Презентация на тему Особенности строения твердых тел

являются наиболее характерными особенностями кристаллов, обусловленными симметрией их внутреннего

строения.
При описании внутренней структуры кристаллов обычно пользуются понятием кристаллической решетки, которая представляет собой регулярную пространственную сетку, узлам которой соответствуют атомы, ионы или молекулы, образующие кристалл.
В периодической решетке всегда можно выделить элементарную ячейку, транслируя которую в пространстве легко получить представление о структуре всего материала.

В анизотропной кристаллической среде удобно ориентироваться с помощью трехмерной системы координат, выбираемой в соответствии с симметрией кристалла. В общем случае это косоугольные координаты с неодинаковыми масштабными отрезками по осям: a ≠ b ≠ c , α ≠ β ≠ γ ≠ 90O.
Направления кристаллографических осей координат соответствуют направлениям ребер элементарной ячейки, а масштабные отрезки по осям – длинам этих ребер.
Решетка, построенная путем параллельного переноса (трансляции) какого-либо узла по трем направлениям, называется трансляционной решеткой.

В 1848 г. французский кристаллограф О. Бравэ доказал, что существует всего 14 типов трансляционных решеток, отличающихся друг от друга соотношением длин и взаимной ориентацией ребер элементарной ячейки кристалла.
Эти пространственные решетки получили название решеток Бравэ.
Элементарные ячейки, содержащие частицы только в вершинах транслируемого параллелепипеда, называют простыми или примитивными .

Бравэ
во взаимосвязи с кристаллическими системами

Бравэ
во взаимосвязи с кристаллическими системами

Бравэ
во взаимосвязи с кристаллическими системами

Бравэ
во взаимосвязи с кристаллическими системами

Бравэ
во взаимосвязи с кристаллическими системами

Бравэ
во взаимосвязи с кристаллическими системами

Бравэ
Число атомов, содержащееся в элементарной кристаллической ячейке твердого

тела называют кратностью кристаллической ячейки k

кристаллических веществах

в форме крупных монокристаллов или достаточно тонких монокристаллических слоев,

нанесенных на подложку, так и в виде поликристаллических веществ, представляющих собой совокупность большого числа сросшихся друг с другом сравнительно мелких кристаллических зерен (кристаллитов).

Под монокристаллом понимают однородное твердое тело периодического строения без явных макродефектов структуры, вызывающих нарушение дальнего порядка в расположении атомов, ионов или молекул.

В случае поликристалла в пределах каждого зерна также сохраняется упорядоченность структуры, однако регулярное расположение частиц нарушается на границах раздела, при переходе от одного зерна к другому. Граница между зернами представляет собой переходной слой толщиной 1÷ 5 нм. Вследствие хаотической ориентации зерен в поликристаллических веществах отсутствует анизотропия физических свойств.

определению индексов Миллера
(Кристаллографические индексы)
Кристаллографические плоскости
Кристаллографические направления
Кристаллографические системы координат
X

, Y , Z – кристаллографические оси координат

a, b и c – масштабные единицы соответствуют длинам ребер элементарной ячейки - длинам периодов трансляции

ОА=1а; ОВ=4b; OC=2c

Индексы Миллера (hkl) для данной кристаллографической плоскости представляются в виде решения уравнения плоскости, пересекающей оси координат, в отрезках: (412)

по всем осям периоды трансляции приняты за единицу

определению индексов Миллера
(Кристаллографические индексы)
Кристаллографические плоскости
Кристаллографические направления
Кристаллографические системы координат
X

, Y , Z – кристаллографические оси координат

a, b и c – масштабные единицы соответствуют длинам ребер элементарной ячейки - длинам периодов трансляции

ОА=1а; ОВ=4b; OC=2c

Индексы Миллера (hkl) для данной кристаллографической плоскости представляются в виде решения уравнения плоскости, пересекающей оси координат, в отрезках: (412)

по всем осям периоды трансляции приняты за единицу

Миллера какой либо кристаллографической плоскости необходимо:
взять обратные

значения координат точек пересечения плоскости (А, В и С) с осями координат (X , Y , Z) отрезков 0А , 0В и 0С, выраженные в единицах периодов трансляции

привести к общему знаменателю (в нашем случае это «4»);
дополнительные множители и будут индексами Миллера

плоскости по значениям определению индексов Миллера
Чтобы построить какую

либо кристаллографическую плоскость по индексам Миллера (hkl) необходимо решить обратную задачу:
взять значения, обратные индексам Миллера

привести к общему знаменателю. Дополнительные множители и будут координатами точек пересечения плоскости с осями координат X , Y , Z, выраженными в единицах периодов трансляции :

OA=1a ; OB=4b ; OC=2c

параллельна какой-либо из координатных осей, индекс, соответствующий этой оси,

обращается в ноль.

