1、材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分第二章第二章 理想晶体结构理想晶体结构 第一节：常见典型结构类型第一节：常见典型结构类型 第二节：硅酸盐晶体结构第二节：硅酸盐晶体结构 第三节：晶体结构缺陷第三节：晶体结构缺陷材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分问题：影响晶体结构的主要因素有哪些？问题：影响晶体结构的主要因素有哪些？从第一章可知晶体是具有格子构造的固体，对称性从第一章可知晶体是具有格子构造的固体，对称性是晶体的最本质的特征。但是晶体的外在表现形式是晶体的最本质的特征。但是晶体的外在表现形式又往往是不同的。又往往是不同的。问题：化学组成一样，为什么结构形
2、式具有多样性。问题：化学组成一样，为什么结构形式具有多样性。比如石墨和碳黑是同素异形体，但是为什么石墨和比如石墨和碳黑是同素异形体，但是为什么石墨和碳黑的体积密度不相同。碳黑的体积密度不相同。晶体化学：研究晶体的结构与化学晶体化学：研究晶体的结构与化学 组成及性质之间组成及性质之间的学科的学科材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分第一节:典型的离子晶体的结构晶体的结构分析内容晶体的结构分析内容:晶体所属的晶系晶体所属的晶系晶体中质点（原子或离子）的堆积方式及空间晶体中质点（原子或离子）的堆积方式及空间坐标坐标配位数、配位多面体及其连接方式配位数、配位多面体及其连接方式晶胞分子
3、数晶胞分子数空隙填充情况空隙填充情况特定的晶体结构对晶体性能的影响特定的晶体结构对晶体性能的影响材料组成材料组成-结构结构-性能之间的相互关系性能之间的相互关系材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分描述晶体结构的几种方法描述晶体结构的几种方法1、坐标系法、坐标系法 给出单位晶胞中质点的坐标。给出单位晶胞中质点的坐标。2、晶体紧密堆积方法、晶体紧密堆积方法 金属晶体一般按紧密堆积排列。离子晶体一般按阴金属晶体一般按紧密堆积排列。离子晶体一般按阴离子密堆，阳离子填充空隙。离子密堆，阳离子填充空隙。3、配位多面体及其连接方式描述晶体结构、配位多面体及其连接方式描述晶体结构 对于复杂
4、的晶体结构采用这种方法对于复杂的晶体结构采用这种方法材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分本节介绍以下内容：本节介绍以下内容：一、一、AX型结构，型结构，二、二、AX2型结构，型结构，三、三、A2X3型结构，型结构，四、四、ABO3型结构，型结构，五、五、AB2O4型（尖晶石，型（尖晶石，spinelle）结）结构，构，材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分一、一、AX型结构型结构 AX型结构主要有型结构主要有CsCl，NaCl，ZnS，NiAs等物质。等物质。特点：特点：键性主要是离子键，其中键性主要是离子键，其中CsCl，NaCl是典型是典型的离子晶体，
5、的离子晶体，NaCl晶体是一种透红外材料；晶体是一种透红外材料；ZnS带有一定带有一定的共价键成分，是一种半导体材料；的共价键成分，是一种半导体材料；NiAs晶体的性质接近晶体的性质接近于金属。于金属。大多数大多数AX型化合物的结构类型符合正负离子半径比型化合物的结构类型符合正负离子半径比与配位数的定量关系。与配位数的定量关系。少数化合物在少数化合物在r+/r-0.732或或r+/r-0.414时仍属于时仍属于NaCl型结构。如型结构。如KF，LiF，LiBr，SrO，BaO等。等。材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分1.NaCl型结构型结构 NaCl属于立方晶系，晶胞参数
6、的关系是属于立方晶系，晶胞参数的关系是a=b=c0.563nm，=90o，点群，点群m3m，空间群，空间群Fm3m。第一规则第一规则：r/R=0.095/0.181=0.5250.414,形成氯钠八面体形成氯钠八面体ClNa6，Na+的配位数为的配位数为6。第二规则第二规则：1=Si=(1/6)i，可得，可得i=6，说明一个，说明一个Cl-离子连离子连接接6个个Na+，即连接，即连接6个个八面体八面体NaCl6。第三规则第三规则：八面体之间共棱连接（共用两个顶点）。：八面体之间共棱连接（共用两个顶点）。第四规则第四规则：由于只有一种阳离子和阴离子，因此第四规则不：由于只有一种阳离子和阴离子，因
