American Society of Materials. Szilárdtestek. Fullerének (C atomok, sokszögek) zárt gömb, tojás cső (egy és többrétegű)

Átírás

1 Szilárdtestek Fullerének (C atomok, sokszögek) zárt gömb, tojás cső (egy és többrétegű) csavart alakzatok (spirál, tórusz, stb.) egyatomos vastagságú sík, grafén (0001) Amorf (atomok geometriai rend nélkül) Kristályos (atomok geometriai rendben) Biológiai szilárdtestek (csont, fa, stb.) American Society of Materials 9639 Kinsman Road, Materials Park, OH USA

2 Bucky-ball, Richard Buckminster FULLER, Richard Smalley Gyémánt, grafit, Fullerén, nanocső, grafén

3 Fullerének, nanocsövek a. Egyatomos gáz, b. vízgőz, c. amorf SiO 2, d. fémek, ötvözetek, sok kerámia, néhány polimer (c) 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson

4 Kristályos szerkezetű anyagok Rácspontok, ideális rend, periodikus szerkezet Rendezettség az atomok között tulajdonságok Szimmetria, síklapok, hasadás, anizotrópia Egyatomos gáz Kristályos anyagok Nincs rend, pl.: Ar Rövid és hosszútávú rend Amorf anyagok Egykristályos Sokkristályos Kismértékű rövidtávú rend pl.: Si ; GaAs pl.: fémek, pl.: amorf Si, üveg, műanyag ötvözetek, kerámiák egyrésze /\ Folyékony kristály Rövid távú rend, kis térfogatban hosszútávú rend pl.: LCD kristály

5 Kristálytan Térrács Transzlációs vektor Transzlációs egységvektor Rácsállandó, rácsparaméter Elemi cella Primitív cella 7-féle rácstípus (nincs több lehetőség) 14 Bravais-rács MODELL: Az atomok egymást érintő gömbök a szoros illeszkedésű irány mentén. Wigner Jenő (

6 Síkok Miller-indexei x + A hx + ( hkl) { } hkl y z + B C ky + lz = 1 = q Irányok Miller-indexei bármely két atom koordinátáinak egymásból való kivonásával nyert HELYVEKTOR T = ua1 + va2 + wa3 [ uvw] uvw

7 Transzlációs vektoregyenlet r = r o + a e 1 + b e 2 + c e 3 Önmagával való fedésbe hozás. A természet egyik legnagyobb hatótávolságú rendje. Bravais- rácsok köbösben is leírható: gyémánt

8 Köbös e 1 = e 2 = e 3 e 1 e 2 = e 2 e 3 = e 3 e 1 = 0 kocka, (hexaéderes) p, tkk, fkk, gyémánt Tetragonális e 1 = e 2 e 3 négyzet alapú egyenes e 1 e 2 = e 2 e 3 = e 3 e 1 = 0 hasáb. p, tkt Rombos e 1 e 2 e 3 e 1 e 2 = e 2 e 3 = e 3 e 1 = 0 téglalap alapú egyenes hasáb, alsó-felső lapon köz., fkr, tkr Hexagonális e 1 = e 2 e 3 e 2 e 3 = e 3 e 1 = 0 e 1 e 2 = -0,5 α= 60 o rombusz alapú egyenes hasáb p Monoklin e 1 e 2 e 3 e 1 e 2 e 2 e 3 = e 3 e 1 = 0 téglalap alapú ferde hasáb p, alsó-felső lapon k. Romboéderes e 1 = e 2 = e 3 e 1 e 2 = e 2 e 3 = e 3 e 1 0 rombusz alapú ferde hasáb (6 db egybevágó rombusz) p Triklin e 1 e 2 e 3 romboid alapú ferde hasáb e 1 e 2 e 2 e 3 e 3 e 1 0 p

9 Kristálytani adatok koordinációs szám atomok száma az elemi cellában atomátmérő (rácsállandó) térkitöltési tényező legnagyobb rácshézag (nagyság, hely) legszorosabb illeszkedésű irány, sík síkbeli kitöltési tényező iránymenti kitöltési tényező (c) 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning

10 Primitív köbös (ionrácsok, pl.: NaCl) Rácstípus Fémek Koord. szám Atomátmérő Atomok száma Térkitöltés Legnagyobb üres rácshely PK Po 6 a 1 0,52 0,73 a középen Legszorosabb illeszkedések {100} <100> Térben középpontos köbös Rácstípus Fémek Koord. Atomátmérő Atomok Térkitöltés Legnagyobb Legszorosabb szám száma üres rácshely illeszkedések TKK Na, K, Cr, 8 2 0,68 0,252 a {110} 3 Mo, W, βti, a ½ ¼ 0 <111> αfe 2 Kismértékű alakíthatóság, oxidációs hajlam, gyenge vezetőképesség, rideg-képlékeny átmenet (αfe = ferrit)

11 Rácstípus Fémek 12 Koord. szám Atomátmérő 2 a 2 Atomok száma 4 0,74 Maximális! Térkitöltés Legnagyobb Legszorosabb üres illeszkedések rácshely 0,293 a {111} ½00 <110> ½½½ Felületen középpontos köbös FKK Cu, Au, Ag, Pb, Ni, Pt, γfe Jól alakítható, kémiailag stabil, jó hő- és elektromos vezető FKK cella legsűrűbb síkjai ABC

12 Gyémántrács (szfalerit, wurzit) FÉLVEZETŐK Rácstípus Fémek Koord. szám Gyémánt C, Si, Ge, 4 αsn Atomátmérő 3 4 a Atomok száma Térkitöltés Legszorosabb illeszkedések 8 0,34 {111} <110> Nem érintik egymást! Szorosan pakolt hexagonális rács Rácstípus Fémek Koord. szám HCP Be, Mg, Zn, Cd, αti Atomátmérő Atomok száma 12 c/a=1,63 6 0,74 Maximális! Térkitöltés Legnagyobb üres rácshely Legszorosabb illeszkedések 0,235 a {0001} <1120>

13 HEX csatornák HEX legsűrűbb síkok ABAB

14 FKK és szorosan pakolt hexagonális rács összehasonlítása ABCABC ABABAB Hexagonális rács: grafit

15 (c) 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning