NaCl、CsCl、CO2、SiO2、金剛石、石墨、C60晶體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)分析

晶體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)分析通常采用均攤法來分析這些晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。均攤法的根本原則是：晶胞任意位置上的原子如果是被n個(gè)晶胞所共有，則每個(gè)晶胞只能分得這個(gè)原子的1/n。個(gè)Cl-緊鄰個(gè)Cl-緊鄰6個(gè)Na+緊鄰的Na+與Cl-間的下層4個(gè)），距離為Cl-數(shù)為由下圖氯化鈉晶體結(jié)構(gòu)模型可得：每個(gè)Na+緊鄰6個(gè)Cl-，每（上、下、左、右、前、后），這6個(gè)離子構(gòu)成一個(gè)正八面體。設(shè)距離為a,每個(gè)Na+與12個(gè)Na+等距離緊鄰（同層4個(gè)、上層4個(gè)、112a。由均攤法可得:該晶胞中所擁有的Na+數(shù)為8x§+6x=4，821+12x4=4，晶體中附數(shù)與ci-數(shù)之比為1：i，則此晶胞中含有4個(gè)Naci結(jié)構(gòu)單元。氯化銫晶體?cs+^cr一個(gè)正立等距離緊Cs+數(shù)與每個(gè)Cs+緊鄰8個(gè)Cl-，每個(gè)Cl-緊鄰8個(gè)Cs+，這8個(gè)離子構(gòu)成方體。設(shè)緊鄰的Cs+與Cl-間的距離為可a，則每個(gè)Cs+與6個(gè)Cs+鄰（上、下、左、右、前、后）。在如下圖的晶胞中Cs+數(shù)為8x~+12x—+6x—+1=8，Cl-?cs+^cr一個(gè)正立等距離緊Cs+數(shù)與842Cl-數(shù)之比為1：1，貝y此晶胞中含有8個(gè)CsCl結(jié)構(gòu)單元。干冰每個(gè)CO分子緊鄰12個(gè)CO分子（同層4個(gè)、上層4個(gè)、下層4個(gè)）,則此晶胞中的CO分子數(shù)為8x]+6x]=4。22282金剛石晶體（晶體硅同）每個(gè)C原子與4個(gè)C原子緊鄰成鍵，由5個(gè)C原子形成正四面體結(jié)構(gòu)單元,C-C鍵的夾角為109。28'。晶體中的最小環(huán)為六元環(huán)，每個(gè)C原子被12個(gè)六元環(huán)共有，每個(gè)C-C鍵被6個(gè)六元環(huán)共有（用組合法計(jì)算一個(gè)碳原子所形成的4個(gè)鍵有C42=6種兩兩相鄰的組合，故一個(gè)碳原子最多可形成C42x2=6x2=12個(gè)六元環(huán);固定一個(gè)鍵,其余三個(gè)鍵與該鍵有C31=3種兩兩相鄰的組合,故一個(gè)C-C鍵最多可形成C31x2=6個(gè)六元環(huán)?由"平均值原理"知一個(gè)六元環(huán)實(shí)際擁有6x1/12=1/2個(gè)碳原子，擁有6x1/6=1個(gè)C-C鍵.），每個(gè)環(huán)所擁有的C原子數(shù)為6x^2=補(bǔ)，擁有的C-C鍵數(shù)為6x丄=1，則C原子數(shù)與C-C鍵數(shù)之比為-：1=1:2。62

原子緊鄰成子，含有12個(gè)十二元環(huán)原子緊鄰成子，含有12個(gè)十二元環(huán)Si原子數(shù)為12x1=2，6每個(gè)Si原子與4個(gè)0原子緊鄰成鍵，每個(gè)0原子與2個(gè)Si鍵。晶體中的最小環(huán)為十二元環(huán)，其中有6個(gè)Si原子和6個(gè)0原個(gè)Si-0鍵；每個(gè)Si原子被12個(gè)十二元環(huán)共有，每個(gè)0原子被6共有，每個(gè)Si-0鍵被6個(gè)十二元環(huán)共有；每個(gè)十二元環(huán)所擁有的6*丄=丄，擁有的0原子數(shù)為6x丄=1，擁有的Si-0鍵數(shù)為1226子與C原子以層結(jié)構(gòu)中，每個(gè)每個(gè)C原子被3則Si原子數(shù)與0子與C原子以層結(jié)構(gòu)中，每個(gè)每個(gè)C原子被3石墨晶體在石墨晶體中，層與層之間是以分子間作用力結(jié)合，同層之間是C原共價(jià)鍵結(jié)合成的平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，故石墨為混合型晶體或過渡型晶體。