固体电子导论第二章精选PPT.ppt
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1、固体电子导论第二章第1页,此课件共33页哦原子结合的本质原子结合的本质:价电子和原子实之间的静电吸引。:价电子和原子实之间的静电吸引。原子的结构原子的结构原子的结合原子的结合晶体的结构晶体的结构价电子价电子分布分布离子性结合离子性结合共价结合共价结合金属性结合金属性结合范得瓦耳斯结合范得瓦耳斯结合面心面心氯化钠型氯化钠型金刚石型等金刚石型等第二章第二章 晶体中的原子结合晶体中的原子结合(硬度、弹性、导电性等)(硬度、弹性、导电性等)晶体材料的性质晶体材料的性质第2页,此课件共33页哦 2.1 原子结合的普遍性质原子结合的普遍性质由于原子结合的共同本质,原子间的由于原子结合的共同本质,原子间的相
2、互作用力相互作用力和和相互作用相互作用能能随原子间距的变化表现出共同的规律性。随原子间距的变化表现出共同的规律性。粒子间引力粒子间引力库仑引力等库仑引力等粒子间的斥力粒子间的斥力电子云重叠产生的排斥力电子云重叠产生的排斥力引力和斥力同时存在,平衡时即形成稳定结构引力和斥力同时存在,平衡时即形成稳定结构反比于原子间距,反比于原子间距,短程力短程力第3页,此课件共33页哦总作用力为引力,增大总作用力为引力,增大总作用力为零总作用力为零总作用力为引力,减小总作用力为引力,减小总作用力为零,总作用力为零,总作用力为斥力,增大总作用力为斥力,增大引力达到最大引力达到最大一、两原子间相互作用力与原子间距的
3、关系一、两原子间相互作用力与原子间距的关系第4页,此课件共33页哦U能量极小,状态最稳定能量极小,状态最稳定净引力最大,净引力最大,对应能量曲线转折点对应能量曲线转折点第5页,此课件共33页哦若已知第若已知第 个和第个和第 个原子间的相互个原子间的相互作用能为作用能为 ,则第,则第 个原子与晶个原子与晶体中其它原子相互作用能为体中其它原子相互作用能为 二、晶体的相互作用能二、晶体的相互作用能第6页,此课件共33页哦若忽略表面效应若忽略表面效应.考虑晶体中原子的等效性,考虑晶体中原子的等效性,晶体中的总的相互作用能,即为晶体中的总的相互作用能,即为晶体晶体结合能结合能的粗略表达式:的粗略表达式:
4、r0:最近邻原子间的距离:最近邻原子间的距离第7页,此课件共33页哦若已知结合能,可进一步求出若已知结合能,可进一步求出1)晶格常数晶格常数2)压缩系数压缩系数 和体弹性模量和体弹性模量 为体积为体积3)抗张强度)抗张强度晶体所能负荷的最大张力晶体所能负荷的最大张力第8页,此课件共33页哦 2.2 离子性结合离子性结合采用离子性结合的晶体称为采用离子性结合的晶体称为离子晶体离子晶体,或,或极性晶体极性晶体。离子晶体的作用力称为离子晶体的作用力称为离子键离子键。碱金属原子碱金属原子卤素原子卤素原子 离子晶体离子晶体第9页,此课件共33页哦典型的离子晶体:如典型的离子晶体:如NaCl晶体,晶体,C
5、sCl晶体。晶体。CsCl 晶体:无色立方晶体。晶体:无色立方晶体。物理性质:密度物理性质:密度3.988g/cm3;熔点;熔点645;沸点;沸点1290。物理性质:物理性质:相对密度相对密度:2.130g/cm3熔点熔点:801度度沸点沸点:1413度度熔点较高,熔点较高,硬度较强,容易碎裂,导电性弱硬度较强,容易碎裂,导电性弱对可见光透明对可见光透明氯化钠晶体氯化钠晶体第10页,此课件共33页哦2)库仑吸引力:库仑吸引力:主要靠主要靠异性离子异性离子间的间的库仑吸引作用库仑吸引作用而结而结合;合;3)斥力来源:斥力来源:1)形成满壳层:形成满壳层:正,负离子正,负离子的电子都具有的电子都具
6、有满壳层结构满壳层结构一、离子键的形成一、离子键的形成满足满足泡利不相容原理泡利不相容原理,两个满壳层的离,两个满壳层的离子相互接近到它的子相互接近到它的电子云发生显著重叠电子云发生显著重叠时,会产生强烈的时,会产生强烈的排斥排斥作用。作用。库仑吸引力库仑吸引力=重叠排斥力重叠排斥力 离子键离子键离子键具有较强的键能离子键具有较强的键能第11页,此课件共33页哦二、结构特点二、结构特点1.正负离子相间排列正负离子相间排列氯氯钠钠氯化钠结构氯化钠结构氯化铯结构氯化铯结构2、配位数较高:、配位数较高:NaCl为为6,CsCl为为8第12页,此课件共33页哦三、结合力和结合能的估算三、结合力和结合能
7、的估算简化假设:简化假设:正、负离子的电荷分布都是球对称正、负离子的电荷分布都是球对称的,相互作用力是库仑吸引与电子的,相互作用力是库仑吸引与电子云重叠产生的排斥作用的平衡云重叠产生的排斥作用的平衡1.两个离子间的相互作用能可表示为(以两个离子间的相互作用能可表示为(以NaCl为例)为例)库仑吸引库仑吸引重叠排斥重叠排斥其中正负离子的电荷量均为其中正负离子的电荷量均为e,为离子间距为离子间距相互作用力为相互作用力为第13页,此课件共33页哦2.离子晶体的结合能离子晶体的结合能忽略表面层与内部离子的差别,认为各离子所忽略表面层与内部离子的差别,认为各离子所受的相互作用相同受的相互作用相同设设 为
8、离子间最短重复距离为离子间最短重复距离晶体的几何结晶体的几何结构决定构决定马德隆常数马德隆常数第14页,此课件共33页哦 可通过实验测量,并计算得到可通过实验测量,并计算得到而而 与与 间的关系可由平衡条件决定间的关系可由平衡条件决定第15页,此课件共33页哦 2.3 共价结合共价结合采用共价结合方式结合的晶体称为采用共价结合方式结合的晶体称为共价晶体共价晶体,或,或原子晶体,原子晶体,或或同极晶体。同极晶体。共价晶体的作用力称为共价晶体的作用力称为共价键共价键。既不易失去外层价电子,也不易获得价电子的既不易失去外层价电子,也不易获得价电子的原子相互结合的时候,通常会采用共价结合。原子相互结合
9、的时候,通常会采用共价结合。第16页,此课件共33页哦典型的共价晶体:金刚石,硅,锗典型的共价晶体:金刚石,硅,锗硬度,熔点,沸点都很高,低温时导电性能较差硬度,熔点,沸点都很高,低温时导电性能较差密度:3.5g/cm3熔点:4000,摩氏硬度10 硅硅金刚石金刚石密度2.32-2.34g/cm3熔点1410,沸点2355,莫氏硬度:6.5有金属光泽,有半导体性质第17页,此课件共33页哦共用的电子受原子核的吸引共用的电子受原子核的吸引(4绿线)绿线)电子之间和原子核之间互相排斥电子之间和原子核之间互相排斥(2红线)红线)一、共价键的形成一、共价键的形成共价键具有很高的键能。共价键具有很高的键
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