Villamosmérnök MSc, Anyagtudomány

Hasonló dokumentumok
Villamosmérnök MSc, Anyagtudomány. CaF 2 (fluorit rács) kicsit torzul: pl H 2 O (két nemkötő pár, 105 ), NH 3 (egy nemkötő pár, 107 ).

3. A kémiai kötés. Kémiai kölcsönhatás

Bevezetés az anyagtudományba III. előadás

Vázlatos tartalom. Szerkezet jellemzése és vizsgálata Szilárdtestek elektronszerkezete Rácsdinamika Transzportjelenségek Mágneses tulajdonságok

41. ábra A NaCl rács elemi cellája

A kovalens kötés elmélete. Kovalens kötésű molekulák geometriája. Molekula geometria. Vegyértékelektronpár taszítási elmélet (VSEPR)

KRISTÁLYOK GEOMETRIAI LEÍRÁSA

Elemi cellák. Kristály: atomok olyan rendeződése, amelyben a mintázat a tér három irányában periódikusan ismétlődik.

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

Anyagtudomány: hagyományos szerkezeti anyagok és polimerek

Kémiai kötések. Kémiai kötések kj / mol 0,8 40 kj / mol

A szilárd testek szerkezete

Kristályos szilárd anyagok

Kötések kialakítása - oktett elmélet

5. elıadás KRISTÁLYKÉMIAI ALAPOK

Sillabusz orvosi kémia szemináriumokhoz 1. Kémiai kötések

A kovalens kötés polaritása

Bevezetés s az anyagtudományba. nyba. Geretovszky Zsolt május 13. XIV. előadás. Adja meg a következő ionok elektronkonfigurációját! N e P.

Kondenzált anyagok csoportosítása

Szalai István. ELTE Kémiai Intézet 1/74

1.2. A szilárd testek szerkezete

A szilárd testek szerkezete. Reális kristályok, kristályhibák

Általános és szervetlen kémia 3. hét Kémiai kötések. Kötések kialakítása - oktett elmélet. Lewis-képlet és Lewis szerkezet

Elektronegativitás. Elektronegativitás

Kondenzált anyagok fizikája

VI. előadás március 11.

A kémiai kötés magasabb szinten

Atomszerkezet. Atommag protonok, neutronok + elektronok. atompályák, alhéjak, héjak, atomtörzs ---- vegyérték elektronok

Kémiai kötések és kristályrácsok ISMÉTLÉS, GYAKORLÁS

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Dia 1 /39

SZAKÁLL SÁNDOR, ÁsVÁNY- És kőzettan ALAPJAI

A hidrogénmolekula. Energia

Atomszerkezet. Atommag protonok, neutronok + elektronok. atompályák, alhéjak, héjak, atomtörzs ---- vegyérték elektronok

A kémiai kötés. Kémiai kölcsönhatás

Kémiai alapismeretek 3. hét

A hidrogénmolekula. Emlékeztető: az atompályák hullámok (hullámfüggvények!) A hullámokra érvényes a szuperpozíció (erősítés és kioltás) elve!

Anyagszerkezet és vizsgálat Fémtan, anyagvizsgálat

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok.

Szilárd anyagok. Műszaki kémia, Anyagtan I. 7. előadás. Dolgosné dr. Kovács Anita egy.doc. PTE MIK Környezetmérnöki Tanszék

Periódusos rendszer (Mengyelejev, 1869) nemesgáz csoport: zárt héj, extra stabil

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok

MÉRNÖKI ANYAGISMERET AJ002_1 Közlekedésmérnöki BSc szak Csizmazia Ferencné dr. főiskolai docens B 403. Dr. Dogossy Gábor Egyetemi adjunktus B 408

Zárthelyi dolgozat I. /A.

A szilárd testek szerkezete

Tematika. Az atomok elrendeződése Kristályok, rácshibák

Anyagszerkezet és vizsgálat

Reális kristályok, rácshibák. Anyagtudomány gyakorlat 2006/2007 I.félév Gépész BSC

Energiaminimum- elve

A kémiai kötés magasabb szinten

Elektrokémiai fémleválasztás. Kristálytani alapok A kristályos állapot szerepe a fémleválásban

Kémiai kötések. Kémiai kötések. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

A periódusos rendszer, periodikus tulajdonságok

Általános és szervetlen kémia 3. hét. Kémiai kötések. Kötések kialakítása - oktett elmélet. Az elızı órán elsajátítottuk, hogy.

