GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU VÔ CƠ

Mục lục Chương 1 CẤU TRÚC TINH THỂ ...................................................................................... 2 1.1 Các phương pháp mô tả cấu trúc tinh thể................................................................... 2 1.1.1 Mô tả theo kiểu tế bào mạng lưới....................................................................... 2 1.1.2 Mô tả cấu trúc theo kiểu xếp khít các khối cầu.................................................. 9 1.1.3 Mô tả cấu trúc bằng cách nối các khối đa diện trong không gian.................... 14 1.2 Cấu trúc tinh thể của các oxit và một số hợp chất quan trọng ................................. 15 1.2.1 Cấu trúc tinh thể của một số oxit...................................................................... 16 1.2.2 Hợp chất giữa các oxit...................................................................................... 24 1.3 Những nét đặc biệt của tinh thể công hoá trị và tinh thể kim loại............................ 48 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến kiểu cấu trúc tinh thể ..................................................... 52 1.4.1 Tính hợp thức – SPT của các nguyên tử .......................................................... 52 1.4.2 Ảnh hưởng của kiểu liên kết ............................................................................ 53 1.4.3 Ảnh hưởng của bán kính nguyên tử, ion .......................................................... 54 Chương 1. Cấu trúc tinh thể GS. Phạm Văn Tường Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version http:www.simpopdf.com2 Chương 1 CẤU TRÚC TINH THỂ 1.1 Các phương pháp mô tả cấu trúc tinh thể Cấu trúc tinh thể liên quan đến mọi tính chất của vật liệu. Do đó để tổng hợp được loại vật liệu có các tính chất mong muốn phải hiểu rõ cấu trúc bên trong của nó và từ đó lựa chọn phương pháp chế tạo hợp lí. Có nhiều cách mô tả cấu trúc tinh thể: Dựa vào kiểu tế bào mạng, vào cách sắp xếp khít khối cầu, dựa vào cách nối các đa diện trong không gian. Trong các giáo trình tinh thể học đều có trình bày các phương pháp đó. Ở đây chỉ trình bày tóm tắt những vấn đề liên quan đến môn vật liệu học. 1.1.1 Mô tả theo kiểu tế bào mạng lưới Trong chất rắn dạng tinh thể, các tiểu phân (nguyên tử, ion, phân tử,…) được sắp xếp một cách đều đặn, tuần hoàn tạo thành một mạng lưới không gian. Giả sử ta chọn một tiểu phân A bất kì làm gốc toạ độ, rồi dựng hệ trục toạ độ AX, AY, AZ theo 3 hướng trong không gian. Gọi góc lập bởi 3 trục đó là α, β, γ và gọi khoảng cách đều đặn giữa các tiểu phân theo trục AX là a (thông số đơn vị theo trục AX), theo trục AY là b, theo trục AZ là c. Thể tích bé nhất trong không gian ABCDA’B’C’D’ có chứa mọi yếu tố đối xứng đặc trưng cho không gian gọi là tế bào mạng lưới. A B C D A B C D X Y Z β α γ a b Hình 1 Mạng lưới không gian Tùy theo các giá trị a, b, c, α, β, γ, người ta phân ra thành 7 hệ tinh thể với các kiểu ô mạng cơ sở khác nhau, mỗi ô mạng cơ sở lại phân thành các kiểu mạng lưới khác nhau và được ký hiệu như sau: ô mạng cơ sở đơn giản kí hiệu là P, nếu tâm của các mặt mạng cơ sở có chứa một tiểu phân nữa thì gọi là mạng lưới tâm mặt và kí hiệu là F, nếu chỉ tâm của hai đáy có chứa thêm tiểu phân thì gọi là mạng lưới tâm đáy và kí hiệu là C, nếu tại tâm điểm của ô mạng cơ sở có chứa một tiểu phân thì gọi là mạng lưới tâm khối và kí hiệu là I. Bảng 1 dưới đây giới thiệu 7 hệ tinh thể và 14 kiểu tế bào mạng lưới. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version http:www.simpopdf.com3 Bảng 1.7 hệ tinh thể và 14 kiểu tế bào mạng Hệ Các thông số tế bàomạng Yếu tố đối xứng đặc trưng nhất Các kiểu mạng Lập phương (cubic) a = b = c α = β = γ = 90o 4 trục bậc ba P. F. I Bốn phương (tetragonal) a = b ≠ c α = β = γ = 90o 1 trục bậc bốn P. I Trực thoi (orthorhombic) a ≠ b ≠ c α = β = γ =90o 3 trục bậc hai P. F. I. C Lục phương (hexagonal, trigonal) a = b ≠ c α = β = 90o, γ = 120o 1 trục bậc sáu P Mặt thoi (Rhombohedral) a = b = c α = β = γ ≠ 90o 1 trục bậc ba P Đơn tà (monoclinic) a ≠ b ≠ c α = β = 90o, γ ≠ 90o 1 trục bậc hai P. C Tam tà (triclinic) a ≠ b ≠ c α ≠ β ≠ γ ≠ 90o không P Hệ lục phương (Hexagonal) và hệ tam phương (Trigonal) đều có thông số tế bào mạng như nhau. Cột thứ 3 trong bảng 1 chỉ đưa ra yếu tố đối xứng đặc trưng nhất của mỗi hệ. Còn số yếu tố đối xứng của các hệ thì có rất nhiều. Ví dụ có nhiều yếu tố đối xứng nhất là hệ lập phương. Hệ lập phương có 3 trục đối xứng bậc 4 (3A4) là các đường thẳng nối tâm điểm của hai mặt đối diện nhau, 3 đường này trực giao với nhau tại tâm tế bào, 4 trục đối xứng bậc ba (4A3) là các đường thẳng nối hai đỉnh đối diện nhau, sáu trục đối xứng bậc hai (6A2) là các đường thẳng nối điểm giữa 2 cạnh đối diện nhau, ba mặt đối xứng M (3M) là mặt phẳng đi qua tâm điểm của 4 cạnh song song với nhau, sáu mặt đối xứng M’ (6M’) là các mặt cắt khối lập phương theo từng cặp đường chéo một, một tâm đối xứng (C). Như vậy khối lập phương có các yếu tố đối xứng là: 3A4, 4A3,6A2, 3M, 6M’, C Cũng vậy các yếu tố đối xứng của hệ tứ phương là 1A4, 2A’2, 2A”2, M, 2M’, 2M”, C. Các yếu tố đối xứng của hệ trực thoi là A2, A’2, A”2, M, M’, M”, C. Các yếu tố đối xứng của hệ lục phương là A6, 3A2, 3A’2, M, 3M’, 3M”, C. Các yếu tố đối xứng của hệ mặt thoi là A2, 3A2, 3M, C. Hệ đơn tà có các yếu tố đối xứng: A2, M, C. Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version http:www.simpopdf.com4 P a b c C c a b I a b c F c a b Hình 2 Bốn tế bào mạng lưới của hệ trực thoi P: là mạng lưới đơn giản F: là mạng lưới tâm mặt C: là mạng lưới tâm đáy I: là mạng lưới tâm khối Trong mạng lưới tinh thể có rất nhiều họ mặt phẳng song song và cách đều nhau. Mỗi một họ mặt phẳng song song với nhau đó được đặc trưng bằng 3 chỉ số h k l (gọi là chỉ số Mile (Miller)). Để xác định chỉ số h, k, l của một mặt phẳng bất kỳ trong mạng lưới tinh thể, trước hết cần chọn gốc toạ độ O và ba trục xuất phát từ O là Ox, Oy, Oz. Thông số đơn vị theo trục Ox là a, theo Oy là b và theo Oz là c. Ví dụ mặt 1 trên hình 3 cắt Ox ở điểm ứng với 12 thông số đơn vị (a2), cắt Oy ở điểm ứng với một thông số đơn vị (b1) cắt Oz ở điểm ứng với 13 thông số đơn vị (c3). Lấy giá trị nghịch đảo của các số đó ta được chỉ số h k l của mặt 1 là 2 1 3. Có một họ các mặt phẳng song song và cách đều mặt 1 đó, trên hình vẽ có ghi mặt 2. Họ mặt phẳng đó gọi là họ mặt 2 1 3 có mặt 1 gần với gốc toạ độ nhất. Hình 4 giới thiệu chỉ số Mile của một số mặt phẳng khác nhau. y z x 1 2 a b c 0 o a2 c3 b Hình 3 Xác định chỉ số Mile hkl của mặt phẳng trong mạng lưới tinh thể (a) (b) (c) z x y b a y c O z x a b c o b a c a b x z y b a c O 1 2 a Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version http:www.simpopdf.com5 Hình 4 Chỉ số Mile của một số mặt phẳng khác nhau: a(111); b(101); c(010) Mặt phẳng gạch gạch ở hình 4a cắt Ox, Oy, Oz ở điểm ứng với một thông số đơn vị a, b, c nên gọi là mặt 1 1 1. Hình 4b vẽ mặt phẳng cắt trục Ox, Oz ở điểm ứng với một thông số đơn vị và song song với trục Oy (cắt Oy ở ∞) nên gọi là mặt 1 0 1. Hình 4c có các mặt c và d song song với nhau, ta chọn mặt d để xác định chỉ số Mile của họ mặt phẳng này, vì mặt c đi qua điểm gốc O không thể xác định được các giá trị h k l. Mặt d song song với trục Ox và Oz cắt Oy ở một thông số đơn vị b nên gọi là mặt 0 1 0.

GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU VÔ CƠ

Thông tin tài liệu

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan