Bài giảng vật liệu học - Chương 3: Cấu trúc của vật liệu vô cơ ppt

VẬT LIỆU HỌC VẬT LIỆU HỌC TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 1 1 Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 Chương 3 Chương 3 Cấu trúc của vật liệu vô cơ Cấu trúc của vật liệu vô cơ 3.1.Β ν χη τ & Πην λο ιả ấ ạ 3.1.Β ν χη τ & Πην λο ιả ấ ạ 3.2.Λιν κ τ νγυψν τ ế ử 3.2.Λιν κ τ νγυψν τ ế ử 3.3. 3.3. Χ υ τρχ χ Χ υ τρχ χ α ϖ τ λι υ ủ ậ ệ α ϖ τ λι υ ủ ậ ệ Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 2 2 3.1.Bản chất & Phân loại 3.1.Bản chất & Phân loại   Γ µ ( τ νυνγ)ố đấ Γ µ ( τ νυνγ)ố đấ : ϖ τ λι υ χη τ ο τ τ στ ậ ệ ế ạ ừ đấ : ϖ τ λι υ χη τ ο τ τ στ ậ ệ ế ạ ừ đấ (χαο λανη :Αλ (χαο λανη :Αλ 2 2 Ο Ο 3 3 .2ΣιΟ .2ΣιΟ 2 2 .2Η .2Η 2 2 Ο) Ο)   Τηυ τινηỷ Τηυ τινηỷ : ΣιΟ : ΣιΟ 2 2 −ΧαΟ−Να −ΧαΟ−Να 2 2 Ο Ο   Ξιµ νγ ă Ξιµ νγ ă : ΧαΟ−ΣιΟ : ΧαΟ−ΣιΟ 2 2 −Αλ −Αλ 2 2 Ο Ο 3 3 Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 3 3 3.1.Bản chất & Phân loại 3.1.Bản chất & Phân loại   Β ν χη τ: Β ν χη τ: Χεραµιχ (ς τ λι υ ϖ χ ) χ τ ο τη◊νη τ χ〈χ η π χη τ η⌠α η χ γι α κιµ ậ ệ ơ đượ ạ ừ ợ ấ ọ ữ Χεραµιχ (ς τ λι υ ϖ χ ) χ τ ο τη◊νη τ χ〈χ η π χη τ η⌠α η χ γι α κιµ ậ ệ ơ đượ ạ ừ ợ ấ ọ ữ λο ι (Με) ϖ ι 〈 κιµ (Β, Χ, Ν, Ο) Ηο χ χ〈χ 〈 κιµ ϖ ι νηαυ ạ ớ ặ ớ λο ι (Με) ϖ ι 〈 κιµ (Β, Χ, Ν, Ο) Ηο χ χ〈χ 〈 κιµ ϖ ι νηαυ ạ ớ ặ ớ   Πην λο ι: Πην λο ι: τηεο χ ι µ κ τ η πđặ đ ể ế ợ τηεο χ ι µ κ τ η πđặ đ ể ế ợ   Γ µ ϖ◊ ς τ λι υ χη υ λ αố ậ ệ ị ử Γ µ ϖ◊ ς τ λι υ χη υ λ αố ậ ệ ị ử   Τηυ τινη ϖ◊ Γ µ τη ψ τινη Τηυ τινη ϖ◊ Γ µ τη ψ τινη   Ξιµ νγ ϖ◊ Βτνγ Ξιµ νγ ϖ◊ Βτνγ Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 4 4 3.2.Liên kết nguyên tử 3.2.Liên kết nguyên tử   ς.ϖ χ = ς.ϖ χ = Νγτ ΚΛ + Νγτ 〈 κιµ=> Νγτ ΚΛ + Νγτ 〈 κιµ=> ∑ ∑ Νγ.τ : Νγ.τ : ≠ ≠ κχη τη  χ; κχη τη  χ; ≠ ≠ ϖ ι ν τ ; ỏ đ ệ ử ϖ ι ν τ ; ỏ đ ệ ử ≠ ≠ λ χ λιν κ τự ế λ χ λιν κ τự ế   µ ι ν:Độ đ ệ µ ι ν:Độ đ ệ χ χ κλ κλ ≠ ≠ χ χ ακιµ ακιµ   ι ν τ η⌠α τρ ε χ α κ.λο ι “ ”Đ ệ ử ị ủ ạ ι ν τ η⌠α τρ ε χ α κ.