7、此第四规则不用考虑。用考虑。第五规则第五规则：只可能形成一种配位多面体，没有其它方式。：只可能形成一种配位多面体，没有其它方式。材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分 NaCl晶胞图晶胞图 NaCl晶格点阵晶格点阵 八面体空隙八面体空隙 四面体空隙四面体空隙 六个面上中心的六个面上中心的 任一顶角处和相邻的任一顶角处和相邻的 Cl原子构成原子构成 三个面中心的三个面中心的Cl原子原子 构成构成 特点：特点：Cl离子作面心立方最紧密堆积，离子作面心立方最紧密堆积，Na+填充八面体空隙的填充八面体空隙的100%；配；配位多面体为钠氯八面体位多面体为钠氯八面体NaCl6；一个晶胞中
8、含有；一个晶胞中含有4个个NaCl“分子分子”，整个晶，整个晶胞由胞由Na离子和离子和Cl离子各一套面心立方格子沿晶胞边棱方向位移离子各一套面心立方格子沿晶胞边棱方向位移1/2晶胞长晶胞长度穿插而成。度穿插而成。材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分Na+和Cl-配位数都是6所以准确的写法应该是nNa6Cl6?材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分八面体连接方式八面体连接方式材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分特征及用途 NaCl型结构在三维方向上键力分布比较均匀，因此其结构无明显解理，型结构在三维方向上键力分布比较均匀，因此其结构无明显
9、解理，破碎后其颗粒呈现多面体形状。破碎后其颗粒呈现多面体形状。碱土金属氧化物和过渡金属的二价氧化物，化学式可写为碱土金属氧化物和过渡金属的二价氧化物，化学式可写为MO，其中，其中M2+为二价金属离子。结构中为二价金属离子。结构中M2+离子和离子和O2-离子分别占据离子分别占据NaCl中中Na+和和Cl-离子的位置。这些氧化物有很高的熔点，尤其是离子的位置。这些氧化物有很高的熔点，尤其是MgO（矿物名称方（矿物名称方镁石），其熔点高达镁石），其熔点高达2800左右，晶格常数左右，晶格常数0.4201nm。是碱性耐火材料是碱性耐火材料镁砖中的主要晶相。镁砖中的主要晶相。也是镁质耐火材料的基本组成单
10、元。也是镁质耐火材料的基本组成单元。CaO:Ca2+半径大，需要更大的填充空隙，导致晶格常数变大，为半径大，需要更大的填充空隙，导致晶格常数变大，为0.480nm，因此结构疏松，不稳定，易于水化，所以在硅酸盐材料中应，因此结构疏松，不稳定，易于水化，所以在硅酸盐材料中应该尽量减少游离该尽量减少游离CaO的数量。的数量。材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分矿物名称：石盐（矿物名称：石盐（Rock salt)。材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分2.CsCl型结构型结构 CsCl属于立方晶系，点群属于立方晶系，点群m3m，空间群空间群Pm3m。结构中正负离子
11、作简单立方堆积，结构中正负离子作简单立方堆积，配位数均为配位数均为8，晶胞，晶胞”分子数分子数“为为1，键性为离子键。键性为离子键。CsCl晶体结构也可以看作正负离子晶体结构也可以看作正负离子各一套简单立方格子沿晶胞的体对角各一套简单立方格子沿晶胞的体对角线位移线位移1/2体对角线长度穿插而成。体对角线长度穿插而成。r/R=0.169/0.181=0.9341=Si；i=8?材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分 CsCl晶胞图正副离子配位数：8：8坐标：Cl:000Cs:同型晶体：CsBr，CsI，在硅酸盐晶体中不普遍。材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12
12、分立方晶系，点群立方晶系，点群43m，空间群，空间群F43m，其结构与金刚石结构，其结构与金刚石结构相似。相似。第一规则第一规则：r/R=0.074/0.184=0.402，CN=4，形成，形成ZnS4四四面体。面体。第二规则第二规则：2=Si=2/4i；i=4第三规则第三规则：四面体共顶：四面体共顶第四，第五规则：第四，第五规则：?结构中结构中S2-离子作面心立方堆积，离子作面心立方堆积，Zn2+离子交错地填充离子交错地填充于于8个小立方体的体心，即占据四面体空隙的个小立方体的体心，即占据四面体空隙的1/2，正负离，正负离子的配位数均为子的配位数均为4。一个晶胞中有。一个晶胞中有4个个ZnS
