Презентация на тему: Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы

Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы
1/28
Средняя оценка: 4.4/5 (всего оценок: 11)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (5071 Кб)
1

Первый слайд презентации

Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы кристаллофизики) Литература *10. Шаскольская М.П. Кристаллография. – М.: Высш. шк., 1976. Искусственный кварц Правосторонний Левосторонний 2 Кристаллофизика изучает совокупность физических свойств кристаллов Кристаллография изучает идеальные кристаллы c позиций законов симметрии и сопоставляет их с кристаллами реальными Структурная кристаллография занимается определением внутренней структуры кристаллов и классификацией кристаллических решеток

Изображение слайда
2

Слайд 2

Блок связей основных понятий и определений Твердое тело – кристаллическое (дальний порядок), аморфное (ближний порядок) Принципы кристаллофизики Предельные группы Тензоры физических свойств Физические свойства кристаллов ПКР + базис (атомы, молекулы) кристалл Элементарная ячейка + Трансляция Вигнера-Зейтца Браве 14 типов Симметрия Конечных многогранников Матрицы Элементов симметрии Класс симметрии Точечная группа СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2016

Изображение слайда
3

Слайд 3

Зависимость полной потенциальной энергии связи двух атомов от расстояния между ними Величина энергии связи определяется: ·   притяжением атомов, обусловленным взаимодействием валентных электронов; ·  кулоновским отталкиванием внутренних оболочек и ядер. Зависимость силы взаимодействия ионов  Na + и Cl –, показывающая равновесное состояние, соответствующее длине связи  ro  =  0,28   нм Строение атома Строение Кристалла Тип химической связи СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2016

Изображение слайда
4

Слайд 4

Значения энергий химической связи для некоторых элементов, эВ/ат H 4,48 He Li 1,65 Be 3,33 B 5,81 C 7,36 N − O − F − Ne 0,02 Na 1,13 Mg 1,53 Al 3,34 Si 4,64 P − S 2,86 Cl Ar 0,08 K 0,941 Ca 1,825 Sc 3,93 Ti 4,855 V 5,30 Cr 4,10 Mn 2,98 Fe 2,29 Co 4,387 Ni 4,435 Cu 3,50 Zn 1,35 Ga 2,78 Ge 3,87 As 3,0 Se 2,13 Br 1,22 Kr 0,116 Rb 0,858 Sr − Y 4,387 Zr 6,316 Nb 7,47 Mo 6,81 Tc − Ru 6,615 Rh 5,752 Pd 3,936 Ag 2,96 Cd 1,16 In 2,60 Sn 3,12 Sb 2,70 Te 2,6 − − Cs 0,827 Ba 1,86 La 4,491 Hf 6,35 Ta 8,089 W 8,66 Re 8,10 Os − Ir 6,93 Pt 5,852 Au 3,78 Hg 0,694 Tl 1,87 Pb 2,04 Bi 2,15 − − − СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2016

Изображение слайда
5

Слайд 5

Криста́ллы (от греч. κρύσταλλος первоначально «лёд») — твёрдые тела, в которых атомы расположены закономерно, образуя трёхмерно-периодическую пространственную укладку — кристаллическую решётку. Кристаллы — это твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников, основанную на их внутренней структуре, то есть на одном из нескольких определённых регулярных расположений составляющих вещество частиц (атомов, молекул, ионов). Современное определение кристалла дано Международным союзом кристаллографов (http://reference.iucr.org/dictionary/Crystal): Материал представляет собой кристалл, если он имеет преимущественно острую дифракционную картину Кристалл —анизотропное трехмерное упорядоченное твердое тело, находящееся в термодинамическом равновесии с окружающей средой Электронограмма поликристалла Электронограмма текстуры Электронограмма монокристалла

Изображение слайда
6

Слайд 6

: В зависимости от соотношения модулей базисных векторов, углов между ними и положения узлов, все элементарные ячейки классифицируют по Браве. По соотношению между базисными векторами и углами, элементарные ячейки подразделяются на три категории : высшую, среднюю и низшую, и 7 сингоний : Кубическая a= b= c, α = β = γ =90 град, Тетрагональная a= b≠ c, α = β = γ =90 град, Ромбическая a ≠ b ≠ c, α = β = γ =90 град, Гексагональная a= b≠ c, α = β =90 град, γ =60 град, Ромбоэдрическая (тригональная) Моноклинная a ≠ b ≠ c, α = β =90 град, γ -любой, Триклинная a ≠ b ≠ c, α, β, γ -любые , , где Кристаллическая структура может быть, представлена в виде кристаллической (пространственной) решетки (КР), заполненной базисом (одним атомом или совокупностью атомов). Кристаллическая решетка— вспомогательный геометрический образ, вводимый для анализа строения кристалла. КР – математическая (геометрическая) абстракция, способ представления периодически повторяющихся в пространстве отдельных атомов (совокупности атомов). Элементарная ячейка КР может быть построена на элементарных трансляциях (базисных векторах) a, b, c, так что все точки определяются радиус вектором – произвольные целые числа. Кристаллическая структура — это расположение частиц (атомов, молекул, ионов) в кристалле. Будучи индивидуальной для каждого вещества, кристаллическая структура относится к основным физико-химическим свойствам этого вещества. Кристаллическую структуру с трёхмерной периодичностью называют кристаллической решёткой[

