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晶体缺陷2.1.ppt

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第二章晶体结构与缺陷,2.1 晶体的结构2.2 晶体的缺陷点缺陷面缺陷,2.1、晶体的结构 一、AX型结构, 二、AX2型结构, 三、A2X3型结构, 四、 ABO3型结构, 五、 AB2O4型(尖晶石,spinelle)结构, 六、无机化合物结构与鲍林规则(Pauling’s rule)。,一、AX型结构,AX型结构主要有CsCl,NaCl,ZnS,NiAs等类型的结构,其键性主要是离子键,其中CsCl,NaCl是典型的离子晶体。 大多数AX型化合物的结构类型符合正负离子半径比与配位数的定量关系。只有少数化合物在r+/r-0.732或r+/r-0.414时仍属于NaCl型结构。如KF,LiF,LiBr,SrO,BaO等。,AX型化合物的结构类型与r+/r-的关系,,NaCl晶胞图,,1. NaCl型结构,立方晶系,立方面心格子,阴离子按最紧密方式堆积,阳离子填充全部的八面体空隙内。阴阳离子的配位数都为6,Z=4,NaCl型结构在三维方向上键力分布比较均匀,因此其结构无明显解理(晶体沿某个晶面劈裂的现象称为解理),破碎后其颗粒呈现多面体形状。,CsCl晶胞图,,2.CsCl型结构,立方晶系,立方原始格子, 配位数都为8,闪锌矿结构,(a)晶胞结构,(c)[ZnS4]分布及连接,(b)(001)面上的投影,,3.立方ZnS(闪锌矿,zincblende)型结构,立方晶系,立方面心格子S2-位于面心和顶点,Zn2+交错位于立方体内 的1/8小立方体的中心。配位数都是4。Z=4。,纤锌矿结构六方柱晶胞,,六方晶系,Z=2,S2-按六方密堆, Zn2+离子填充1/2的四面体空隙中。 配位数都为4。,4.六方ZnS(纤锌矿,wurtzite )型结构及热释电性,二、AX2型结构,AX2型结构:萤石(CaF2,fluorite)型金红石(TiO2,rutile)型方石英(SiO2,-cristobalite)型结构层型的CdI2和CdCl2型结构,AX2型结构类型与r+/r-的关系,,萤石型结构,(a)晶胞结构图,(b)[CaF8]立方体及其连接,(c)[FCa4]四面体及其连接,1.萤石(CaF2)型结构及反萤石型结构,立方晶系,Ca2+按立方紧密堆积形式,形成面心立 方,F-位于立方体内八个小立方体的中心,或全部填 充在Ca2+离子形成的四面体中,Ca2+离子的配位数是8, F-离子配位数是4,,F-离子形成立方体,有一半中心有Ca2+离子,因此,有空洞,F-离子可以在结构中扩散。另外,平行于{111}面网的方向上易发生解理,因此萤石常呈八面体解理。 BaF2,PbF2,SnF2,CeO2,UO2等属此结构。Li2O, Na2O, K2O是反萤石型结构。,金红石(TiO2)型结构,(b)(001)面上的投影图,(a)晶胞结构图,,2.金红石(TiO2)型结构,四方晶系,Z=2,Ti4+ 离子占据顶点,配位数 是6。O2-离子的配位数 是3。,GeO2,SnO2,PbO2, MnO2,等属此结构,金红石结构中[TiO3]八面体的排列,碘化镉型结构,,3.碘化镉(CdI2)型结构,碘化镉属于三方晶系,层状结构, 层内[CdI6]八面体之间共面连接, 层间结合很弱,因而晶体具有平 行(0001)面的完全解理。,三、A2X3型结构,A2X3型化合物晶体结构比较复杂,其中有代表性的结构有刚玉(corundum)型结构,稀土A、B、C型结构等。由于这些结构中多数为离子键性强的化合物,因此,其结构的类型也有随离子半径比变化的趋势。,A2X3型结构类型与r+/r-的关系,,,,,,,B2O3,CN=3,CN=6,刚玉,Al、Cr、Fe,C型稀土氧化物,B型稀土氧化物,A型稀土氧化物,Mn Sc In,Ln-Nd,Sm-La,0.42,0.32,0.78,O,S,Se,Te,r+/r-,,,刚玉(-Al2O3)型结构,,刚玉(-Al2O3)型结构,刚玉型结构的化合物还有-Fe2O3(赤铁矿,hematite),Cr2O3,V2O3等氧化物以及钛铁矿(ilmenite)型化合物FeTiO3,MgTiO3,PbTiO3,MnTiO3等。 刚玉硬度非常大,为莫氏硬度9级,熔点高达2050℃。,四、ABO3型结构,在含有两种正离子的多元素化合物中,其结构基元的构成分为两类:其一是结构基元是单个原子或离子;其二是络阴离子。ABO3型结构中,如果A离子与氧离子尺寸相差较大,则形成钛铁矿型结构,如果A离子与氧离子尺寸大小相同或相近,则形成钙钛矿型结构,其中A离子与氧离子一起构成FCC面心立方结构。,钙钛矿型晶体结构,(a)晶胞结构,(b)反映Ca2+配位的晶胞结构(另一种晶胞取法),,(c)[TiO6]八面体连接,,1.钙钛矿(perovskit
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