固体材料的结构与缺陷
晶体材料位错缺陷的形成原因
晶体材料位错缺陷的形成原因
晶体材料是由原子或分子组成的有序排列的固体材料，而位错缺陷是晶体材料中常见的缺陷形式之一。
位错缺陷的形成原因可以有多种，包括外力作用、晶体生长过程中的不均匀性以及热力学和动力学因素等。
外力作用是引起晶体材料位错缺陷形成的重要原因之一。
当晶体受到外力作用时，晶体内部的原子或分子会发生位移，导致晶体结构的变形和变化。
例如，在金属材料中，当外力作用超过材料的屈服强度时，晶体内部会出现塑性变形，即晶体中原子或分子的位移和滑动，从而形成位错缺陷。
晶体生长过程中的不均匀性也是晶体材料位错缺陷形成的原因之一。
晶体的生长过程是一个动态的过程，其中包括原子或分子的扩散和结晶等过程。
然而，在晶体生长过程中，由于温度、浓度、压力等条件的变化，晶体内部的生长速率可能会有差异，导致晶体内部出现结构不均匀性。
这种结构不均匀性会导致晶体内部的位错形成，从而形成位错缺陷。
热力学和动力学因素也是晶体材料位错缺陷形成的重要原因。
在晶体材料中，原子或分子之间存在着各种相互作用力，包括范德华力、离子键、共价键等。
当晶体材料受到外界条件的改变时，这些相互作用力可能发生变化，导致晶体结构的不稳定性。
在这种情况下，
晶体内部的原子或分子会重新排列，从而形成位错缺陷。
晶体材料位错缺陷的形成原因是多方面的，包括外力作用、晶体生长过程中的不均匀性以及热力学和动力学因素等。
这些原因相互作用，共同影响着晶体材料的结构和性能。
因此，在研究晶体材料位错缺陷时，我们需要综合考虑这些因素，以便更好地理解晶体材料的性质和行为。
材料微观缺陷对材料性能的影响
材料微观缺陷对材料性能的影响随着社会的发展、时代的进步，人们的生活水平不断提高，生活品质也进一步提升，这对于材料的要求也不断地提高。
这促使人们不断的深入研究材料的微观晶体结构，通过各种手段改善材料的各个方面的性能。
晶体的生长、性能以及加工等无一不与缺陷紧密相关。
因为正是这千分之一、万分之一的缺陷，对晶体的性能产生了不容小视的作用。
这种影响无论在微观或宏观上都具有相当的重要性。
研究人员希望材料的晶体是理想的完整晶体，但是所有的自然与人工晶体不是理想晶体完整的，他们的许多特性并非由规则的原子排列决定，而是由不规则排列的晶体缺陷而决定。
金属物理学家在研究金属的加工变形时就发现了晶体缺陷与金属的变形行为及力学性质有密切的关系。
后来，材料科学家发现这类缺陷不仅控制着材料的力学性状，而且对材料的若干物理性质（如导电性、导热性等）有直接的影响，材料科学领域里逐渐发展了晶体缺陷理论，近10多年来人们开始认识到晶体的塑性变形完全取决于晶体缺陷。
这些都是重要的生产、研究内容。
那么材料的微观结构缺陷究竟对于材料的性能有哪些影响呢？本文将围绕此问题进行阐述。
一、什么是晶体缺陷？大多数固体是晶体，晶体正是以其特殊的构型被人们最早认识。
人们理解的“固体物理”主要是指晶体。
在空间点阵中，用几何上规则的点来描述晶体中的原子排列，并连成格子，这些点被称为格点，格子被称为点阵，这就是空间点阵的基本思想，它是对晶体原子排列的抽象。
空间点阵在晶体学理论的发展中起到了重要作用。
可以说，它是晶体学理论的基础。
现代的晶体理论基于晶体具有宏观平移对称性，并因此发展了空间点阵学说。
严格地说对称性是一种数学上的操作，它与“空间群”的概念相联系，所谓平移对称性就是指对一空间点阵，任选一个最小基本单元，在空间三维方向进行平移，这个单元能够无一遗漏的完全复制所有空间格点。
在我们讨论晶体结构时，认为晶体的结构是三维空间内周期有序的，其内部质点按照一定的点阵结构排列。
晶体结构与缺陷
晶体结构与缺陷晶体是一种有着高度有序排列的原子、离子或分子的固体材料。
晶体的结构对其性质和应用具有重要影响，而缺陷则是晶体中不完美的部分。
本文将探讨晶体结构、晶格缺陷和它们在材料中的影响。