λο ι “ ”Đ ệ ử ị ủ ạ   δ χη χηυψ ν ϖ πηα ℑ κιµ ị ể ề δ χη χηυψ ν ϖ πηα ℑ κιµ ị ể ề =>Λιν κ τ ιον =>Λιν κ τ ιον Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 5 5   ς δ : ς τ λι υ σιλιχατ : ΣιΟụ ậ ệ ς δ : ς τ λι υ σιλιχατ : ΣιΟụ ậ ệ 2 2 Ο: Ζ=8 Ο: Ζ=8 Σι: Ζ = 14 Σι: Ζ = 14   Σι Σι χ χ ⌠ 4 ε τηαµ για λιν κ τ ⌠ 4 ε τηαµ για λιν κ τ : :  ι ν τ ε χ α Σι διχη χηυψ ν ϖ 4 νγτ Οξψ“ ”  ι ν τ ε χ α Σι διχη χηυψ ν ϖ 4 νγτ Οξψ“ ”   Σι Σι 4+ 4+ , Ο , Ο 2− 2− => => Λιν κ τ ιον Λιν κ τ ιον Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 6 6 1S 2 2P 6 3S 1 2S 2 3p 3 2S 2 1S 2 2P 4 Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 7 7 • Mỗi ion Si 4+ bao quanh bởi 4 ion O 2- => Tứ diện tam giác đều (SiO 4 ) 4- ( Đa diện phối trí (SiO 4 ) 4- ) Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 8 8 • Mỗi ion Si 4+ bao quanh bởi 4 ion O 2- => Tứ diện tam giác đều (SiO 4 ) 4- ( Đa diện phối trí (SiO 4 ) 4- ) • µ β ο τρυνγ η∫α ϖ ι ν : Μ ι ιον ΟĐể đả ả ề đ ệ ỗ µ β ο τρυνγ η∫α ϖ ι ν : Μ ι ιον ΟĐể đả ả ề đ ệ ỗ 2− 2− λ◊ νη χηυνγ χ α 2 đỉ ủ λ◊ νη χηυνγ χ α 2 đỉ ủ κη ι τ δ ν ố ứ ị κη ι τ δ ν ố ứ ị => => Λιν κ τ χ νγ η⌠α τρ ế ộ ị Λιν κ τ χ νγ η⌠α τρ ế ộ ị → → Μ νγ τινη τηạ ể Μ νγ τινη τηạ ể Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 9 9 Mạng kh.gian 3 chiều Mạng kh.gian 2 chiều Hợp chất Hợp chất LK ion, % LK ion, % Hợp chất Hợp chất LK ion, % LK ion, % K-O K-O 90 90 Al-O Al-O 60 60 Mg-O Mg-O 80 80 B-O B-O 45 45 Zr-O Zr-O 67 67 Si-O Si-O 40 40 Ti-O Ti-O 63 63 C-O C-O 22 22 Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 10 10  Liên kết ion: chủ yếu Liên kết cộng hóa trị : ít  Năng lượng liên kết : E = 100 – 500 kj/mol (đối với kim loại E =60 – 250 kj/mol) [...]... FeO…) 24 • Cấu trúc MX ZnS: Rc = 0.074nm Ra= 0.184 nm Rc/Ra = 0.402 Số sắp xếp # = 4 Tỷ số Cation/Anion = 1/1 Dạng cấu trúc (dạng phân bố)? (other solids with zinc blende structure: ZnTe, CdS, SiC…) Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 25 • Cấu trúc MX2 hay M2X CaF2: Rc = 0.10nm Số sắp xếp # = 8 Ra= 0.133 nm Rc/Ra = 0.75 Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 26 • Cấu trúc MmNnXp hay BaTiO3 Ba2+ : đỉnh O 2- : mặt Ti4+... 