บทที่ 4 โครงสร้างวัสดุ.

งานนำเสนอเรื่อง: "บทที่ 4 โครงสร้างวัสดุ."— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 บทที่ 4 โครงสร้างวัสดุ

2 http://www. ecr6. ohio-state

3 โครงสร้างผลึก (Crystal structure)
โครงสร้างกายภาพของ solid materials ขึ้นกับการจัดเรียงตัวของอะตอม อะตอมที่มีการจัดเรียงตัวอย่งเป็นระเบียบ มีแบบแผน เรียงซ้ำกันในทุกทิศทาง (3 มิติ) ซึ่งมักจะเกิดขึ้นในระหว่างการแข็งตัว เรียกว่า “โครงสร้างผลึก” การจัดเรียงตัวของอะตอมของวัสดุที่แผ่นผลึกสามารถอธิบายได้โดยการแทนอะตอมด้วยจุดตัดในโครงร่าง 3 มิติ

4 Unit cell : เป็นหน่วยย่อยของโครงผลึก (crystal lattice) ซึ่งเป็นตัวแทนของผลึกทั้งหมดได้

5 http://www. crystal. unito. it/mssc2006_cd/tutorials/surfaces/mgo_sc

6

7

8 http://www. physics. ucla

9 โครงสร้างผลึกแบบ FCC ความยาวของ unit cell = a รัศมีอะตอม = R
Cos 45 = R Cos 45 = 2 /2 a/4R = 2 /2 a = 4R. 2 /2 a = 2R 2

10 Coordination number Packing Factor Density
บอกถึงจำนวนอะตอมใกล้เคียง บอกว่าการ pack ตัวของอะตอมหนานแน่นมากน้อย ?? Packing Factor เป็นสัดส่วนของที่ว่างที่เหลืออยู่หลังจากที่มีอะตอมอยู่ในแต่ละตำแหน่ง Packing factor = (number of atoms)(volume of each atom) volume of unit cell Density Theoretical density = (atoms/cell)(atomic mass) (volume of unit cell) (Avogadro number)

11

12 a3 = (16/3)(r3/2r2)3 Coordination number = 12 atoms
Atom in 1 unit cell = 4 atoms Atomic packing factor = (4 atoms/cell)(4r3/3) a3 = (16/3)(r3/2r2)3 =  / 32 =

13 โครงสร้างผลึกแบบ BCC ความยาวของ unit cell = a2 + (2a2)2 = a2 + 2a2
เนื่องจาก ยาว = 4r 4r = a3 a = 4r/ 3 a = 4r3 / 3

14 Coordination number: Atomic Packing Factor
APF = 2  (4r3)/3 (4r/3)3 = (8r3)/3 (64r3)/33 =  3 / 8 =

15 โครงสร้างผลึกแบบ HCP c/a = 1.633 Coordination number = 12 APF = 0.74
chemtips.com/

16 จุด ทิศทาง และระนาบใน unit cell
การบอกตำแหน่งของอะตอมจะใช้ coordinate point โดยระยะที่ใช้จะอยู่ในเทอมของ lattice parameter ซึ่งจะต้องกำหนด origin เพื่อหาตำแหน่งที่ต้องการ

17

18 Direction A : 1,0, ,0,0 = 1,0,0 = [100] B : 1,1, ,0,0 = 1,1,1 = [111] C : 0,0, /2,1,0 = -1/2,-1,1 = 2(-1/2,-1,1) = -1,-2,2 = [122] - -

19 NOTE : [100] ไม่เหมือนกับ [100] : ทิศตรงข้ามกัน [100]  [200] Group ของ direction : < > ตย. <110> : [110] [110] [101] [101] [011] [011] [110] [110] [101] [101] [011] [011] - - - - -

20 http://www. nstlearning. com/~km/wp-content/uploads/2009/04/crystal

21 rsrawat.myplace.nie.edu.sg/Teaching/CAP%20331...