一、晶体结构晶体结构是指晶体中原子、离子或分子的排列方式。
晶体的结构可以通过晶体学方法（如X射线衍射）来表征。
根据晶体的结构特征，可以将晶体分为多种类型，包括立方晶系、正交晶系、单斜晶系等。
晶体结构的基本单位是晶胞，晶胞由晶体中最小的重复单元构成。
在晶体结构中，晶胞有各种不同的排列方式，例如简单立方晶胞、面心立方晶胞和体心立方晶胞。
这些不同的排列方式导致了不同类型的晶体结构。
二、晶格缺陷晶格缺陷是指晶体中原子、离子或分子位置的非理想性质。
晶格缺陷可以通过外部环境和材料制备过程中的条件引入。
晶格缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。
1. 点缺陷点缺陷是指晶体中少数几个原子、离子或分子的位置与理想排列位置有所偏离。
最常见的点缺陷是空位缺陷和杂质缺陷。
空位缺陷是指晶体中某个位置上的原子或离子缺失，而杂质缺陷是指原子或离子被其他类型的原子或离子替代。
点缺陷可以对晶体的性质和行为产生重要影响。
例如，在半导体材料中，控制杂质缺陷的浓度可以改变材料的电导率。
在金属材料中，点缺陷可以影响金属的硬度、延展性和热导率等物理性能。
2. 线缺陷线缺陷是指晶体中沿某个方向出现的缺陷线。
常见的线缺陷包括位错和螺旋位错。
位错是晶体中原子排列顺序的偏移，而螺旋位错则是沿某个方向上原子排列的扭曲。
线缺陷可以导致晶体的塑性变形和断裂行为。
位错的运动可以使晶体发生滑移，从而导致材料的塑性变形。
而螺旋位错则可以在晶体中形成螺旋状的断裂。
3. 面缺陷面缺陷是指晶体中的平面缺陷。
最常见的面缺陷是晶界和孪晶。
晶界是两个晶粒之间的界面，它们的晶体结构可能有所不同。
孪晶是指两个对称的晶体结构在某个面上镜面对称的结合。
面缺陷可以对晶体的物理性能产生重要影响。
晶界可以影响晶体的弹性模量和导电性能。
固体材料的晶格结构对其物理性能有重要影响
固体材料的晶格结构对其物理性能有重要影响引言：固体材料的晶格结构是由原子、离子或分子排列成的有序三维结构。
这种结构在固体材料的物理性能方面发挥着重要作用。
不同的晶格结构会影响材料的力学性能、电学性能、热学性能等。
本文将探讨晶格结构对固体材料物理性能的影响，并举例说明不同晶格结构对材料性能的影响。
一、晶格结构与力学性能的关系：晶格结构对固体材料的力学性能有着重要影响。
晶体中原子、离子或分子之间的相互作用力与晶格结构的排列方式有关。
不同的结构排列方式会导致材料的力学性能差异。
1. 金属晶体：金属晶体通常具有紧密排列的结构，如面心立方晶格和体心立方晶格。
这些晶格结构具有高度的结构稳定性和强大的键合能，因此金属晶体具有较高的刚性和强度。
例如，铁、铝和钛等金属常用于制造坚固的结构材料，如汽车和飞机的零部件。
2. 离子晶体：离子晶体是由带正电和负电的离子相互吸引而形成的晶体。
这些离子通常以六方最密堆积或面心立方最密堆积的方式排列。
晶格中正离子和负离子之间的静电相互作用是离子晶体的主要结构特征。
不同的离子和离子之间的电荷和大小差异会影响离子晶体的力学性能。
例如，氯化钠晶格具有较高的强度和硬度，因此广泛应用于制备玻璃和陶瓷。
3. 共价晶体：共价晶体是由共价键连接的原子或分子构成的晶体。
这些晶体的晶格结构由电子云的重叠决定。
共价键很强，因此共价晶体具有较高的硬度和刚性。
例如，金刚石晶格由碳原子形成的四面体结构，几乎是纯晶体的碳，因此具有很高的硬度和热导率。
二、晶格结构与电学性能的关系：晶格结构对固体材料的电学性能也会产生重要影响。
晶体中原子或离子之间的排列方式会影响材料的电荷传导和电子结构。
1. 金属晶体：金属晶体中，金属原子以自由电子形式存在，并且在整个晶体中可以自由传导电荷。
这种电子传导性质使金属成为良好的导电体。
金属晶格结构的紧密排列提供了稳定的电子运动通道，因此金属具有出色的电导率。
