Transcript โครงสร้างวัสดุ (ต่อ)

บทที่ 4
โครงสร้ างวัสดุ
http://www.ecr6.ohio-state.edu/mse/mse205/lectures/chapter3/chap3_slide3.gif
โครงสร้ างผลึก (Crystal structure)
โครงสร้ างกายภาพของ solid materials ขึน้ กับการจัดเรียง
ตัวของอะตอม
อะตอมที่มีการจัดเรียงตัวอย่ งเป็ นระเบียบ มีแบบแผน เรียงซา้
กันในทุกทิศทาง (3 มิต)ิ ซึ่งมักจะเกิดขึน้ ในระหว่ างการแข็งตัว
เรียกว่ า “โครงสร้ างผลึก”
การจัดเรียงตัวของอะตอมของวัสดุท่ แี ผ่ นผลึกสามารถอธิบาย
ได้ โดยการแทนอะตอมด้ วยจุดตัดในโครงร่ าง 3 มิติ
http://www.rmutphysics.com/CHARUD/scibook/metalswu/Picture2-11.jpg
Unit cell :
เป็ นหน่ วยย่ อยของโครงผลึก (crystal lattice) ซึง่ เป็ นตัวแทน
ของผลึกทั้งหมดได้
www.crystal.vt.edu/crystal/roughguide.html
http://www.crystal.unito.it/mssc2006_cd/tutorials/surfaces/mgo_sc.png
http://www.chem1.com/acad/webtext/states/crystals-cubic.html
http://www.slri.or.th/th/article_images/beamline/bl7_2mx/362/Bravais.gif
http://www.physics.ucla.edu/demoweb/demomanual/matter_and_thermodynamic
s/matter/bravais_crystals.gif
โครงสร้ างผลึกแบบ FCC
ความยาวของ unit cell = a
รั ศมีอะตอม = R
จะหา a ได้ จาก
Cos 45 = R
Cos 45 = 2 /2
a/4R = 2 /2
a = 4R. 2 /2
a = 2R 2
http://www.rmutphysics.com/charud/transparency/12/material-science/chap2.files/slide0017_image110.jpg
http://www.chem.queensu.ca/people/faculty/Mombourquette/FirstYrChem/Molecular/Solids/FCC.ht2.jpg
Coordination number
 บอกถึงจานวนอะตอมใกล้ เคียง
 บอกว่ าการ pack ตัวของอะตอมหนานแน่ นมากน้ อย ??
Packing Factor
 เป็ นสัดส่ วนของที่ว่างที่เหลืออยู่หลังจากที่มีอะตอมอยู่ในแต่ ละตาแหน่ ง
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)
http://web.stteresa.edu.hk/~kfyuen/s6ch7coordinationno.jpg
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
= 0.74
โครงสร้ างผลึกแบบ BCC
ความยาวของ unit cell = a2 + (2a2)2
= a2 + 2a2
= 3a2 = a3
เนื่องจาก ยาว = 4r
4r = a3
a = 4r/ 3
a = 4r3 / 3
www.seas.upenn.edu/.../metallicsolids.html
http://www.tint.or.th/adv/summer2008/crystal-edit/page2_new_clip_image002_0001.gif
Coordination number:
Atomic Packing Factor
APF = 2  (4r3)/3
(4r/3)3
=
(8r3)/3
(64r3)/33
=  3 / 8
= 0.68
www.chem.queensu.ca/.../Molecular/Solids/BCC.htm
โครงสร้ างผลึกแบบ HCP
c/a = 1.633
Coordination number = 12
APF = 0.74
chemtips.com/
จุด ทิศทาง และระนาบใน unit cell
การบอกตาแหน่ งของอะตอม
จะใช้ coordinate point
โดยระยะที่ใช้ จะอยู่ในเทอม
ของ lattice parameter
ซึ่งจะต้ องกาหนด origin
เพื่อหาตาแหน่ งที่ต้องการ
www.industrial.cmru.ac.th/.../ch03/ch03.htm
Direction
A : 1,0,0 - 0,0,0
=
1,0,0 =
[100]
B : 1,1,1 - 0,0,0
=
1,1,1 =
[111]
C : 0,0, 1 - 1/2,1,0
= -1/2,-1,1
= 2(-1/2,-1,1) - = -1,-2,2 = [122]
NOTE :
1.[100] ไม่เหมือนกับ [100] : ทิศตรงข้ามกัน
2.[100]  [200]
3.Group ของ direction : < >
ตย. <110>
: [110]
- [101]
[110]
[101]
-[110]
[011]
[110]
[011]
[101]
-[011]
[101]
[011]
http://www.nstlearning.com/~km/wp-content/uploads/2009/04/crystal.jpg
rsrawat.myplace.nie.edu.sg/Teaching/CAP%20331...
Miller Indices
1. กาหนด origin
2. หาค่ าที่ระนาบตัดกันในเทอมของแกน x y z (ค่ า
จุดตัดเป็ นเศษส่ วนได้ )
3. ทาให้ เป็ นเศษส่ วน
4. ทาให้ เป็ นจานวนเต็ม
Cubic
ตัดแกน
x
y
z
1


