離子多面體共用頂、棱和面的規(guī)則相鄰的正離子配位體之間共用棱（即共用兩頂點(diǎn)）、特別是共用面（即 共用三頂點(diǎn)）的存在會(huì)降低結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。（4）不同種類正離子配位多面體間連接規(guī)則在含有一種以上正離子的離子晶體中，一些電價(jià)較高，配位數(shù)較低的 正離子配位多面體之間，有盡量互不結(jié)合的趨勢(shì)。（5）節(jié)約規(guī)則同一晶體中，同種正離子與同種負(fù)離子的結(jié)合方式應(yīng)最大限度地趨于 一致。21 同質(zhì)多晶：同一化學(xué)組成，在不同

8、的熱力學(xué)條件下，結(jié)晶成結(jié)構(gòu) 不同的晶體的現(xiàn)象。22金剛石型空間利用率的計(jì)算23解理：晶體在外力作用下嚴(yán)格沿著一定結(jié)晶方向破裂，并且能裂出光滑平面的性質(zhì)稱為解理，這些平面稱為解理面。解理面一般平行于晶體格架中質(zhì)點(diǎn)最緊密，連結(jié)力最強(qiáng)的面。24.根據(jù)sio4的連接方式，硅酸鹽分類:島狀結(jié)構(gòu)（共用氧數(shù)目0）組群狀結(jié)構(gòu)（共用氧數(shù)目1 2）鏈狀結(jié)構(gòu)（共用氧數(shù)目2 3） 層狀結(jié)構(gòu)（共用氧數(shù)目3）架狀結(jié)構(gòu)（共用氧數(shù)目4）25.多晶轉(zhuǎn)變：當(dāng)外界條件轉(zhuǎn)變時(shí)，從一種變體轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N變體, 這種現(xiàn)象稱為多晶轉(zhuǎn)變。位移性轉(zhuǎn)變：晶體中的質(zhì)點(diǎn)從原來的平衡位置稍微位移，或者使 鍵角稍微改動(dòng)，不涉及鍵的破裂和重建。重建性轉(zhuǎn)變：

9、破壞原有原子間化學(xué)鍵，改變?cè)幼罱徟湮粩?shù)，使晶 體結(jié)構(gòu)改變?cè)瓨印?6晶體缺陷：晶體中質(zhì)點(diǎn)不按理想的晶體結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣排列，偏離了理想結(jié)構(gòu)的規(guī)律周期排列。27弗倫克爾缺陷：在晶格內(nèi)原子熱振動(dòng)時(shí)，一些能量足夠大的原子離開平衡位置后，進(jìn)入晶格點(diǎn)的間隙位置，變成間隙原子，而在原 來的位置上形成一個(gè)空位，這種缺陷稱為弗倫克爾缺陷。28肖特基缺陷：如果正常格點(diǎn)上的原子，熱起伏過程中獲得能量離開平衡位置，跳躍到晶體的表面，在原正常格點(diǎn)上留下空位，這種 缺陷稱為肖特基缺陷。n/n=exp（-a（；f/2it）在離子晶體中正負(fù)離子半徑相差不大時(shí)，容易形成肖特基缺陷，晶體中的缺 陷以肖特基缺陷為主；當(dāng)正負(fù)離子半徑相

10、差很大時(shí)，容易產(chǎn)生弗侖克爾缺陷，晶體中的缺陷以弗侖 克爾缺陷為主。29.置換型溶體中的“組分缺陷”基本規(guī)律高價(jià)正離子占據(jù)低價(jià)正離子位置時(shí)，該位置帶有正電荷,為了保持電中性，會(huì)產(chǎn)生正離子空位或間隙負(fù)離子。cacl2kci > cak + clcl + cl低價(jià)正離子占據(jù)高價(jià)正離子位置時(shí)，該位置帶有負(fù)電荷, 為了保持電中性，會(huì)產(chǎn)生負(fù)離子空位或間隙正離子。2mgo 也 > 2mgai'+ 叮 + 2003mgo2mgal'+ mg；9 + 30。30類質(zhì)同象=置換型固溶體晶格中本應(yīng)由某種離子（原子）占有的位置，部分被性質(zhì)相似的它種離 子（原子）所替代占有，結(jié)晶成均勻的、呈

11、單一相的混合晶體，但不引 起晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生質(zhì)變的現(xiàn)象。31.間隙式固溶體的生成，一般都使晶格常數(shù)增大，增加到一定的程度，使固溶體變成不穩(wěn)定而離解；晶體中間隙是有限的，容納 雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的能力w10%。所以間隙型固溶體不可能是連續(xù)的固溶體。32.從晶體結(jié)構(gòu)因素考慮，把以下物質(zhì)按形成間隙型固溶體的可能性大小排序沸石螢石>tio2>mgo33.固溶式書寫2mgo >2mga'+2oo +呢“3mgo 2mga： + 30。+ mg-yf3 caf >ycc； +2ff+fal2_jxmgxo334.溶體：將外來組元引入晶體結(jié)構(gòu),占據(jù)主晶相質(zhì)點(diǎn)位置一部2茫亠-2吃+6作+%&

12、quot;分或間隙位置一部分，仍保持一個(gè)晶相。35非化學(xué)計(jì)量化合物：實(shí)際的化合物中，有一些化合物不符合定比定律，負(fù)離子與正離子的比例并不是一個(gè)簡單的固定的比例關(guān)系, 這些化合物稱為非化學(xué)計(jì)量化合物。36固溶體類型的實(shí)驗(yàn)判別計(jì)算方法：1）先寫出可能的缺陷反應(yīng)方程式;2）根據(jù)缺陷反應(yīng)方程式寫出固溶體可能的 化學(xué)式3）由固溶式計(jì)算出理論密度（含有雜質(zhì)的）固溶體的晶胞質(zhì)量w晶胞體積v與實(shí)驗(yàn)值相比較，哪種類型與實(shí)驗(yàn)相符合即是什么類型。例：cao加入到zro2中形成固溶體，在1600度時(shí)該固溶體具有螢 石結(jié)構(gòu)，屬于立方晶系。當(dāng)溶入0.15mol%的cao時(shí)，晶胞參數(shù)為0.513nm,實(shí)驗(yàn)測(cè)得的密度值為d=5447g/cm3試寫出該固溶體的固溶式。ca°> cazr + 0。+ v； z_xcaxoz滋.心詔戲= 75.18x10_23()4平x%+4x竿x吩+8x罟叫2cao zl02 > ca： + 2oo + cazr=5.565g /cm36.022x102375.18x1023135.lxw2437.非化學(xué)計(jì)量化合物陰離子空位型ti02_x為例iii i亠-a 亠