13、“分子分子”。整个。整个结构由结构由Zn2+和和S2-离子各一套面心立方格子沿体对角线方向离子各一套面心立方格子沿体对角线方向位移位移1/4体对角线长度穿插而成。由于体对角线长度穿插而成。由于Zn2+离子具有离子具有18电子电子构型，构型，S2-离子又易于变形，因此，离子又易于变形，因此，Zn-S键带有相当程度的键带有相当程度的共价键性质。共价键性质。3.立方立方ZnS（闪锌矿，（闪锌矿，zincblende）型结构）型结构材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分 闪锌矿结构（a）晶胞结构）晶胞结构（c）ZnS4分布及连 接（b）（）（001）面上的）面上的 投影投影材料科学基
14、础材料科学基础H2022年8月1日10时12分闪锌矿结构Zn离子填充离子填充多少四面体多少四面体空隙空隙材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分同型晶体同型晶体 常见闪锌矿型结构有常见闪锌矿型结构有Be，Cd，Hg等的硫化物，等的硫化物，硒化物和碲化物以及硒化物和碲化物以及CuCl及及-SiC等。等。-SiC键力很强，熔点很高，硬度很大，热稳定性键力很强，熔点很高，硬度很大，热稳定性也很好，在陶瓷、耐火材料等领域具有非常重要的也很好，在陶瓷、耐火材料等领域具有非常重要的应用。应用。材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分化学式为：化学式为：C，SP3杂化；立方晶
15、系，杂化；立方晶系，a0.356nm空间格子：空间格子：C原子组成立方面心格子原子组成立方面心格子钻石钻石（Diamond）钻石恒久远？钻石恒久远？世界主要钻石产地：非世界主要钻石产地：非洲莱索托，塞拉利昂洲莱索托，塞拉利昂中国：山东中国：山东四大金刚四大金刚:为佛经所称帝释的外将，分别居于须弥山四为佛经所称帝释的外将，分别居于须弥山四埵，各护一方，因亦称护世四天王，东方持国天王，身白色，埵，各护一方，因亦称护世四天王，东方持国天王，身白色，持琵琶；南方增长天王，身青色，执宝剑；西方广目天王，持琵琶；南方增长天王，身青色，执宝剑；西方广目天王，身红色，持羂索；北方多闻天王，身绿色，执宝叉。身红
16、色，持羂索；北方多闻天王，身绿色，执宝叉。材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分（1）结构解析）结构解析 纤锌矿属于六方晶系，点群纤锌矿属于六方晶系，点群6mm，空间群，空间群P63mc。结构中结构中S2-作六方最紧密堆积，作六方最紧密堆积，Zn2+占据四面体空隙占据四面体空隙的的1/2，Zn2+和和S2-离子的配位数均为离子的配位数均为4。六方柱晶胞中。六方柱晶胞中ZnS的的“分子数分子数”为为6，平行六面体晶胞中，晶胞分子数，平行六面体晶胞中，晶胞分子数为为2。结构由。结构由Zn2+和和S2-离子各一套六方格子穿插而成离子各一套六方格子穿插而成。常见纤锌矿结构的晶体有常见
17、纤锌矿结构的晶体有BeO、ZnO、CdS、GaAs等晶体。等晶体。4.六方六方ZnS（纤锌矿，（纤锌矿，wurtzite）型结构及热释）型结构及热释电性电性材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分纤锌矿结构六方柱晶胞纤锌矿结构六方柱晶胞 材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分二、二、AX2型结构型结构 AX2型结构主要有萤石（型结构主要有萤石（CaF2，fluorite）型，金）型，金红石（红石（TiO2，rutile）型和方石英（）型和方石英（SiO2，-cristobalite）型结构。型结构。CaF2:激光基质材料，在玻璃工业中常作为助熔激光基质材料，在
18、玻璃工业中常作为助熔剂和晶核剂，在水泥工业中常用作矿化剂。剂和晶核剂，在水泥工业中常用作矿化剂。TiO2:集成光学棱镜材料集成光学棱镜材料.SiO2为光学材料和压电材料。为光学材料和压电材料。AX2型结构中还有一种层状的型结构中还有一种层状的CdI2和和CdCl2型结构，型结构，这种材料可作固体润滑剂。这种材料可作固体润滑剂。材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分结构特点：结构特点：立方晶系，点群立方晶系，点群m3m，空间群，空间群Fm3m。Ca2+位于立方晶胞的顶点及面心位置，形成面心立方堆积，位于立方晶胞的顶点及面心位置，形成面心立方堆积，F填充在八个小立方体的体心。填充
