无机材料的晶体结构
氮化铝 晶体解构
氮化铝晶体解构一、氮化铝的概述氮化铝是一种无机材料，由氮和铝元素组成，化学式为AlN。
它具有高硬度、高热导率、高耐磨性、高化学稳定性等优异的物理和化学性质，在电子器件、陶瓷材料、切削工具等领域有着广泛的应用。
二、氮化铝的晶体结构1. 晶体结构类型氮化铝晶体结构属于六方最密堆积（HCP）结构，空间群为P63mc。
2. 晶胞参数氮化铝晶体结构中，晶胞参数a=3.112Å，c=4.982Å。
3. 原子排列方式氮化铝晶体中，每个Al原子被六个N原子包围，并且每个N原子也被六个Al原子包围。
这种排列方式形成了一个三维网格结构。
三、氮化铝晶体解析式推导过程1. 空间群P63mc意义解析空间群P63mc表示六方最密堆积（HCP）结构。
其中，“P”代表点群（点对称操作），“6”代表6重旋转轴，表示晶体具有六重对称性。
而“mc”代表镜面反射对称操作。
2. 晶胞参数推导由于氮化铝晶体结构属于六方最密堆积（HCP）结构，因此可以利用HCP晶体结构的特点推导出其晶胞参数。
首先，HCP结构中，一个原子在一个平面上有三个相邻的原子，它们形成一个等边三角形。
另外，在相邻两个平面上的原子也形成了等边三角形。
其次，根据勾股定理可知，在等边三角形中，边长a和高h的关系为a=2h/√3。
因此，在HCP结构中，晶胞参数a和c之间存在如下关系：c=√6a/3。
综上所述，氮化铝晶体结构中，晶胞参数a=3.112Å，c=4.982Å。
3. 原子排列方式推导由于氮化铝晶体属于六方最密堆积（HCP）结构，在该结构中每个原子被六个相邻原子包围。
因此，在氮化铝晶体中，每个Al原子被六个N原子包围，并且每个N原子也被六个Al原子包围。
这种排列方式形成了一个三维网格结构。
四、氮化铝晶体的性质1. 物理性质氮化铝具有高硬度、高热导率、高耐磨性等物理性质。
其硬度约为9-10，比钢铁还要硬。
同时，它的热导率也非常高，大约是金属的3倍左右。
无机材料科学基础-2.4常见硅酸盐的晶体结构
中-C2S、-C2S（Ca2SiO4）和C3S（Ca3SiO5）等。
镁橄榄石Mg2[SiO4]结构
属斜方晶系，空间群Pbnm
晶胞参数 a=0.476nm，b=1.021nm，c=0.599nm
晶胞分子数 Z=4
O2-近似于六方最紧密堆积排列（即ABAB……层
序堆积），Si4+填充1/8四面体空隙；Mg2+填充1/2八面
一、硅酸盐晶体组成表征、结构特点及分类
硅酸盐晶体化学组成复杂，常采用两种方法表征：
氧化物表示法 无机络盐表示法（结构式）
氧化物表示法：按一定比例和顺序写出构成硅酸盐 晶体所有氧化物，先1价碱金属氧化物，其次2价、3价金 属氧化物，最后SiO2。 如，钾长石化学式： K2O· Al2O3· 6SiO2； 无机络盐表示法：按一定比例和顺序全部写出构成 硅酸盐晶体所有离子，再用 [ ]将相关络阴离子括起，先 是1价、2价金属离子，其次Al3+和Si4+，最后O2-或OH-。 如，钾长石：K[AlSi3O8]。
……7 节链等 7 种类型， 2 节链以 [Si2O6]4- 为结构单
元无限重复，化学式为[Si2O6]n4n-。
双链：两条相同单链通过尚未共用的氧组成带 状，2节双链以[Si4O11]6-为结构单元向一维方向无 限伸展，化学式为[Si4O11] n6n-。
（a）单链结构；（b）双链结构；（c）（d）（e）为从箭头方向观察所得的投影图
六节环：绿宝石Be3Al2[Si6O18]
绿宝石Be3Al2[Si6O18]结构
六方晶系，空间群P6/mcc，
晶胞参数：a=0.921nm，c=0.917nm 晶胞分子数Z=2，如图1-34。
