2013年10月17日12时31分
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材料科学基础
（a）晶胞结构 （b）（001）面上的 （c）[ZnS ]分布及连 4 接 投影
闪锌矿结构
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材料科学基础
Zn离子填充 多少四面体 空隙
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八面体连接方式
材料科学基础
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特征及用途
破碎后其颗粒呈现多面体形状。
材料科学基础
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，
碱土金属氧化物和过渡金属的二价氧化物，化学式可写为MO，其中 M2+为二价金属离子。结构中M2+离子和O2- 离子分别占据NaCl中Na+和
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材料科学基础
NaCI型结构
矿物名称：石盐（Rock salt)。
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2.CsCl型结构

材料科学基础 r/R=0.169/0.181=0.934 1= Si；i=8?
CsCl属于立方晶系，点群m3m，
空间群Pm3m。
结构中正负离子作简单立方堆积，
配位数均为8，晶胞”分子数“为1，
键性为离子键。
CsCl晶体结构也可以看作正负离子
各一套简单立方格子沿晶胞的体对角 线位移1/2体对角线长度穿插而成。
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心立方格子相互穿插而成。
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萤石型结构
材料科学基础
晶胞结构图
[CaF8]立方体共棱， [FCa4]四面体共棱
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萤石型结构
材料科学基础
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1.NaCl型结构
材料科学基础
NaCl属于立方晶系，晶胞参数的关系是a=b=c＝0.563nm， ===90o，点群m3m，空间群Fm3m。 第一规则：r/R=0.095/0.181=0.525>0.414,形成氯钠八面体 [ClNa6]，Na+的配位数为6。 第二规则：1= Si= (1/6)×i，可得i=6，说明一个Cl-离子连 接6个Na+，即连接6个八面体[NaCl6]。 第三规则：八面体之间共棱连接（共用两个顶点）。
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材料科学基础 4.六方ZnS（纤锌矿，wurtzite ）型结构及热释 电性
（1）结构解析 纤锌矿属于六方晶系，点群6mm，空间群P63mc。 结构中S2-作六方最紧密堆积，Zn2+占据四面体空隙
的1/2，Zn2+和S2-离子的配位数均为4。六方柱晶胞中
特点：键性主要是离子键，其中CsCl，NaCl是典型
的离子晶体，NaCl晶体是一种透红外材料；ZnS带有一定 的共价键成分，是一种半导体材料；NiAs晶体的性质接近 于金属。 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。
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。
材料科学基础 金刚石晶体结构 钻石 （Diamond） 3杂化；立方晶系，a＝0.356nm 化学式为： C，SP 钻石恒久远？ 空间格子： C原子组成立方面心格子
世界主要钻石产地：非 洲莱索托，塞拉利昂 中国：山东
四大金刚: 为佛经所称帝释的外将，分别居于须弥山四 埵，各护一方，因亦称护世四天王，东方持国天王，身白色， 持琵琶；南方增长天王，身青色，执宝剑；西方广目天王， 身红色，持羂索；北方多闻天王，身绿色，执宝叉。
• 问题：化学组成一样，为什么结构形式具有多样性。 比如石墨和碳黑是同素异形体，但是为什么石墨和 碳黑的体积密度不相同。
• 晶体化学：研究晶体的结构与化学 组成及性质之间 的学科
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材料科学基础
第一节:典型的离子晶体的结构
晶体的结构分析内容:
四方晶系，点群4/mmm，空间群P4/mnm。
材料科学基础
O2-离子作变形的六方最紧密堆积，Ti4+离子在晶胞顶点及 体心位置。 Ti4+离子的配位数是6，形成[TiO6]八面体。O2-离子的配
位数是3，形成[OTi3]平面三角单元。
Ti4+填充八面体空隙的1/2。晶胞中TiO2的分子数为2。 整个结构可以看作是由2套Ti4+的简单四方格子和4套O2-的
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二、AX2型结构
材料科学基础
AX2型结构主要有萤石（CaF2，fluorite）型，金 红石（TiO2，rutile）型和方石英（SiO2，-cristobalite） 型结构。 CaF2: 激光基质材料，在玻璃工业中常作为助熔 剂和晶核剂，在水泥工业中常用作矿化剂。 TiO2: 集成光学棱镜材料.
