0引言：周体化学20问 图5Col.Code92184 力，而电子较多的半导体则为-型半导体，其他几种物质的原理与二氧化锡大致相同 同时要考虑掺杂情况，具体情况具体分析即可. 8.二氧化锆的氧离子电导率与氧分压有何种关系？ 9.二氧化锆的电子电导率与氧分压有何关系？ 当ZO2为-型半导体时，电导率随氧分压的降低而增大（需要根据具体的缺陷方 程来分析，详见第四章) 10.BaCe03组成中并无质子却是质子导体，为什么？ 由于缺陷和掺杂的存在，根据缺陷方程会出现一定量的可以导电的质子，从而达到 质子导电的效果，例如Y和Nb掺人BaC®O3组成可以形成很稳定的导电特性 11.MO1-x和M1+z0晶体结构上是一样的吗？它们的电导率与氧分压的关系呢？ 由于阴阳离子的比例不同，其晶体结构不是完全一致的，与MO相比都会发生不 同程度的变化：根据其缺陷方程和平衡移动的知识可以判断电导率与氧分压的关系，详 见第四章 12.M1+v02-x的点缺陷浓度与氧分压有何关系？ 对于富金属缺氧体系的点缺陷浓度，氧分压增加，点缺陷浓度减少；氧分压诚少 点缺陷浓度增加. l3.LaMnO,掺杂Sr0的缺陷反应是怎么写的？ 以Sr取代Mn为例，先写出LaMnO3的正常反应为 2a03+2Miz03=La2+Mina+306. 然后用Sr换Mn,写出缺陷方程为 SrO+MnaO3 Srstn +Mn+ 14.固相反应机理有几种模型？
− 4 − 0 引言：固体化学 20 问 图 5 Coll. Code 92184 力，而电子较多的半导体则为 n-型半导体．其他几种物质的原理与二氧化锡大致相同， 同时要考虑掺杂情况，具体情况具体分析即可． 8. 二氧化锆的氧离子电导率与氧分压有何种关系？ 9. 二氧化锆的电子电导率与氧分压有何关系？ 当 ZrO2 为 n-型半导体时，电导率随氧分压的降低而增大（需要根据具体的缺陷方 程来分析，详见第四章）． 10. BaCeO3 组成中并无质子却是质子导体，为什么？ 由于缺陷和掺杂的存在，根据缺陷方程会出现一定量的可以导电的质子，从而达到 质子导电的效果，例如 Y 和 Nb 掺入 BaCeO3 组成可以形成很稳定的导电特性． 11. MO1−x 和 M1+xO 晶体结构上是一样的吗？它们的电导率与氧分压的关系呢？ 由于阴阳离子的比例不同，其晶体结构不是完全一致的，与 MO 相比都会发生不 同程度的变化；根据其缺陷方程和平衡移动的知识可以判断电导率与氧分压的关系，详 见第四章． 12. M1+yO2−x 的点缺陷浓度与氧分压有何关系？ 对于富金属缺氧体系的点缺陷浓度，氧分压增加，点缺陷浓度减少；氧分压减少， 点缺陷浓度增加． 13. LaMnO3 掺杂 SrO 的缺陷反应是怎么写的？ 以 Sr 取代 Mn 为例，先写出 LaMnO3 的正常反应为 1 2 La2O3 + 1 2 Mn2O3 = La× La + Mn× Mn + 3O × O , 然后用 Sr 换 Mn，写出缺陷方程为 SrO + 1 2 Mn2O3 = Sr′ Mn + Mn× Mn + 2 5 O × O + 1 2 V •• O. 14. 固相反应机理有几种模型？
-5二 根据反应物的状态，可以分为一种固态物质的反应、s一s反应、s一1反应、s一g 反应、表面上的反应和单一固相内部的缺陷平衡等；根据反应性质，可以分为加成反 应、交换反应、热分解反应、氧化反应和还原反应等；根据反应机理，可以分为化学反 应速率控制过程、晶体长大控制过程和扩散控制过程等。 15.如何定量表述粉末固相反应动力学？ 对于球形粉末，有Jander方程、Gingsting方程和Carter方程，适用范围和精确 程度都有一定的不同，详见6.5.3节. 16.陶瓷材料的烧结过程是由哪些因素决定的？ 烧结温度、烧结时间、烧结物料粒度、物料活性、添加物和助烧结剂等 17.实心固体颗粒可以通过固相反应变成空心颗粒吗？ 实心固体颗粒中包裹着高温易变成气体的物质，例如石墨等，通过煅烧可以实现固 体颗粒变成空心颗粒 18.固体材料的表面张力由哪些因素决定的？ 物质本身结构、温度和接触的物质等。 19.交流阻抗谱技术是什么？ 当电极系统受到一个正弦波形电压（电流）的交流讯号的扰动时，会产生一个相应 的电流（电压）响应讯号，由这些讯号可以得到电极的阻抗或导纳.一系列频率的正弦 波讯号产生的阻抗频谱，称为交流阻抗谱，详见第八章。 20.锂离子电池究竞是怎么工作的？ 锂离子电池主要依靠L计在两个电极之间往返嵌入和脱嵌来工作，这里给出一种 常见的锂离子电池充放电反应方程式作为例子进行说明. LC0,=4C0+r+e;C+*+0二c (以上内容均仅供参考，答案不唯一)
