《各類晶體結(jié)構(gòu)解析》課件

《各類晶體結(jié)構(gòu)解析》本課程將深入探討不同類型的晶體結(jié)構(gòu)，從基礎(chǔ)定義到常見金屬晶體結(jié)構(gòu)，再到分子晶體和晶體缺陷分析，旨在幫助大家更全面地理解晶體世界。課程簡(jiǎn)介目標(biāo)深入理解晶體結(jié)構(gòu)、對(duì)稱性、缺陷和性質(zhì)，掌握晶體研究的基本方法。內(nèi)容晶體學(xué)基礎(chǔ)、晶體分類、常見晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、檢測(cè)方法和應(yīng)用案例。什么是晶體？周期性內(nèi)部原子排列具有周期性，形成三維空間重復(fù)結(jié)構(gòu)。對(duì)稱性具有特定的對(duì)稱性，包括平移對(duì)稱和點(diǎn)對(duì)稱。各向異性物理性質(zhì)隨方向變化，例如硬度、電導(dǎo)率、光學(xué)性質(zhì)。晶體的定義和特點(diǎn)定義具有規(guī)則幾何形狀的固體，內(nèi)部原子或離子以規(guī)則的、周期性的方式排列。特點(diǎn)固態(tài)、規(guī)則外形、各向異性、熔點(diǎn)固定、具有特定的光學(xué)性質(zhì)。晶體的基本結(jié)構(gòu)單元1晶胞晶體中最小的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元。2晶格由晶胞在空間周期性排列形成的無限三維空間點(diǎn)陣。3晶向連接晶格點(diǎn)之間的方向，用晶向指數(shù)表示。4晶面穿過晶格點(diǎn)構(gòu)成的平面，用晶面指數(shù)表示。晶體的幾何分類立方晶系三個(gè)晶軸等長(zhǎng)，相互垂直。六方晶系三個(gè)晶軸長(zhǎng)度相等，其中兩個(gè)軸相互垂直，第三軸與前兩個(gè)軸成60度角。四方晶系三個(gè)晶軸中兩個(gè)等長(zhǎng)，相互垂直，第三軸與前兩個(gè)軸垂直，長(zhǎng)度不等。斜方晶系三個(gè)晶軸長(zhǎng)度不等，相互垂直。單斜晶系三個(gè)晶軸長(zhǎng)度不等，其中兩個(gè)軸相互垂直，第三軸與前兩個(gè)軸不垂直。三斜晶系三個(gè)晶軸長(zhǎng)度不等，三個(gè)軸均不相互垂直。立方晶系1簡(jiǎn)單立方每個(gè)晶胞角頂點(diǎn)處有一個(gè)原子。2體心立方除晶胞角頂點(diǎn)外，還有在晶胞中心的一個(gè)原子。3面心立方除晶胞角頂點(diǎn)外，還有在每個(gè)面的中心的一個(gè)原子。六方晶系六方密堆積在垂直于六方晶軸的平面上，原子以緊密排列的六角形分布，一層一層疊加。金剛石結(jié)構(gòu)每個(gè)碳原子以sp3雜化軌道與周圍四個(gè)碳原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，形成堅(jiān)固的共價(jià)鍵網(wǎng)絡(luò)。四方晶系簡(jiǎn)單四方每個(gè)晶胞角頂點(diǎn)處有一個(gè)原子，晶胞中心沒有原子。體心四方每個(gè)晶胞角頂點(diǎn)處有一個(gè)原子，晶胞中心有一個(gè)原子。面心四方每個(gè)晶胞角頂點(diǎn)處有一個(gè)原子，每個(gè)面的中心有一個(gè)原子。斜方晶系1簡(jiǎn)單斜方每個(gè)晶胞角頂點(diǎn)處有一個(gè)原子。2體心斜方每個(gè)晶胞角頂點(diǎn)處有一個(gè)原子，晶胞中心有一個(gè)原子。3面心斜方每個(gè)晶胞角頂點(diǎn)處有一個(gè)原子，每個(gè)面的中心有一個(gè)原子。單斜晶系三斜晶系1簡(jiǎn)單三斜每個(gè)晶胞角頂點(diǎn)處有一個(gè)原子。2體心三斜每個(gè)晶胞角頂點(diǎn)處有一個(gè)原子，晶胞中心有一個(gè)原子。3面心三斜每個(gè)晶胞角頂點(diǎn)處有一個(gè)原子，每個(gè)面的中心有一個(gè)原子。