金刚石结构式
常见九种典型的晶体结构
反萤石型结构
球键图
阳离子四面体配位 阴离子立方体配位
反萤石型结构可看作：阴离子做立方最紧密堆积，阳离 子充填在全部的四面体空隙中。
结构类型 物质名称 萤石(CaF2)
萤石型结 氯化锶(SrCl2)
构
氯化钡(BaCl2)
氟化铅(PbF2)
氧化钾(K2O)
反萤石型 结构
氧化钠(Na2O)
氧化锂(Li2O)
闪锌矿的晶体结构：球键图(左)、配位多面体连接图(右)
结构中，S2- 和Zn2+配位数都是4，配位多面体都 是四面体。四面体共角顶相联。
从图可看出，[SZn4] 四面体（[ZnS4] 四面体 也是一样）共角顶联成的 四面体基元层与[111]方 向垂直。
由于S2-和Zn2+都呈配位四面体，所以闪锌矿只用一种配位 多面体结构形式表达(S和Zn互换是一样的)。
（Fe3＋(Fe2＋Fe3＋)2O4）。
当结构中四、八面体孔隙被A2＋和B3＋无序占据时， 叫混合尖晶石结构，代表晶相是镁铁矿（Fe, Mg)3O4。
具有尖晶石型结构的部分物质
Fe3O4 VMn2O4 NiAl2O4 NiGa2O4 Co3S4 TiZn2O4 γ-Fe2O3 LiTi2O4 CoAl2O4 MgGa2O4 NiCo2S4 VZn2O4 MnFe2O4 MnTi2O4 ZnAl2O4 MnGa2O4 Fe2SiO4 SnMg2O4 MgFe2O4 ZnCr2O4 Co3O4 ZnIn2S4 Ni2SiO4 TiMg2O4 Ti Fe2O4 CoCr2O4 GeCo2O4 MgIn2O4 Co2SiO4 WNa2O4 LiMn2O4 CuMn2O4 VCo2O4 CuV2S4 Mg2SiO4 CdIn2O4
常见的晶体结构
晶胞分子数：Z=2；
晶胞中：2个八面体空隙 4个四面体空隙；
（2）质点坐标：
111 Ti : 000, 222
4
1 1 1 1 1 1 O : uuo, 1 u 1 u 0, u u , u u 2 2 2 2 2 2
1、金刚石结构
——立方晶系
（1）金刚石是面心立方格子
（2）碳原子位于立方体的8个
顶点，6个面心及立方体内4个
小立方体的中心。 （3）单位晶胞原子数：n＝8
（4）晶胞内各原子的空间坐标： 000， ½ ½ 0， ½ 0 ½ ， 0 ½ ½ ， ¼ ¼ ¾ ， ¼ ¾ ¼， ¾ ¼ ¼ ， ¾ ¾ ¾
体结构中，每一个负离子电荷数等于或近似等于相邻正离 子分配给这个负离子的静电键强度的总和，其偏差1/4 价”。
静电键强度
S=
正离子电荷数 Z ， 正离子配位数 n
Z Z Si i ni i i
则负离子电荷数
。
电价规则有两个用途： 其一，判断晶体是否稳定；
其二，判断共用一个顶点的多面体的数目。
离子半径、电中性、阴离子多面体之间的连接
1、NaCl型结构
（1）密堆积情况： Cl- 离子面心立方堆积； Na+离子填充八面体空隙；
——立方晶系
晶胞分子数：Z=4；
晶胞中：4个八面体空隙
8个四面体空隙；
Na+离子填充全部八面体空隙
（2）质点坐标：
11 1 1 11 Cl : 000 , 0, 0 ,0 22 2 2 22
连接（2个配位多面体共用一个顶点），或者和另外3个[MgO6]八面体
金刚石的简介、结构、性能和合成.