− 5 − 根据反应物的状态，可以分为一种固态物质的反应、s − s 反应、s − l 反应、s − g 反应、表面上的反应和单一固相内部的缺陷平衡等；根据反应性质，可以分为加成反 应、交换反应、热分解反应、氧化反应和还原反应等；根据反应机理，可以分为化学反 应速率控制过程、晶体长大控制过程和扩散控制过程等． 15. 如何定量表述粉末固相反应动力学？ 对于球形粉末，有 Jander 方程、Gingsting 方程和 Carter 方程，适用范围和精确 程度都有一定的不同，详见 6.5.3 节． 16. 陶瓷材料的烧结过程是由哪些因素决定的？ 烧结温度、烧结时间、烧结物料粒度、物料活性、添加物和助烧结剂等． 17. 实心固体颗粒可以通过固相反应变成空心颗粒吗？ 实心固体颗粒中包裹着高温易变成气体的物质，例如石墨等，通过煅烧可以实现固 体颗粒变成空心颗粒． 18. 固体材料的表面张力由哪些因素决定的？ 物质本身结构、温度和接触的物质等． 19. 交流阻抗谱技术是什么？ 当电极系统受到一个正弦波形电压（电流）的交流讯号的扰动时，会产生一个相应 的电流（电压）响应讯号，由这些讯号可以得到电极的阻抗或导纳．一系列频率的正弦 波讯号产生的阻抗频谱，称为交流阻抗谱，详见第八章． 20. 锂离子电池究竟是怎么工作的？ 锂离子电池主要依靠 Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌来工作，这里给出一种 常见的锂离子电池充放电反应方程式作为例子进行说明． LiCoO2 Charge −−−−− ↽−−−−−⇀ Discharge Li1−xCoO2 + xLi+ + xe − ; C + xLi+ + xe − Charge −−−−− ↽−−−−−⇀ Discharge CLix. （以上内容均仅供参考，答案不唯一）
晶体与晶体结构 本章基本要求 l.掌握晶体中的基本概念，包括晶胞、点阵、基元、晶系、Bravais格子、点群、空 间群等，知道晶体中是存在缺陷的，是非理想化的. 2.掌握晶体中常见的对称要素、能够找出简单晶体结构中的对称元素。 3.(重难点)熟练掌握晶体中原子堆积方式的特点(hcp、fcc、sc、bcC、金刚石等) 知道常见离子晶体的密堆方式并能准确计算。 4.(重难点)熟练掌握影响离子晶体的影响因素，掌握不同种离子半径的求算方法、 Pauling五大规则的内容和离子晶体点阵能的计算方法， 1.1晶体结构 1.晶体 晶体(crystal)是指所有原子或者结构单元 具有长程有序的三维排列结构的固体物质.理 想晶体的原子排列与理想结构没有任何偏离， 但实际晶体会出现位置的偏离。 2.点阵（晶格）和基元 用理想化的数学格点表示晶体结构，这些 格点构成点阵（或晶格，lattice),它只表示空 间位置，不表示晶体自身的性质.在点阵的每 个格点上附有一群原子，这样的一个原子群称 为基元，基元在空间中周期性重复排列就形成图11品跑的轴向夹角(Callster-Fig. 晶体结构实际晶体.每个基元中相应原子周围
1 晶体与晶体结构 本章基本要求 1. 掌握晶体中的基本概念，包括晶胞、点阵、基元、晶系、Bravais 格子、点群、空 间群等，知道晶体中是存在缺陷的，是非理想化的． 2. 掌握晶体中常见的对称要素、能够找出简单晶体结构中的对称元素． 3.（重难点）熟练掌握晶体中原子堆积方式的特点（hcp、fcc、sc、bcc、金刚石等）， 知道常见离子晶体的密堆方式并能准确计算． 4.（重难点）熟练掌握影响离子晶体的影响因素，掌握不同种离子半径的求算方法、 Pauling 五大规则的内容和离子晶体点阵能的计算方法． 1.1 晶体结构 图 1.1 晶胞的轴向和夹角（Callister-Fig. 3.20） 1. 晶体 晶体（crystal）是指所有原子或者结构单元 具有长程有序的三维排列结构的固体物质．理 想晶体的原子排列与理想结构没有任何偏离， 但实际晶体会出现位置的偏离． 2. 点阵（晶格）和基元 用理想化的数学格点表示晶体结构，这些 格点构成点阵（或晶格，lattice），它只表示空 间位置，不表示晶体自身的性质．在点阵的每 个格点上附有一群原子，这样的一个原子群称 为基元，基元在空间中周期性重复排列就形成 晶体结构实际晶体．每个基元中相应原子周围 7