SiO2为光学材料和压电材料。
AX2型结构中还有一种层状的CdI2和CdCl2型结构， 这种材料可作固体润滑剂。
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1.萤石（CaF2）型结构及反萤石型结构
材料科学基础
结构特点：立方晶系，点群m3m，空间群Fm3m。 Ca2+位于立方晶胞的顶点及面心位置，形成面心立方堆积，F
晶体所属的晶系 晶体中质点（原子或离子）的堆积方式及空间 坐标 配位数、配位多面体及其连接方式 晶胞分子数 空隙填充情况
特定的晶体结构对晶体性能的影响 材料组成-结构-性能之间的相互关系
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描述晶体结构的几种方法
材料科学基础
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材料科学基础
• 《珠》 ——唐· 李峤 灿烂金舆侧，玲珑玉殿隈。 昆池明月满，合浦夜光回。 彩逐灵蛇转，形随舞凤来。 甘泉宫起罢，花媚望风台。 • 《奉试明堂火珠》 ——唐· 崔曙 正位开重屋，凌空出火珠。 夜来双月满，曙后一星孤。 天净光难灭，云生望欲无。 遥知太平代，国宝在名都。
ZnS的“分子数”为6，平行六面体晶胞中，晶胞分子数 为2。结构由Zn2+和S2-离子各一套六方格子穿插而成 。 常见纤锌矿结构的晶体有BeO、ZnO、CdS、GaAs 等晶体。
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纤锌矿结构六方柱晶胞
材料科学基础
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寒山 众星罗列夜明珠， 岩点孤灯月未沉； 圆满光华不磨莹， 挂在青天是我心。
【夜明珠】 夜里能够放光的 宝珠。《拾遗记· 夏禹》说 ：“禹乃负火而进，有兽 状如豕，衔夜明之珠，其 光如烛。”
谶
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2.金红石（TiO2）型结构
结构特点：
NaCl晶格点阵
八面体空隙 六个面上中心的 Cl原子构成
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四面体空隙 任一顶角处和相邻的 三个面中心的Cl原子 构成 Hbqref@
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Na+和Cl-配位数都是6 所以准确的写法应该是 n[Na6Cl6]?
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－填充在八个小立方体的体心。
配位数：Ca2+的配位数是8，形成立方配位多面体[CaF8]。F
－的配位数是4，形成[FCa ]四面体。 4
堆积 方式：F－占据Ca2+离子堆积形成的四面体空隙的100%。
或F－作简单立方堆积，Ca2+占据立方体空隙的一半。 晶胞分 子数为4。由一套Ca2+离子的面心立方格子和2套F－离子的面
材料科学基础
第二章 理想晶体结构 • 第一节：常见典型结构类型 • 第二节：硅酸盐晶体结构 • 第三节：晶体结构缺陷
2013年10月17日12时31分
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材料科学基础 问题：影响晶体结构的主要因素有哪些？
• 从第一章可知晶体是具有格子构造的固体，对称性 是晶体的最本质的特征。但是晶体的外在表现形式 又往往是不同的。
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同型晶体
材料科学基础
常见闪锌矿型结构有Be，Cd，Hg等的硫化物，
硒化物和碲化物以及CuCl及-SiC等。
-SiC键力很强，熔点很高，硬度很大，热稳定性
也很好，在陶瓷、耐火材料等领域具有非常重要的
应用。
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第四规则：由于只有一种阳离子和阴离子，因此第四规则不 用考虑。
第五规则：只可能形成一种配位多面体，没有其它方式。
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NaCl晶胞图
材料科学基础
特点：Cl－离子作面心立方最紧密堆积，Na+填充八面体空隙的100%；；配 位多面体为钠氯八面体[NaCl6] ；一个晶胞中含有4个NaCl“分子”，整个晶 胞由Na＋离子和Cl－离子各一套面心立方格子沿晶胞边棱方向位移1/2晶胞长 度穿插而成。
材料科学基础
CsCl晶胞图 正副离子配位数：8：8 坐标：Cl: 000 Cs: ½ ½ ½
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同型晶体：CsBr，CsI， 在硅酸盐晶体中不普 遍。
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3.立方ZnS（闪锌矿，zincblende）型结构 材料科学基础
立方晶系，点群43m，空间群F43m，其结构与金刚石结构 相似。 第一规则：r/R=0.074/0.184=0.402，CN=4，形成[ZnS4]四 面体。 第二规则： 2=Si=2/4×i；i=4 第三规则：四面体共顶 第四，第五规则：? 结构中S2-离子作面心立方堆积，Zn2+离子交错地填充 于8个小立方体的体心，即占据四面体空隙的1/2，正负离 子的配位数均为4。一个晶胞中有4个ZnS“分子”。整个 结构由Zn2+和S2-离子各一套面心立方格子沿体对角线方向 位移1/4体对角线长度穿插而成。由于Zn2+离子具有18电子 构型，S2-离子又易于变形，因此，Zn-S键带有相当程度的 共价键性质。