各晶系的對(duì)稱性對(duì)稱操作包括平移、旋轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、鏡面反射等操作。對(duì)稱元素對(duì)稱中心、對(duì)稱軸、對(duì)稱面。常見金屬晶體結(jié)構(gòu)1體心立方例如鐵、鈉、鉀、鋰等。2面心立方例如銅、銀、金、鋁等。3六方密堆積例如鎂、鋅、鎘等。金剛石結(jié)構(gòu)特點(diǎn)每個(gè)碳原子與周圍四個(gè)碳原子以sp3雜化軌道形成正四面體結(jié)構(gòu)，形成堅(jiān)固的共價(jià)鍵網(wǎng)絡(luò)。性質(zhì)硬度高、熔點(diǎn)高、導(dǎo)熱性好、絕緣性強(qiáng)。氯化鈉結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鈉離子和氯離子交替排列，形成一個(gè)立方體。性質(zhì)離子化合物，具有高熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)、易溶于極性溶劑等特點(diǎn)。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)特點(diǎn)由一個(gè)陽(yáng)離子、一個(gè)較大的陰離子和一個(gè)較小的陰離子組成，形成三維空間結(jié)構(gòu)。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、催化劑、傳感器等領(lǐng)域。氧化物和硫化物的結(jié)構(gòu)1氧化物具有多種結(jié)構(gòu)，例如NaCl型、CaF2型、TiO2型等。2硫化物具有多種結(jié)構(gòu)，例如ZnS型、FeS2型等。分子晶體結(jié)構(gòu)1特點(diǎn)由分子間弱作用力(范德華力)結(jié)合而成。2性質(zhì)熔點(diǎn)低、沸點(diǎn)低、易揮發(fā)、易壓縮、導(dǎo)電性差。固體分子模型球棍模型用球表示原子，用棍表示化學(xué)鍵。空間填充模型用不同顏色和大小的球表示原子，模擬真實(shí)分子的大小和形狀。晶體的成核與生長(zhǎng)成核從溶液、熔體或氣相中形成新的晶體顆粒的過程。生長(zhǎng)已形成的晶體顆粒在溶液、熔體或氣相中吸附更多物質(zhì)，逐漸長(zhǎng)大。影響晶體生長(zhǎng)的因素溫度溫度升高，晶體生長(zhǎng)速度加快。濃度濃度越高，晶體生長(zhǎng)速度越快。溶劑不同的溶劑對(duì)晶體生長(zhǎng)速度有不同的影響。雜質(zhì)雜質(zhì)的存在會(huì)影響晶體的生長(zhǎng)速度和形態(tài)。晶體缺陷及其對(duì)性質(zhì)的影響1點(diǎn)缺陷晶格中的原子或離子缺失或位置錯(cuò)位。2線缺陷晶格中的一維缺陷，例如位錯(cuò)。3面缺陷晶格中二維缺陷，例如晶界。點(diǎn)缺陷1空位晶格中原子或離子缺失。2間隙原子原子或離子占據(jù)了原本不應(yīng)該存在的間隙位置。3雜質(zhì)原子外來原子或離子取代或插入晶格中的原子或離子。線缺陷刃位錯(cuò)晶體中多出一個(gè)半原子平面。螺位錯(cuò)晶體中存在一個(gè)螺旋狀的缺陷。面缺陷晶界不同晶粒之間接觸形成的界面。孿晶界晶體中兩部分以鏡面對(duì)稱的方式連接。晶體的檢測(cè)方法X射線衍射分析通過分析X射線衍射圖樣，確定晶體的結(jié)構(gòu)、晶胞參數(shù)、晶向和晶面。電子顯微鏡觀察利用電子顯微鏡觀察晶體的微觀結(jié)構(gòu)，可以觀察到晶體缺陷、晶界、孿晶等。X射線衍射分析1原理利用X射線照射晶體，晶體內(nèi)部的原子或離子會(huì)產(chǎn)生散射。2應(yīng)用分析晶體結(jié)構(gòu)、確定晶體參數(shù)、測(cè)量晶體缺陷。電子顯微鏡觀察透射電子顯微鏡可以觀察到晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如晶界、位錯(cuò)、缺陷。