第02章固体结构.ppt
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1、,金纳米颗粒的TEM照片,金的TEM照片,金的金相照片,金的AFM 照片,镍的STM 照片,镍的操纵排列照片,钴的操纵排列照片,铁的操纵排列照片,铜的操纵排列照片,氙的操纵排列照片,扫描隧道显微镜(STM),第2章 固体结构,物质:气态 液态 固态,固态物质:晶体 非晶体,晶体:原子在空间呈有规则地周期性重复排列; 非晶体:原子无规则排列。,晶体中原子排列的作用,原子排列,研究固态物质的内部结构,即原子排列和分布规律是了解掌握材料性能的基础,才能从内部找到改善和发展新材料的途径。,组织,性能,2.1 晶体学基础,晶体结构的基本特征:原子(或分子)在三维空间呈周期性重复排列,即存在长程有序,晶体
2、和非晶体的两大性能区别,硅原子的面排列,2.1.1 空间点阵和晶胞,阵点,空间点阵,为了便于分析研究晶体中质点的排列规律性,可先将实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体并简化,将其中每个质点抽象为规则排列于空间的几何点,称之为阵点。,这些阵点在空间呈周期性规则排列并具有完全相同的周围环境,这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵,简称点阵。,具有代表性的基本单元(最小平行六面体)作 为点阵的组成单元,称为晶胞。将晶胞作三维 的重复堆砌就构成了空间点阵。,晶胞,晶胞选取的原则,同一空间点阵可因选取方式不同而得到不相同的晶胞,晶体点阵及晶胞的不同取法,晶胞选取的原则,选取的平行六面体应反映出点阵
3、的最高对称性; 平行六面体内的棱和角相等的数目应最多; 当平行六面体的棱边夹角存在直角时,直角数目应最多; 当满足上述条件的情况下,晶胞应具有最小的体积。,晶胞、晶轴和点阵矢量,点阵矢量:,点阵常数:a, b, c,棱边夹角, , , , ,14种布拉菲点阵,根据6个点阵参数间的相互关系,可将全部空间点阵归 属于7种类型,即7个晶系。按照“每个阵点的周围环境 相同“的要求,布拉菲(Bravais A)用数学方法推导 出能够反映空间点阵全部特征的单位平面六面体只有 14种,这14种空间点阵也称布拉菲点阵。,三斜:简单三斜,单斜:简单单斜 底心单斜,正交:简单正交 底心正交 体心正交 面心正交,菱
4、方:简单菱方,六方:简单六方,四方:简单四方 体心四方,立方:简单立方 体心立方 面心立方,布拉菲点阵的结构特征 (The structural feature of Bravais lattice ),空间点阵和晶胞的关系,同一空间点阵可因选取晶胞的方式不同 而得出不同的晶胞,体心立方,面心立方,简单菱方,简单三斜,晶体结构和空间点阵的区别,空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象,用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性,由于各阵点的周围环境相同,它只能有14中类型,晶体结构则是晶体中实际质点(原子、离子或分子)的具体排列情况,它们能组成各种类型的排列,因此,实际存在的晶体结构是无限的。,晶体结
5、构和空间点阵的区别,晶体结构和空间点阵的区别,2.1.2 晶向指数和晶面指数,晶向:晶体中原子的位置、原子列 的方向 晶面:原子构成的平面 Miller(密勒)指数统一标定晶向指数和晶面指数,晶向指数,晶向指数: u v w,任意阵点P的位置可以用矢量或者坐标来表示。,OP = u + v + w,晶向指数的例子,正交晶系一些重要晶向的晶向指数,晶面指数的标定,正交点阵中一些晶面的面指数,晶面指数举例,晶面指数的意义,在晶体内凡晶面间距和晶面上原子的分布完全相同,只是空间位向不同的晶面可以归并为同一晶面族,以h k l表示,它代表由对称性相联系的若干组等效晶面的总和。,晶面指数所代表的不仅是某
6、一晶面,而是代表着 一组相互平行的晶面。,立方晶系中,相同指数的晶向和晶面垂直;,立方晶系中,晶面族111表示正八面体的面;,立方晶系中,晶面族110表示正十二面体的面;,六方晶系指数,六方晶系的晶向指数和晶面指数同样可以应用上述方法标定,这时取a1,a2,c为晶轴,而a1轴与a2轴的夹角为120度,c轴与a1,a2轴相垂直。但这种方法标定的晶面指数和晶向指数,不能显示六方晶系的对称性,同类型 晶面和晶向,其指数却不相雷同,往往看不出他们的等同关系。,六方晶系晶面指数标定,根据六方晶系的对称特点,对六方晶系采用a1,a2,a3及c四个晶轴,a1,a2,a3之间的夹角均为120度,这样,其晶面指
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