材料科学基础 习题

内容发布更新时间 : 2025/4/7 22:46:53星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

第一章 结晶学基础 第二章 晶体结构与晶体中的缺陷

1 名词解释:配位数与配位体,同质多晶、类质同晶与多晶转变,位移性转变与重建性转变,晶体场理论与配位场理论。晶系、晶胞、晶胞参数、空间点阵、米勒指数(晶面指数)、离子晶体的晶格能、原子半径与离子半径、离子极化、正尖晶石与反正尖晶石、反萤石结构、铁电效应、压电效应. 答:配位数:晶体结构中与一个离子直接相邻的异号离子数。

配位体:晶体结构中与某一个阳离子直接相邻、形成配位关系的各个阴离子中心连线所构成的多面体。 同质多晶:同一化学组成在不同外界条件下(温度、压力、pH值等),结晶成为两种以上不同结构晶体的现象。

多晶转变:当外界条件改变到一定程度时,各种变体之间发生结构转变,从一种变体转变成为另一种变体的现象。

位移性转变:不打开任何键,也不改变原子最邻近的配位数,仅仅使结构发生畸变,原子从原来位置发生少许位移,使次级配位有所改变的一种多晶转变形式。

重建性转变:破坏原有原子间化学键,改变原子最邻近配位数,使晶体结构完全改变原样的一种多晶转变形式。

晶体场理论:认为在晶体结构中,中心阳离子与配位体之间是离子键,不存在电子轨道的重迭,并将配位体作为点电荷来处理的理论。

配位场理论:除了考虑到由配位体所引起的纯静电效应以外,还考虑了共价成键的效应的理论

图2-1 MgO晶体中不同晶面的氧离子排布示意图

2 面排列密度的定义为:在平面上球体所占的面积分数。

(a)画出MgO(NaCl型)晶体(111)、(110)和(100)晶面上的原子排布图; (b)计算这三个晶面的面排列密度。

解:MgO晶体中O2-做紧密堆积,Mg2+填充在八面体空隙中。

(a)(111)、(110)和(100)晶面上的氧离子排布情况如图2-1所示。 (b)在面心立方紧密堆积的单位晶胞中,a0?22r

(111)面:面排列密度= 2?r2/??4r2??3/2/2???/23?0.907 (110)面:面排列密度=2?r2/?4r?22r???/42?0.555

??(100)面:面排列密度=2?r2+

22/?22r???/4?0.785 ??????3、已知Mg半径为0.072nm,O半径为0.140nm,计算MgO晶体结构的堆积系数与密度。

2-2+

解:MgO为NaCl型,O做密堆积,Mg填充空隙。rO2- =0.140nm,rMg2+=0.072nm,z=4,晶胞中质点体积:(4/33πr 33

3)34,a=2(r++r-),晶胞体积=a,堆积系数=晶胞中MgO体积/晶胞体积=68.5%,密度=晶胞O2-+4/33πrMg2+

3

中MgO质量/晶胞体积=3.49g/cm。

4、(1)一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c,求出该晶面的米勒指数;(2)一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c,求出该晶面的米勒指数。

解:(1)h:k:l=1/2:1/3:1/6=3:2:1,∴该晶面的米勒指数为(321);(2)(321) 5 试证明等径球体六方紧密堆积的六方晶胞的轴比c/a≈1.633。

证明:六方紧密堆积的晶胞中,a轴上两个球直接相邻,a0=2r;c轴方向上,中间的一个球分别与上、下 各三个球紧密接触,形成四面体,如图2-2所示:

2-

co/2?2r??2r/32??2?22/3r

2-2 六方紧密堆积晶胞中 有关尺寸关系示意图

c0/a0?42/3r/2r?22/3?1.633 图

6、计算体心立方、面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数、堆积系数。 解:体心:原子数 2,配位数 8,堆积密度 55.5%;

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