第3章 晶体结构

1、晶格晶格晶格晶格分为分为7个晶系个晶系14种晶格类型种晶格类型简单立方简单立方 体心立方体心立方 面心立方面心立方简单四方简单四方 体心四方体心四方 简单六方简单六方 简单菱形简单菱形简单正交简单正交 底心正交底心正交 体心正交体心正交 面心正交面心正交简单单斜简单单斜 底心单斜底心单斜 简单三斜简单三斜按晶格结点在按晶格结点在空间的位置分空间的位置分布布, 晶格可分晶格可分14种形状。种形状。7 . 1X4.CaF2型型晶格：晶格：配位比：配位比：8:41. 离子半径离子半径 rrddrr pm95136231rdrpm136rpm41pm51pm65pm95432SiAlMgNarrrrp

2、m113pm99pm65pm312222SrCaMgBerrrrACBr4AC)(2BCABrr707. 04)(2ACAB45sinrrr4140.rr 414. 0rr732. 0rr配位数为配位数为 6414. 0rr半径比半径比配位数配位数晶体类型晶体类型0.2250.4144 4ZnS0.4140.7326 6NaCl0.7321.0008 8CsCl464. 014065rr1. 晶格能晶格能 U2. 晶格能晶格能 U 与物理性质与物理性质3. 晶格能晶格能 U 的计算的计算 玻恩玻恩-朗德公式朗德公式)11 (138490021nRZAZU晶晶格格能能rrR0Z Z1 1、Z Z

3、2 2：A A：NaCl NaCl 型：型： 1.7481.748CsCl CsCl 型：型： 1.7631.763ZnS ZnS 型：型： 1.6381.638n n：离子键离子键过渡键型过渡键型共价键共价键CO2晶体结构图晶体结构图蒽分子晶体结构图蒽分子晶体结构图自由电子的定向运动，产生导电性。自由电子的定向运动，产生导电性。自由电子运动中受核的引力，产生电阻。自由电子运动中受核的引力，产生电阻。自由电子运动中与原子核不断碰撞，产生热自由电子运动中与原子核不断碰撞，产生热能的交换。能的交换。自由电子的连接使金属晶体形成密堆积结构，原自由电子的连接使金属晶体形成密堆积结构，原子间可相互滑动。

4、子间可相互滑动。六方紧密堆积动画六方紧密堆积动画面心立方紧密堆积动画面心立方紧密堆积动画体心立方紧密堆积动画体心立方紧密堆积动画原子原子耐高温，耐腐蚀、电绝缘、耐磨是新型高温材料耐高温，耐腐蚀、电绝缘、耐磨是新型高温材料1. 肖特基缺陷肖特基缺陷(a) 单成分集合单成分集合(b) 多成分集合多成分集合化学计量化合物化学计量化合物非化学计量化合物非化学计量化合物FeFe(1-x)SCl-NaCl(1-x)Li+Li+sNi2+1-2sNi3+s Oe高温超导材料高温超导材料有序相连有序相连无序相连无序相连非晶体的特点非晶体的特点p各向同性各向同性p无明显的固定熔点无明显的固定熔点p热导率和热膨胀

5、性小热导率和热膨胀性小p可塑性和变形性大可塑性和变形性大新型非晶体新型非晶体微晶玻璃，非晶态半导体微晶玻璃，非晶态半导体1. 能带理论的基本要点：能带理论的基本要点：满带和空带的重叠满带和空带的重叠能量能量能带理论可解释金属的某些物理性质能带理论可解释金属的某些物理性质导电导电能能量量导带导带禁带禁带满带满带导体导体 绝缘体绝缘体 半导体半导体导体导体:在外电场下，在外电场下，导带中的电子在能导带中的电子在能带中做定向运动，带中做定向运动，形成电流而导电形成电流而导电绝缘体绝缘体:电子都在满电子都在满带上，且禁带较宽，带上，且禁带较宽，难以跃迁难以跃迁, 不能导电不能导电半导体半导体: 禁带较

6、窄禁带较窄, 满带中的电子易被激发满带中的电子易被激发,越过禁带到导带上，增加导电能力。越过禁带到导带上，增加导电能力。能带理论可解释金属的某些物理性质能带理论可解释金属的某些物理性质金属光泽金属光泽能能量量导带导带禁带禁带满带满带导体导体 绝缘体绝缘体 半导体半导体光照时，导带中的光照时，导带中的电子可吸收光能跃电子可吸收光能跃迁到能量较高的能迁到能量较高的能带上，当电子返回带上，当电子返回时把吸收的能量又时把吸收的能量又发射出来，使金属发射出来，使金属具有金属光泽。具有金属光泽。能带理论可解释金属的某些物理性质能带理论可解释金属的某些物理性质导热性导热性能能量量导带导带禁带禁带满带满带导体