2. 半导体晶体：半导体晶体具有禁带结构，其中带有最高能量的电子不可容忍地、必须克服禁带，从而形成带电电子与带有相反电荷的空穴。
晶体结构中的点缺陷及其对材料性能的影响
晶体结构中的点缺陷及其对材料性能的影响晶体是由原子或离子有序排列形成的固体材料。
在晶体结构中，点缺陷是一种常见的现象，它们对材料的物理和化学性质产生重要影响。
本文将探讨晶体结构中的点缺陷类型、形成原因以及对材料性能的影响。
晶体结构中的点缺陷可以分为两类：点陷和点间隙。
点陷是指晶体中存在于正常原子位置的替代物质或空位，而点间隙是指晶体中存在于正常间隙位置的其他原子或离子。
这些点缺陷的形成原因多种多样，可以是热运动、化学反应、辐射等外部因素的影响，也可以是由于材料的缺陷或不均匀性引起的。
例如，晶体中的离位原子可以通过热扰动从正常位置移动到别的位置，形成点陷；而晶体中的离位原子可以通过化学反应与其他原子或离子结合，形成点间隙。
点缺陷对材料性能的影响是多方面的。
首先，点缺陷可以改变材料的电子和磁性质。
以半导体材料为例，点陷在晶格中引入杂质原子，改变了材料的导电特性。
某些点缺陷也可以改变晶体的磁性质，使材料成为磁性材料。
其次，点缺陷可以影响晶体的力学性能。
晶体中的点缺陷可以导致材料的塑性变形，使其更易于发生变形或破裂。
点缺陷还可以改变材料的硬度、弹性模量等力学性质。
此外，点缺陷还可以影响材料的热性能。
晶体中的点缺陷可以影响材料的热导率和热膨胀系数，从而改变材料的热稳定性和导热性能。
点缺陷的类型和浓度对材料性能的影响是复杂的。
在某些情况下，点缺陷的存在可以改善材料的性能。
例如，通过控制点陷的添加量和类型，可以提高材料的导电性能。
在半导体材料中，适量的杂质原子可以形成能带结构，增加载流子浓度，从而提高材料的导电性能。
此外，点缺陷也可以增加材料的缺陷耐力，改善材料的抗拉强度和韧性。
然而，过量的点缺陷或不适当的类型可能导致材料性能的恶化。
过多的点陷会导致材料的电导率降低，抗拉强度和硬度下降。
过多的点间隙会导致材料内部空隙增多，从而降低材料的密度和强度。
综上所述，晶体结构中的点缺陷是一种常见的现象，对材料的物理和化学性质产生重要影响。
固体物理学基础晶体结构与晶体缺陷的测量方法
固体物理学基础晶体结构与晶体缺陷的测量方法晶体结构和晶体缺陷是固体物理学中的重要概念，对于了解材料的性质和行为至关重要。
本文将介绍晶体结构和晶体缺陷的测量方法，以及它们在材料科学研究和工程应用中的意义。
一、晶体结构的测量方法1. X射线衍射X射线衍射是最常用的测量晶体结构的方法之一。
通过将单晶或多晶暴露在X射线束中，并记录样品对X射线的衍射图样，可以获取晶体的结构信息。
由于X射线波长与晶格尺寸相当，当X射线与晶体的晶格发生相互作用时，会发生衍射现象，形成一系列可观测的衍射峰。
通过对衍射峰的位置、强度和形状进行分析，可以确定晶体的结构参数，如晶胞参数、晶胞对称性和原子位置等。
2. 电子显微镜电子显微镜（SEM）是一种高分辨率的显微镜，可以用于晶体结构的观察和测量。
SEM利用电子束与样品之间的相互作用，通过探测产生的信号来获得样品的形貌和组成信息。
对于晶体样品，SEM可以提供高分辨率的表面形貌图像，帮助研究者观察晶体的晶面、晶态和晶界等结构特征。
3. 透射电子显微镜透射电子显微镜（TEM）是一种可以观察晶体内部结构的显微镜。
TEM利用电子束穿透样品，通过样品中的衍射现象来获取晶体的结构信息。
相比于SEM，TEM具有更高的分辨率和透射性，可以用于研究更细小的晶体结构。
二、晶体缺陷的测量方法1. 能谱测量能谱测量可以用于测量晶体中的缺陷浓度和类型。
通过在晶体样品上进行能谱分析，可以获取缺陷产生的能级和谱线特征。
常用的能谱测量方法包括电子自旋共振（ESR）、X射线光电子能谱（XPS）和拉曼光谱等。