在同C原子與3個(gè)C原子緊鄰成C-C鍵,鍵角為120。，其中最小的環(huán)為六元環(huán),個(gè)六元環(huán)共有，每個(gè)C-C鍵被2個(gè)六元環(huán)共有；每個(gè)六元環(huán)擁有的C原子數(shù)為6x1=2，擁有的C-C鍵數(shù)為16x-=3，則C原子數(shù)與C-C鍵數(shù)之比為2：3。知該分子中有12形成的總鍵數(shù)為是雙鍵，則其中的7?C60知該分子中有12形成的總鍵數(shù)為是雙鍵，則其中的C6是由60個(gè)C原子組成的類似于足球的分子，由歐拉定律可推個(gè)正五邊形和20個(gè)正六邊形。每個(gè)C原子與其他3個(gè)C原子緊鄰成鍵,60x3x1=90由于每個(gè)C原子可形成4個(gè)鍵，所以3個(gè)鍵中肯定有一個(gè)2—'12雙鍵數(shù)為90x3=30，90單鍵數(shù)為90x3=60。金剛石晶體中每個(gè)C原子和4個(gè)C原子形成4個(gè)共價(jià)鍵,成為正四面體結(jié)構(gòu)，C原子與碳碳鍵個(gè)數(shù)比為1：2,最小環(huán)由6個(gè)C原子組成，每個(gè)C原子被12個(gè)最小環(huán)所共用；平均每個(gè)最小環(huán)含有1/2個(gè)C原子。每個(gè)C原子被4個(gè)碳碳鍵所共用；每個(gè)碳碳鍵含有2個(gè)C原子，平均每個(gè)碳碳鍵含有1/2個(gè)C原子。故平均每個(gè)最小環(huán)含有1個(gè)碳碳鍵Si02晶體中每個(gè)Si原子周圍吸引著4個(gè)0原子，每個(gè)0原子周圍吸引著2個(gè)Si原子,Si、O原子個(gè)數(shù)比為1：2,Si原子與Si—O鍵個(gè)數(shù)比為1：4,O原子與Si—O鍵個(gè)數(shù)比為1：2，最小環(huán)由12個(gè)原子組成。最小環(huán)由6個(gè)Si原子組成，每個(gè)Si原子被12個(gè)最小環(huán)所共用；平均每個(gè)最小環(huán)含有1/2個(gè)Si原子。故平均每個(gè)最小環(huán)含有2個(gè)Si—O鍵,Si原子與Si—O鍵個(gè)數(shù)比為1：4為什么金剛石中每個(gè)碳原子被12個(gè)環(huán)共用每一個(gè)碳原子連接了4個(gè)鍵,你可以看一下,兩個(gè)鍵可以往上和下各成2個(gè)環(huán)。所以這四個(gè)鍵可分為4*3/2=6種那么就可以算出12個(gè)環(huán)補(bǔ)充下述內(nèi)容共享：金剛石晶體中每個(gè)C原子和4個(gè)C原子形成4個(gè)共價(jià)鍵,成為正四面體結(jié)構(gòu)，C原子與碳碳鍵個(gè)數(shù)比為1：2,最小環(huán)由6個(gè)C原子組成，每個(gè)C原子被12個(gè)最小環(huán)所共用；平均每個(gè)最小環(huán)含有1/2個(gè)C原子。每個(gè)C原子被4個(gè)碳碳鍵所共用；每個(gè)碳碳鍵含有2個(gè)C原子，平均每個(gè)碳碳鍵含有1/2個(gè)C原子。故平均每個(gè)最小環(huán)含有1個(gè)碳碳鍵晶體硅與金剛石一致SiO2晶體中每個(gè)Si原子周圍吸引著4個(gè)0原子，每個(gè)0原子周圍吸引著2個(gè)Si原子，Si、O原子個(gè)數(shù)比為1：2，Si原子與Si—O鍵個(gè)數(shù)比為1：4,O原子與Si—O鍵個(gè)數(shù)比為1：2，最小環(huán)由12個(gè)原子組成。最小環(huán)由6個(gè)Si原子組成，每個(gè)Si原子被12個(gè)最小環(huán)所共用；平均每個(gè)最小環(huán)含有1/2個(gè)Si原子。故平均每個(gè)最小環(huán)含有2個(gè)Si—O鍵金剛石晶體每個(gè)碳原子為什么被12個(gè)六元環(huán)共用呢?十二個(gè)。金剛石中一個(gè)碳原子（記為碳1）可以和另外4個(gè)碳原子（記為碳2，碳3，碳4）成鍵，只考慮這5個(gè)碳原子之間每三個(gè)碳原子可以成一個(gè)面（三角形），有C（5,3）=10個(gè)面，除去另外那4個(gè)碳原子互相之間的C（4,3）=4個(gè)面，就還剩下6個(gè)面（三角形）.看一下模型就會知道,這6個(gè)三角形,每個(gè)都三角形被2個(gè)不同的最小六元環(huán)（椅式）公用,且這6*2=12個(gè)六元環(huán)各不相同.