Так в кубических кристаллах плоскость (110) параллельна оси Z , а плоскость (100) одновременно параллельна осям Y и Z.

При отрицательных координатах узловых точек A , B или С отвечающие им индексы Миллера также становятся отрицательными, однако знак «минус» ставят не впереди индекса, а над ним.

Например, грани куба (100) и (Ī00) ориентированы параллельно друг другу, но расположены по разные стороны относительно плоскости YZ.

Примеры индицирования кристаллографических плоскостей в кубической решетке
с помощью индексов Миллера.

плоскостей и направлений
в кубической решетке с помощью индексов

Миллера.

Для описания кристаллографических направлений применяют индексы в виде набора наименьших целых чисел, относящихся между собой как проекции вектора, параллельного данному направлению. Индексы направлений заключают в квадратные скобки.

В кубических кристаллах направления и плоскости с одинаковыми индексами взаимно перпендикулярны друг другу.

Положительное направление оси X индицируют как [100] , оно является нормалью к плоскости (100). Положительное направление оси Y обозначают символом [010] , отрицательное направление оси Z – [00Ī] , диагональ куба – [111] и т.д.

обозначаются индексами Миллера, заключенным в фигурные скобки, например, {100}

или {111}. Последнее семейство включает в себя восемь плоскостей, образующих при пересечении правильный октаэдр

(Ī00)

{100}

{111}

Плоскости, различающиеся индексами Миллера, но эквивалентные в кристаллографическом и физическом смысле в соответствии с симметрией кристалла называют эквивалентными плоскостями.

В кубических решетках эквивалентными являются грани (100). (010), (001), (Ī00), (0Ī0) и (00Ī).

а – свободный узел решетки (вакансия);
б – собственный

атом в междоузлии;

Точечные дефекты структуры кристаллической решетки:

Динамические – тепловые колебания атомов
Статические – нарушения идеальности кристаллической решетки

чужеродный атом в узле решетки (атом примеси)
Точечные

дефекты структуры
кристаллической решетки

Динамические - тепловые колебания атомов
Статические – нарушения идеальности кристаллической решетки

Относительная концентрация точечных дефектов в реальных кристаллах, как правило, невелика, но их влияние на физические свойства материалов оказывается весьма существенным.

Содержание некоторых примесей в количестве тысячных долей атомного процента может вызвать изменение удельного электрического сопротивления полупроводниковых кристаллов в 105 – 106 раз.

Протяженные дефекты структуры кристаллической решетки:
а – перспективное изображения расположения

атомов вблизи краевой дислокации в кубической решетке;

б – модель винтовой дислокации

Протяженные дефекты структуры кристаллической решетки:
Кристаллические зерна
Кристаллические зерна (кристаллиты)

образование поликристаллического

твердого тела

ТФ

ЖФ

θ

твердых веществ образовывать две и более кристаллические структуры, устойчивые

при различных температурах и давлениях Отвечающие им кристаллические структуры называют полиморфными формами или аллотропными модификациями вещества.

Модификацию, устойчивую при нормальной и более низкой температуре, обозначают буквой α ; модификации, устойчивые при более высоких температурах, обозначают соответственно буквами β, γ и т.д.

низкотемпературное превращение белого олова (β-Sn) в серое (α-Sn), известное

в технике как "оловянная чума"; полиморфизм углерода – существование его в виде алмаза или графита.

Графит в обычных условиях графит яется более устойчивой модификацией, чем алмаз. Однако при повышении давления устойчивость алмаза растет, а графита падает, и при достаточно высоких давлениях алмаз становится более устойчивым. Если при этом повысить температуру, чтобы увеличить подвижность атомов, то графит можно перевести в алмаз (получение искусственных алмазов). Синтез проводится под давлением порядка 1010 Па при температуре на уровне 2000 оС. Искусственные алмазы имеют более высокую прочность и твердость, нежели природные кристаллы.