固体结构的教案.pptxVIP

固体结构的教案;石英(Quartz, SiO2), 玻璃(glass, SiO2) ;1. 晶体结构的特征与晶格理论 晶体是由原子、离子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体。 特征：(1) 晶体具有规则的多面体外形； (2) 晶体呈各向异性； (3) 晶体具有固定的熔点。;晶体概念的发展; 19世纪，基于晶体的各向异性和均匀性A. Bravias 等提出点阵理论。1912年M. Laue, W. H. Bragg开创了X光结晶学，从实验上证明晶体是由构成晶体地质点（原子，离子，分子）在空间三维有序排列而成地结构——点阵结构；现在，我们能在电子显微镜下看到点阵结构。 ;晶格理论的概念 晶格与晶胞;晶胞: 包括晶格节点上的微粒在内的平行六面体 晶体是晶胞在空间上的重复和堆砌;7 种晶系;三种立方点阵形式：面心、体心、简单立方晶胞;;;14 种空间格子;2．晶体的缺陷结构 晶体应是一种向三维空间无限延伸的周期性点阵， 它的各部分完全相同，并具有一定的对称性。 实际晶体存在着对理想的空间点阵的偏离，这些偏离的地区或结构被称为晶体的缺陷。 缺陷的重要性在于它们能影响固体的性质，诸如机械强度、导电性、耐腐蚀性和化学反应性能等。缺陷的种类很多，分类方法也很多。;缺陷的分类 由热力学原因而存在的缺陷叫本征缺陷 非热力学原因而造成的缺陷叫外赋缺陷，通过提纯或改变合成条件而得到控制。 根据缺陷的三维尺寸： 将三维均是原子大小的缺陷称为零维缺陷或点缺陷；比这更小的缺陷称为电子缺陷；把两维很小一维很大的缺陷称作一维缺陷或线缺陷，如位错；把一维很小两维很大的缺陷称作二维缺陷或面缺陷；把三维均较大的缺陷称为三维缺陷或体缺陷。;（1）本征缺陷 完整晶体，在温度高于0K时，原子在其平衡位置附近作热运动,原子间的能量分布是遵循麦克斯韦分布规律。具有能量足够大的原子，离开平衡位置而挤入晶格的间隙中，成为间隙原子，而原来的晶格位置变成空位。 这种在晶体中同时产生的一对间隙原子和空位的缺陷，称为Frenkel缺陷。这一对对的间隙原子和空位也是在运动中，或者复合、或者运动到其他位置上去。; Schottky缺陷 晶体表???上的原子受热激发，蒸发到表面以外稍远的地方，产生了空位，晶体内部的原子又运动到表面接替了这个空位，在内部产生了空位。;;杂质缺陷 由于杂质进入晶体后所形成的缺陷;2）杂质缺陷 激光晶体Y3Al5O12中须要添加Nd3+作为激活离子；发光材料Y2O3中须添加Eu3+才能发红光。 用As原子代替单晶硅中部分Si原子以改善单晶硅的半导体性能． 在ZrO2中用Ca2＋作为杂质代替Zr4+时伴随着生成O2－离子的空位以保持电中性。 杂质原子常常以替代的方式存在于点阵之中，但也可以存在于点阵的间隙位置成为填隙杂质。; （3）非整比化合物 化学式中各原子的原子数之比不是简单的整数比 例如Fe1-xO，在这里Fe与O的原子数之比为一个分数。常见的有氢化物，氧化物，碲化物，砷化物，硫化物，硒化物以及各种三元化合物。 当其化学式中的原子数之比接近于整数比（其缺陷浓度很低时），按点缺陷的研究方法处理；;缺陷浓度较高时，应把缺陷看作是晶体构造的一部分，而不再看作是远远偏离理想晶体的某种不完善性。 晶体缺陷与固体结构、组成、制备工艺和材料的物理性质之间有着密不可分关系，因此对缺陷的认识与研究是固态化学的重要. 非整比铜酸盐化合物与高温超导体 非整比钙钛矿锰酸盐的巨磁电阻效应;第22页/共114页; （4）色心 色心原来专指碱金属氯化物晶体中固有的各类点缺陷的缔合体，现在已把其用于表示使绝缘体着色的包括杂质在内的所有缺陷。 碱金属卤化物晶体中的导带能级和价带能级之间带隙的典型值为9—10eV，具有适当能量的光子可使卤离子释放出电子，同时产生空穴，并使一个电子从价带移入导带。 离子晶体中的空位具有有效电荷，因而在辐射过程中释放出来的空位和电子均可被带有适当电荷的空位所捕获。;第24页/共114页;色中心的形成主要来源于以下几个方面： 晶体中的各种缺陷缔合体。例如，将氯化钠在钠蒸汽中加热后迅速冷却，晶体变成橘黄色，将氯化钾在钾蒸汽中加热后，则晶体呈紫色。 许多高能射线，包括X射线、γ射线以及中子都会在卤化物晶体中引发色心。碱金属卤化物中总是存在着肖特基缺陷，即存在正、负离子空位对，这些正、负离子空位对上带有相反符号的电荷。;固体物质的分类;按照固体中原子之间结合力的本质(即化学键) 分为 离子晶体、共价晶体、金属晶体、分子晶体等。;3.2 金属晶体; ;等径球的密堆积 ;开普勒对固体结构的推测;1 等径球的密堆积结构;空