Giới thiệu về vật liệu và Đại cương về tinh thể học

Chương 1
Giới thiệu về vật liệu và
Đại cương về tinh thể học
1. Giới thiệu

1


Chương 1
 VL là những chất rắn mà con người sử dụng để chế tạo
dụng cụ, thiết bị, máy móc, chi tiết, xây dựng công
trình, thay thế bộ phận cơ thể, thể hiện ý đồ nghệ
thuật,…
 Lịch sử phát triển VL: Đá Đồng Sắt VL tiên tiến

 Khoa học và kỹ thuật VL: nghiên cứu mối quan hệ cấu
trúc và tính chất của VL, đề ra các biện pháp công
nghệ nhằm cải thiện tính chất và sử dụng thích hợp và

ngày một tốt hơn.
Điều chế

Cấu trúc

Tính chất

Ứng dụng

2

Chương 1
 Phân loại VL:

3


Chương 1
 Phân loại VL:
 kim loại-hợp kim, gốm (ceramic), hữu cơ (polymer),

composite
 tinh thể, vô định hình
 dẫn điện, cách điện, bán dẫn
…

 VL tiên tiến: VL điện tử, VL siêu dẫn
 VL tương lai: VL phân hủy sinh học, VL nano,
VL thông minh
4


Chương 1
2.

Đại cương về tinh thể học
a)

Các dạng liên kết

 LK cộng hóa trị

 LK ion
 LK kim loại

 LK Van der Waals-LK hydro
b) Sắp xếp nguyên tử trong vật chất
 Chất khí: nguyên tử sắp xếp một cách hỗn loạn

 Chất rắn tinh thể: nguyên tử sắp xếp có trật tự (cả trật tự gần và trật
tự xa)
 Chất lỏng : có trật tự gần, không có trật tự xa
 Chất rắn vô định hình: không có cấu trúc tinh thể, có trật tự gần

5


Chương 1

6


c)

Ô cơ sở

O

Chương 1

 Không thể biểu diễn mạng TT với vô số
nguyên tử/phân tử/ion. Các NT, PT, ion:

nút mạng.
 Ô cơ sở: hình không gian nhỏ nhất đặc
trưng cho quy luật sắp xếp mạng tinh thể.
Là khối hộp có các mặt song song được
xác định bởi các trục thành phần a, b, c
(hằng số mạng) và các góc a, b, g

 Mạng tinh thể: tập hợp nhiều ô cơ sở y hệt nhau lặp lại trong không gian

 Tùy thuộc tương quan các cạnh a,b,c và các góc a,b,g mà có 7 hệ tinh thể (lập
phương, bốn phương, trực thoi, đơn tà, tam tà, ba phương, sáu phương). Tùy
thuộc cách bố trí các nút mạng mà có 14 kiểu mạng Bravais.

7


8

7 kiểu hệ tinh thể


Chương 1

9

14 kiểu mạng Bravais


Chương 1
d)

Tọa độ điểm, ký hiệu phương và mặt tinh thể theo Miller

 Tọa độ điểm: A(a,b,c)

A(1,1,1); B(a,0,0)

B(1,0,0)

 Phương tinh thể:
 Đường thẳng giữa hai nút mạng, ký hiệu [uvw]
 Do quy luật sắp xếp nút mạng, các phương song song có tính chất
giống nhau nên có cùng ký hiệu phương là phương đi qua gốc tọa độ
 u, v, w là ba số nguyên tỷ lệ thuận với tọa độ của một

D

nút mạng nằm trên phương đó và gần gốc O nhất.
Phương OM: M(p,q,r), nếu p q r là phân số, quy đồng
mẫu số, tìm mẫu số chung nhỏ nhất, khi đó tử số là u v

O

w (dấu – của số âm đặt trên đầu chữ số).

C

 Phương AB không qua O: tìm phương song song với 10
AB và qua O.

Ba phương điển hình (chéo khối, chéo mặt, cạnh)


Chương 1
 Phương tinh thể:
 Các phương không song song nhưng có giá trị tuyệt đối u v w giống nhau
sẽ có tính chất giống nhau tạo nên hệ phương <uvw>.
 VD: Hệ phương <110> gồm các phương [110], [011], [101], [110], [011],
- --- - [101], [110], [011], [101], [110], [011], [101] (mạng lập phương).
 Khoảng cách lặp lại: chiều dài vector y hệt nhau được lặp lại. Phương khác

nhau thì chiều dài vector lặp lại khác nhau.

 Mặt tinh thể: là mặt phẳng tạo nên bởi các nút mạng, ký hiệu là
(hkl). Các mặt TT song song với nhau có tính chất giống nhau nên
có cùng ký hiệu.
 Cách xác định ký hiệu mặt TT:

11


Chương 1
 Mặt tinh thể:
 Cách xác định ký hiệu mặt TT: Mặt phẳng (P) cắt 3 trục x,y,z tại 3 điểm
A(e,0,0), B(0,f,0), C(0,0,g)

 Lấy nghịch đảo: 1/e, 1/f, 1/g
 Quy đồng mẫu số: h/D, k/D, l/D
 (hkl) là ký hiệu của mp (P)
 Các măt tuy không song song nhưng có sự sắp xếp các nút giống nhau

(tính chất giống nhau) thì được xếp vào chung 1 hệ mặt TT {hkl}. VD: mạng
lập phương, hệ mặt {100} bao gồm (100), (010), (001), (100), (010), (001).

12


Chương 1

13


Chương 1

14


 Mặt tinh thể:

Chương 1

 Khoảng cách giữa các mặt TT: nhiễu xạ tia X, định luật Bragg

-

-

-

15

Chương 1
 Mặt tinh thể:
 Khoảng cách giữa các mặt TT: mạng lập phương:

 Mật độ thẳng (linear density), mật độ mặt (planar density):

Khoảng cách lặp lại: length of direction vector

16


Chương 1
 Góc p giữa hai mặt TT (h1k111) và (h2k2l2): mạng lập
phương:

Góc  giữa hai phương [u1 v1 w1] và [u2 v2 w2]: mạng lập
phương

u1u 2  v1 v 2  w1 w 2
cos 
(u12  v12  w12 )1/ 2 (u 22  v 22  w 22 )1/ 2
17


Chương 1
 Mật độ thể tích (Atomic packing factor):

 Số phối trí (số sắp xếp): số lượng nút mạng cách đều gần nhất một
nút mạng đã cho. Số phối trí càng lớn thì mạng TT càng dày đặc.

 Lỗ hổng: không gian trống bị giới hạn bởi hình khối nhiều mặt mà
mỗi đỉnh khối là tâm nguyên tử, ion tại nút mạng. Lỗ hổng cho
phép các NT khác loại hòa trộn vào.

18


Chương 1
f) Sắp xếp theo lớp trong cấu trúc TT:

19