基本结构单元是由6个[SiO4] 组成六节环，其中1
无机非金属材料中的简单晶体结构
无机非金属材料中的简单晶体结构下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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第二章 晶体结构-3
钙钛矿结构
• 正交晶系和立方晶系两种变体（600℃）
立方钙钛矿
Ca2＋占据顶角，O2－占据面心， Ti4＋位于晶胞中心
（b）反映Ca2+配位的晶胞结构 （另一种晶胞取法）
Ca2＋
O2－ Ti4＋
Ca2＋
O2-和Ca2＋半径相似，共同构成面心立方堆积， Ca2＋占据顶角，O2－占据面心，Ti4＋填充 1/4[TiO6]八面体空隙. Ti4+，CN＝6； Ca2＋ CN＝12 晶胞分子数1
3.立方ZnS（闪锌矿，zincblende）型结构
闪锌矿属于立方晶系，点群3m，空间群F3m，其结构与 金刚石结构相似，如图1-17所示。 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。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。
3）闪锌矿ZnS结构（立方－ZnS）
4）纤锌矿ZnS结构（六方－ZnS）
• 六方晶系 a＝0.382nm，c＝ 0.625nm • S2－构成六方密堆积 • Zn2＋填充1/2四面体空隙 •Zn2+和S2-离子的配位数均为 4.[ZnS4]及[SZn4] •晶胞分子数为2 •可看成Zn、S各一套穿插而成
常见纤锌矿结构的晶体有BeO、ZnO、CdS、 GaAs等
（a）晶胞结构图
无机材料科学基础---第二章晶体结构
13．在石英的相变中，属于重建型相变的是 AC，属于位移式相变的是 BD 。（A α-石英→α-鳞石英；B α-石英→β-石英；C α-鳞石英 →α-方石英；D α方石英→β-方石英） P C I F 三、（1）a≠b≠c，α＝β＝γ＝ 90°的晶体属什么晶系？（2） 三斜 √ a≠b≠c，α≠β≠γ≠90°的晶 单斜 √ √ 体属什么晶系？（3）你能否据此 斜方 √ √ √ √ 确定这两种晶体的布拉维点阵？ （1）斜方晶系（2）三斜晶系（3） 三方 √ 由左表可见，三斜晶系可以确定， 四方 √ √ 而斜方晶系不能确定 六方 √ 等轴 √ √ √
比 3:2:1 五、以NaCl 晶胞为例，说明面心立方紧密堆积中的八面体和四面体空隙的位置和 数量。 Z(Na)=1/8×8+1/2×6=4；Z(Cl)=1+1/4×12=4；Z=4
四面体数量：8 （1/4，1/4，1/4）；（1/4，1/4，3/4）；（1/4， 3/4，1/4）；（1/4，3/4，3/4）；（3/4，1/4，1/4）；（3/4，1/4， 3/4）；（3/4，3/4，1/4）；（3/4，3/4，3/4）各有一个四面体空隙 八面体数量：4 （0,0.5,0）组成1个八面体空隙；（0.5，0，0）组成1 个八面体空隙；（0，0，0.5）组成1个八面体空隙；（0.5；0.5； 0.5）组成1个八面体空隙 六、计算体心立方、面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数、致 密度。 Z=2
结构类型 [SiO4]共用O2数 形状 络阴离子 [SiO4]2[Si2O7]6[Si3O9]2[Si4O12]8[Si6O18]12[Si2O6]4[Si4O11]6[Si4O10]4[SiO2][AlSi3O8][AlSiO4]Si:O 实例