2. 热力学方法热力学方法可以用于测量晶体中的缺陷浓度和能级。
通过在不同温度下测量晶体的电导率、热容或热导率等性质，可以推断出晶体中的缺陷浓度和能级分布。
常用的热力学方法包括热导率测量、电导率测量和量热法等。
3. X射线衍射和电子显微镜观察X射线衍射和电子显微镜可以用于观察晶体中的缺陷结构和形貌。
通过观察晶体的衍射图样或显微图像，可以判断晶体中是否存在位错、空位或晶格畸变等缺陷，并对其进行测量和表征。
材料基础-第四章固体材料的缺陷
例如，Fe的剪切模量大约100GPa，则理论剪切 模量应为3000MPa。但是，单晶体Fe的实际强度仅 为1－10MPa，晶面之间的滑移用相当小剪力就能移 动。理论值与实际值相差巨大。因而，人们就猜测 晶体中存在着象位错这样的线缺陷。 当时仅是理论上的一种推测，没有真正看到。 直到50年代，透射电镜（TEM）的研发成功，才从 实验中观察到实际的位错形貌。 当晶体的一部分相对于另一部分进行局部滑移 时，晶体的已滑移部分与未滑移部分的交界线形成 分界线，即位错，用TEM可观察到(见图4-4)。 位错主要分两种类型：刃型位错和螺型位错。
按晶体缺陷的几何特征，可以分成四种 基本类型：点缺陷、线缺陷(位错)、面缺陷 和体缺陷，如图4-1所示。 但需记住，这些缺陷只代表理想原子排 列中的缺陷。而实用上，为了获得所要求的 材料性能如强度、硬度、塑性等，有时要有 意地制造一些缺陷，即通过合金化、扩散、 热处理和表面处理，设计和控制这些缺陷。 因此，设计和控制晶体缺陷是改进产品 质量的关键，特别是对晶体生长以及使用过 程中控制缺陷的形成、类型以及变化，都是 极为重要的。
图4-3 晶格节点的置换原子
4. 点缺陷对材料性能的影响 在一般情况下，点缺陷主要影响晶体的物 理性质，如比容、比热容、电阻率等。 （1）比容 为了在晶体内部产生一个空位，需将该处 的原子移到晶体表面上，这就导致体积的增加。
（2）比热容 由于形成点缺陷，需向晶体提供附加的能 量(空位生成焓)，因而引起附加的比热容。
断裂，而不会沿垂直截面的方向断裂，原因在于 材料在变形过程中发生了滑移，如图4-10所示。
图4-10 单晶体的拉伸断裂 及晶面滑移形貌
这是因为，材料的塑性变形通常会沿着晶体原子 的密排方向滑移，见图4-11 外加拉应力、滑移方向和滑移面的关系
固体材料的结构与性能研究
固体材料的结构与性能研究固体材料是指具有坚实的物理结构和化学成分，能够保持形状和体积，并能够抵抗形变和变形的物体。
固体材料广泛应用于各行各业，例如建筑、机械制造、电子工程等领域。
理解固体材料的结构与性能对于材料研究和应用具有重要意义。
本文将介绍固体材料的结构与性能研究的相关内容。
一、固体材料的结构固体材料的结构通常由原子和分子组成。
原子具有正电荷的原子核和负电荷的电子壳层。
原子核内有质子和中子，而电子壳层中的电子数量与原子的元素相对应。
固体材料中的原子通过化学键形成分子或晶体。
分子由共价键或离子键相连的原子组成，而晶体是由原子、离子或分子组成的具有长程有序排列的结构。
固体材料的结构可以分为单晶体、多晶体和非晶体。
单晶体中的原子或分子具有长程有序排列的结构，具有清晰的表面和平滑的断面。
多晶体由许多结晶颗粒组成，晶粒与晶粒之间的晶界和晶界内的缺陷对材料的性质产生重要影响。
非晶体中的原子、离子或分子没有长程有序排列的结构。
相较于单晶体和多晶体，非晶体的晶体缺陷较小，但由于其结构的无序性，非晶体具有更高的熵和更大的内聚能。
二、固体材料的性能固体材料的性能主要由以下几个方面组成：力学性能、电学性能、光学性能和热学性能。
（1）力学性能力学性能主要指材料在受到外部力作用下的抗力和形变特性。
例如，固体材料的硬度、强度、韧性和弹性模量等。
固体材料的硬度主要指其对于外部压力或切割力的抗性。
固体材料的硬度可以通过Vickers硬度和洛氏硬度来进行测量。