A fémek egyensúlyi viselkedése. A fémek kristályos szerkezete

I. Atomszerkezeti ismeretek (9. Mozaik Tankönyv: oldal) 1. Részletezze az atom felépítését!

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Dia 1 /39

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Slide 1 /39

Ásvány- és kzettan. Bidló András NYME Termhelyismerettani Tanszék

Kristályos szerkezetű anyagok. Kristálytan alapjai. Bravais- rácsok 1. Bravais- rácsok 2. Dr. Mészáros István Anyagtudomány tárgy előadásvázlat 2004.

Az elektronpályák feltöltődési sorrendje

Az anyagszerkezet alapjai. Az atomok felépítése

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 5. Általános anyagszerkezeti ismeretek Fémek, ötvözetek

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Slide 1 /39

A SZILÁRDTEST FOGALMA. Szilárdtest: makroszkópikus, szilárd, rendezett anyagdarab. molekula klaszter szilárdtest > σ λ : rel.

Kondenzált anyagok fizikája 1. zárthelyi dolgozat

20/10/2016 tema04_biolf_

Kémiai alapismeretek 4. hét

Fizikai kémia Diffrakciós módszerek. Bevezetés. Történeti áttekintés

Fogászati anyagok fajtái. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 5. Általános anyagszerkezeti ismeretek Anyagcsaládok: fémek, kerámiák.

Anyagtudomány. Kristálytani alapismeretek

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

Kémiai kötés Lewis elmélet

Az elemek rendszerezése, a periódusos rendszer

Az anyagszerkezet alapjai

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

Az atomok elrendeződése

2. előadás A KRISTÁLYTAN ALAPJAI. 1. A kristályok belső rendezettsége (kristályszerkezet) 2. A kristályok külső alakja (kristálymorfológia)

Bevezetés s az anyagtudományba. nyba február 25. Interferencia. IV. előadás. Intenzitásmaximum (konstruktív interferencia): az útkülönbség nλ,

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

dinamikai tulajdonságai

AZ ANYAGI HALMAZOK ÉS A MÁSODLAGOS KÖTÉSEK. Rausch Péter kémia-környezettan

Kérdések és feladatok a Bevezetés az anyagtudományba kurzus anyagához

Altalános Kémia BMEVESAA101 tavasz 2008

A fémek egyensúlyi viselkedése. A fémek kristályos szerkezete

SZAKÁLL SÁNDOR, ÁsVÁNY- És kőzettan ALAPJAI

Katalízis. Tungler Antal Emeritus professzor 2017

Kolloidkémia 1. előadás Első- és másodrendű kémiai kötések és szerepük a kolloid rendszerek kialakulásában. Szőri Milán: Kolloidkémia

az Anyagtudomány az anyagok szerkezetével, tulajdonságaival, az anyagszerkezet és a tulajdonságok közötti kapcsolatokkal, valamint a tulajdonságok

Az anyagszerkezet alapjai. Az atomok felépítése

ÁSVÁNYOK-KİZETKÉPZİDÉS

Kristálytani alapok. Anyagtudomány gyakorlat. Ajánlott irodalom: Tisza Miklós: Metallográfia

A szilárd állapot. A szilárd állapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

ANYAGSZERKEZETTAN II.

Szilárdtest-fizika gyakorlat, házi feladatok, ősz

Kémiai kötés: több atom reakcióba lépése során egy közös, stabil (telített) külső elektronhéj alakul ki.

tema04_

Az anyagi rendszer fogalma, csoportosítása

ANYAGSZERKEZETTAN II.

Bevezetés s az anyagtudományba. nyba. ltozás. VII. előadás március 18. Kétféle viselkedés. atipusos (egyes acélok, nemfémek) fémeknél tipikus

Átírás:

Anyagszerkezet Villamosmérnök MSc, Anyagtudomány Vázlat Kötéstípusok, rácstípusok (emlékeztető) Molekulaszerkezet, koordináció Kristályszerkezet leírása Elemi cellák Kristálysíkok, Miller-indexindex Kristályhibák (emlékeztető) Szerkezetvizsgálat (hallgatói előadások) 1

Kötéstípusok, rácstípusok Kötés jellegében eligazít az elektronegativitás Összetartó erők modellezése rugalmas erőkkel Ionos kötés ionrács Tulajdonságok: Erős, elsőrendű, magas olvadáspont Részben irányított kötés, rideg anyagok Koordinációt, térkitöltést a kation/anion méretarány és az ionok töltésaránya szabja meg Előfordulás: kerámiák CaF 2 (fluorit rács) 2