1 3 (2) (r − +r+ ) /:r- r+ ≥ 0.732 − r 22  Kiểu mạng tinh thể & Số phối trí : phụ thuộc Rc/Ra - Vì Rc< Ra  Rc/Ra < 1 -  Rc/Ra   n Tỷ số Rc/Ra Số P.trí < 0.155 0.1550.225 0.2250.414 0.4140.732 0.7321.00 2 3 4 6 8 Dạng Phân bố ion Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 23 • Cấu trúc MX NaCl: Rc= 0.102nm Ra = 0.181 nm Tỷ số Rc/Ra= 0.564 Số sắp xếp ? Tỷ số Cation/Anion = 1/1 Dạng cấu trúc (dạng phân bố)? ROCK...3.3 .Cấu trúc của vật liệu 3.3.1.Χ υ τρχ τινη τη 3.3.2.Χ υ τρχ ϖ 3.3.3.ς τ λι υ νη ηνη α πηα ϖ◊ α τινη τη 3.3.4.Κηυψ τ τ τ τρονγ µ νγ τινη τη Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 11 3.3.1 .Cấu trúc tinh thể Χ ấυ τρχ = φ (Λιν κ ếτ ιον, Λιν κ ếτ χ ộνγ η⌠α τρ ị)  Λιν κ ếτ η⌠α η ọχ  Τỷ σố ς Σ ( ε−χηο... Bền vững TS Hà Văn Hồng Bền vững 13  Bán kính ion : Rc < Ra Cation Rc, nm Cation Rc, nm Anion Ra,nm Al3+ 0.053 Mg2+ 0.072 Br- 0.196 Ba2+ 0.136 Mn2+ 0.067 Cl- 0.181 Ca2+ 0.100 Na+ 0.102 F- 0.133 Cs2+ 0.170 Ni2+ 0.069 I- 0.220 Fe2+ 0.077 Si4+ 0.040 O 2- 0.140 Fe3+ 0.069 Ti4+ 0.061 S 2- 0.184 K+ 0.138 Zn2+ 0.074 Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 14  Χ ấυ τρχ : Ντ µ νγ : Ιον (−) Μ ạνγ τινη τη ể χ ủα ανιον Λ... hay BaTiO3 Ba2+ : đỉnh O 2- : mặt Ti4+ : tâm Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 27  Cấu trúc tinh thể  Mạng tinh thể :∑ Đa diện phối trí (Ô cơ sở) Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 28  Đα δι ệν πη.τρ [ΣιΟ 4 ] 4− → Λ.κ ếτ θυα đỉνη → Μ.τινη τηể Mạng kh.gian 3 chiều Tháng 02.2006 Mạng kh.gian 2 chiều TS Hà Văn Hồng 29 3.3.2 .Cấu trúc vô định hình Λιν κ τ ιον  Μ ạνγ ξ λ ệχη, đứτ => Χ ấυ τρχ ϖ địνη ηνη Thủy... Hà Văn Hồng 29 3.3.2 .Cấu trúc vô định hình Λιν κ τ ιον  Μ ạνγ ξ λ ệχη, đứτ => Χ ấυ τρχ ϖ địνη ηνη Thủy tinh Alumosilicat Thủy tinh thạch anh (SiO2) Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng (SiO2-Al2O3-Na2O) 30 3.3.3 .Vật liệu đa pha & Đa tinh thể  ς ậτ λι ệυ đα πηα :  ΧΤ τινη τη + ΧΤ ϖ νη ηνη  ς δ ụ : Σ ứ, γ ốµ χη ịυ λ ửα, γ ốµ τη ủψ τινη  ς ậτ λι ệυ đα τινη τη ể : ∑ νηι ềυ η ạτ τινη τη ể : χ ấυ τρχ... TS Hà Văn Hồng 15  Kiểu mạng tinh thể & Số phối trí = f(r+/r-) n = 2 Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 16  Kiểu mạng tinh thể & Số phối trí = f(r+/r-) n = 3 r− 3 = − + r +r 2 AP 3 0 = cos 30 = 2 AO r+ 2 3 − 3 r − + − 1 = 0.115 r = (r + r ) 1 = (1 + − ) − = r 3 2 2 r + Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 17  Kiểu mạng tinh thể & Số phối trí = f(r+/r-) n = 4 Tam giác EFH ( 2r ) − 2 2 2 a a a =   + ... tiếp xúc ( − 2 r +r Tháng 02.2006 + )=a (2) TS Hà Văn Hồng 20  Kiểu mạng tinh thể & Số phối trí = f(r+/r-) hay Thay (2) vào (1) ta có : ( 2 r− +r+ 2r ≤ 2 −  r+ 1 ≤ 1 + −  r  ) 2  2   2  ( 2r − ≤ r − + r + ) 2 / :2r- r+ 2 ≥ −1 − r 2 r+ ≥ 0.414 − r Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 21 n = 8 - Các ion trái dấu tiếp xúc nhau 2r − ≤ a [2( r − +r − + )] 2 (1) = a 2 + a 2 + a 2 = 3a 2 + 2( r + r ) =... a BH = 3 = 2 r− +r+ 2 ) a= r ≤ 2 3 r+ ≥ − r (r − +r+ 3 −1 2 Tháng 02.2006 ) / : r- (r 4 3 2r − ≤ Thay (2) vào (1) : − 2 a a a a =   +   +   = 3  2 2 2 2 4 3 − 2 +r+ (r − ) (2) +r+ 2  r+ 1 + − 1≤  3 r ) 2 2 /:2     r+ > 0.225 − r TS Hà Văn Hồng 19  Kiểu mạng tinh thể & Số phối trí = f(r+/r-) n = 6 : Xét tam giác AEC : ( AC ) 2 ≤ ( AE ) 2 + ( EC ) 2 ( 2r ) − 2 2 2 a... Frenkel : Cation rời nút mạng → Nắm xen kẽ giữa các aniom => Cặp: N.trống (+) & N.tử xen kẽ (+) •Khuyết tật Schotky : Cation và Anion rời nút mạng → Định vị ở bề mặt ngoài => Cặp:N.trống (+) & N.trống (-) Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 32 Tháng 02.2006 TS Hà Văn Hồng 33  Τ ạπ χη ấτ τρονγ µ ạνγ τινη τη ể Τ π χη τ  ∆υνγ δ ịχη ρ ắν τηαψ τη ế (δ.δη ρ ắν ξεν κ ẽ) Đι ềυ κι ệν: Đι ệν τχη : γι ốνγ νηαυ Κχη . VẬT LIỆU HỌC VẬT LIỆU HỌC TS. Hà Văn Hồng TS. Hà Văn Hồng 1 1 Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 Chương 3 Chương 3 Cấu trúc của vật liệu vô cơ Cấu trúc của vật liệu vô cơ 3.1.Β ν χη τ. % Hợp chất Hợp chất LK ion, % LK ion, % K-O K-O 90 90 Al-O Al-O 60 60 Mg-O Mg-O 80 80 B-O B-O 45 45 Zr-O Zr-O 67 67 Si-O Si-O 40 40 Ti-O Ti-O 63 63 C-O C-O 22 22 Tháng 02.2006 Tháng 02.2006 TS liên kết : E = 100 – 500 kj/mol (đối với kim loại E =60 – 250 kj/mol) 3.3 .Cấu trúc của vật liệu 3.3 .Cấu trúc của vật liệu 3.3.1.Χ υ τρχ τινη τη 3.3.1.Χ υ τρχ τινη τη 3.3.2.Χ υ τρχ ϖ