岛状 0 组群状 1 2 2 2 链状 2 3 层状 3 架状 4
无机物的晶体结构分析方法综述
无机物的晶体结构分析方法综述晶体结构是材料科学的重要研究内容之一，其研究工作日益重要。
而晶体结构分析是确定化合物晶体结构的主要方法。
在化学和物理学领域中，研究和解析晶体结构一直是研究者对化合物特性和性质的理解的基础。
无机物的晶体结构分析方法多样，我们将在本文中对其中常用的三种方法进行综述。
一、衍射方法晶体衍射是一种利用晶体衍射样品中原子散射波的方法，用于分析物质的晶体结构。
由于晶体具有规则的排列方式和重复单位，当X射线、中子或电子，经过晶体后，就会形成衍射。
不同晶体的衍射图案是唯一的，这意味着一个给定的晶体可以通过衍射图案来确定其晶体结构。
衍射方法最大的优点是精度高，能够解析出细微的晶体结构细节。
不过，使用衍射方法要求样品必须为单晶体，这也是衍射方法最大的限制。
二、粉末衍射方法粉晶衍射是无机物结构分析中常用的方法之一。
和衍射方法相比，这种方法可以处理不规则的晶体、非晶态样品，大大地扩宽了晶体结构分析的范围。
要想粉晶衍射有效，需要将样品研磨成颗粒状态，然后将粉末按一定方式均匀地分布在玻璃纤维上形成薄层（致密粉垫）。
最后，样品直接暴露在X或者中子射线下，记录出X或中子衍射的图样。
粉晶衍射方法的优点是可以处理非晶态、多晶态的材料，并且可以同时进行测量和分析。
三、核磁共振核磁共振是分子结构分析中极为常见的技术。
该领域大量应用于化学、物理和生物化学等区域，其分析精度甚至能够达到与X 射线衍射相媲美的水平。
核磁共振的工作原理是利用氢原子的磁性对其进行分析。
简单的说，核磁共振是通过氢原子中的质子的磁性来分析该物质的晶体结构和化学环境。
通过测量样品分子中的质子排布及磁性，然后通过计算机程序来还原分子的结构，从而得到样品的爱因斯坦晶体结构图。
总结综上所述，无机物结构分析方法多种多样，每一种方法都有各自的优缺点。
有弊就有利，不同的分析方法会有针对不同的分析需求。
因此，在选择分析方法时，需要根据不同的情况来确定最合适的分析方法。
氟化钙晶体结构
氟化钙晶体结构
1 关于氟化钙
氟化钙是一种具有重要意义的无机材料，其形状类似于一颗白色的晶体，主要含有Calcium(Ca)、Fluoride(F) 等元素。
氟化钙在大气中缓慢氧化，但是在氧化环境中不易溶解，因此具有很好的隔热和保温作用，并且它也是一种可再生能源，可以在可再生冶金制备行业中进行再生利用。
2 氟化钙晶体的结构
氟化钙晶体的原子结构，可以通过化学法或X射线衍射法进行研究。
它是一种结构敏感的材料，晶体的形状和外形可以受温度、气压等外部环境因素的影响而发生改变。
根据研究，氟化钙晶体的结构大致呈六角柱状，由碳原子整齐地组成而成。
晶体中的氟原子和钙离子运动联合着形成多层结构，这种多层结构使得晶体能够坚固耐用。
3 氟化钙晶体应用
氟化钙晶体以上突出的特性，使它成为多个非常重要的关键的的工业应用领域。
如氟化钙晶体可用作去除灰尘和农药残留；当搭配有机物可以用于制造高密度磁带，以更高的数据存储容量；还可以用于Container Glass的生产，可以降低成本且增加产量；除此之外，它还可以用于橡胶、布料、涂料等工业领域，在不同行业中展现出广泛的应用前景。
4 氟化钙晶体的注意事项
尽管氟化钙晶体具有多种优势，但如果不恰当使用，也会对人体造成伤害，将有可能引起疾病的发生，甚至是致死的情况。
因此，在调配和使用氟化钙晶体时，必须遵守操作规范，采取安全措施，并避免长时间暴露于其中，以免发生不良情况。
另外，购买氟化钙晶体时也应当谨慎，确保质量正规，以确保后期使用顺利进行。
无机材料科学基础-之-硅酸盐的晶体结构
Crystal Structure of Silicates
1
第一节 硅酸盐结构的一般特点及分类 第二节 硅酸盐晶体结构
● 2.1 岛状结构 ● 2.2 组群状结构 ● 2.3 链状结构 ● 2.4 层状结构 ● 2.5 架状结构
2
第一节 硅酸盐结构的一般特点及分类
一、硅酸盐结构的特点
22
硅氧四面体组群状结构包括：双四面 体、三节环、四节环和六节环，如下：
23
2）绿宝石(绿 柱石)
绿宝石的化
学式是
Be3A12(Si6018)。 其晶体结构属于 六方晶系；空间 群为P6∕mcc
ao=0.921nm co=0.917nm Z＝2。
（001）面投影图
115
35
100
50
85 65
50
4
（4）[SiO4]中O—Si—O的结合键不是一条直线， 而是一折线( ≈145° )。
（5）在硅酸盐晶体中，除了硅和氧以外，组成 中还含有其他阳离子多达50多种，因此其结构十 分复杂。常发生同晶取代。
145°
5
(6)在硅酸盐晶体 中，对于每个硅氧 四面体之中的氧， 又可分为桥氧和非 桥氧。
16
硅氧四面体是孤
立的，硅氧四面体 之间是由镁离子按 镁氧八面体的方式 相连的。每一个O2离子和三个Mg2+离 子以及一个Si4+离 子相连，电价是平 衡的。
（001）面投影图
17
按照晶体结构的局部电中性要求， L.C.鲍林提出以下五项规则：
第一规则 在每一正离子周取决于半径和， 正离子的配位数取决于正、负离子的半径比。
当[SiO4]之间完全相互直接连接形成架状结 构时，O/Si=2。
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• 空间群的简短国际符号为Fm-3m 。符号的第一个大写字 母表示点阵型式，F表明这个空间群属于面心格子。3个 小写字母分别表示在3个方向的对称操作。对于不同的晶 系，这3个位置所代表的方向不同（表3.3）。
NaCl面心立方单胞中包含了4个点阵点，分别位于立 方体的顶点和面心位置。如3.1 b是面心立方点阵。
图3.1 NaCl晶体
图b所示的三方格子可以作为NaCl的单胞，这个单胞中只 含有一个点阵点，称作三方素格子。三方格子保留了一个三重 轴，因而并没有保持面心立方点阵所具有的全部对称性。
单胞中只含有一个点阵点的格子称作简单格子（P），在 很多情况下需要有2个及以上的点阵点，才能符合表3.1关于单 胞对称性的要求，这就是相应的复格子。
立方晶系的晶体可以有简单立方（P）、面心立方（F）和 体心立方（I）三种点阵型式，其中面心立方和体心立方的单 胞为复单胞，分别包含了4个和2个点阵点。
7种晶系共有14 种空间点阵型式，图 3.2如左。
3.2 确定晶体结构的方法
晶体结构的基本要素是点阵和基本结构单元。目前， 确定晶体结构主要利用衍射方法，包括X射线衍射、中子 衍射和电子衍射。
本章重点是分析一些典型的结构类型。
3.1 晶体结构的对称性
分子的对称性各式各样，当分子按一定方式排列成为晶体 时，表现出人们观察到的宏观晶体对称性。晶体的宏观对称性 受晶体平移对称性制约，可以不同于分子对称性。
例如，二茂铁分子具有五次轴，但由于平移对称性约束， 二茂铁晶体不能具有五次轴的宏观对称性。同时，晶体宏观外 形的对称性也不能表现如螺旋轴、滑移面等微观对称操作。
满足平移对称操作的结晶学点群只有32种。从32种 点群所包含的对称操作类型出发，可以进一步把晶体分成 7个晶系。
人们将立方晶系称作高级晶系，六方、四方和三方 晶系称作中级晶系，而把正交、单斜和三斜晶系称作低级 晶系。
表3.1 7个晶系的特征对称元素和晶胞类型