如果你找不出兩個(gè)不同的六元環(huán),可以找到上面所說的三角形,比如三角形（碳1，碳2，碳3）并且以過碳1并且平行于直線（碳2，碳3）為轉(zhuǎn)軸，將這個(gè)三角形分別向上向下旋轉(zhuǎn)一個(gè)最小的銳角，就可以找到椅式六元環(huán)大致所在的面。頂點(diǎn)必選，從另4個(gè)C選2個(gè)，c42=61）金剛石由碳原子構(gòu)成正四面體的單元。每個(gè)碳原子等距離緊鄰其它4碳原子。鍵角為109?28?。金剛石中由共價(jià)鍵構(gòu)成的最小環(huán)有6個(gè)碳原子，但6個(gè)碳原子不都在一個(gè)平面上。（2）每個(gè)環(huán)平均擁有：1個(gè)C-C鍵，1/2個(gè)C原子。1個(gè)小環(huán)6個(gè)C-C鍵，1個(gè)C－C鍵被6個(gè)小環(huán)共用。（3）晶體中每個(gè)C原子被12個(gè)六元環(huán)所共有每個(gè)C原子占有2個(gè)C-C鍵。金剛石晶體金剛石中每個(gè)C原子以sp3雜化，分別與4個(gè)相鄰的C原子形成4個(gè)o鍵，故鍵角為109。28‘，每個(gè)C原子的配位數(shù)為4；每個(gè)C原子均可與相鄰的4個(gè)C構(gòu)成實(shí)心的正四面體，向空間無限延伸得到立體網(wǎng)狀的金剛石晶體，在一個(gè)小正四面體中平均含有14x1/4=2個(gè)碳原子；在金剛石中最小的環(huán)是六元環(huán)，1個(gè)環(huán)中平均含有6x1/12=1/2個(gè)C原子，含C-C鍵數(shù)為6x1/6=1；金剛石的晶胞中含有C原子為8個(gè)，內(nèi)含4個(gè)小正四面體，含有C-C鍵數(shù)為16。二氧化硅晶體二氧化硅中Si原子均以sp3雜化，分別與4個(gè)0原子成鍵，每個(gè)0原子與2個(gè)Si原子成鍵；晶體中的最小環(huán)為十二元環(huán)，其中有6個(gè)Si原子和6個(gè)0原子，含有12個(gè)Si-0鍵；每個(gè)Si原子被12個(gè)十二元環(huán)共有，每個(gè)0原子被6個(gè)十二元環(huán)共有，每個(gè)Si-0鍵被6個(gè)十二元環(huán)共有；每個(gè)十二元環(huán)所擁有的Si原子數(shù)為6x1/6=1，擁有的0原子數(shù)為6x1/6=1，擁有的Si-0鍵數(shù)為12x1/6=2，則Si原子數(shù)與0原子數(shù)之

比為1：2。石墨石墨的層狀結(jié)構(gòu)（1）石墨中C原子以sp2雜化；（2）石墨晶體中最小環(huán)為（6）元環(huán)，含有C（2）個(gè)，C-C鍵為（3）；（3）石墨分層，層間為范德華力，硬度小，可導(dǎo)電；（4）石墨中r（C-C）比金剛石中r（C-C）短。17.二氧化硅晶體是立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。其晶體模型如下圖所示。認(rèn)真觀察晶體模型并回答下列問題：（1）二氧化硅晶體中最小的環(huán)為12元環(huán)。（2）每個(gè)硅原子為12個(gè)最小環(huán)共有。（3）每個(gè)最小環(huán)平均擁有1個(gè)氧原子較石墨和金剛石的晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)合鍵和性能。答：金剛石晶體結(jié)構(gòu)為帶四面體間隙的FCC,碳原子位于FCC點(diǎn)陣的結(jié)合點(diǎn)和四個(gè)不相鄰的四面體間隙位置，碳原子之間都由共價(jià)鍵結(jié)合，因此金剛石硬度高，結(jié)構(gòu)致密。石墨晶體結(jié)構(gòu)為簡單六方點(diǎn)陣，碳原子位于點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)上,同層之間由共價(jià)鍵結(jié)合,鄰層之間由范德華力結(jié)合,因此石墨組織稀松,有一定的導(dǎo)電性,常用作潤滑劑。1.單晶體：如果一個(gè)物體就是一個(gè)完整的晶體,這樣的晶體~單晶體．水晶、雪花、食鹽小顆粒、單晶硅、晶須2多晶體：如果整個(gè)物體是由許多雜亂無章地排列著的小晶體組成的,這樣的物體~多晶體,其中的小晶體叫做晶粒,其邊界稱為晶界,多晶體有一定的熔點(diǎn)。