Kovalens kötés Alapok: nagy EN-ú partnerek, elektronpárok molekulapályán σ: lineáris (s s, s p, p p elektronok között) π: második-harmadik kötés, kis mérető atomok között (p p elektronok között) Delokalizált: konjugált kettőskötés esetén Hibrid pályák Az s és p (esetleg d) pályák kombinációjából azonos energiájú, - töltéseloszlású σ kötések pl: sp hibridpályák kialakulása egy-egy p és s elektronból Hibrid pályák alakja Kötő hibridpályák taszító hatása miatt a minimális energia a lehető legszimmetrikusabb elrendezésnél lesz A nemkötő elektronpárok taszítása erősebb, a molekula kicsit torzul: pl H 2 O (két nemkötő pár, 105 ), NH 3 (egy nemkötő pár, 107 ). Kettős kötésben a π kötés nem hibrid pályából alakul (ld. etilén; 3 hibrid pálya és egy d pálya) Hibrid pálya Sp sp 2 sp 3 sp 3 d sp 3 d 2 Példák BeF 2, CO 2, HgCl 2 BF 3, CO 3 2- CH 2 =CH 2, SO 3 CH 4, SO 2-4, H 2 O, NH 3, PF 5, SF 4, SbCl 5 2- SF 6 NH 4+, SiO 4 4- Alak 3

Kovalens kötés atomrács Erős, elsőrendű, magas olvadáspont, jó hőállóság Szigorúan irányított kötés, rideg, kemény anyagok A koordinációt a vegyérték-viszonyok viszonyok szabják meg kicsi koordinációs szám, rossz térkitöltés, kis sűrűség Előfordulás: kerámiák, polimerek láncon belüli kötések Fémes kötés, fémrács Erős, közepesen erős kötés olvadáspont -30 C 3000 C-ig Nem irányított kötés, nagy koordinációs szám, lehetőség a legjobb térkitöltésre (ρ: ~800 21000 kg/m 3 ) lehetőség a kristálysíkok elmozdulására, diszlokáció keletkezésére, mozgására képlékeny alakítás A mechanikai jellemzők a hőmérséklet emelésével folyamatosan romlanak Delokalizált elektronok fémes vezetés Előfordulás: tiszta fémek és ötvözetek 4

Másodlagos kötés, molekularács H-híd Van der Waals Orientációs Indukciós Diszperziós Gyenge 0,1 0,001- szerese az elsődleges kötésnek Alig vagy nem irányított Előfordulás: víz, CO 2, NH 3, szerves anyagok, polimerek A kristályszerkezet leírása A szilárd szerkezet lehet kristályos vagy amorf Általában energetikailag legkedvezőbb a polikristályos állapot. Egykristályban a szabadenergia kisebb, az entrópia minimális. Polikristályosban többlet határfelületi energia, de nagyobb entrópia. Amorf anyagokban a kötések torzulása miatt többlet energia http://www.doitpoms.ac.uk/ 5

A kristályszerkezet leírása A szabályos mikroszerkezet jelei néha nagyban is megmutatkoznak. Geometriai megfontolásokból is lehet következtetni az ismétlődő egységek alakjára Gipsz Apatit Vanadinit Pl. nem tölthető ki folytonosan a tér ilyen idomokkal http://www.galleries.com/minerals/symmetry Elemi cellák A rendszerre jellemző legkisebb egység. Rendelkezik a rács minden geometriai jellemzőjével. A kristálytani irányok szerinti eltolásokkal előállítható az egykristály. A kristály leírására használt jellemzők: Elemi cella, élhossza (rácsállandó) Periodicitás, irányok, síkok Atomátmérő Koordinációs szám Elemi cellát alkotó atomok száma Térkitöltési tényező Egy elemi cella meghatározásához 6 adat szükséges (3 oldal, 3 szög). Minél nagyobb a szimmetria, annál kevesebb. 6

Bravais cellák 4 típus P = primitív I = tércentrált F = lapcentrált C =alaplapon centrált 7 Kristály osztály 14 Bravais cella Cellatípusok Egyszerű (primitív) P Tércentrált I Lapcentrált F Alaplapon centrált C 7 kristályosztály 4 cellatípus -------------- 14 Bravais-cella További szimmetria- műveletekkel (forgatás, csúsztatás, tükrözés) 230 különböző tércsoport 7

Koordináció és ionátmérő Hány anion közé fér be egy kation? Általában az anionok alkotnak szinte összefüggő rácsot, a rácsközi helyekbe illeszkednek a kationok. r cation r anion Coord # <.155 2 ZnS (zincblende).155-.225.225-.414.414-.732.732-1.0 3 4 6 8 NaCl (sodium chloride) CsCl (cesium chloride) SiO 2 kvarc Tetraéderes szerkezet, 1 Si atomra jut 4 fél O Példák ZnS cinkblende R 4+ 0.040nm R Si Zn 0,074nm = = 0.286 = = 0, 402 R 2 0.140nm R 0,184 nm O S Tetraéderes koordináció S atomok: FCC rendszerben 8

