晶体结构:一些常见的晶体结构

发布时间:2023-05-11 14:05:15浏览次数:98
一些常见的晶体结构晶体中原子排列的具体形式一般称为晶体格子,或简称为晶格。不同晶体原子规则的具体形式可能是不同的,我们说它们具有不同的晶格结构;有些晶体之间原子规则形式相同,只是原子间的距离不同,我们说它们具有相同的晶格结构。这里我们将介绍一些典型的晶格实例,一些常见的晶体结构。 1.简立方晶格(sc) 原子只分布在边长为 a 的立方体的 8 个顶角上,且原子都是仅分布在立方体的 8 个顶角上(如图 1-1-1 所示)。从整个晶格来看,选择一个立方结构单元,顶角的每个原子为 8 这样的立方结构单元所共有,平均说来每个立方体中包含( )一个原子。 图 1-1-1简立方晶格及晶体结构示意图 2.体心立方晶格 在体心立方晶格(图 1-1-2)中,除顶点配置有原子外,在立方体的体心上还有一个原子。对于整个晶格来说,顶角上的原子和体心上的原子是等同的。但体心立方的一个立方体单元中包含有两个原子。体心立方晶格中正方排列原子层之间的堆积方式可以表示为“ABABAB……” ,可以看出,每一层的原子球排列并不是紧密靠在一起的,易证明 , 为原子球半径(如图 1-1-3 所示)。碱金属 Li,Na,K,Rb,Cs以及过渡金属 α-Fe,Cr,Mo,W 等属于体心立方结构。 图 1-1-2体心立方晶格示意图 图 1-1-3体心立方晶格的堆积方式 3.密堆积结构:面心立方晶格(fcc)和六角密排晶格(hcp)所谓密堆积结构是将原子看成硬球,而且尽可能紧密地堆积而形成的结构。图 4 表示原子球在一个表面内最紧密排列的方式,称为密排面。把密排面叠起来可以形成原子球最紧密堆积的晶格。为了堆积时达到最紧密 ,在堆积时分把一层的球心对准另一层的球隙。仔细分析,可以形成两种常见的堆积方式。首先, 我们会注意到密排面的原子间隙有两种类型 A和 B(如图 1-1-4 所示), 在排列时可形成下面两种不同的层状结构: ABABAB……ABCABCABC…….前者称为六角密堆晶格,典型单元如图 1-1-5 所示, 后者为立方密排晶格,即面心立方晶格,如图 1-1-6 所示。 图 1-1-4二维密排面及原子间隙类型示意图 图 1-1-5六角密排晶格示意图 在面心立方晶格中,6 个面心上和顶角上有原子。由于从整个晶格来看,每个面心上的原子为相邻的两个立方单元所共有,因而只有 1/2 是属于该晶胞,故每个立方体单元中含有 4 个原子。面心立方晶格实际上是一种密堆积结构(如图 1-1-6 所示)。 图 1-1-6沿体对角线观察面心立方结构示意图 贵金属 Cu,Ag,Au 及 Pb,Ni,Al 等属于面心立方结构, 而 Be,Mg,Zn,Cd,则具有六角密排晶格结构。 4.氯化铯结构 图 1-1-7氯化铯晶格 图 1-1-7 是氯化铯晶格示意图,看似体心立方结构,但实际上 和 各自组成简立方结构,而不属于体心立方晶格。除 CsCl 外,还有 TlBr,TlI,CuPd,AgMg,AlNi 等等。 5.氯化钠结构 图 1-1-8 是氯化钠结构的图示。不难看出,这是 Na+和 Cl-各自组成面心立方晶格,是两个面心立方结构套构组成。属于该结构的晶格还有 KCl,LiH,PbS 等等。 图 1-1-8氯化钠晶格示意图 6.金刚石结构 金刚石结构是另一个重要的基本晶格结构,虽然只有碳原子组成,但却是两个面心立方晶格的套构,而且两个面心立方结构沿立方体对角线平移 1/4 的长度而成。在一个面心立方单元中,除了立方体的顶角和面心上有碳原子外,在 4 个体对角线的 1/4 处还有 4 个碳原子,整个立方体中共有 8 个碳原子(如图 1-1-9 所示)。半导体元素 Si,Ge 等均具有金刚石结构。 图 1-1-9金刚石晶格示意图 7.闪锌矿结构(ZnS) 闪锌矿结构又称立方硫化锌结构,具有与金刚石类似的结构,都是两个面心立方晶格套构(如图 1-1-10 所示)。二者的差别在于,闪锌矿结构中的硫和锌分别形成面心立方结构,并沿体对角线移动 1/4 长度套构而成。许多重要的化合物半导体属于闪锌矿结构,如砷化镓,磷化铟,锑化铟等等。 图 1-1-10闪锌矿晶格及其面心立方套构示意图
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