•
化学气相沉积法
• 化学气相沉积法（CVD）主要利用的是在高温空间（也包括在基板）以及活 性空间中发生的化学反应。制备金刚石所用到的气体原料一般为甲烷和氢气 ，通过在高温条件下激发使气体发生分解，生成含碳基团的活性粒子，并最 终在基片材料上沉积出金刚石膜。制备单晶金刚石的方法主要有微波等离子 辅助化学气相沉积法、热丝辅助化学气相沉积法、电子回旋共振微波等离子 体化学气象沉积法、直流等离子体喷射化学气相沉积法、燃烧火焰化学气相 沉积法等。
金刚石的简介
• 金刚石一般为粒状，有各种颜色， 从无色到黑色都有，以无色的为特 佳。金刚石的颜色取决于纯净程度 、所含杂质元素的种类和含量，极 纯净者无色，一般多呈不同程度的 黄、褐、灰、绿、蓝、乳白和紫色 等；纯净者透明，含杂质的半透明 或不透明。金刚石的折射率非常高 ，色散性能也很强，这就是金刚石 为什么会反射出五彩缤纷闪光的原 因。
金刚石的结构
晶体格子中，一个原子与相邻四个原子具有正四面体结 构的情况，存在立方晶系和六方晶系两种可能，天然金 刚石和人造金刚石一般都是立方晶系金刚石，但也存在 一种六方晶系金刚石。把具有这两种晶体结构的金刚石 分别称为立方金刚石和六方金刚石。
金刚石的结构
• 立方金刚石的晶体结构： 立方金刚石为等轴晶系，在常压和 室温下晶格常数为0.356— 0.357nm。这种晶体结构可以分割 成许多相同的立方晶胞，晶胞表面 上的原子分布正好形成一个面心立 方结构，晶 胞内有四个原子，它们 各自与一个顶角的原子和三个相邻 面心的原子等距，并以共价键相联 结，形成具有正四面体的结构。
金刚石的性能
• 金刚石的光学性质
• 人造金刚石由于合成过程中所用触 媒成分的不同以及生成温度、压力 、包裹体等因素的影响，而有淡黄 、黄绿、绿、灰黑、黑色等多种颜 色，多为半透明至透明。一般以颜 色浅、透明度高的质量好。金刚石 具有很高的折射率，其折射率为 2.40-2.48。对于波长589.3nm的光 ，其折射率为2.417。金刚石具有 强的散光性，色散系数为0.063。 这就是作为宝石的金刚石晶莹发亮 的主要原因。金刚石晶体在不同射 线辐照下能发出各种颜色的光
金刚石的计算
8
Ca2+：
8ห้องสมุดไป่ตู้
Ca2+： 4 F-： 8
F-： 4 F-： 4
碱土金属卤化 物、碱金属氧 化物。
氯化钠的晶胞
（1）钠离子和氯离子的位置：
①钠离子和氯离子位于立方体的顶角上，并交错排列。 ②钠离子：体心和棱中点；氯离子：面心和顶点，或者 反之。
CsCl的晶体结构及晶胞构示意 图
---Cs+
---Cl-
(3)CaF2型晶胞
①Ca2+的配位数：8 ②F-的配位数：4 ③一个CaF2晶胞中 含： 4个Ca2+和8个F-
1、简单立方堆积 钋PO型
简单立方晶胞空间利用率
2r
4 3 r V球 3 空间利用率= 100 % 100% 3 V晶胞 8r
=52%
立方体的棱长为2r，球的半径为r 过程： 1个晶胞中平均含有1个原子 4 3 V晶胞=（2r）3=8r3 V球= r 3
体心立方堆积 钾型
配位数：8 空间占有率： 68.02%
Na+： 4 Cl-： 4 Cs+： 1 Cl-：1
KBr AgCl、 MgO、CaS、 BaSe CsCl、CsBr、 CsI、TlCl
AB
CsCl 型 ZnS型
2+： Zn 4 ZnS、AgI、 4 Zn2+： Zn2+： 4 2S2-： 4 S2-： 4 S ： 4 BeO
AB2
CaF2 型
Ca2+：
（ 体 心 立钾 方型 堆 积 ）
（ 面 心 六 方铜 密型 堆 积 ）
（ 六 方镁 密型 堆 积 ）
金属晶体的原子空间堆积模型3
六方最密堆积A3：
金刚石和石墨的区别
LED散热铝的晶格比热容的声子理论依据声子功能性材料是近年才兴起的，是以爱因斯坦的量子理论为依据的，所谓声子是晶格振动中的简谐振子的能量量子，因简谐振荡的频率为声频，简称声子，它反映了晶体中原子的集体运动的量子化性质。
而传热与散热是固体内部声子两种不同性质的达动方式。
所有的教科书都重视对声子传热的研究，以为传热快，散热也一是快。
这是错误的，传热快的物质其散热（吸热）的速度不一定快。
因为物质的传热与热传导系数成正比；散热（吸热）与比热容系数成正比。