เศษส่วน 1 1/  1/ 
จำนวนเต็ม 1 0
0
Miller indicies (100)
Cubic
x
y
z
1
1

เศษส่วน 1
1
1/ 
ตัดแกน
จำนวนเต็ม 1 1
0
Miller indicies (110)
Cubic
x
y
z
ตัดแกน
1
1
1
เศษส่วน
1
1
1
จำนวนเต็ม 1
1
1
Miller indicies (111)
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’
Hexagonal
a1
a2
a3
c
ตัดแกน



1
เศษส่วน
1/ 1/ 1/ 1
จำนวนเต็ม 0
0
0
Miller indicies (0001)
1
Hexagonal
a1
a2
a3
c
ตัดแกน
1
1

1
เศษส่วน
1
1
1/ 1
จำนวนเต็ม
1
1
0
Miller indicies (1101)
1
Hexagonal
C = 0,0,1 – 1,0,0
= -1, 0, 1
= [101]
or
h
k
i
l
= (-2-0)/3 = -2/3
= (0-(-1)/3 = 1/3
= -(-1+0)/3 = 1/3
= 1
h k i l = -2/3 1/3 1/3 1
= -2 1 1 3
= [2 1 1 3]
Hexagonal
D = 0,1,0 – 1,0,0
= -1, 1,0
= [110]
or
h
k
i
l
= (-2-1)/3 = -1
= (2-(-1)/3 = 1
= -(-1+1)/3 = 0
= 0
h k i l = -1 1 0 0
= [1 1 0 0]
Packing and Interstices
www.uwgb.edu/DutchS/PETROLGY/close_packing.htm
Interstitial Sites
Octahedral site
Tetrahedral site
http://www.owlnet.rice.edu/~msci301/Tetrahedral+OctahedralInterstitialSites(Cullity).jpg
http://www.chem1.com/acad/webtext/states/state-images/CP_interstitial-2.png
Close-Packed : Hexagonal Close Packing
www.uwgb.edu/DutchS/PETROLGY/close_packing.htm
FCC stacking
www.uwgb.edu/DutchS/PETROLGY/close_packing.htm
mrsec.wisc.edu/.../unit_cells_stoichiometry.html
www.ktf-split.hr/glossary/en_o.php?def=hexago...
mrsec.wisc.edu/.../unit_cells_stoichiometry.html
www.ktf-split.hr/glossary/en_o.php?def=cubic%...
Ionic Crystal
วัสดุกลุ่มเซรามิก : พันธะไอออนิก ระหว่ าง cation และ anion
และมีโครงสร้ างผลึกที่มี electrical neutrality ซึ่งไม่ ยอมให้ ions ที่
มีขนาดแตกต่ างกัน pack ตัวกันอย่ างดี
Ceramic compound : สูตรโครงสร้ าง AX (A = cation, X
= anion)
cation = anion
ถ้ า valence e’ ของ cation = +2
valence e’ ของ anion = -1
สูตรโครงสร้ าง คือ AX2
http://geoweb.tamu.edu/courses/geol101/grossman/Coord.no.jpg
Rx/Rz
C.N.
1.0
12
1.0 - 0.732
0.732 0.414
0.414 0.225
0.225 0.155
<0.155
8
Type
Hexagonal or Cubic
Closest Packing
Cubic
6
Octahedral
4
Tetrahedral
3
Triangular
2
Linear
http://www.tulane.edu/~sanelson/eens211/paulingsrules.htm
Cesium chloride structure
CsCl : เป็ น simple
cubic ซึ่ง interstitial
site ถูกเติมโดย ClIonic radius ratio :
ซึ่งชีว้ ่ า CsCl มี co. no. =
8
cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/btype.html
departments.kings.edu/chemlab/animation/cscl.html
http://www.chemistry.nmsu.edu/studntres/chem116/notes/cesunit.gif
Sodium chloride structure
NaCl : Na ion มีประจุ
+1 และ Cl ion มีประจุ
-1
Ionic radius ratio :
ซึ่งชีว้ ่ า NaCl มี co. no. =
6
http://web.stteresa.edu.hk/~kfyuen/s6ch7coordinationno.jpg
http://hrsbstaff.ednet.ns.ca/dawsonrj/11%20Chem/Chapter%20notes/Chapter%208%20notes_files/image023.jpg
Zinc Blende structure
ZnS : Zn ion มีประจุ
+2 และ S ion มีประจุ
-2
Ionic radius ratio :
ซึ่งชีว้ ่ า ZnS มี co. no. = 4
wikis.lib.ncsu.edu/.../Fluorite/Antifluorite
www.dawgsdk.org/crystal/
Covalent structure
ธาตุ : Si Ge C ที่ฟอร์ มตัวแบบเพชร มีพันธะโควาเลนต์ 4
พันธะ มี coordination no. = 4
people.seas.harvard.edu/.../covalent_bond.html