Térkitöltés, FCC kristály APF (Atomic Packing Fraction) AFP = Elemi cellában levõ atomi Elemi cella gömbök térfogata térfogata Egy cellában 6 db félgömb és 8 db 1/8 gömb = 4 Cella átmérő: 4R Rácsállandó: a 2a = 4R atoms unit cell APF = 4 4 3 π ( 2a/4)3 a 3 volume unit cell volume atom = 0.74 Sűrűség # atoms/unit cell Atomic weight (g/mol) Volume/unit cell (cm 3 /unit cell) ρ = na V c N A Avogadro's number (6.023 x 10 23 atoms/mol) Pl. réz FCC kristály: 4 atom/cella Atomtömeg: 63,55 g/mol Atomsugár: 0,128 nm Számított : 8,89 g/cm 3 Mért: 8,94 g/cm 3 Vc = a 3 ; For FCC, a = 4R/ 2 ; Vc = 4.75 x 10-23 cm 3 9

A különböző anyagcsoportok sűrűsége ρ (g/cm 3 ) 30 20 10 5 4 3 2 1 Metals/ Alloys Platinum Gold, W Tantalum Silver, Mo Cu,Ni Steels Tin, Zinc Titanium Aluminum Magnesium Graphite/ Ceramics/ Semicond Polymers Composites/ fibers Based on data in Table B1, Callister *GFRE, CFRE, & AFRE are Glass, Carbon, & Aramid Fiber-Reinforced Epoxy composites (values based on 60% volume fraction of aligned fibers in an epoxy matrix). Zirconia Al oxide Diamond Si nitride Glass-soda Concrete Silicon Graphite PTFE Silicone PVC PET PC HDPE, PS PP, LDPE Glass fibers GFRE* Carbon fibers CFRE* Aramid fibers AFRE* 0.5 0.4 0.3 Wood Miller index A kristálysíkoksíkok helyzetének jelölésére szolgáló számok vagy betűk, A lap térkoordinátáit (tengely- metszetét) kifejező paraméterek reciprok értéke Ha a lap az (a) tengelyt egységnyi távolságra metszi, akkor a paramétere 1 és az indexe is 1. Ha párhuzamos vele, akkor a paramétere, az indexe pedig 0. Az egységnyi méretű kocka csúcsainak koordinátái 10

A Miller indexek kiszámítása A síkot párhuzamos eltolással olyan helyzetbe hozzuk, hogy ne menjen át a koordinátarendszer origóján. A síkok tengelymetszeteinek a meghatározása, ezek rendre a, b, c Képezzük ezen tengelymetszetek reciprokait: h =1/a, k =1/b, 1 = =1/c Megfelelően választott egész számmal (legkisebb közös többszörösével:q) szorozva az indexekre tovább nem egyszerűsíthető egész számok adódnak: h=qh,k=,k=qk,l=ql, amit Miller indexeknek nevezünk, gömbölyű zárójellel jelöljük (h, k, l). A Miller index nem egy síkra, hanem egymással párhuzamos síkseregre vonatkozik. A negatív jel szokásos megadása felülvonással Néhány sík Miller-indexeindexe 11

http://chemistry.bd.psu.edu/jircitano/miller.html Példák Határozzuk meg a síkok Miller- indexét! Rajzoljuk meg a (201) síkot! 12

Alkalmazás Félvezetőknél az egykristályos szerkezetben a fizikai tulajdonságok a kristálytani iránytól függenek. Pl. elektron- lyuk mozgékonyság vezetőképesség, diffúzióállandó, implantált atomok behatolási mélysége. Si (111)sík és STM felvétele Si rács (100) és (110) irányból Köbös rendszer A következő képek forrása: http://www.theimage.com/crystalinfo/ 13

Trigonális rendszer Hexagonális rendszer 14

Ortorombos rendszer Tetragonális rendszer 15

Monoklin rendszer Triklin rendszer 16

Kvázikristályok Nem egy azonos elemi cella ismétlődésével épül fel Előállítás: szupergyors hűtés: fémüvegek, kvázikristályok Mágneses tul: nagyon lágy mágnes (kis hiszterézis, kis veszteség) alcím2 Daniel Shechtman, Nobel díj 2011 Gyorshűtött Al 95 Mn 5 szalag SEM felvétele 17