NaClCsClCO2SiO2金刚石石墨C60晶体结构的特点分析.docx

1、NaClCsClCO2SiO2金刚石石墨C60晶体结构的特点分析晶体结构的特点分析通常采用均摊法来分析这些晶体的结构特点。均摊法的根本原则是：晶胞任意位置上的原子如果是被n个晶胞所共有，则每个晶胞只能分得这个原子的1/n。1. 氯化钠晶体由下图氯化钠晶体结构模型可得：每个Na+紧邻6个，每个紧邻6个（上、下、左、右、前、后），这6个离子构成一个正八面体。设紧邻的Na+与Cl-间的距离为a，每个Na+与12个Na+等距离紧邻（同层4个、上层4个、下层4个），距离为。由均摊法可得：该晶胞中所拥有的Na+数为，数为，晶体中Na+数与Cl-数之比为1：1，则此晶胞中含有4个NaCl结构单元。2. 氯化

2、铯晶体每个Cs+紧邻8个Cl-，每个Cl-紧邻8个Cs+，这8个离子构成一个正立方体。设紧邻的Cs+与Cl-间的距离为，则每个Cs+与6个Cs+等距离紧邻（上、下、左、右、前、后）。在如下图的晶胞中Cs+数为，在晶胞内其数目为8，晶体中的数与数之比为1：1，则此晶胞中含有8个CsCl结构单元。3. 干冰每个CO2分子紧邻12个CO2分子（同层4个、上层4个、下层4个），则此晶胞中的CO2分子数为。4. 金刚石晶体(晶体硅同)每个C原子与4个C原子紧邻成键，由5个C原子形成正四面体结构单元，C-C键的夹角为。晶体中的最小环为六元环，每个C原子被12个六元环共有，每个C-C键被6个六元环共有(用组

3、合法计算一个碳原子所形成的4个键有C42= 6种两两相邻的组合,故一个碳原子最多可形成C42 2= 6 2 =12个六元环;固定一个键,其余三个键与该键有C31 = 3种两两相邻的组合,故一个C-C键最多可形成C31 2 = 6 个六元环.由平均值原理知一个六元环实际拥有6 1/12 = 1/2个碳原子,拥有6 1/6 = 1 个C-C键.)，每个环所拥有的C原子数为，拥有的C-C键数为，则C原子数与C-C键数之比为。5. 二氧化硅晶体每个Si原子与4个O原子紧邻成键，每个O原子与2个Si原子紧邻成键。晶体中的最小环为十二元环，其中有6个Si原子和6个O原子，含有12个Si-O键；每个Si原子

4、被12个十二元环共有，每个O原子被6个十二元环共有，每个Si-O键被6个十二元环共有；每个十二元环所拥有的Si原子数为，拥有的O原子数为，拥有的Si-O键数为，则Si原子数与O原子数之比为1：26. 石墨晶体在石墨晶体中，层与层之间是以分子间作用力结合，同层之间是C原子与C原子以共价键结合成的平面网状结构，故石墨为混合型晶体或过渡型晶体。在同层结构中，每个C原子与3个C原子紧邻成C-C键，键角为，其中最小的环为六元环，每个C原子被3个六元环共有，每个C-C键被2个六元环共有；每个六元环拥有的C原子数为，拥有的C-C键数为，则C原子数与C-C键数之比为2：3。7. C60分子C60是由60个C原

5、子组成的类似于足球的分子，由欧拉定律可推知该分子中有12个正五边形和20个正六边形。每个C原子与其他3个C原子紧邻成键，形成的总键数为由于每个C原子可形成4个键，所以3个键中肯定有一个是双键，则其中的双键数为90=30，90单键数为。金刚石晶体中每个C原子和4个C原子形成4个共价键,成为正四面体结构，C原子与碳碳键个数比为1：2，最小环由6个C原子组成，每个C原子被12个最小环所共用；平均每个最小环含有1/2个C原子。每个C原子被4个碳碳键所共用；每个碳碳键含有2个C原子，平均每个碳碳键含有1/2个C原子。故平均每个最小环含有1个碳碳键SiO2晶体中每个Si原子周围吸引着4个O原子，每个O原子

6、周围吸引着2个Si原子，Si、O原子个数比为1：2，Si原子与SiO键个数比为1：4，O原子与SiO键个数比为1：2，最小环由12个原子组成。最小环由6个Si原子组成，每个Si原子被12个最小环所共用；平均每个最小环含有1/2个Si原子。故平均每个最小环含有2个SiO键,Si原子与SiO键个数比为1：4为什么金刚石中每个碳原子被12个环共用每一个碳原子连接了4个键，你可以看一下，两个键可以往上和下各成2个环。所以这四个键可分为4*3/2=6种那么就可以算出12个环补充下述内容共享：金刚石晶体中每个C原子和4个C原子形成4个共价键,成为正四面体结构，C原子与碳碳键个数比为1：2，最小环由6个C原

7、子组成，每个C原子被12个最小环所共用；平均每个最小环含有1/2个C原子。每个C原子被4个碳碳键所共用；每个碳碳键含有2个C原子，平均每个碳碳键含有1/2个C原子。故平均每个最小环含有1个碳碳键晶体硅与金刚石一致SiO2晶体中每个Si原子周围吸引着4个O原子，每个O原子周围吸引着2个Si原子，Si、O原子个数比为1：2，Si原子与SiO键个数比为1：4，O原子与SiO键个数比为1：2，最小环由12个原子组成。最小环由6个Si原子组成，每个Si原子被12个最小环所共用；平均每个最小环含有1/2个Si原子。故平均每个最小环含有2个SiO键金刚石晶体每个碳原子为什么被12个六元环共用呢? 十二个。金

8、刚石中一个碳原子（记为碳1）可以和另外4个碳原子（记为碳2，碳3，碳4）成键，只考虑这5个碳原子之间每三个碳原子可以成一个面(三角形)，有C(5,3)=10个面,除去另外那4个碳原子互相之间的C(4,3)=4个面,就还剩下6个面(三角形).看一下模型就会知道,这6个三角形,每个都三角形被2个不同的最小六元环(椅式)公用,且这6*2=12个六元环各不相同.如果你找不出两个不同的六元环,可以找到上面所说的三角形,比如三角形(碳1，碳2，碳3)并且以过碳1并且平行于直线（碳2，碳3）为转轴，将这个三角形分别向上向下旋转一个最小的锐角，就可以找到椅式六元环大致所在的面。顶点必选，从另4个C选2个，C4

9、2=6 （1）金刚石由碳原子构成正四面体的单元。每个碳原子等距离紧邻其它4个碳原子。键角为109?28?。金刚石中由共价键构成的最小环有6个碳原子，但6个碳原子不都在一个平面上。（2）每个环平均拥有：1个CC键， 1/2个C原子。1个小环6个CC键，1个CC键被6个小环共用。（3）晶体中每个C原子被12个六元环所共有，每个C原子占有2个CC键。金刚石晶体 金刚石中每个C原子以sp3杂化，分别与4个相邻的C 原子形成4个键，故键角为10928，每个C原子的配位数为4；每个C原子均可与相邻的4个C构成实心的正四面体，向空间无限延伸得到立体网状的金刚石晶体，在一个小正四面体中平均含有1 41/4 =

10、2个碳原子；在金刚石中最小的环是六元环，1个环中平均含有61/12=1/2个C原子，含C-C键数为 61/6=1；金刚石的晶胞中含有C原子为8个，内含4个小正四面体，含有 C-C键数为16。二氧化硅晶体 二氧化硅中Si原子均以sp3杂化，分别与4个O原子成键，每个O原子与2个Si原子成键；晶体中的最小环为十二元环，其中有6个Si原子和6个O原子，含有12个Si-O键；每个Si原子被12个十二元环共有，每个O原子被6个十二元环共有，每个Si-O键被6个十二元环共有；每个十二元环所拥有的Si原子数为61/6=1，拥有的O原子数为61/6=1，拥有的Si-O键数为121/6=2，则Si原子数与O原子

11、数之比为1：2。石墨石墨的层状结构（1）石墨中C原子以sp2杂化；（2）石墨晶体中最小环为（6）元环，含有C（2）个，C-C键为（3）；（3）石墨分层，层间为范德华力，硬度小，可导电；（4）石墨中r（C-C）比金刚石中r（C-C）短。17. 二氧化硅晶体是立体的网状结构。其晶体模型如下图所示。认真观察晶体模型并回答下列问题：（1）二氧化硅晶体中最小的环为 12 元环。（2）每个硅原子为 12 个最小环共有。（3）每个最小环平均拥有 1 个氧原子较石墨和金刚石的晶体结构、结合键和性能。答：金刚石晶体结构为带四面体间隙的FCC，碳原子位于FCC点阵的结合点和四个不相邻的四面体间隙位置，碳原子之间都

