晶体界面的基础知识PPT课件下载推荐.ppt

1、非晶体：非规则结构，分子或原子排列没有一定的周期性。短程有序性短程有序性，没有固定的熔点。，没有固定的熔点。玻璃、橡胶。准晶体准晶体:有长程的取向序，沿取向序的对称轴方向有准周有长程的取向序，沿取向序的对称轴方向有准周 期性，但无长程周期性期性，但无长程周期性。没有缺陷和杂质的晶体叫做没有缺陷和杂质的晶体叫做理想晶体理想晶体。缺陷缺陷:缺陷是指微量的不规则性。固体是由大量的原子（或离子）组成，固体是由大量的原子（或离子）组成，10102323个原子个原子/cm/cm3 3。固体结构就是指这些原子的排列方式。5规则网络规则网络无规网络无规网络晶晶体体非非晶晶体体6准准 晶晶Al65Co25Cu1

2、0合金合金7n n1 1 1 1、周期性：从原子排列的角度来讲、周期性：从原子排列的角度来讲 （均一性均一性均一性均一性从宏观理从宏观理从宏观理从宏观理 化性质的角度来讲）；化性质的角度来讲）；n n2 2 2 2、宏观对称性；、宏观对称性；n n3 3、各向异性和解理性。例如，云母的解理性；各向异性和解理性。n n4 4、有、有固定的熔点固定的熔点固定的熔点固定的熔点。晶体的宏观性质晶体的宏观性质晶体的宏观性质晶体的宏观性质8几种常见的晶体结构几种常见的晶体结构1.元素晶体元素晶体 一维一维 二维二维二维密排二维密排堆积堆积二维正方二维正方堆积堆积9 a.a.较松散的堆积较松散的堆积典型晶体

3、：典型晶体：LiLi、NaNa、K K、-Fe-Fe 三三 维维l 配位数：一个原子周围最近邻原子的数目。配位数：对于体心立方（对于体心立方（bccbcc）配位数为配位数为 8 8。简单立方（简单立方（simple cubic,simple cubic,scsc）堆积）堆积体心立方（体心立方（body-centered body-centered cubic,cubic,bccbcc）堆积堆积10面心立方（面心立方（face-centered cubic,face-centered cubic,fccfcc）堆积）堆积排列方式：排列方式：ABCABC ABCABC （立方密堆积立方密堆积）典型

4、晶体：CuCu、Ag Ag、AuAu、CaCa、SrSr、AlAl、b.b.密堆积：密堆积：配位数配位数:fccfcc的配位数为的配位数为1212。11 典型晶体：BeBe、MgMg、ZnZn、CdCd、Ti Ti 密排六方（密排六方（hexagonal close-packed,hexagonal close-packed,hcphcp ）堆积堆积排列方式：ABABAB ABABAB （六方密堆积六方密堆积）配位数：hcphcp的配位数为的配位数为1212。1213典型晶体：金刚石、典型晶体：金刚石、SiSi、GeGe c.c.金刚石结构金刚石结构：金刚石的配位数为金刚石的配位数为 4 4；

5、142.2.简单化合物晶体简单化合物晶体 NaClNaCl结构结构典型晶体：NaClNaCl、LiFLiF、KBrKBr 15CsClCsCl结构结构典型晶体：CsClCsCl、CsBrCsBr、CsICsI 16闪锌矿结构闪锌矿结构许多重要的半导体化合物都是闪锌矿结构。许多重要的半导体化合物都是闪锌矿结构。ZnSZnS、CdSCdS、GaAsGaAs、-SiCSiC 在晶胞顶角和面心处的原子与体内原子分别属于不同的元素。在晶胞顶角和面心处的原子与体内原子分别属于不同的元素。17晶向、晶面晶向、晶面 晶体具有方向性，沿晶格的不同方向晶体性质不同。晶体具有方向性，沿晶格的不同方向晶体性质不同。布

6、拉伐格子的格点可以看成分列在一系列相互平行的直线系布拉伐格子的格点可以看成分列在一系列相互平行的直线系 ，这些直线系称为晶列，这些直线系称为晶列 。右图用实线和虚线表示出两个右图用实线和虚线表示出两个不同的晶列，由此可见，同一不同的晶列，由此可见，同一个格子可以形成方向不同的晶个格子可以形成方向不同的晶列，每一个晶列定义了一个方列，每一个晶列定义了一个方向，称为向，称为晶向晶向 。18如果从一个原子沿晶向到最近的原子的位移矢量为：如果从一个原子沿晶向到最近的原子的位移矢量为：19三、晶面三、晶面晶面晶面 晶体内三个非共线结点组成的平面。晶体内三个非共线结点组成的平面。在一晶面外过其它格点作一系

7、列与原晶面平行的晶面，可得到在一晶面外过其它格点作一系列与原晶面平行的晶面，可得到一组等距的晶面，各晶面上结点的分布情况是相同的。这组等一组等距的晶面，各晶面上结点的分布情况是相同的。这组等距的晶面的称为一族晶面。距的晶面的称为一族晶面。面间距面间距同族晶面中，相邻两晶面的距离。同族晶面中，相邻两晶面的距离。（晶面的概念是以格点组成互相平行的平面，再构成晶体。）2021例：立方晶系的几个晶面222324253 3、晶格的周期性晶格的周期性一、晶格与布拉伐格子一、晶格与布拉伐格子1.晶格：晶格：晶体中原子（或离子）排列的具体形式。2.2.布拉伐格子布拉伐格子（空间点阵）空间点阵）布拉伐格子：一种