各向同性金屬及合金等.3非晶體：沒有規(guī)則的幾何形狀，原子在三維空間內(nèi)不規(guī)則排列。長程無序，各向同性。:玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等.擴(kuò)散定理單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于擴(kuò)散方向的單位截面積的物質(zhì)量（擴(kuò)散通量）與該物質(zhì)在該面積處的濃度梯度成正比。為擴(kuò)散通量，表示擴(kuò)散物質(zhì)通過單位截面的流量，dC/dx為沿x方向的濃度梯度；D為原子的擴(kuò)散系數(shù)。負(fù)號表示擴(kuò)散由高濃度向低濃度方向進(jìn)行。層錯能金屬結(jié)構(gòu)在堆垛時(shí),沒有嚴(yán)格的按照堆垛順序,形成堆垛層錯。層錯是一種晶格缺陷,它破壞了晶體的周期完整性,引起能量升高,通常把單位面積層錯所增加的能量稱為層錯能。層錯能出現(xiàn)時(shí)僅表現(xiàn)在改變了原子的次近鄰關(guān)系,幾乎不產(chǎn)生點(diǎn)陣畸變。所以,層錯能相對于晶界能而言是比較小的。層錯能越小的金屬,則層錯出現(xiàn)的幾率越大。在層錯能較高的金屬如鋁及鋁合金、純鐵、鐵素體鋼（bcc）等熱加工時(shí),易發(fā)生動態(tài)回復(fù),因?yàn)檫@些金屬中易發(fā)生位錯的交滑移及攀移。而奧氏體鋼（fcc）、鎂及其合金等由于層錯能低,不發(fā)生位錯的交滑移,所以動態(tài)再結(jié)晶成為動態(tài)軟化的主要方式。

面心立方的密排面晶體中原子的堆垛方面心立方晶格的金屬：鋁(人1)、銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)、Y-鐵(Y-Fe,912°C?1394°C)式n面心立方：密排面為{111}ABCABCABC點(diǎn)陣常數(shù)與原子半徑R的關(guān)系晶胞棱邊的長度稱為點(diǎn)陣常數(shù)或晶格常數(shù)。對立方晶系，a=b=c，點(diǎn)陣常數(shù)用a表示即可;對六方晶系，a1=a2=a3?c，需要用a和c兩個(gè)點(diǎn)陣常數(shù)來表示晶胞的大小。1．面心立方：a-最密排方向<110>-即面對角線方向原子半徑為4面心立方晶格晶胞中的原子數(shù)面心立方晶體每個(gè)角上的原子只有1/8個(gè)屬于這個(gè)晶胞,六個(gè)面中心的原子只有1/2屬于這個(gè)晶胞,所以面心立方晶胞中的原子數(shù)為8*1/8+1/2x6=4.原子半徑在面心立方晶胞中,只有沿著晶胞六個(gè)面的對角線方向，原子是互相接觸的，面對角線的長度為龐匚它與4個(gè)原子半徑的長度相等,相等,所以面心立方晶胞的原子半徑配位數(shù)所謂配位數(shù)是指晶體結(jié)構(gòu)中與任一個(gè)原子最近的原子得數(shù)目.面心立方晶格的配位數(shù)位12.4)致密度面心立方晶格的致密度為面心立方晶格的致密度為:(5)原子密排面和密排排方向：密排面{111}；密排方向:<110>(6)原子堆垛方式原子面的空隙是有三個(gè)原子所構(gòu)成的,原子排列較為緊密,原子堆垛方式為abcabc.半導(dǎo)體材料的電阻率界于金屬與絕緣材料之間的材料。這種材料在某個(gè)溫度范圍內(nèi)隨溫度升高而增加電荷載流子的濃度，電阻率下降半導(dǎo)體(semiconductor)，指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體(conductor)與絕緣體(insulator)之間的材料。半導(dǎo)體在收音機(jī)、電視機(jī)以及測溫上有著廣泛的應(yīng)用。。半導(dǎo)體材料的制造為了滿足量產(chǎn)上的需求，半導(dǎo)體的電性必須是可預(yù)測并且穩(wěn)定的，因此包括摻雜物的純度以及半導(dǎo)體晶格結(jié)構(gòu)的品質(zhì)都必須嚴(yán)格要求。常見的品質(zhì)問題包括晶格的錯位(dislocation)、雙晶面(twins)，或是堆棧錯誤(stackingfault)都會影響半導(dǎo)體材料的特性。對于一個(gè)半導(dǎo)體元件而言，材料晶格的缺陷通常是影響元件性能的主因。目前用來成長高純度單晶半導(dǎo)體材料最常見的方法稱為裘可拉斯基制程(Czochr