19、在八个小立方体的体心。配位数：配位数：Ca2+的配位数是的配位数是8，形成立方配位多面体，形成立方配位多面体CaF8。F的配位数是的配位数是4，形成，形成FCa4四面体。四面体。堆积堆积 方式：方式：F占据占据Ca2+离子堆积形成的四面体空隙的离子堆积形成的四面体空隙的100%。或或F作简单立方堆积，作简单立方堆积，Ca2+占据立方体空隙的一半。占据立方体空隙的一半。晶胞分晶胞分子数为子数为4。由一套。由一套Ca2+离子的面心立方格子和离子的面心立方格子和2套套F离子的面离子的面心立方格子相互穿插而成。心立方格子相互穿插而成。1.萤石（萤石（CaF2）型结构及反萤石型结构）型结构及反萤石型结构
20、材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分萤石型结构晶胞结构图晶胞结构图CaF8立方体共棱，立方体共棱，FCa4四面体共棱四面体共棱材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分萤石型结构材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分常见萤石型结构的晶体是一些四价离子常见萤石型结构的晶体是一些四价离子M4+的的氧化物氧化物MO2，如，如ThO2，CeO2，UO2，ZrO2（变形（变形较大）等。较大）等。碱金属元素的氧化物碱金属元素的氧化物R2O，硫化物，硫化物R2S，硒化，硒化物物R2Se，碲化物，碲化物R2Te等等A2X型化合物为型化合物为反萤石型结反萤石型
21、结构构，它们的正负离子位置刚好与萤石结构中的相反，它们的正负离子位置刚好与萤石结构中的相反，即碱金属离子占据即碱金属离子占据F离子的位置，离子的位置，O2-或其它负离或其它负离子占据子占据Ca2+的位置。的位置。应用：应用：助熔剂、晶核剂、矿化剂助熔剂、晶核剂、矿化剂玻璃，水泥，陶瓷，钢铁冶炼玻璃，水泥，陶瓷，钢铁冶炼结构结构-性能关系性能关系材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分 珠珠 唐唐李峤李峤 灿烂金舆侧，玲珑玉殿隈。灿烂金舆侧，玲珑玉殿隈。昆池明月满，合浦夜光回。昆池明月满，合浦夜光回。彩逐灵蛇转，形随舞凤来。彩逐灵蛇转，形随舞凤来。甘泉宫起罢，花媚望风台。甘泉宫起
22、罢，花媚望风台。奉试明堂火珠奉试明堂火珠 唐唐崔曙崔曙 正位开重屋，凌空出火珠。正位开重屋，凌空出火珠。夜来双月满，夜来双月满，曙后一星孤曙后一星孤。天净光难灭，云生望欲无。天净光难灭，云生望欲无。遥知太平代，国宝在名都。遥知太平代，国宝在名都。寒寒 山山 众星罗列夜明珠，众星罗列夜明珠，岩点孤灯月未沉；岩点孤灯月未沉；圆满光华不磨莹，圆满光华不磨莹，挂在青天是我心。挂在青天是我心。【夜明珠夜明珠】夜里能够放光的夜里能够放光的宝珠。宝珠。拾遗记拾遗记夏禹夏禹说说：“禹乃负火而进，有兽禹乃负火而进，有兽状如豕，衔夜明之珠，其状如豕，衔夜明之珠，其光如烛。光如烛。”谶谶语语材料科学基础材料科学基础
23、H2022年8月1日10时12分结构特点：结构特点：四方晶系，点群四方晶系，点群4/mmm，空间群，空间群P4/mnm。O2-离子作变形的六方最紧密堆积，离子作变形的六方最紧密堆积，Ti4+离子在晶胞顶点及离子在晶胞顶点及体心位置。体心位置。Ti4+离子的配位数是离子的配位数是6，形成，形成TiO6八面体。八面体。O2-离子的配离子的配位数是位数是3，形成，形成OTi3平面三角单元。平面三角单元。Ti4+填充八面体空隙的填充八面体空隙的1/2。晶胞中。晶胞中TiO2的分子数为的分子数为2。整个结构可以看作是由整个结构可以看作是由2套套Ti4+的简单四方格子和的简单四方格子和4套套O2-的的简单
24、四方格子相互穿插而成。简单四方格子相互穿插而成。2.金红石（TiO2）型结构材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分金红石（TiO2）型结构（b）晶胞结构图）晶胞结构图（a）负离子多面体图）负离子多面体图abOTi2-4+材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分金红石（TiO2）型结构材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分 变体变体：板钛矿和锐钛矿两种变体，其结构各不相：板钛矿和锐钛矿两种变体，其结构各不相同。同。同型化合物：同型化合物：SnO2，MnO2，CeO2，PbO2，VO2，NbO2等。等。特性：特性：TiO2在光学性质上具有很高的折
