第二章晶体结构.ppt

（2） ?-鳞石英的结构 ?-鳞石英属六方晶系，空间群P63/mmc；晶胞参数a=0.504nm，c=0.825nm；晶胞分子数Z=4。其结构如图2-27所示。结构由交替指向相反方向的硅氧四面体组成的六节环状的硅氧层平行于（0001）面叠放而形成架状结构。平行叠放时，硅氧层中的四面体共顶连接，并且共顶的两个四面体处于镜面对称状态，Si-O-Si键角是180o，对于?-鳞石英，有的认为属于斜方晶系，晶胞参数a=0.874nm，b=0.504nm，c=0.824nm。而有的认为属于单斜晶系，参数为a=1.845nm，b=0.499nm，c=2.383nm，?=105o39，。 * 图2-27 ?-鳞石英的结构 * 下图即为?-方石英、 ?-鳞石英中硅氧四面体的不同连接方式对比： * （3）石英的结构 ?-石英属六方晶系，空间群P6422或P6222；晶胞参数a=0.496nm，c=0.545nm；晶胞分子数Z=3。?-石英在（0001）面上的投影如图2-28所示。结构中每个Si4+周围有4个O2-，空间取向是2个在Si4+上方、2个在其下方。各四面体中的离子，排列于高度不同的三层面上，最上一层用粗线表示，其次一层用细线表示，最下方一层以虚线表示。?-石英结构中存在6次螺旋轴，围绕螺旋轴的Si4+离子，在（0001）面上的投影可连接成正六边形，如图2-29（a）和2-30（a）所示。根据螺旋轴的旋转方向不同，?-石英有左形和右形之分，其空间群分别为P6422和P6222。?-石英中Si-O-Si键角为150o。 * 图2-28 ?-石英在（0001）面上的投影 * ?-石英属三方晶系，空间群P3221或P3121；晶胞参数a=0.491nm，c=0.540nm；晶胞分子数Z=3。?-石英是?-石英的低温变体，两者之间通过位移性转变实现结构的相互转换。两结构中的Si4+在（0001）面上的投影示于图2-29。在?-石英结构中，Si-O-Si键角由?-石英中的150o变为137o，这一键角变化，使对称要素从?-石英中的6次螺旋轴转变为?-石英中的3次螺旋轴。围绕3次螺旋轴的Si4+在（0001）面上的投影已不再是正六边形，而是复三角形，见图2-30（b）。?-石英也有左、右形之分。 * 图2-29 （a） ? -石英、（b） ? -石英中Si4+在（0001）面上的投影 * 图2-30 （a） ? -石英、（b） ? -石英中硅氧四面体在（0001）面上的投影 * 结构与性质的关系：SiO2结构中Si-O键的强度很高，键力分别在三维空间比较均匀，因此SiO2晶体的熔点高、硬度大、化学稳定性好，无明显解理。 * 关于?-石英的压电效应：某些晶体在机械力作用下发生变形，使晶体内正负电荷中心相对位移而极化，致使晶体两端表面出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与应力成比例。这种由“压力”产生“电”的现象称为正压电效应(direct piezoelectric effect)。反之，如果具有压电效应的晶体置于外电场中，电场使晶体内部正负电荷中心位移，导致晶体产生形变。这种由“电”产生“机械形变”的现象称为逆压电效应(converse piezoelectric effect)。正压电效应和逆压电效应统称为压电效应。 * 压电晶体的应用：压电材料在宇航、电子、激光、计算机、微波、能源等领域得到广泛应用。目前主要用作压电振子和压电换能器。前者主要利用振子本身的谐振特性，要求压电、介电、弹性等性能的温度变化、经时变化稳定，机械品质因数高。后者主要将一种形式的能能量转换成另一种形式的能量，要求换能效益（即机电耦合系数和品质因数）高。 * 2、长石的结构 长石类硅酸盐分为正长石系和斜长石系两大类。其中有代表性的为： 正长石系：钾长石K[AlSi3O8]；钡长石Ba[Al2Si2O8]。 斜长石系：钠长石Na[AlSi3O8]；钙长石Ca[Al2Si2O8]。 长石的基本结构单元：长石的基本结构单元由[TO4]四面体连接成四节环，其中2个四面体顶角向上、2个向下；四节环中的四面体通过共顶连方式接成曲轴状的链，见图2-31。链与链之间在三维空间连接成架状结构。 * 图2-31 长石结构中基本结构单元的构造 (a)理想的曲轴长链 (b)四联环 (c)实际的曲轴长链 * 两节 第四次课 第四次课 第四次课 两节 镁橄榄石Mg2[SiO4]结构 属斜方晶系，空间群Pbnm；晶胞参数a=0.476nm，b=1.021nm，c=0.599nm；晶胞分子数Z=4。如图2-18-1、2-18-2、2-18-3所示。 镁橄榄石结构中，O2-离子近似于六方最紧密堆积排列，Si4+离子填于四面体