传热快物质不一定散热快。
晶格振动假设:每个原子中心的平衡位置在对应晶格格点上；原子离开平衡位置的位移与原子间距相比是小量,可以用谐振近似。
晶体内的原子在各自的平衡位置上作微小的振动，原子间存在着相互作用力，振动在晶体中形成了波；由于晶格周期性条件的限制，波的能量是量子化的。
如果振动微弱，原子间非简谐作用可以忽略，振动模式可以用一系列独立的简谐振子来描述，谐振子的能量量子称为声子。
由于声子对固体材料比热容有功献，而金属电子在一定的温度范围内是恒定的，对固体比热容无贡献。
因此有必要对声子的理论进行研究。
材料的热学性能声子：声子存在弹性波带隙、弹性常数及密度周期分布的材料或结构被称为声子晶体（Phononic Crystals）。
声子这个名词是模仿光子而来（因为电磁波也是一种简谐振动）。
声子与光子都代表简谐振动能量的量子。
所不同的是光子可存在于介质或真空中，而声子只能存在于晶体之中，只有当晶体中的点阵由于热激发而振动时才会有声子，在绝对零度下，即在O K时，所有的简正模式都没有被激发，这时晶体中没有声子，称之为声子真空。
声子与光子存在的范围不同，即寄居区不同。
弹性波在声子晶体中传播时，受其内部周期结构的作用，形成特殊的色散关系（能带结构），色散关系曲线之间的频率范围称为带隙。
图1为二维声子晶体的能带结构，图中阴影所示为带隙。
理论上，带隙频率范围的弹性波传播被抑制，而其它频率范围（通带）的弹性波将在色散关系的作用下无损耗地传播。
-常见晶体结构举例
1. 面心立方（fcc) ------Cu、Al、Ni、Pb、
Au、Rh（铑）等 (GT002) 致密度η（又称空间利用率）：晶体中原子 所占体积与晶体总体积之比。 配位数：晶体中一个原子最近邻的原子数。 （注意：不是格点数） 例如：Cu 配位数＝12，惯用原胞包含格点数＝4 最近邻原子间距＝？
思考题： 如果材料由半径为r和R的两种粒子球组 成，其配位数是否会大于12？
9. 钙钛矿结构 例如，BaTiO3,SrTiO3 O1,O2,O3的周围“环境”不同， 钙钛矿结构由五个SC子格子套构而成。 （GT017，GT018）
5. 氯化铯（CsCl)结构 Cs＋，Cl－离子分别为简立方（SC）子 格子，二子格子体心套构。 B格子＝SC 配位数＝？ 6. NaCl结构 Na＋,Cl－分别为fcc子格子，沿立方边位 移a/2套构而成。 (GT016b)
注
意
不同晶体结构的Cu.NaCl,金刚石结构， 闪锌矿结构等，它们的B格子均为fcc, 所以，B格子的种类数大大少于晶体结
hcp的排列方式为AB,AB,…… 密排面垂直于棱柱高c轴。 fcc的排列方式为ABC,ABC,…… 密排面垂直于体对角线。 （GT003， 模型） hcp和fcc均为配位数为12的密堆积，
可能给我们什么启示？
8. 纤维锌矿结构（六角硫化锌结构） 两个hcp套构而成。 例如，ZnO, ZnS。 （模型）
构的种类数。
7. 六方密排结构（h c p)---Mg、Be、Cd等 (模型)(GT003) 惯用原胞是以正六边形为底的直角棱柱。 晶格常数是正六边形的边长a和柱高c. 密堆积：如果晶体由全同的一种粒子组成， 而粒子被看成是小圆球，这些小圆球最紧 密的堆积状态。此时它有最大的配位数－ －－12。 有最大配位数12的排列方式称为密堆积。 基元内原子数＝2 惯用原胞体积是初基原胞体积的3倍
常见九种典型的晶体结构
二八面体结构的O层
每个配位离子被两个八 面体共用，分给每个八 面体样子-1/2价电荷，6 个共-3价，因此八面体 阳离子为+3价。
结构单元层及基本类型 T层和O层的不同堆积方式构成了层状结构硅酸盐的结构单元层： 1∶1型（TO型）：1层T层和1层O层，代表矿物是高岭石。 2∶1型（TOT型）：2层T层夹1层O层，代表矿物是滑石。
LiMn2O4锂电材料
9 层状硅酸盐结构
四面体层（T）和八面体层（O） T层 [SiO4]共3个角顶成六方网层，第4个角顶(活性氧)朝向 同一方向；在六方网孔中心、与活性氧同高度处存在一个OH。
半径 1.3A
O层 两个T层活性氧相向、错开一定距离做紧密堆积，阳离 子充填八面体孔隙，形成O层。
反萤石型结构
球键图
阳离子四面体配位 阴离子立方体配位
反萤石型结构可看作：阴离子做立方最紧密堆积，阳离 子充填在全部的四面体空隙中。
结构类型 物质名称 萤石(CaF2)
萤石型结 氯化锶(SrCl2)
构
氯化钡(BaCl2)
氟化铅(PbF2)
氧化钾(K2O)
反萤石型 结构
氧化钠(Na2O)
氧化锂(Li2O)
物质名称 化学式
a0/nm
H D / g/cm3
颜色 熔点(℃)
主要用途
特点
金刚石
单晶硅
锗
α锡
C
Si
Ge
Sn
0.3567 0.5431 0.5623
0.6489
10
7
6
5
3.51
2.336
5.47
5.77
无色
黑色
淡灰色
白色
3550
金刚石和石墨原子排列方式
金刚石和石墨原子排列方式
金刚石和石墨都是由碳元素组成的晶体结构，它们的原子排列方式不同，导致它们具有截然不同的物理和化学性质。
金刚石：金刚石的晶体结构是由碳原子通过共价键相互连接而成的三维晶格。
每个碳原子与其他四个碳原子形成均匀分布的四面体结构，形成一个稳定的晶胞。
金刚石的晶格非常稳定，硬度极高，在自然界中被广泛应用于工业切削和珠宝领域。
石墨：石墨的晶体结构是由碳原子通过共价键相互连接而成的层状结构。
每个碳原子与其他三个碳原子形成平面六角环，形成一个碳层。
不同碳层之间则通过弱的范德华力进行堆叠。
这种层状结构使得石墨具有很好的脱层性质，可以很容易地在层与层之间滑动，因此石墨具有良好的润滑性能。
总结起来，金刚石的原子排列方式是三维的，由碳原子通过共价键形成稳定的晶格；而石墨的原子排列方式是层状的，由碳原子通过共价键形成平面六角环，并通过弱的范德华力堆叠在一起。
这两种不同的排列方式决定了金刚石和石墨在物理和化学性质上的差异。
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金刚石结构式
1. 介绍
金刚石是一种非常重要的材料，具有极高的硬度和优异的热导性能。
这些特性使得金刚石在许多领域中得到广泛应用，包括工业、电子、医学和化学等。
本文将详细介绍金刚石的结构式以及其相关特性。
2. 结构式
金刚石的化学式为C，它是由碳原子组成的晶体。
在金刚石中，每个碳原子形成了
四个共价键，并与其他四个碳原子相连，形成了一种稳定而坚固的立方晶体结构。
如上图所示，金刚石的结构可以被描述为一个由碳原子组成的立方晶格。
每个碳原子都与其周围四个碳原子共享电子对，形成了一个类似于正方形的平面。
这种平面又与其他平面相互堆叠，并通过强大而稳定的共价键连接在一起。
3. 特性
3.1 硬度
金刚石是地球上最硬的物质之一。
这是由于它的结构中碳原子之间的共价键非常强大，使得金刚石具有出色的抗压能力。
因此，金刚石被广泛应用于硬质材料的制备，如切割工具、研磨材料和高速车床刀具等。
3.2 热导性
金刚石具有优异的热导性能，这是由于它的结构中碳原子之间紧密排列、共价键强度高的特点所决定。
这使得金刚石在高温环境下能够快速传导热量，并且不易受到热膨胀或变形的影响。
因此，金刚石被广泛应用于散热器、激光器和电子元件等需要高效散热的设备中。
3.3 光学性质
金刚石具有优异的光学性质，包括高透明度和折射率。
这使得金刚石成为制造光学元件（如透镜）和光学窗口等领域中重要材料。
4. 应用领域
4.1 工业
由于金刚石具有极高的硬度和耐磨性，它被广泛应用于工业领域。
金刚石切割工具（如锯片、钻头）能够在高速、高温和高压的条件下进行切割和加工各种材料，如石材、玻璃、陶瓷和金属等。
4.2 电子
金刚石在电子领域中也有重要应用。
由于其优异的热导性能和高电阻率，金刚石可以用作散热器、半导体器件基板和射频功率放大器等器件的制造材料。
4.3 医学
金刚石在医学领域中也发挥着重要作用。
由于其生物相容性和化学稳定性，金刚石被用作人工关节表面涂层和牙科手术器械等医疗设备的制造材料。
4.4 化学
金刚石还可以应用于化学领域。
由于其化学稳定性和抗腐蚀性，金刚石可以用作化学反应容器、电化学电极和催化剂载体等。
5. 总结
金刚石是一种非常重要的材料，具有极高的硬度和优异的热导性能。
其结构式为碳原子构成的立方晶体结构，通过强大而稳定的共价键连接在一起。
金刚石在工业、电子、医学和化学等领域中有广泛应用，包括切割工具、散热器、光学元件和医疗设备等。
金刚石的特性使得它成为一种非常有价值和多功能的材料。