22 Miller Indices กำหนด origin
หาค่าที่ระนาบตัดกันในเทอมของแกน x y z (ค่าจุดตัดเป็นเศษส่วนได้) ทำให้เป็นเศษส่วน ทำให้เป็นจำนวนเต็ม

23 Cubic x y z ตัดแกน 1   เศษส่วน 1 1/  1/  จำนวนเต็ม 1 0 0
ตัดแกน   เศษส่วน /  1/  จำนวนเต็ม Miller indicies (100) Cubic

24 Cubic x y z ตัดแกน 1 1  เศษส่วน 1 1 1/  จำนวนเต็ม 1 1 0
ตัดแกน  เศษส่วน /  จำนวนเต็ม Miller indicies (110) Cubic

25 Cubic x y z ตัดแกน 1 1 1 เศษส่วน 1 1 1 จำนวนเต็ม 1 1 1
ตัดแกน เศษส่วน จำนวนเต็ม Miller indicies (111) Cubic

26 Hexagonal Unit cell (h k i l) โดยที่ h + k = i h = (2h’-k’)/3
k = (2k’-h’)/3 i = -(h’+k’)/3 l = l’

27 Hexagonal a1 a2 a3 c ตัดแกน    1 เศษส่วน 1/ 1/ 1/ 1
ตัดแกน    1 เศษส่วน 1/ 1/ 1/ 1 จำนวนเต็ม Miller indicies (0001) Hexagonal

28 Hexagonal a1 a2 a3 c ตัดแกน 1 1  1 เศษส่วน 1 1 1/ 1
ตัดแกน  1 เศษส่วน / 1 จำนวนเต็ม Miller indicies (1101) Hexagonal

29 Hexagonal - - C = 0,0,1 – 1,0,0 = -1, 0, 1 = [101] or
= -1, 0, 1 = [101] or h = (-2-0)/3 = -2/3 k = (0-(-1)/3 = 1/3 i = -(-1+0)/3 = 1/3 l = 1 h k i l = -2/3 1/3 1/3 1 = = [ ] - -

30 Hexagonal - - D = 0,1,0 – 1,0,0 = -1, 1,0 = [110] or h = (-2-1)/3 = -1
= -1, 1,0 = [110] or h = (-2-1)/3 = -1 k = (2-(-1)/3 = 1 i = -(-1+1)/3 = 0 l = 0 h k i l = = [ ] - -

31 Packing and Interstices

32 Interstitial Sites Octahedral site Tetrahedral site

33

34

35 Close-Packed : Hexagonal Close Packing

36 FCC stacking

37 mrsec.wisc.edu/.../unit_cells_stoichiometry.html

38 mrsec.wisc.edu/.../unit_cells_stoichiometry.html

39

40 Ionic Crystal วัสดุกลุ่มเซรามิก : พันธะไอออนิก ระหว่าง cation และ anion และมีโครงสร้างผลึกที่มี electrical neutrality ซึ่งไม่ยอมให้ ions ที่มีขนาดแตกต่างกัน pack ตัวกันอย่างดี Ceramic compound : สูตรโครงสร้าง AX (A = cation, X = anion) cation = anion ถ้า valence e’ ของ cation = +2 valence e’ ของ anion = -1 สูตรโครงสร้าง คือ AX2

41

42 Hexagonal or Cubic Closest Packing
Rx/Rz C.N. Type 1.0 12 Hexagonal or Cubic Closest Packing 8 Cubic 6 Octahedral 4 Tetrahedral 3 Triangular <0.155 2 Linear

43 Cesium chloride structure
CsCl : เป็น simple cubic ซึ่ง interstitial site ถูกเติมโดย Cl- Ionic radius ratio : ซึ่งชี้ว่า CsCl มี co. no. = 8 departments.kings.edu/chemlab/animation/cscl.html cst-

44 Sodium chloride structure
NaCl : Na ion มีประจุ +1 และ Cl ion มีประจุ -1 Ionic radius ratio : ซึ่งชี้ว่า NaCl มี co. no. = 6

45 Zinc Blende structure ZnS : Zn ion มีประจุ +2 และ S ion มีประจุ -2
Ionic radius ratio : ซึ่งชี้ว่า ZnS มี co. no. = 4 wikis.lib.ncsu.edu/.../Fluorite/Antifluorite

46 Covalent structure ธาตุ : Si Ge C ที่ฟอร์มตัวแบบเพชร มีพันธะโควาเลนต์ 4 พันธะ มี coordination no. = 4 people.seas.harvard.edu/.../covalent_bond.html