7、导体 绝缘体绝缘体 半导体半导体局部加热时，电局部加热时，电子运动和核的振子运动和核的振动，可进行传热，动，可进行传热，使金属具有导热使金属具有导热性。性。能带理论可解释金属的某些物理性质能带理论可解释金属的某些物理性质延展性延展性能能量量导带导带禁带禁带满带满带导体导体 绝缘体绝缘体 半导体半导体受力作用时受力作用时, 原原子在导带中自子在导带中自由电子的润滑由电子的润滑下下, 可以相互滑可以相互滑动动,而能带并不而能带并不被破坏。被破坏。3.8.1.2 3.8.1.2 介电性和极化概念介电性和极化概念绝缘体内的电子、离子、空穴在一定条件下变位。如，绝缘体内的电子、离子、空穴在一定条件下变位

8、。如，在电场条件下固体内部和表面电荷发生偏离（极化），在电场条件下固体内部和表面电荷发生偏离（极化），感应出一定的电荷这种现象称为介电性。感应出一定的电荷这种现象称为介电性。介电性的大小用介电常数来衡量介电性的大小用介电常数来衡量固体名称固体名称介电常数介电常数固体名称固体名称介电常数介电常数氧化钡氧化钡云母云母石英玻璃石英玻璃金刚石金刚石莫来石（莫来石（3Al2O32SiO2)3.43.63.85.56.6氧化镁氧化镁高铅玻璃高铅玻璃金红石（金红石（TiO2）钛酸镁钛酸镁钛酸钡钛酸钡9.719.1110 160 1700电容器的电容量与介电常数呈正比。电容器的电容量与介电常数呈正比。3.8.

9、2 3.8.2 固体的磁性固体的磁性铁磁体铁磁体 反铁磁体反铁磁体铁氧磁体铁氧磁体软磁体和硬磁体？软磁体和硬磁体？磁矩的定义磁矩的定义磁矩是磁铁的一种物理性质。处于磁矩是磁铁的一种物理性质。处于外磁场外磁场的的磁铁磁铁，会，会感受到感受到力矩力矩，促使其磁矩与外磁场的，促使其磁矩与外磁场的磁场线磁场线方向排列。方向排列。磁矩可以用磁矩可以用矢量矢量表示。磁铁的磁矩方向是从磁铁的表示。磁铁的磁矩方向是从磁铁的指指南极南极指向指向指北极指北极，磁矩的大小取决于磁铁的磁性与量，磁矩的大小取决于磁铁的磁性与量值。不只是磁铁具有磁矩，值。不只是磁铁具有磁矩，载流回路载流回路、电子电子、分子分子或或行星行

10、星等等，都具有磁矩。等等，都具有磁矩。3.8.3 3.8.3 固体的光学性质固体的光学性质固体的光学性质是指：固体的光学性质是指：光照到固体上时，在其表面折射光照到固体上时，在其表面折射或反射，在其内部发生吸收和散射；或者选择性吸收和反或反射，在其内部发生吸收和散射；或者选择性吸收和反射特定波长的光、只透过特定偏振面的光等。射特定波长的光、只透过特定偏振面的光等。上述现象都由原子所具有的电子能量、晶格缺陷，杂质上述现象都由原子所具有的电子能量、晶格缺陷，杂质等原因造成的。等原因造成的。利用上述的固体的光学性质制备许多光学器件，像透镜，利用上述的固体的光学性质制备许多光学器件，像透镜，棱镜，滤光

11、片、固体激光物质、荧光体透明陶瓷等。棱镜，滤光片、固体激光物质、荧光体透明陶瓷等。1.1.激光固体激光固体2.光导纤维光导纤维3. 3. 宝石宝石7-1-3单晶体和多晶体单晶体和多晶体7-1-3 单晶体和多晶体单晶体和多晶体由一个晶核各向均匀生长而成由一个晶核各向均匀生长而成,晶体内部的粒子基本上保持其特晶体内部的粒子基本上保持其特有的排列规律。有的排列规律。如单晶冰糖如单晶冰糖、单晶硅单晶硅、宝石宝石、金刚石金刚石晶晶体体单单晶晶体体多多晶晶体体由很多单晶微粒杂乱无规则的聚由很多单晶微粒杂乱无规则的聚结而成的。结而成的。各向异性的特征消失，使整体一各向异性的特征消失，使整体一般不表现各向异性。般不表现各向异性。多数金属和合金都是多晶体。多数金属和合金都是多晶体。7-1-5液晶液晶7-1-5 液晶液晶熔点熔点 清亮点清亮点不能流动不能流动 能流动能流动 能流动能流动