子分别构成一个简立方布喇菲格子,只不过后者相对于前者有沿立方体对角线方向相对 移动了12的体对角线长度。氯化铯结构的布喇菲格子为简立方,基元由一对氯-铯离子 组成。除CsCl外,CsBr、Csl、TCl、TBr、Tll等也具有氯化铯结构。 滑移反映面 图1.13氯化钠型结构 图1.14氯化铯结构 3.金刚石结构 ⅣⅤ族元素碳、硅、锗和灰锡等具有金刚石结构。因为锗和硅是重要的半导体材料, 因此这种结构受到了广泛的研究。金刚石结构如图1.15所示。原子除去占有立方体的顶 角与面心以外,还有四个原子分别占据四条体对角线的长度1/4处。在图1.15中,这四 个位于立方体内部的原子用A′、B′、C′与D′代表。图中A′的四个最近邻分别是 位于顶角的A与三个位于面心B、C、D。它们恰好形成一个正四面体结构,这是金刚 石结构的一个突出的特点。金刚石型结构并不是布喇菲格子,因为相邻的两个原子虽然 相同却并不等价,例如A与A′。金刚石结构中位于立方体顶角与面心的原子是等价的。 同时,位于体对角线上的原子也是彼此等价的。图中的A′、B′、C′、与D′可分别 由A、B、C、D平移而得到。它们各自形成两个相同的子晶格—都是面心立方结构。 因此,金刚石结构可看作是这两个面心立方子晶格沿立方体对角线平移1/4对角线长度 相互穿套而成的复式格子。 图1.15金刚石型结构 4.闪锌矿(立方ZnS)型结构 如果在图1.15中,顶角与面心处为硫离子,而在立方单元的内部,即A′、B′、 C′与D′处为锌离子,就形成闪锌矿结构。换言之,闪锌矿结构为硫离子与锌离子各
子分别构成一个简立方布喇菲格子，只不过后者相对于前者有沿立方体对角线方向相对 移动了 1/2 的体对角线长度。氯化铯结构的布喇菲格子为简立方，基元由一对氯-铯离子 组成。除 CsCl 外，CsBr、CsI、TlCl、TlBr、TlI 等也具有氯化铯结构。 图 1.13 氯化钠型结构 图 1.14 氯化铯结构 3. 金刚石结构 IV 族元素碳、硅、锗和灰锡等具有金刚石结构。因为锗和硅是重要的半导体材料， 因此这种结构受到了广泛的研究。金刚石结构如图 1.15 所示。原子除去占有立方体的顶 角与面心以外，还有四个原子分别占据四条体对角线的长度 1/4 处。在图 1.15 中，这四 个位于立方体内部的原子用 A′、B′、C′与 D′代表。图中 A′的四个最近邻分别是 位于顶角的 A 与三个位于面心 B、C、D。它们恰好形成一个正四面体结构，这是金刚 石结构的一个突出的特点。金刚石型结构并不是布喇菲格子，因为相邻的两个原子虽然 相同却并不等价，例如 A 与 A′。金刚石结构中位于立方体顶角与面心的原子是等价的。 同时，位于体对角线上的原子也是彼此等价的。图中的 A′、B′、C′、与 D′可分别 由 A、B、C、D 平移而得到。它们各自形成两个相同的子晶格——都是面心立方结构。 因此，金刚石结构可看作是这两个面心立方子晶格沿立方体对角线平移 1/4 对角线长度 相互穿套而成的复式格子。 图 1.15 金刚石型结构 4. 闪锌矿（立方 ZnS）型结构 如果在图 1.15 中，顶角与面心处为硫离子，而在立方单元的内部，即 A′、B′、 C′与 D′处为锌离子，就形成闪锌矿结构。换言之，闪锌矿结构为硫离子与锌离子各 11
自构成的面心立方子晶格沿立方体对角线平移1/4长度相互穿套而成的复式格子。重要 的ⅢⅤ族与IⅤ族化合物半导体材料都具有闪锌矿型结构。 5.钙钛矿结构 钙钛矿结构是一大类具有ABO3分子式化合 物的结构,如 CaTiO3,BaTO3, PbTIO3,PbZO3 R La gaC3等。BaTO3钙钛矿结构的结晶学原胞如 图1.16(a)所示,氧八面体与阳离子的关系如 图1.16(b)所示。其中在立方体的八个顶角是 低电价,大半径的阳离子A,处于立方体中心的 是高电价、小半径的阳离子B,位于立方体各面 a:0: Ti 的中心位置的是氧离子O。三组氧离子(O1、On、 Om)周围的情况各不相同。整个晶 图1.16BaTO3钙钛矿结构 格可以看成是A、 On、Om各自组成的简 (a)结晶学原胞b)氧八面体的排列 立方格子套构而成的复式格子。许多重要的功能材料如铁电材料,超导体材料等都具有 钙钛矿结构。 6.C60晶体结构 1985年, H Kroto, R Curl和 ESmally等在实验中获得了异常高的由60个碳原子构成 的C团簇的丰度,表明它具有特别稳定的结构。C6分子的直径为07nm。在猜测C6分 子结构时, Kroto等人受到建筑师 Buckminster Fuller1965~1967年在蒙特利尔万国博览会 上使用五边形和六边形建造薄壳圆穹顶的启发,他们猜想,C60的结构很可能像由12个 五边形、20个六边形组成的共有60个顶点的足球类似 C60分子因此被命名 Buckminsterfullerene,简称为富勒 烯,也常被称为巴基球或足球烯。C6o的结构相当于截去 12个顶角的截角二十面体,具有二十面体群(h)的对 称性。五边形环由单键构成,键长0.145mm,两个六边 形的公共棱边为双键,键长0.40nm。C60分子间主要 靠范德瓦尔斯力结合,属分子晶体。室温下,固体C6为 面心立方结构,每个C6分子位于面心立方的格点上。晶 格常数a=14198m。固体C分子的取向是无序的,并图117c分子结构示意图 做高速无规自由转动。可达10°转秒。温度降低时会发 生旋转相变。固体C6的旋转相变发生在249K,在这一温度以下,分子转动停止,取向 有序,结构转变为简单立方。固体C是和金刚石、石墨的结构完全不同的碳的第三种 形式。 1.5.3六方密堆积结构 1.六方密堆积 六方密堆积结构相应的格子是六方布喇菲格子。基元由两个原子组成,位置在(0 0,0)及(2/3,1/3,1/2)。对于同直径刚球密堆,配位数为12。理想的ca比为1633 实际材料的c/a比从Be的1.566到Cd的1.885之间。六方密堆积结构不是布喇菲格 而是由两个六方布喇菲格子套构而成的复式格子
自构成的面心立方子晶格沿立方体对角线平移 1/4 长度相互穿套而成的复式格子。重要 的 III-V 族与 II-V 族化合物半导体材料都具有闪锌矿型结构。 5. 钙钛矿结构 钙钛矿结构是一大类具有ABO3分子式化合 物的结构，如CaTiO3，BaTiO3，PbTiO3，PbZrO3， LaGaO3等。BaTiO3钙钛矿结构的结晶学原胞如 图 1.16（a）所示，氧八面体与阳离子的关系如 图 1.16（b）所示。其中在立方体的八个顶角是 低电价，大半径的阳离子A，处于立方体中心的 是高电价、小半径的阳离子B，位于立方体各面 的中心位置的是氧离子O。三组氧离子（OI、OII、 OIII）周围的情况各不相同。整个晶 图 1.16 BaTiO3钙钛矿结构 格可以看成是 （a）结晶学原胞 （b）氧八面体的排列 A、B、OI、OII、OIII各自组成的简 立方格子套构而成的复式格子。许多重要的功能材料如铁电材料，超导体材料等都具有 钙钛矿结构。 6. C60晶体结构 1985 年，H.Kroto，R.Curl和E.Smally等在实验中获得了异常高的由 60 个碳原子构成 的C60团簇的丰度，表明它具有特别稳定的结构。C60分子的直径为 0.71nm。在猜测C60分 子结构时，Kroto等人受到建筑师Buckminster Fuller 1965~1967 年在蒙特利尔万国博览会 上使用五边形和六边形建造薄壳圆穹顶的启发，他们猜想，C60的结构很可能像由 12 个 五边形、20 个六边形组成的共有 60 个顶点的足球类似。 C60分子因此被命名Buckminsterfullerene，简称为富勒 烯，也常被称为巴基球或足球烯。C60的结构相当于截去 12 个顶角的截角二十面体，具有二十面体群（Ih）的对 称性。五边形环由单键构成，键长 0.145nm，两个六边 形的公共棱边为双键，键长 0.140nm。 C60分子间主要 靠范德瓦尔斯力结合，属分子晶体。室温下，固体C60为 面心立方结构，每个C60分子位于面心立方的格点上。晶 格常数a = 1.4198nm。固体C60分子的取向是无序的，并 做高速无规自由转动。可达 109 转/秒。温度降低时会发 生旋转相变。固体C60的旋转相变发生在 249K，在这一温度以下，分子转动停止，取向 有序，结构转变为简单立方。固体C60是和金刚石、石墨的结构完全不同的碳的第三种 形式。 图 1.17 C60分子结构示意图 1.5.3 六方密堆积结构 1. 六方密堆积 六方密堆积结构相应的格子是六方布喇菲格子。基元由两个原子组成，位置在（0， 0，0）及（2/3，1/3，1/2）。对于同直径刚球密堆，配位数为 12。理想的 c /a 比为 1.633。 实际材料的 c / a 比从 Be 的 1.566 到 Cd 的 1.885 之间。六方密堆积结构不是布喇菲格子， 而是由两个六方布喇菲格子套构而成的复式格子。 12