2014年春季学期-固体物理-第二章.ppt

金属晶体一般为面心立方或六角立方结构，少数金属具有体心立方结构。 金属导热性好、导电性好、范性好、容易合金。 金属晶体特点 2.2.4 范德瓦尔斯(Van der Waals)键及分子晶体 范德瓦尔斯键 范德瓦尔斯键 静电力-- 极性分子偶极矩之间的静电力 诱导力-- 极性分子偶极矩与感应偶极矩静电力 色散力-- 非极性分子瞬时偶极矩间静电力 分子晶体及特点 以范德瓦尔斯键结合形成的晶体称为分子晶体。 分子晶体包括极性分子晶体、非极性分子晶体。 分子晶体硬度小、熔点低、沸点低、压缩系数大。 静电引力（Keeson interaction) 极性分子偶极矩（永久偶极矩） + - + - 负电荷到正电荷为偶极矩方向，正、负电荷中心距离与电荷量乘积称为偶极矩。 诱导力（Debye力) 极性分子偶极矩 诱导偶极矩 极性分子偶极矩诱导非极性分子产生偶极矩，并与之形成静电引力。 + - + - [永久偶极矩] H-O-H-----Cl-Cl [诱导偶极矩] (+)(-)(+) (-) (+) 色散力(London力) + + + + 瞬时偶极矩吸引态 瞬时偶极矩排斥态 非极性分子瞬时偶极矩统计涨落形成的静电引力。 Cl-Cl------Cl-Cl (+) (-) (+) (-) Cl-Cl------Cl-Cl (-) (+) (+) (-) 分子晶体结合能 以范德瓦耳斯键结合的两原子相互作用势能（Lenard-Jones势）， —— 实验参数 N个原子的分子晶体总相互作用势能， 令 对面心立方分子晶体， 真空能级 基态 2.2.５　氢键 氢键晶体 氢原子、氢键 氢核 电子 　氢电离能高，很难释放电子成为离子 氢原子及基态 冰中水分子的氢键 　氢原子与负电性大、小半径原子（如氧、氟、氮）结合成极性共价键，使氢核暴露，又与另一个带负电原子结合，其结合力称为氢键。 氢键具有饱和性。 例、 氧价电子组态2s22p4，构成四个sp3杂化轨道，两个价电子与两个氢原子形成极性共价键，氧负电性大，使氢核暴露。 氢键 在水分子四面体中，两个氢原子所在两个顶角带正电，氧原子的两个杂化电子所在顶角带负电，一个水分子的正顶角与另一个分子的负顶角吸引，构成弱离子性结合。 2.2.6 混合键、混合晶体 石墨 石墨以六边形碳原子层平面堆叠而成，碳原子的3个价电子与同平面内的3个C原子形成sp2共价键，1个价电子在层内自由运动，形成金属键。层与层之间以范得瓦尔斯键结合，容易剥离。 sp2共价键波函数： C60 分子晶体（Buckminsterfullerene 巴基球、足球烯） C60 分子的12个五边形由碳原子SP3杂化轨道共价键组成，20个六边形中，两个六边形的共棱是SP2和SP3杂化轨道形成的双键，五边形和六边形的共棱是SP2杂化轨道单键。 C60 分子主要通过范得瓦耳斯键结合，温度高于260K，形成面心立方晶格。260K以下，形成简单立方晶格。 五边形 六边形 碳纳米管（巴基管） 由 SP2杂化轨道形成的单层石墨卷成。直径可小于0.5纳米,长度可达直径的数千倍，是理想一维导体。同时，具有表面积大（1克碳纳米管表面积达到几百万平方米），可以吸附大量气体，储存氢气。 石墨烯 （Graphene） 2004年，英国科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃塞洛夫将石墨薄片的两面粘在一种胶带上，撕开胶带，把石墨片一分为二。不断这样操作，最后得到石墨烯。 　石墨烯具有高比表面积、高导电性、高机械强度、有望在现代电子科技领域引发一轮革命。 石墨烯是碳二维结构层，单层厚度0.335纳米，把20万片叠到一起，只有一根头发丝厚。 1、霍尔电导为量子电导的奇数倍，且可在室温下观测到。 2、结构非常稳定。石墨烯中碳原子没有缺失，碳原子间连接非常柔韧，受外机械力时，碳原子面弯曲变形，不必重新排列来适应外力。 3、导电性优。原子间作用力很强，常温下，石墨烯中的电子受到非常小干扰，运动速度达到光速的1/300，远超过电子在一般导体中的运动速度，和中微子非常相似。 4、相当的不透明度。可以吸收约2.3%可见光。 5、强度极高，比钻石坚硬。每100纳米距离上可承受的最大压力约2.9微牛，相当于要施加55牛顿的压力才能使1米长的石墨烯断裂。约100纳米厚度的石墨烯包装袋，可承受两吨重物品。 6、电子间以及电子与蜂窝状晶格间均存在着强烈相互作用。 特异性能 2009年12月1日，日本富士通研究所研究人员将原料气体吹向事先涂有催化剂铁的衬底，制成7.5厘米直径的石墨烯膜，再配置电极和绝缘层，制成石