晶體結(jié)構(gòu)及氧化鋁晶體特點(diǎn)

晶體結(jié)構(gòu)

&氧化鋁晶體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五§1.1晶體的宏觀特征§1.2晶格的微觀結(jié)構(gòu)及常見(jiàn)的晶體結(jié)構(gòu)§1.3晶格周期性的描述§1.4典型晶體結(jié)構(gòu)的原胞和晶胞§1.5晶向&晶面及標(biāo)記§1.6七大晶系&14種原胞§1.7氧化鋁晶體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五§1.1晶體的宏觀特征

晶體：粒子（原子、離子或分子）在空間周期性地長(zhǎng)程有

序排列形成的固體1、晶體與非晶體Be2O3晶體非晶體：粒子在空間中無(wú)長(zhǎng)程序排列形成的固體Be2O3玻璃現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五2、晶體的宏觀特征自范性：晶體物質(zhì)在適當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶條件下，都能自發(fā)的成長(zhǎng)為單晶體，發(fā)育良好的單晶體均以平面作為它與周圍物質(zhì)的界面，而呈現(xiàn)出凸多面體。本質(zhì)是晶體中粒子微觀空間里呈現(xiàn)周期性的有序排列的宏觀表象。晶面角守恒：對(duì)于一定類型的晶體來(lái)說(shuō)，不論外形如何，其外表的晶面間總有一特性的夾角。a,b面，b,c面，a,c面三個(gè)夾角分別為141o47’，120o00’，113o08’幾種不同外形的石英晶體晶體外形圖現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五解理性：晶體受外力作用時(shí)，具有沿某一個(gè)或幾個(gè)特定晶面劈裂的性質(zhì)。如云母很容易沿自然層狀結(jié)構(gòu)平行方向劈為平面，這些劈裂面稱為解理面。各向異性：晶體的物理性質(zhì)隨觀測(cè)方向而變化的現(xiàn)象。包括壓電性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)及熱學(xué)性質(zhì)等。如石墨的電導(dǎo)率沿晶體不同方向測(cè)時(shí)，數(shù)值不同。均勻性：晶體的宏觀性質(zhì)不隨內(nèi)部位置的變化而異。對(duì)稱性：晶體的宏觀性質(zhì)在不同方向有規(guī)律地重復(fù)出現(xiàn)的現(xiàn)象。最低內(nèi)能：從氣態(tài)、液態(tài)、非晶態(tài)到晶態(tài)都要放熱。反方向的變化都要吸熱。表明晶體內(nèi)能最小，因此晶體最穩(wěn)定。熔點(diǎn)固定：當(dāng)加熱晶體到某一特定的溫度是，晶體開(kāi)始熔化，且在熔化過(guò)程中保持溫度不變，直至晶體全部溶化后，溫度才又開(kāi)始上升?！，F(xiàn)在是5頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五§1.2晶體微觀結(jié)構(gòu)2，晶格或點(diǎn)陣晶體中的原子都是周期性地長(zhǎng)程有序排列的，若把晶體內(nèi)部的微?？闯墒菐缀螌W(xué)上的點(diǎn)，這些點(diǎn)按一定規(guī)則組成的空間格子稱為晶格（或點(diǎn)陣）。1，基元晶體可以由一種或多種原子（或離子）組成，它們構(gòu)成晶體的基本結(jié)構(gòu)單元，稱為基元。晶格現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五基元+晶體晶格現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五1、簡(jiǎn)單立方1）將原子球在一個(gè)平面內(nèi)按正方排列形成原子層2）將原子層按圖所示沿垂直層面方向疊加起來(lái)就得到簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)，其最小的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元如圖3）用原點(diǎn)表示原子的位置，即得到簡(jiǎn)單立方格子常見(jiàn)的晶體的結(jié)構(gòu)原子層原子層原子層最小單元簡(jiǎn)單立方格子現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五2、體心立方1）原子球按正方形式鋪開(kāi)形成一原子層，計(jì)為Ａ原子層，類似排列形成另一原子層，計(jì)為Ｂ原子層2）將B層原子放在Ａ層四個(gè)原子的間隙里，第二層的每個(gè)球和第一層的四個(gè)球緊密相切，如圖，按ABABAB….次序沿垂直于層面方向疊加起來(lái)就得到體心立方。體心立方單元如圖所示3）用原點(diǎn)表示原子的位置，即得到體心立方格子Li、Na、K、Rb、Cs、Fe等金屬為典型的具有體心立方晶格的金屬現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五3、面心立方1）面心立方晶體的原胞和簡(jiǎn)單立方相似，所不同的是，除立方體頂角上有原子外，在立方體的六個(gè)面的中心還有六個(gè)原子。2）用原點(diǎn)表示原子的位置，即得到面心立方格子Cu、Al、Ni等具有面心立方結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在是10頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五4、六角密排結(jié)構(gòu)1）原子球平鋪在平面上，任意一個(gè)球都與六個(gè)球相切，每三個(gè)相切的球的中心構(gòu)成一等邊三角形，且每個(gè)球的周圍有六個(gè)空隙，這樣構(gòu)成一原子層，計(jì)為Ａ原子層。3）將B層的球放在Ａ層相間的3個(gè)空隙里，B層每個(gè)球和A層三個(gè)球緊密相切，如圖。2）類似排列形成另一原子層，計(jì)為Ｂ原子層。4）按ABABAB….次序沿垂直于層面方向疊加起來(lái)就得到六角密排結(jié)構(gòu)5）用原點(diǎn)表示原子的位置，即得到六角密積格子Be、Mg、Zn、Cd等具有六角密排晶格結(jié)構(gòu)。BA現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五5、金剛石結(jié)構(gòu)金剛石由碳原子構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)可以看成是由面心立方結(jié)構(gòu)演變而來(lái)的，即：在一個(gè)面心立方原胞的基礎(chǔ)上在體內(nèi)再額外加四個(gè)原子，體內(nèi)四個(gè)原子分別位于四個(gè)空間對(duì)角的1/4處。面心立方金剛石重要的半導(dǎo)體材料，如Ge、Si等，都有四個(gè)價(jià)電子，其晶體結(jié)構(gòu)和金剛石相同現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五6、閃鋅礦結(jié)構(gòu)和金剛石結(jié)構(gòu)相似，所不同的是，在立方體頂角和面心處的原子與體內(nèi)原子分別屬于不同的元素。許多重要的化合物半導(dǎo)體，如InSb、ZnS、GaAs、InP等均是閃鋅礦結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在是13頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五1、晶格周期性的描述原胞一個(gè)晶格中最小的周期性單元（重復(fù)單元）晶格的共同特點(diǎn)是具有周期性，可以用原胞和基矢來(lái)描述這一周期性二維布喇菲格子原胞，由相鄰的四個(gè)原子構(gòu)成的面積最小的平行四邊形晶格周期性的描述現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五二維布喇菲格子基矢基矢原胞的邊矢量三維格子的重復(fù)單元是平行六面體基矢是原胞的三個(gè)邊矢量原胞對(duì)應(yīng)體積最小的重復(fù)單元三維布喇菲格子現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五晶胞的邊在晶軸方向，邊長(zhǎng)等于該方向上的一個(gè)周期，代表晶胞三個(gè)邊的矢量稱為晶胞基矢，用、、表示，這三個(gè)矢量的長(zhǎng)度a、b和c實(shí)際上就是所謂的晶格常數(shù)。原胞是晶格的最小周期性單元，但是很多情況下原胞不能反映晶格的對(duì)稱性。因此，為了同時(shí)反映晶格的對(duì)稱性，往往會(huì)取較大的周期單元。結(jié)晶學(xué)中選取的單元稱為結(jié)晶學(xué)單胞，簡(jiǎn)稱晶胞。晶胞現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五在一些情況下，晶胞就是原胞而在另一些情況下，晶胞不是原胞原胞晶胞原胞晶胞例如簡(jiǎn)單立方晶格例如面心立方晶格現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五2、晶格周期性的描述格矢對(duì)于簡(jiǎn)單格子，一旦基矢被確定，則任一原子A的位置可由下列格矢表示任意兩個(gè)格點(diǎn)間的位移矢量，即格矢量，簡(jiǎn)稱格矢例如l1、l2、l3為一組整數(shù)

現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五因此，可以用表示一個(gè)空間格子即一組（l1、l2、l3）的取值表示一個(gè)格點(diǎn)，所有（l1、l2、l3）可能取值的集合就表示一個(gè)空間格子，這個(gè)空間格子又稱為布喇菲格子。晶體可以看成是布喇菲格子的每一個(gè)格點(diǎn)上放上基元構(gòu)成的

晶體＝布喇菲格子＋基元

現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五復(fù)式格子如果晶體包含兩種或兩種以上的原子，則不同的原子各自構(gòu)成自身的布喇菲格子（子晶格），若干個(gè)相同的布喇菲格子相互位移套構(gòu)而形成所謂的復(fù)式格子。整個(gè)金剛石晶格可以看成是由沿體對(duì)角線相互位移四分之一對(duì)角線長(zhǎng)度的兩個(gè)面心立方晶格套構(gòu)而成。整個(gè)NaCl晶格可以看成是由沿體對(duì)角線相互位移二分之一對(duì)角線長(zhǎng)度的兩個(gè)面心立方晶格套構(gòu)而成。現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五對(duì)于復(fù)式格子，任一原子A的位置可由下列格矢表示l1、l2、l3為一組整數(shù)＝1，2，3….例如：金剛石晶格對(duì)角線上的原子（紅色）位置面心立方位置上（綠色）的原子位置是原胞中各種等價(jià)原子之間的相對(duì)位移

現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五§1.4常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)的原胞和晶胞（1）簡(jiǎn)單立方體積原子數(shù)1原胞晶胞晶胞＝原胞體積原胞只含一個(gè)原子基矢現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五（2）體心立方體積原子數(shù)2晶胞原胞由立方體的中心到三個(gè)頂點(diǎn)引三個(gè)基矢基矢原胞只含一個(gè)原子體積現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五（3）面心立方原胞晶胞原子數(shù)4體積原胞只含一個(gè)原子體積基矢由立方體的頂點(diǎn)到三個(gè)近鄰的面心引三個(gè)基矢基矢現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五（4）六方結(jié)構(gòu)原胞基矢、在密排面內(nèi)，互成1200角沿垂直密排面的方向?；脯F(xiàn)在是25頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五§1.5晶向晶面和它們的標(biāo)記通過(guò)任何兩個(gè)格點(diǎn)連一直線，則這直線上包含無(wú)限個(gè)相同的格點(diǎn)，這樣的直線稱為晶體的晶列。相互平行的晶列，叫做一族晶列。整個(gè)晶體可以看作是由一族晶列組成的。一族晶列不但方向不同而且格點(diǎn)分布的周期也相同。不同方向的晶列不但方向不同而且晶列上格點(diǎn)排列的周期也不同晶列晶體具有方向性，沿晶格不同方向晶體性質(zhì)不同，如何區(qū)別和標(biāo)志晶格中不同的方向?，F(xiàn)在是26頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五一族晶列定義了一個(gè)方向，稱為晶向。確定晶向的一組參數(shù)[l1、l2、l3]晶向晶向指數(shù)l1、l2、l3為一組整數(shù)以晶列上任一格點(diǎn)O為原點(diǎn)，以原胞的3個(gè)單位矢量

