第三章 晶体结合 为什么原子会形成晶体或固体？ 答案：束缚原子间的相互促进作用力 原子结合是由于电子与近邻的离子实之间存在库伦吸引力 内容： ®束缚力的类型和强度 ©晶体结构形变的缘由 ©晶体的力学性质 [应力]=[弹性常数]x[应变] 黄春晖编著 1
黄春晖 编著 1 第三章 晶体结合 为什么原子会形成晶体或固体? 答案 : 束缚原子间的相互促进作用力. 原子结合是由于电子与近邻的离子实之间存在库伦吸引力. 内容: ☻ 束缚力的类型和强度 ☻ 晶体结构形变的缘由 ☻ 晶体的力学性质 [ 应力 ] = [ 弹性常数 ] x [ 应变 ]
内聚能U 三晶体分解成自由的中性原子所需要的能量 三自由原子的能量一 晶体能量 因此，U>0形成一种稳定的固体 量值~1-10eV惰性气体晶体除外(0.02-0.2e) ·Ud Eion(电离能量=价电子的束缚能量) ·U控制熔点温度和体弹性模量 黄春晖编著 2
黄春晖 编著 2 内聚能 U ≡ 晶体分解成自由的中性原子所需要的能量 ≡ 自由原子的能量 – 晶体 能量 因此, U>0 形成一种稳定的固体 • 量值 ~ 1-10eV 惰性气体晶体除外 (0.02-0.2eV) • U d Eion (电离能量 =价电子的束缚 能量) • U控制熔点温度和体弹性模量
键的类型 (a)Van der Waals电子局域在原子中 (分子) (b)共价 最近邻原子共享电子 (c)金属 电子在样品中自由运动 (d)离子 近邻原子电子转移 a (b)
黄春晖 编著 3 键的类型 (a) Van der Waals (分子) (b) 共价 (c) 金属 (d) 离子 电子局域在原子中 最近邻原子共享电子 电子在样品中自由运动 近邻原子电子转移 (a) + - - - - + - - - - + - - - - + - - - - + - - - - + - - - - + - - - - (b) + + + + + (c) + + + + + (d) + + + + - - - - -
(a)分子键 惰性气体晶体：He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn 透明的绝缘体一外电子壳层完全填满 弱键-van der Waals键 高电离能 FCC结构，He3和He4除外 低熔点温度 Ne Ar Kr Xe 内聚能量(eVI原子) 0.02 0.08 0.12 0.16 熔化温度(K) 24.56 83.81 115.8 161.4 电离量(eV) 21.56 15.76 14.00 12.13 惰性气体晶体靠什么维持稳定？ 黄春晖编著 4
黄春晖 编著 4 (a) 分子 键 惰性气体 晶体 : He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn 透明的绝缘体 – 外电子壳层完全填满 弱键 – van der Waals 键 FCC 结构 ,He3 和 He4除外 高电离能 低熔点温度 电离量 (eV) 21.56 15.76 14.00 12.13 熔化温度 (K) 24.56 83.81 115.8 161.4 内聚 能量 (eV/原子) 0.02 0.08 0.12 0.16 Ne Ar Kr Xe 惰性气体晶体靠什么维持稳定?
Van der Waals-London相互作用 考虑两个理想的惰性气体原子 中性：正离子+球对称电子电荷分布 原子间没有相互作用>非内聚力（非固体） ? 涨落偶极子-偶极子相互作用 原子间的吸引相互作用 回顾： n(r) +a d g p=qd← p=∫drnr FPP 。 M as r>>d U P 电场 3→← 吸引力 排斥力 5
黄春晖 编著 5 Van der Waals –London 相互作用 考虑两个理想的惰性气体原子 R 中性: 正离子 +球对称电子电荷分布 原子间没有相互作用 → 非内聚力 (非固体) ? 涨落偶极子-偶极子相互作用 原子间的吸引相互作用 回顾: P d r n(r) r 3 r r r ∫ = r n(r) d +q -q P = qd ← r P r as r>>d 电场 吸引力 排斥力 4 1 2 r P P F ~ 3 1 2 r P P 3 U ~ r P E ~