-8 1晶体与晶体结构 的情况是相同的，但每一个基元中不同原子周围情况则不相同， 点阵+基元=晶体结构 3.晶胞和晶胞参数 晶胞(c)指固体材料结构中的最小重复单元.一般选取平行六面体的顶角与中 心一致，且具有较高对称性的结构单元作为晶胞。在晶胞中，共有六个晶胞参数，如 图1.1所示. 4.晶体中的对称元素 表1,1品体中的对称元索 种类 名称 国际符号 Schonflies符号 点群 对称面(mirror plate) Ch:Ou,Od 对称中心(center of symmetry) 旋转轴(otation axis) 2,3,4,6 Cn(m=2.3,4,6) 反演轴(inversion axis (n=2,3,4,6) 反映轴(alternating axis) Sn(m=2,3,4,6) 空间群 螺旋轴(screw axis】 21,31,32, 滑移面(glide plane) a,b.c d,n 5.七大晶系 表1.2七大晶系 品系 英文名称 各轴关系 轴响夹角 对称条件全对称点群 triclinic a≠B≠1≠90° 单 :90°g 2或5 两 2/m 00 或3 3=90 1200 / a a=-8=90°.7-=120 或3 Q= F7关g0 立方 a=6= a=8==90° 四个3 m3m 6.14种Bravais格子 表1.314种Bravais格子 品系 Bravais格子 单斜 P,F,I,A(B或C) 四方 PI 六方 P R 立方 P.I.C
− 8 − 1 晶体与晶体结构 的情况是相同的，但每一个基元中不同原子周围情况则不相同． 点阵 + 基元 = 晶体结构 3. 晶胞和晶胞参数 晶胞（cell）指固体材料结构中的最小重复单元．一般选取平行六面体的顶角与中 心一致，且具有较高对称性的结构单元作为晶胞．在晶胞中，共有六个晶胞参数，如 图1.1所示． 4. 晶体中的对称元素 表 1.1 晶体中的对称元素 种类 名称 国际符号 Schönflies 符号 点群 对称面 (mirror plate) m σh, σv, σd 对称中心 (center of symmetry) ¯1 i 旋转轴 (rotation axis) 2, 3, 4, 6 Cn(n = 2, 3, 4, 6) 反演轴 (inversion axis) n¯(n = 2, 3, 4, 6) − 反映轴 (alternating axis) − Sn(n = 2, 3, 4, 6) 空间群 螺旋轴 (screw axis) 21, 31, 32, · · · − 滑移面 (glide plane) a, b, c, d, n − 5. 七大晶系 表 1.2 七大晶系 晶系 英文名称 各轴关系 轴间夹角 对称条件 全对称点群 三斜 triclinic a ̸= b ̸= c α ̸= β ̸= γ ̸= 90◦ — ¯1 单斜 monoclinic a ̸= b ̸= c α = γ = 90◦ ̸= β 2 或 ¯2 2/m 正交 orthorhombic a ̸= b ̸= c α = β = γ = 90◦ 两个 2 或 ¯2 mmm 四方 tetragonal a = b ̸= c α = β = γ = 90◦ 4 或 ¯4 4/mmm 六方 hexagonal a = b ̸= c α = β = 90◦ , γ = 120◦ 6 或 ¯6 6/mmm 三方 (a) trigonal(a) a = b ̸= c α = β = 90◦ , γ = 120◦ 3 或 ¯3 3m 三方 (b) trigonal(b) a = b = c α = β = γ ̸= 90◦ 3 或 ¯3 3m 立方 Cubic a = b = c α = β = γ = 90◦ 四个 3 m3m 6. 14 种 Bravais 格子 表 1.3 14 种 Bravais 格子 晶系 Bravais 格子 三斜 P 单斜 P, C 正交 P, F, I, A (B 或 C) 四方 P, I 六方 P 三方 R 立方 P, I, C
1.1晶体结构 单袋 正交 四 a 六方 三方 立方 图1.2七大晶系的晶胞几何形态(Callister-Tab.3.6) Stretch/compress along one body diagonal Cubic Trigonal Four 3-axes One 3-axis Three 4-axes Stretch/compress along one axis Orthorhombic Monoclinic One 2-axis or mirror symmetry ive to opposite fac 图1.3七大晶系之间的关系(West-Fig.13)
1.1 晶体结构 − 9 − 图 1.2 七大晶系的晶胞几何形态（Callister-Tab.3.6） 图 1.3 七大晶系之间的关系（West-Fig.1.3）