為軸建立坐標(biāo)系則在該晶列上任取1格點(diǎn)A，其位矢可表示為：很明顯，晶列OA的取向被l1、l2、l3三個(gè)整數(shù)所確定。若l1、l2、l3為互質(zhì)整數(shù)，則可直接用這三個(gè)互質(zhì)整數(shù)來(lái)表示該晶列的方向稱為晶向指數(shù)若l1、l2、l3不為互質(zhì)整數(shù)，則先要將這三個(gè)數(shù)簡(jiǎn)約為互質(zhì)整數(shù)確定晶向指數(shù)方法現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五簡(jiǎn)立方格子立方邊OA、面對(duì)角線OB和體對(duì)角線OC的晶向指數(shù)立方邊OA的晶向指數(shù)為[100]立方邊共有6個(gè)不同的晶向，晶向指數(shù)分別為由于立方晶格的對(duì)稱性，每一組晶向中所有晶向是等效的，因此，常常用<100>表示邊的晶向。數(shù)字相同，但排列順序不同或正負(fù)號(hào)不同的屬于同一族晶向?，F(xiàn)在是28頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五體對(duì)角線OC的晶向指數(shù)為[111]體對(duì)角線共有8個(gè)不同的晶向面對(duì)角線OB的晶向指數(shù)為[110]面對(duì)角線共有12個(gè)不同的晶向同理，由于立方晶格的對(duì)稱性，常常用<110>和<111>分別表示邊、面對(duì)角和體對(duì)角線的晶向?，F(xiàn)在是29頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五晶格中同一平面上的各點(diǎn)所構(gòu)成的平面晶面晶面指數(shù)確定晶面空間取向的一組參數(shù)（hkl），也叫密勒指數(shù)現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五密勒指數(shù)的確認(rèn)方法晶格中任選一格點(diǎn)為原點(diǎn)，以晶胞的3個(gè)棱邊為坐標(biāo)軸，組成坐標(biāo)系，求出任一晶面在三根軸上的截距（pqr），求倒數(shù)（1/p,1/q,1/r）,約化為為質(zhì)數(shù)（最小整數(shù)）（hkl）即為密勒指數(shù)截距p=3a，q=2b，r=1c所以

現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五OABCDEFG對(duì)如圖所示的基矢，求：ABC晶面的密勒指數(shù)；DEFG晶面的密勒指數(shù)(1)ABC晶面在三個(gè)基矢方向上的截距分別為4a、b、c，因此截距的倒數(shù)為因此，該晶面的密勒指數(shù)為(144)(2)DEFG晶面在三個(gè)基矢方向上的截距分別為2a、3b、，因此截距的倒數(shù)為因此，該晶面的密勒指數(shù)為(320)現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五簡(jiǎn)立方格子典型晶面的密勒指數(shù)1、(100)晶面在三個(gè)基矢方向上的截距分別為a、、，因此截距的倒數(shù)為由于立方晶格的對(duì)稱性，這三組晶面是等效的，因此，常常用{100}來(lái)表示(100)、(010)和(001)

三個(gè)等效的晶面。因此，該晶面的密勒指數(shù)為類似的晶面有(010)、(001)現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五在三個(gè)基矢方向上的截距分別為a、b、，因此截距的倒數(shù)為因此，該晶面的密勒指數(shù)為類似的晶面有6個(gè)，密勒指數(shù)分別為記為｛110｝2、(110)晶面3、(111)晶面在三個(gè)基矢方向上的截距分別為a、b、c，因此截距的倒數(shù)為因此，該晶面的密勒指數(shù)為類似的晶面有4個(gè)，密勒指數(shù)分別為記為｛111｝現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五說(shuō)明：六角密排結(jié)構(gòu)4指數(shù)表示晶向和晶面三指數(shù)表示晶向、晶面原則上適用于任何晶系，但用于六角晶系有個(gè)缺點(diǎn)：晶體具有等效的晶面、晶向不具有類似的指數(shù)。例：六棱柱兩個(gè)相鄰的外表面在晶體學(xué)上應(yīng)是等價(jià)的，但其密勒指數(shù)卻分別為（100）和（110）。夾角為60o的密排方向是等價(jià)的，但晶向指數(shù)卻為[100]和[110].現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五解決方法：引入四指數(shù)，即引入4個(gè)坐標(biāo)軸(hkl)→(hkil)