固体材料的强度主要指其在承受拉伸、压缩、剪切和弯曲力时的抵抗力。
材料的强度可以通过拉伸试验、压缩试验和弯曲试验来测试。
固体材料的韧性主要指其在受到外部力作用下能够延展或变形的能力。
材料的韧性可以通过冲击试验来测试。
固体材料的弹性模量主要指其对于外部力作用下能够恢复原状的能力。
材料的弹性模量可以通过牛顿破坏法和声波法来测试。
（2）电学性能电学性能主要指固体材料在电场中的表现。
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3
（3）共价键
使用共用电子产生的化学结合方式称为共价键。 同种原子间形成的共价键，共用电子对不偏向任 何一个原子，成键原子都不显电性，这种键称为 非极性键。例如H2、Cl2、N2等。 由于不同原子的电负性不同，共用电子对偏向电 负性大的原子，电负性大的原子就带部分负电 荷，电负性小的原子就带部分正电荷，这样的键 称为极性键。 配位键：共价键中的共用电子是由同一个原子所共 用。
结合键的定义：粒子（原子，离子或分子） 之间的相互作用。 作用的驱动力：降低系统能量。 由于相互作用时的，原子外层电子发生 的变化不一样，由此产生不同类型的结合 键。主要分为五种。
范德华键 共价键 离子键 金属键 氢键
主价键（化学键）
次价键（物理键）
4
2
（1）金属键：金属中自由电子和金属离子之间的键合。 金属原子的结构特点就是外层电子数较少，不 超过3个，容易脱离原子核的束缚成为自由电 子，而原子成为正离子。金属靠正离子和自由 电子的库伦引力结合在一起，这种结合方式称 为金属键。 特点：1 电子共有化 2 既无饱和性又无方向性 特征：具有良好的导电和导热性，具有光泽和不 透明性，塑形和结晶性好。
（4）四面体间隙
① 四面体的构成：两体心原子及其棱边两原子构成一个四 面体（非正四面体，但间隙中心距四原子等距离 a）。 ② 间隙位置：各棱中点连线的1/4 或3/4 处。 ③ 间隙位置坐标：(a/4，a/4，0 ) ④ 单胞内间隙个数: 24×(1/2)＝12（个）
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14
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2.3.3 金属晶体 （1）结构 金属键的结合没有方向性，都是选择密堆密 度高，对称性好，配位数高的晶体结构类型。 绝大金属都是选择能满足这个“三高”的晶体 结构:fcc,bcc,hcp Bcc:钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、 α-铁(α-Fe, <912℃) Fcc:铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、 银(Ag)、γ- 铁( γ-Fe, 912℃～1394℃) Hcp:镁(Mg)、镉(Cd)、锌(Zn)、铍(Be)等。
2.2
晶体学基本概念
了解晶体结构类型及相关的概念 （如空间点阵、阵点，晶胞等等） 了解晶面指数和晶向指数 不同晶体所具有的晶体结构类型
12
6
2.2.1 晶体与非晶体
材料结构决定材料的性能。 材料是由原子聚集在一起构成。根据原子聚集 时，排列是否有规则性，我们一般把固体材料分 为晶体和非晶体。
了解晶体和非晶体的区别？ 晶体是原子（或分子、离子）在三维 空间中有规则、周期性重复排列的物质。 特点：排列是长程有序的。 非晶体是组成物质的原子、分子的空间 晶体的主要特征： 排列不呈现周期性和平移对称性的物质。 有固定的几何外形、有 特点：排列是短程有序，长程无序的。 确定的熔点、有各向异 13 性。
第二章 材料的结构和 缺陷化学理论及应用
上海应用技术学院材料科学与工程学院
1
2.1 元素及结合键
2
1