12、由共价键结合，因此金刚石硬度高，结构致密。石墨晶体结构为简单六方点阵，碳原子位于点阵结点上，同层之间由共价键结合，邻层之间由范德华力结合，因此石墨组织稀松，有一定的导电性，常用作润滑剂。 1. 单晶体：如果一个物体就是一个完整的晶体，这样的晶体单晶体水晶、雪花、食盐小颗粒、单晶硅、晶须2 多晶体：如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的，这样的物体多晶体，其中的小晶体叫做晶粒，其边界称为晶界，多晶体有一定的熔点。各向同性金属及合金等.3 非晶体：没有规则的几何形状，原子在三维空间内不规则排列。长程无序，各向同性。 常见的非晶体有：玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等扩散定理 单位时间内通过

13、垂直于扩散方向的单位截面积的物质量（扩散通量）与该物质在该面积处的浓度梯度成正比 。为扩散通量，表示扩散物质通过单位截面的流量，dC/dx为沿x方向的浓度梯度；D为原子的扩散系数。负号表示扩散由高浓度向低浓度方向进行。层错能金属结构在堆垛时，没有严格的按照堆垛顺序，形成堆垛层错。层错是一种晶格缺陷，它破坏了晶体的周期完整性，引起能量升高，通常把单位面积层错所增加的能量称为层错能。层错能出现时仅表现在改变了原子的次近邻关系，几乎不产生点阵畸变。所以，层错能相对于晶界能而言是比较小的。层错能越小的金属，则层错出现的几率越大。在层错能较高的金属如铝及铝合金、纯铁、铁素体钢（bcc）等热加工时，易发生

14、动态回复，因为这些金属中易发生位错的交滑移及攀移。而奥氏体钢(fcc)、镁及其合金等由于层错能低，不发生位错的交滑移，所以动态再结晶成为动态软化的主要方式。面心立方的密排面晶体中原子的堆垛方面心立方晶格的金属: 铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、- 铁( -Fe, 9121394)式n面心立方：密排面为111 A BCABCABC点阵常数与原子半径R的关系晶胞棱边的长度称为点阵常数或晶格常数。对立方晶系，a=b=c,点阵常数用a表示即可；对六方晶系，a1=a2=a3?c,需要用a和c两个点阵常数来表示晶胞的大小。1面心立方： 最密排方向 即面对角线方向 原子半径为 面

15、心立方晶格（1）晶胞中的原子数面心立方晶体每个角上的原子只有1/8个属于这个晶胞,六个面中心的原子只有1/2属于这个晶胞,所以面心立方晶胞中的原子数为8*1/8+1/2x6=4.（2）原子半径在面心立方晶胞中,只有沿着晶胞六个面的对角线方向,原子是互相接触的,面对角线的长度为.它与4个原子半径的长度相等,所以面心立方晶胞的原子半径.（3）配位数所谓配位数是指晶体结构中 与任一个原子最近的原子得数目.面心立方晶格的配位数位12.（4）致密度面心立方晶格的致密度为:（5）原子密排面和密排排方向：密排面 111；密排方向: （6）原子堆垛方式原子面的空隙是有三个原子所构成的,原子排列较为紧密,原子堆

16、垛方式为abcabc.半导体材料的电阻率界于金属与绝缘材料之间的材料。这种材料在某个温度范围内随温度升高而增加电荷载流子的浓度，电阻率下降半导体（semiconductor），指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。半导体材料的制造为了满足量产上的需求，半导体的电性必须是可预测并且稳定的，因此包括掺杂物的纯度以及半导体晶格结构的品质都必须严格要求。常见的品质问题包括晶格的错位（dislocation）、双晶面（twins），或是堆栈错误（stacking fault）都会影响半导体材料的特性。对于一

17、个半导体元件而言，材料晶格的缺陷通常是影响元件性能的主因。目前用来成长高纯度单晶半导体材料最常见的方法称为裘可拉斯基制程（Czochralski process）。这种制程将一个单晶的晶种（seed）放入溶解的同材质液体中，再以旋转的方式缓缓向上拉起。在晶种被拉起时，溶质将会沿着固体和液体的接口固化，而旋转则可让溶质的温度均匀。密排面和密排方向 不同晶体结构中不同晶面、不同晶向上原子排列方式和排列密度不一样。 在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面为110, 称为密排面; 原子密度最大的晶向为, 称为密排方向。 在面心立方晶格中, 密排面为111, 密排方向为。 密排六方，原子密排面和密排排方向：密排面:0001；密排方向:1120