25、射率在光学性质上具有很高的折射率（2.76），在电学性质上具有高的介电系数。），在电学性质上具有高的介电系数。应用：应用：光学玻璃光学玻璃的原料，也是无线电陶瓷中常用的的原料，也是无线电陶瓷中常用的晶相。油漆、颜料、化妆品等等。晶相。油漆、颜料、化妆品等等。金红石（TiO2）同型结构钛白粉钛白粉材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分层内层内CdI6八面体之间共面连接（共用八面体之间共面连接（共用3个顶个顶点），见图点），见图1-21（b），由于正负离子强烈的极化），由于正负离子强烈的极化作用，层内化学键带有明显的共价键成分。层间作用，层内化学键带有明显的共价键成分。层间通过分
26、子间力结合。由于层内结合牢固，层间结通过分子间力结合。由于层内结合牢固，层间结合很弱，因而晶体具有平行（合很弱，因而晶体具有平行（0001）面的完全解）面的完全解理。理。常见常见CdI2型结构的层状晶体是型结构的层状晶体是Mg（OH）2，Ca（OH）2等晶体。等晶体。3.碘化镉（碘化镉（CdI2）型结构（自学）型结构（自学）材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分碘化镉型结构材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分三、A2X3型结构 A2X3型化合物晶体结构比较复杂，其中有代表型化合物晶体结构比较复杂，其中有代表性的结构有刚玉（性的结构有刚玉（corundum）
27、型结构。）型结构。刚玉，即刚玉，即-Al2O3，天然，天然-Al2O3单晶体称为单晶体称为白宝石白宝石，其中呈红色的称为，其中呈红色的称为红宝石（红宝石（ruby），呈兰，呈兰色的称为色的称为蓝宝石（蓝宝石（sapphire）。刚玉属于三方晶系，空间群刚玉属于三方晶系，空间群 。3R c材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分刚玉（-Al2O3）型结构 铝离子填充2/3八面体空隙材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分同型化合物同型化合物：-Fe2O3（赤铁矿，（赤铁矿，hematite），），Cr2O3，
28、V2O3等。等。特点：特点：刚玉硬度非常大，为莫氏硬度刚玉硬度非常大，为莫氏硬度9级，熔点级，熔点高达高达2050，这与，这与Al-O键的牢固性有关。键的牢固性有关。应用：应用：-Al2O3是高绝缘无线电陶瓷和高温耐火是高绝缘无线电陶瓷和高温耐火材料中的主要矿物。刚玉质耐火材料对材料中的主要矿物。刚玉质耐火材料对PbO2，B2O3含量高的玻璃具有良好的抗腐蚀性能。含量高的玻璃具有良好的抗腐蚀性能。掺杂后的单晶为红宝石，可作仪表，钟表轴承，掺杂后的单晶为红宝石，可作仪表，钟表轴承，也是优良的固体激光基质材料。也是优良的固体激光基质材料。同型结构同型结构材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日
29、10时12分玄武岩中的蓝宝石山东昌乐红宝石材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分四、四、ABO3型结构型结构 结构特征：结构特征：A：二价；：二价；B：四价。复合氧化物。：四价。复合氧化物。也可以也可以A为一价为一价B为五价。为五价。ABO3型结构中，如果型结构中，如果A离子与氧离子尺寸相差离子与氧离子尺寸相差较大，则形成较大，则形成钛铁矿钛铁矿型结构，如果型结构，如果A离子与氧离子离子与氧离子尺寸大小相同或相近，则形成尺寸大小相同或相近，则形成钙钛矿钙钛矿型结构，其中型结构，其中A离子与氧离子一起构成离子与氧离子一起构成FCC面心立方结构。面心立方结构。材料科学基础材料科学