8、数学上的布拉伐格子：一种数学上的抽象抽象，是，是点点在空间中周期性的规则排列在空间中周期性的规则排列。基元：每一个格点所代表的物理实体。格点：空间点阵中周期排列的几何点。所有点在化学、物理和几何格点：所有点在化学、物理和几何 环境上完全相同。环境上完全相同。26布拉伐格子一共有布拉伐格子一共有14 14 种。种。scbccfcc立方晶系的布拉伐格子立方晶系的布拉伐格子27实际晶格实际晶格 =布拉伐格子布拉伐格子 +基元基元A、若格点上的基元只包含一个原子，那么晶格为简单晶格。、若格点上的基元只包含一个原子，那么晶格为简单晶格。B B、若格点上的基元包含两个或两个以上的原子（或离子），那、若格点

9、上的基元包含两个或两个以上的原子（或离子），那 么晶格为么晶格为复式晶格复式晶格。晶格中所有原子在化学、物理和几何环境上都是完全等同的。简单晶格必须由同种原子组成；反之，由同种原子组成简单晶格必须由同种原子组成；反之，由同种原子组成的晶格却不一定是简单晶格。如金刚石和的晶格却不一定是简单晶格。如金刚石和hcphcp晶格都是复式晶格都是复式晶格。晶格。28sc+sc+双原子基元双原子基元fccfcc+双原子基元双原子基元复式晶格复式晶格由同种原子构成的金刚石晶格也是复式晶格。由同种原子构成的金刚石晶格也是复式晶格。29第一节第一节 晶体晶粒的几何学理论晶体晶粒的几何学理论专业术语专业术语:晶界、

10、重位点阵、晶界、重位点阵、值、结构规则。值、结构规则。对于对于O O点阵由于比较抽象难于理解，仅做基础性的解释。点阵由于比较抽象难于理解，仅做基础性的解释。研究界面结构是直接观察原子排列，虽然己进入直接排研究界面结构是直接观察原子排列，虽然己进入直接排列原子的理论时代，但这一水平的理论我们将在下节讲列原子的理论时代，但这一水平的理论我们将在下节讲述。述。本节仅讲解重位点阵与两个几何表示方法。30一、重位点阵理论一、重位点阵理论 重位点阵理论是可预测具有周期性规律结构的特殊的晶重位点阵理论是可预测具有周期性规律结构的特殊的晶体界面在什么方位、在什么方位的界面上、生成怎样间距的体界面在什么方位、在

11、什么方位的界面上、生成怎样间距的周期结构之理论、还可以定义从这样的方位关系上稍有一点周期结构之理论、还可以定义从这样的方位关系上稍有一点偏离后构成晶体界面的偏离后构成晶体界面的 3 3 次元结构缺陷为普通晶界位错网目次元结构缺陷为普通晶界位错网目结构。结构。晶体界面一般定义为，两侧晶体同相，在晶体结构和晶格晶体界面一般定义为，两侧晶体同相，在晶体结构和晶格常数都相等的两个晶体间产生的界面。选择特殊的方位关系常数都相等的两个晶体间产生的界面。选择特殊的方位关系后，因为其晶格常数相等，它成为按一定原子排列周期性重后，因为其晶格常数相等，它成为按一定原子排列周期性重复的界面。复的界面。作为讲述晶体晶

12、界的形式，提出了理论和模型的人在历史作为讲述晶体晶界的形式，提出了理论和模型的人在历史上数不胜数，但重位点阵理论的构成是高水平的。提倡用假上数不胜数，但重位点阵理论的构成是高水平的。提倡用假设两侧晶体晶格延长线上相互重合的排他律为人们提供周期设两侧晶体晶格延长线上相互重合的排他律为人们提供周期规律晶界的许多信息，这是我们想让大家体会到的事实。规律晶界的许多信息，这是我们想让大家体会到的事实。31（一）重位点阵理论（一）重位点阵理论（CSL）（CSL）模型概况与模型概况与值值 把单相的两个晶体（把单相的两个晶体（1L,2L1L,2L）在界面作为结合对象，假设两晶体）在界面作为结合对象，假设两晶体

13、的贯通晶格与其特定的晶体轴的贯通晶格与其特定的晶体轴 H,K,LH,K,L有旋转关系，当旋转角取有旋转关系，当旋转角取一定值时，两晶体的一部分晶格点重合。把有重合位置的晶格叫一定值时，两晶体的一部分晶格点重合。把有重合位置的晶格叫重位点阵（重位点阵（Coincidence Site Lattice,CSLCoincidence Site Lattice,CSL）。）。从本质上讲，从本质上讲，CSL CSL 概念与晶界原子排列无直接关系；在通常情概念与晶界原子排列无直接关系；在通常情况下，况下，CSL CSL 模型对象为立方晶体。对于对称性小的晶体系晶格点模型对象为立方晶体。对于对称性小的晶体系

14、晶格点的重合小，与之替换的近似重合成为重要的的重合小，与之替换的近似重合成为重要的O O 点阵理论。点阵理论。各晶体晶格点中在各晶体晶格点中在1/1/值的比例与晶格点一致时，值的比例与晶格点一致时，CSL CSL 用用值表示，其值通常为奇数。值表示，其值通常为奇数。32 图图1-1a1-1a表示的晶界附近的晶格点排列中，两晶体的晶格点位置关系不明表示的晶界附近的晶格点排列中，两晶体的晶格点位置关系不明确确;（b b）中表示的贯通晶格看，对应晶格与）中表示的贯通晶格看，对应晶格与1L1L或或2L2L的基本晶格相似形，我们的基本晶格相似形，我们可知在可知在1L1L或或2L2L的晶格点中有的晶格点中有9 9点对点对1 1点的比例关系。点的比例关系。3