2.1.1 元素及其性质
元素的原子通过化学键结合，不同元素由于电子结 构不同，形成的化学键倾向也不一样。而元素的电 子结构的周期性变化，体现在周期表中也有相应的 变化规律。
3
2.1.2 原子间的键合—影响固体材料的性质
补充：晶胞的几何特征（基本概念） 原子数：每个晶胞中可能含有几个原子。 配位数（CN）：每一个原子周围最近邻 的原子数。
Bcc: 原子数：2 配位数：8
Fcc: 原子数：4 配位数：12
22
11
hcp: 原子数：6 配位数：12
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原子半径 ：晶胞中原子排列密度最大的方 向上相邻原子之间距离的一半称为原子半 径。 致密度（K）：一般用来形容原子排列的紧 密程度。
离子键的结合力较大，外层电子被牢固的 束缚在离子的外围，所以离子晶体的硬度和强 度高，热膨胀系数小，导电性很差。 无色透明，因为可见光很难激发外层电子， 因此离子晶体往往呈现无色透明状。 在外力的作用下，离子之间失去电的平衡而 使离子键破坏，宏观上表现材料具有很大的脆 性。 陶瓷材料大部分为离子晶体。
5
（2）离子键：由异性电荷之间的吸引力产生。 常发生在活泼金属和过渡金属元素之间。 一个易失去电子，一个易得到电子。
大部分金属氧化物，盐，陶瓷材料等都是离子键结 合。 特点：作用力强，无方向性和有饱和性限制。 特征：高熔点，高强度，高硬度，低膨胀系数，塑形 较差等，固态下不导电，熔融状态下离子迁移导电。
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（3） bcc中的八面体间隙
① 八面体的构成：两体心原子 ② 间隙位置：各条棱的中点处及各面的面心。 ③ 间隙 位置坐标：坐标为 （1/2，1/2，0） ④ 单胞内间隙个数: 八面体间隙个数为 6×(1/2)+12×(1/4) ＝6（个）
氯化铯晶体
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C 闪锌矿型（ZnS） S2- 分布于单位晶胞的角顶及面心 ，呈面心立 方结构， Zn2+充填于半数的四面体空隙中 。
34
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D 萤石和反萤石结构
又称氟化钙型结构。属等轴晶系面心立方结构。AB2型离子晶 体。其中阳离子a(如Ca2+)呈立方密堆积，阴离子b(如F-)填充 在四面体空隙中，面心立方点阵对角线的1/4和3/4处。阴、 阳离子的配位数分别为4和8。阳、阴离子半径比R2+/R>0.732。这类结构的化合物有二氧化锆、二氧化铀、二氧化 铯和PrO2等一些重金属化合物和含有大金属离子的氟化物， 如BaF2，PbF2，SrF2，CaF2等。
2.2.2 晶格、晶胞和晶格参数
（1）什么是空间点阵？ 把晶体中的原子、分子等抽象为一个几何点，这个 点我们称之为阵点或结点。 阵点在空间形成的周期性规则排列叫做空间点阵。 （2）晶格和晶胞 用假想的直线将阵点连接起来，所构成的几何框架 我们称之为晶格。 晶格中的最小重复单元称之为晶胞。
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7
晶胞选取的三大原则： 1 要能充分反映空间点阵的对称性。 2 α，β，γ要尽可能为直角。 3 体积应尽可能小（但不一定是最小）。
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反萤石结构：是A2B型离子晶体，其结构中 阴离子b(如O2-)呈立方密堆积，阳离子 a(如Na+)填充在四面体空隙中。阴、阳离 子的配位数分别为8和4。阴、阳离子的这 种排列方法恰恰与萤石结构相反，故名为 反萤石结构。属反萤石结构的化合物有氧 化钠、氧化钾和这些金属的硫属化合物等。
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（2）离子晶体的特性：
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2.3 晶体材料的结构
原子是通过结合键聚集排列在一起，根据结合键 的种类，晶体结构也分为不同类型。
离子晶体 共价晶体
晶体类型
金属晶体 分子晶体
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2.3.1 离子晶体
离子晶体的结构规则
1．负离子配位多面体规则 2．电价规则 3．负离子多面体共用顶、棱和面的规则 4．不同种类正离子配位多面体间连接规则
K
晶胞中原子数所占体积 晶胞体积比
面心立方晶胞的致密度：0.74 体心立方晶胞的致密度：0.68（思考？）
24
12
密排面和密排方向 • 不同晶体结构中不同晶面、不同晶向上 原子排列方式和排列密度不一样。 • 在体心立方晶格中，原子密度最大的晶 面为{110}, 称为密排面; 原子密度最大 的晶向为<111>, 称为密排方向。 • 在面心立方晶格中, 密排面为{111}, 密 排方向为<110>。
8
4
性质特征： 由于方向性，原子之间的相对位置 不允许改变，因此共价键材料的塑性 很差。 结合力很大，所以熔点和硬度较高 等等。
9
（4）范德华键（分子键） 具有稳定电子结构的原子或分子靠偶极的 感应和吸引力作用而成的结合力称为范德 华键。 特点：属于物理键，没有方向性和饱和性。 但也影响物质的性质。许多中性分子和有 机化合物都是靠此结合成为固体的。
（3）晶面族与晶向族
原子排列等同但彼此不平行的晶面，用{hkl}表示。
同理，原子排列等同但彼此不平行的晶向பைடு நூலகம்用<uvw> 表示。
20
10
2.2.5 晶面间距 具有相同密勒指数的 两个相邻平行晶面之 间的距离称为晶面间 距，用dhkl表示。
d hkl
a h 2 k 2 l2
21 图 立方晶格的几个晶面示意图
a 以任意晶胞的三条棱为坐标轴，以点阵常数 a、 b、c为单位长度 b 找出某晶面在三坐标轴上的截距 c 取三个截据的倒数，并化为最小整数 d 用( )表示，此就为晶面指数（hkl）
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（2）晶向指数的确定
a 以晶胞三棱边为坐标轴，以晶格常数为单位长度 b 在通过原点的晶向上任选一点，写出该点的三个 坐标轴 C 化为最小整数，用[uvw]表示。
42
21
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(2)特性： 由于存在大量的自由电子，因而具有 良好的导电性和导热性。 没有方向性和饱和性，金属发生变形 时，金属键并不受到破坏，所以金属具 有良好的塑性。 自由电子能吸收可见光，被激发跃迁到 较高的能级，因此它并不透明。
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22
2.3.4 分子晶体 (1) 结构 结合过程中，没有电子的得失，共有或 共有化，原子之间靠很弱的分子力结合 的晶体为分子晶体。 分子键能改变材料的性能。如聚氯乙稀 （PVC塑料）。 (2) 性能： 熔点低，硬度低，热膨胀系数高，有良 好的绝缘性。
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2.2.3 晶系
有14种点阵，分为七大晶系。称之为布拉维点阵。 其中立方晶系（a=b=c、 α=β=γ=90º）最为重要。
三种典型立方晶体结构
简单立方
体心立方
面心立方