在晶体中，原子或分子按一定周期排列。晶体的这 种周期特征可以用晶格点阵（平移对称性）来描述。在三 维晶格点阵中，每个点阵点都代表结构中最小的重复单位 ，称作基本结构单元，简称结构单元。晶格点阵和基本结 构单元是构成晶体结构的两个最基本要素。
不对称单位中的结构基元与点阵点包含的基本结构单元 不同。点阵点代表的体积可以用VA=Vuc/n表示，因此，点阵 点的基本结构单元可能包含一定数目的不对称结构基元。
在实际工作中，常用不对称单元的结构基元描述晶体结 构的基本特征。
• 国际空间群表列出了空间群中的对称操作集合（ sysmmetry operations）。Fm-3m空间群共有192种对称 操作，利用这些对称操作可以产生空间群的等效点系。
国际表中的不对称单位（asymmetric unit）是指单胞中 的一部分体积，从不对称单位的结构基元出发，利用空间群的 对称操作可以得到单胞中其他部分的结构基元。因此，不对称 单位包含了单胞的全部结构信息。
不对称单位的体积可以表示为：
VA=Vuc/nh Vuc是单胞的体积，n是单胞中的点阵数目，而h则代表空间 群对应的点群的对称操作数目。
第三章 无机材料的晶体结构
本课大纲
• 3.1 晶体结构的对称性 • 3.2 确定晶体结构的方法 • 3.3 空间群 • 3.4 单质和金属间化合物 • 3.5 无机非金属材料的结构
材料的组成和晶体结构是决定材料性质的基 本因素。只有认识材料晶体结构和成键特征，才 能真正理解材料的化学和物理性质的起因。其次 ，随着科技的进步和知识的累积，寻找新材料的 研究也更加具有定向性。
表3.2C 晶体学国际表中的空间 群Fm-3m
• Fm-3m空间群有12组等效点系，等效点系(上表3.2C)的第 一列数目表示等点效点系的多重度。一般等效点的多重度 等于空间群对称操作数目。特殊等效点的多重度等于空间 群对称操作数目除以通过该点的对称操作的阶的乘积。
• 第二列的字母是等效点系的符号，按对称性从高到低的顺 序排列。
• 第三列符号表示等效点系的点对称性，即晶体中等效点所 处环境的对称性。
• 最后一列是晶体的衍射条件，即系统消光条件。
表3.3 国际符号中3个位置所代表的方向
空间群的最大不同构子群
国际表还给出了空间群在不同方向上投影的对称性， 即投影所属的二维空间群。
可分为两类最大不同构子群。第一类是平移同构子群 （Ⅰ),这类子群与原空间群具有相同的平移对称操作，但 是子群中的点群对称性降低，这类子群叫做t- 子群（tsubgroup）。
• 等效点系是空间群的对称操作作用于空间某一点（或坐 标）而产生的一组对称性关联的空间点（或坐标）。对 称操作可以用矩阵表示。
例如，Fm-3m空间群共有192个对称操作，一般等效 点位置的多重度是192。如果选取的初始点位于某种对称 元素上，那么这种对称操作作用在这一点时，只能重复自 身，并不能产生新的等效点。
Fm-3m表示这是一个面心格子，属于立方晶系，在c方向 上分别有四重轴和镜面。在a+b+c方向上有三重反轴，在a+b方 向上存在有二重轴和镜面等。
国际表还标明了Shönflies（熊夫利）符号（O5h）、所属 点群（m-3m）、晶系（cubic）、空间群序号（No.225）和 Patterson符号（Fm-3m）。
划分空间点阵单胞的平行六面体可以有任意种方式 ，根据约定，单胞所具有的对称性应该与晶格点阵的对称 性一致，同时要求单胞体积应尽可能小。
以NaCl 晶体为例，来说明晶胞选取的基本原则。 NaCl具有面心立方结构，在立方单胞中有4个Na原子和4个 Cl原子。如图3.1 a给出了一个单胞的结构。沿3个相互垂 直的基轴分别进行平移操作，可以在三维空间中得到整个 面心立方结构。