30、基础H2022年8月1日10时12分（1）结构解析）结构解析 钙钛矿是以钙钛矿是以CaTiO3为主要成分的天然矿物，为主要成分的天然矿物，理想情况下其结构属于立方晶系。理想情况下其结构属于立方晶系。结构中结构中Ca2+和和O2-离子一起构成离子一起构成FCC堆积，堆积，Ca2+位于顶角，位于顶角，O2-位于面心，位于面心，Ti4+位于体心。位于体心。Ca2+、Ti4+和和O2-的配位数分别为的配位数分别为12、6和和6。Ti4+占据八面体空隙的占据八面体空隙的1/4。TiO6八面体共顶连接形成三维结构。八面体共顶连接形成三维结构。1.钙钛矿（钙钛矿（perovskite，CaTiO3）型结构与
31、铁电效应）型结构与铁电效应材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分钙钛矿型晶体结构（a）晶胞结构）晶胞结构（b）反映）反映Ca2+配位的晶胞配位的晶胞结构（另一种晶胞取法）结构（另一种晶胞取法）（c）TiO6八面体连接八面体连接注意：静电键规则：注意：静电键规则：TiO间的静电键强度间的静电键强度s=2/3;Ca-O间的静电键强度间的静电键强度s=1/6,每个每个O2被被2个个TiO6和和4个个CaO12立方八面体共用。负离立方八面体共用。负离子电价得到饱和，因此结构是稳定的。子电价得到饱和，因此结构是稳定的。材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分天然钙钛矿材
32、料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分代表化合物代表化合物：BaTiO3、PbTiO3等，具有高温超导特性的等，具有高温超导特性的氧化物的基本结构也是钙钛矿结构。氧化物的基本结构也是钙钛矿结构。特性：特性：具有压电效应和介电性能。具有压电效应和介电性能。钙钛矿型晶体结构钙钛矿型晶体结构材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分五、五、AB2O4型（尖晶石，型（尖晶石，spinell）结构）结构 1.结构解析结构解析 AB2O4型晶体以尖晶石为代表，式中型晶体以尖晶石为代表，式中A为为2价，价，B为为3价正离子。尖晶石（价正离子。尖晶石（MgAl2O4）结构属于立方
33、晶）结构属于立方晶系，空间群系，空间群Fd3m。结构中结构中O2-作面心立方最紧密堆积，作面心立方最紧密堆积，Mg2+填充在填充在四面体空隙，四面体空隙，Al3+离子占据八面体空隙。离子占据八面体空隙。材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分尖晶石晶胞可看作是尖晶石晶胞可看作是8个小块交替堆积而成。小个小块交替堆积而成。小块中质点排列有两种情况，分别以块中质点排列有两种情况，分别以A块和块和B块来表示。块来表示。A块显示出块显示出Mg2+离子占据四面体空隙，离子占据四面体空隙，B块显示块显示出出Al3+离子占据八面体空隙的情况。离子占据八面体空隙的情况。晶胞中含有晶胞中含有8个
34、尖晶石个尖晶石“分子分子”，即，即8MgAl2O4，晶胞中有晶胞中有64个四面体空隙和个四面体空隙和32个八面体空隙，其中个八面体空隙，其中Mg2+离子占据四面体空隙的离子占据四面体空隙的1/8，Al3+离子占据八面体离子占据八面体空隙的空隙的1/2。材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分尖晶石（尖晶石（MgAl2O4）的结构）的结构材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分（1 1）正尖晶石型AB2X4：即单位晶胞中：即单位晶胞中8 8个个A A组二价阳离子占据四面体位置，组二价阳离子占据四面体位置，1616个个B B组三价阳离组三价阳离子占据八面体位置子占据
35、八面体位置(内为八面体配位，下同内为八面体配位，下同)。如如铬铁矿铬铁矿FeFeCrCr2 2O O4 4；（2 2）反尖晶石型BABX4：即单位晶胞中：即单位晶胞中1/21/2的的B B组三价阳离子组三价阳离子(8(8个个)占据四面体空隙；剩余的占据四面体空隙；剩余的1/2B1/2B组三价阳离子组三价阳离子(亦为亦为8 8个个)和全部的和全部的A A组二价阳离组二价阳离子子(8(8个个)共同占据八面体位置；如共同占据八面体位置；如磁铁磁铁矿矿FeFe3+3+FeFe3+3+FeFe2+2+O O4 4；尖晶石结构特点尖晶石结构特点材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分尖晶石尖晶石尖晶石尖晶石材料科学基础材料科学基础H2022年8月1日10时12分总结总结
