Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Khoa học Vật liệu
TP. Hồ Chí Minh 2008 73
Tại sao lại phải nghiên cứu Cấu trúc tinh thể
Các vật liệu được đề cập tới là ở dạng chất rắn
Tính chất các vật liệu liên quan trực tiếp đến cấu trúc tinh thể của chúng – Là tinh thể hoặc là
không tinh thể
Các tinh thể đơn chất (của một nguyên tố thành phần) và các tinh thể hợp chất (gồm nhiều nguyên tố thành phần)
Cấu trúc và kích thước các tinh thể, các biên hạt
Tại sao lại phải nghiên cứu Cấu trúc tinh thể
Chất rắn: Đơn tinh thể, đa tinh thể, vô định hình, giả tinh thể
Ở các chất đơn tinh thể, các hiệu ứng của sự sắp xếp các nguyên tử trong tinh thể thường dễ dàng quan sát một cách vĩ mô, do hình dạng tự nhiên của tinh thể
thường phản ánh cấu trúc sắp xếp nguyên tử
Các sai hỏng tinh thể ảnh hưởng rất rõ rệt lên các tính chất vật lý và hóa học của vật liệu. Các kiến
Hạt Biên
hạt
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Khoa học Vật liệu
TP. Hồ Chí Minh 2008 75
Tại sao lại phải nghiên cứu Cấu trúc tinh thể
Cấu trúc đơn tinh thể
Cấu trúc vô định hình
Tại sao lại phải nghiên cứu Cấu trúc tinh thể
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Khoa học Vật liệu
TP. Hồ Chí Minh 2008 77
Cấu trúc Tinh thể
Tinh thể là sự sắp xếp tuần hoàn trong không gian của các nguyên tử hoặc phân tử, các nhóm nguyên tử hoặc phân tử
Sự sắp xếp tuần hoàn lặp lại theo cả 3 chiều không gian
Trong điều kiện lý tưởng, có thể tạo đơn tinh thể, trong đó tất cả các nguyên tử trong chất rắn đều trong cùng một cấu trúc
= +
Cấu trúc tinh thể = Mạng tinh thể + Cơ sở
Cấu trúc Tinh thể
Hoặc
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Khoa học Vật liệu
TP. Hồ Chí Minh 2008 79
Giả Tinh thể - Quasicrystals
Giả Tinh thể - Quasicrystals
Giả tinh thể là một dạng tồn tại khác biệt của chất rắn trong đó các nguyên tử sắp xếp dường như là đều đặn nhưng không có sự lặp lại
Được đề cập tới và nghiên cứu lần đầu tiên bởi Dan Shechtman năm 1982
Hầu hết các giả tinh thể thu được cho thấy đều là hợp kim của Nhôm (Al-Ni-Co, Al- Pd-Mn, Al-Cu-Fe), một số các hợp kim khác gồm có
Từ Giả tinh thể được dùng để chỉ các mẫu có trật tự xa nhưng không tuần hoàn
Các vật liệu có cấu trúc tuần hoàn đã được nghiên cứu nhiều. Còn ít quan tâm tới các vật liệu giả tuần
hoàn (quasiperiodic) hoặc bất tuần hoàn (aperiodic)
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Khoa học Vật liệu
TP. Hồ Chí Minh 2008 81
Đa hình và thù hình
Một số vật liệu có thể tồn tại nhiều hơn một loại cấu hình tinh thể - được gọi là tính đa hình (polymorphism)
Nếu vật liệu đó là một chất rắn cùng một nguyên tố - được gọi là có tính thù hình, tính khác hình (allotropy)
Một ví dụ cho allotropy là nguyên tố carbon – có thể tồn tại ở nhiều dạng như
kim cương, than chì, carbon nanotubes, C 60 , C 70 … và
carbon vô định hình …
Tính dị hướng
Các chiều khác nhau trong một tinh thể có sự xắp xếp khác nhau – dẫn đến khác
nhau về một số tính chất vật lý và hóa học
Ví dụ các nguyên tử dọc theo cạnh của ô FCC cách xa nhau hơn so với hướng chéo
Dị hướng về đối xứng trong không gian dẫn đến dị hướng về nhiều tính chất cơ bản
Trong đa tinh thể, sự định hướng các hạt là hoàn toàn ngẫu nhiên tính chất của vật liệu là đẳng hướng
Một số vật liệu có các hạt với chiều ưu tiên
Đại học Khoa học Tự nhiên Khoa Khoa học Vật liệu
TP. Hồ Chí Minh 2008 83
Mô tả Mạng Tinh thể
Mô tả mạng tinh thể
Các véctơ tịnh tiến cơ sở: a 1 , a 2 , a 3 – có thể chọn tùy ý
Véctơ tịnh tiến của mạng tinh thể:
T=n 1 a 1 +n 2 a 2 +n 3 a 3
Tn
Mô tả Mạng Tinh thể