晶面指數(shù)i=-(h+k){1010}=(1010),(1100),(0110)晶向指數(shù)(UVW)→(uvtw)u=(2U-V)/3,v=(2V-U)/3,t=-(u+v),w=W

[100]→[2110][110]→[1120]

→現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五§1.6七大晶系14種原胞根據(jù)晶體的宏觀對(duì)稱性，可以把晶體劃分為7大晶系，14種布喇菲原胞現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五1)、三斜晶系

a≠b≠cα≠β≠γ≠90°因?yàn)閍、b和ｃ是互相傾斜的，所以稱為三斜系現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五2)、單斜晶系

a≠b≠cα＝γ＝90°≠β因?yàn)橹挥衋和ｃ是互相傾斜的，所以稱為單斜系1.簡(jiǎn)單單斜a≠b≠cα＝γ＝90°≠β2.底心單斜a≠b≠cα＝γ＝90°≠β現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五3)、正交晶系

a≠b≠cα＝β＝γ＝90°因?yàn)閍、b和ｃ是互相正交的，所以稱為正交系1、簡(jiǎn)單正交a≠b≠cα＝β＝γ＝90°2、底心正交a≠b≠cα＝β＝γ＝90°3、體心正交a≠b≠cα＝β＝γ＝90°4、面心正交a≠b≠cα＝β＝γ＝90°簡(jiǎn)單正交底心正交體心正交面心正交現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五4)、正方晶系（又稱四角晶系）

a＝b≠c

α＝β＝γ＝90°1、簡(jiǎn)單四角a＝b≠cα＝β＝γ＝90°2、體心四角a＝b≠cα＝β＝γ＝90°現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五6)、三角晶系

a＝b＝c

α＝β＝γ≠90°5)、六角晶系

a＝b≠c

α＝β＝90°

γ＝120°現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五7)、立方晶系

a＝b＝c

α＝β＝γ＝90°1、簡(jiǎn)單立方a＝b＝cα＝β＝γ＝90°2、體心立方a＝b＝cα＝β＝γ＝90°3、面心立方a＝b＝cα＝β＝γ＝90°簡(jiǎn)單立方體心立方面心立方現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五X(qián)RD檢測(cè)晶體結(jié)構(gòu)布喇格定律

(1)

(1)

現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五§1.7Al2O3晶體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介α-Al2O3η-Al2O3

θ-Al2O3

χ-Al2O3

δ-Al2O3

ρ-Al2O3

氫氧化鋁在高溫下完全脫水變成穩(wěn)定的最終產(chǎn)物α-Al2O3，在此之前由于溫度、壓力、蒸汽分壓的不同可形成多種不同的晶型，這些晶型可以看作是中間（或過(guò)渡）形態(tài)。目前已知的Al2O3結(jié)晶形態(tài)有8種。高溫低溫γ-Al2O3

κ-Al2O3

剛玉α-Al2O3現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五Al2O3各種晶型的晶體性質(zhì)現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五O2-Al3+空格α-Al2O3晶體結(jié)構(gòu)

O2?以六角密排方式排列，Al3+處于氧離子的縫隙中，處于一個(gè)八面體的中心位置，但只有2/3的縫隙填有Al3+現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有56頁(yè)\編輯于星期五六方晶胞晶胞常數(shù)：a=4.75A，c=12.97A

c/a=2.73由于Al3+處于氧離子的縫隙中，但只有2/3的縫隙