2.4 無機(jī)化合物結(jié)構(gòu)

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1、材料科學(xué)基礎(chǔ)第二章材料的結(jié)構(gòu)無機(jī)化合物結(jié)構(gòu)東華理工大學(xué)化生材學(xué)院材料科學(xué)與工程系DepartmentofMaterialsScience＆Engineering,EastChinaInstituteofTechnology2021年6月18日12.4無機(jī)化合物結(jié)構(gòu)晶體的結(jié)構(gòu):晶體所屬的晶系、點(diǎn)群、空間群符號(hào)晶體中質(zhì)點(diǎn)的堆積方式及空間坐標(biāo)配位數(shù)、配位多面體及其連接方式晶胞分子數(shù)空隙填充率空間格子構(gòu)造鍵力分布從立體和平面幾何方面建立晶胞立體圖和投影圖的關(guān)系特定的晶體結(jié)構(gòu)對(duì)晶體性能的影響材料組成-結(jié)構(gòu)-性能

2、之間的相互關(guān)系2021/6/182MaterialsScience＆andEngineering本節(jié)介紹以下內(nèi)容：2.4.1AX型結(jié)構(gòu)2.4.2AX2型結(jié)構(gòu)2.4.3A2X3型結(jié)構(gòu)2.4.4ABO3型結(jié)構(gòu)2.4.5AB2O4型（尖晶石，spinelle）結(jié)構(gòu)2.4.6無機(jī)化合物結(jié)構(gòu)與鮑林規(guī)則（Pauling’srule）2021/6/183MaterialsScience＆andEngineering2.4.1AX型結(jié)構(gòu)AX型結(jié)構(gòu)主要有CsCl，NaCl，ZnS，NiAs等類型的結(jié)構(gòu)，其鍵性主要是離子

3、鍵，其中CsCl，NaCl是典型的離子晶體，NaCl晶體是一種透紅外材料；ZnS帶有一定的共價(jià)鍵成分，是一種半導(dǎo)體材料；NiAs晶體的性質(zhì)接近于金屬。大多數(shù)AX型化合物的結(jié)構(gòu)類型符合正負(fù)離子半徑比與配位數(shù)的定量關(guān)系，見表2.10。只有少數(shù)化合物在r+/r-?0.732或r+/r-?0.414時(shí)仍屬于NaCl型結(jié)構(gòu)。如KF，LiF，LiBr，SrO，BaO等。2021/6/184MaterialsScience＆andEngineering表2.10AX型化合物的結(jié)構(gòu)類型與r+/r-的關(guān)系2021/6/

4、185MaterialsScience＆andEngineering1.NaCl型結(jié)構(gòu)NaCl屬于立方晶系（見圖1-15），晶胞參數(shù)的關(guān)系是a=b=c，?=?=?=90o，點(diǎn)群m3m，空間群Fm3m。結(jié)構(gòu)中Cl－離子作面心立方最緊密堆積，Na+填充八面體空隙的100%；兩種離子的配位數(shù)均為6；配位多面體為鈉氯八面體[NaCl6]或氯鈉八面體[ClNa6]；八面體之間共棱連接（共用兩個(gè)頂點(diǎn)）；一個(gè)晶胞中含有4個(gè)NaCl“分子”，整個(gè)晶胞由Na＋離子和Cl－離子各一套面心立方格子沿晶胞邊棱方向位移1/2晶

5、胞長度穿插而成。2021/6/186MaterialsScience＆andEngineering圖2-15NaCl晶胞圖2021/6/187MaterialsScience＆andEngineeringNaCl型結(jié)構(gòu)在三維方向上鍵力分布比較均勻，因此其結(jié)構(gòu)無明顯解理（晶體沿某個(gè)晶面劈裂的現(xiàn)象稱為解理），破碎后其顆粒呈現(xiàn)多面體形狀。常見的NaCl型晶體是堿土金屬氧化物和過渡金屬的二價(jià)氧化物，化學(xué)式可寫為MO，其中M2+為二價(jià)金屬離子。結(jié)構(gòu)中M2+離子和O2-離子分別占據(jù)NaCl中Na+和Cl-離子的位

6、置。這些氧化物有很高的熔點(diǎn)，尤其是MgO（礦物名稱方鎂石），其熔點(diǎn)高達(dá)2800℃左右，是堿性耐火材料鎂磚中的主要晶相。2021/6/188MaterialsScience＆andEngineering2.CsCl型結(jié)構(gòu)CsCl屬于立方晶系，點(diǎn)群m3m，空間群Pm3m，如圖2-16所示。結(jié)構(gòu)中正負(fù)離子作簡單立方堆積，配位數(shù)均為8，晶胞分子數(shù)為1，鍵性為離子鍵。CsCl晶體結(jié)構(gòu)也可以看作正負(fù)離子各一套簡單立方格子沿晶胞的體對(duì)角線位移1/2體對(duì)角線長度穿插而成。2021/6/189MaterialsScie

7、nce＆andEngineering圖2-16CsCl晶胞圖2021/6/1810MaterialsScience＆andEngineering3.立方ZnS（閃鋅礦，zincblende）型結(jié)構(gòu)閃鋅礦屬于立方晶系，點(diǎn)群3m，空間群F3m，其結(jié)構(gòu)與金剛石結(jié)構(gòu)相似，如圖2.26(a)所示。結(jié)構(gòu)中S2-離子作面心立方堆積，Zn2+離子交錯(cuò)地填充于8個(gè)小立方體的體心，即占據(jù)四面體空隙的1/2，正負(fù)離子的配位數(shù)均為4。一個(gè)晶胞中有4個(gè)ZnS“分子”。整個(gè)結(jié)構(gòu)由Zn2+和S2-離子各一套面心立方格子沿體對(duì)角線方

8、向位移1/4體對(duì)角線長度穿插而成。由于Zn2+離子具有18電子構(gòu)型，S2-離子又易于變形，因此，Zn-S鍵帶有相當(dāng)程度的共價(jià)鍵性質(zhì)。常見閃鋅礦型結(jié)構(gòu)有Be，Cd，Hg等的硫化物，硒化物和碲化物以及CuCl及?-SiC等。2021/6/1811MaterialsScience＆andEngineering圖2.26閃鋅礦結(jié)構(gòu)（a）晶胞結(jié)構(gòu)（c）[ZnS4]分布及連接（b）（001）面上的投影2021/6/1812MaterialsScience＆andEn