Изображение слайда
7

Слайд 7

РЕШЕТКИ БРАВЕ — 14 различных типов пространственных решеток, на которые подразделяются все возможные кристаллические решетки кристаллов СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиРМ, 2013 Примитивная система трансляций P состоит из множества векторов (a, b, c) В объёмноцентрированную систему трансляций Браве J входит четыре вектора (a, b, c, ½(a+b+c)) В гранецентрированную F — шесть векторов (a, b, c, ½(a+b), ½(b+c), ½(a+c)) Базоцентрированные системы трансляций содержат по четыре вектора: A — вектора (a, b, c, ½(b+c)) B — вектора (a, b, c, ½(a+c)) C — (a, b, c, ½(a+b)), центрируя одну из граней элементарного объёма Система трансляций Браве (P) (A,B, C ) ( J ) ( F )

Изображение слайда
8

Слайд 8

C имметрия кристаллов ( элементарной ячейки) Симметричные (инвариантные) преобразования над точкой (фигурой): *трансляция, вектор трансляции; ( a,b,c) *поворот, поворотная ось n- го ранга, угол поворота (Ln) отражение относительно: * плоскости, плоскость симметрии (P,m) * точки центр симметрии (C ) Рассматривая симметрию прямой тетрагональной призмы, выявляем (рис. 1.1) наличие осей 2, 3, 4, 6 порядка (возможных в твердом теле). В нашем случае есть четыре оси L 2 ось L 4, нет осей 3 и 6 порядка. Рис. 1.1 Кроме того, у тетрагональной призмы есть горизонтальная плоскость симметрии P 1, два семейства вертикальных взаимно перпендикулярных плоскостей симметрии P 2, P 3 и P 4, P 5 и центр симметрии Все возможные сочетания имеющихся в кристаллической решётке поворотных осей симметрии и зеркальных плоскостей симметрии приводят к делению кристаллов на 32 класса симметрии, а с учётом винтовых осей симметрии и скользящих плоскостей симметрии на 230 пространственных групп.

Изображение слайда
9

Слайд 9

C имметрия кристаллов на примере кубической элементарной ячейки Центр симметрии С Плоскости симметрии: Поворотные оси симметрии: L2 L4 L3 P, m Формула симметрии куба: 3L4 4L3 6L2 9P C Класс симметрии m3m Стереографические проекции L3 L4 L2 . L4 СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2018 Симметричные преобразования над кристаллическим многогранником образуют точечную группу и объединяются в класс симметрии. Все элементы симметрии данного класса могут быть записаны формулой симметрии: например, для куба, имеющего 6 поворотных осей 2 порядка, 4 поворотные оси 3 порядка, 3 поворотных оси 4 порядка, 9 плоскостей симметрии и центр инверсии, формула симметрии:

Изображение слайда
10

Слайд 10

0,56 нм x 1 x 2 x 3 Структура NaCl: ГЦК { Na[[0,0,0]; Cl[[0,5;0,5;0,5]] } Выбор (построение) элементарной ячейки на примере структуры NaCl : ГЦК {Na[[0,0,0]; Cl[[0,5;0,5;0,5]]}  + СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2016

Изображение слайда
11

Слайд 11

Как получаются сложные и разные кристаллические структуры? СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2016

Изображение слайда
12

Слайд 12

а) ОЦК - объемноцентрированная кубическая б) ГЦК — гранецентрированная кубическая в) ГПУ-гексогональная плотная упаковка СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2018 Центр шара А Центр лунки «вниз» В Центр лунки «вверх» С А В С 1-й слой 2-й слой 3-й слой Кристаллическая структура металлов

Изображение слайда
13

Слайд 13

Структура графена. Слой графита  толщиной в один атом Кристаллические структуры аллотропных модификаций углерода Кристаллическая структура графена (A) и графана (B). СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2016

Изображение слайда
14

Слайд 14

BaTiO 2 Природный кварц - SiO 2 Si Монокристалл кремния, выращенный по методу Чохральского Кристаллическая структура – O – Cu – Ba – Y YBa 2 Cu 3 O 7 Сапфир – Al 2 O 3 СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2016

Изображение слайда
15

Слайд 15

Индексы Миллера для индицирования плоскости представляют собой коэффициенты в уравнении плоскости, написанном в параметрическом виде; для нахождения индексов Миллера следует: Индексами узла будет совокупность чисел n,l,m, записываемая [[n,l,m]]. За индексы направления ( ребра ) принимаются индексы ближайшего к началу координат узла, через которое проходит рассматриваемое направление, проведенное из начала координат [n,l,m]. Индицирование узлов, направлений и плоскостей в кристаллах Если Т – радиус-вектор, проведенный из начала координат в рассматриваемый узел T = n a + m b + l c, то СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2016

Изображение слайда
16

Слайд 16

Задача 1.3. Записать матричное представление оси второго порядка, параллельно оси Z. Матрицы элементов симметрии где : Преобразования симметрии в кристаллическом пространстве описываются как соответствующие преобразования координат (рис.1.3). Точка с координатами x, y, z после преобразования симметрии займет новое положение с координатами x ’, y ’, z ’, определяющимися уравнениями преобразования: – косинусы углов между осями координат i, j = 1, 2, 3. Любому преобразованию симметрии можно поставить в соответствие матрицу преобразования , элементами которой являются косинусы углов Требуемое симметричное преобразование представляет поворот кристаллографических координат вокруг оси (оси Z ) на угол 180°. Введем новую систему координат x ’, y ’, z ’, связанную с исходной x,   y,   z следующими соотноше­ниями : Соотношения между разноименными осями (например xy ’ ) определяются косинусами углов равных 90° (все разноименные оси взаимно перпендикулярны), поэтому искомое преобразование симметрии следует записать в виде матрицы:

Изображение слайда
17

Слайд 17

Теоремы о сочетании элементов Симметрии : Точка пересечения четной оси симметрии с перпендикулярной ей плоскостью симметрии есть центр симметрии (Т2) Шаскольская М.П. Кристаллография, 1984,стр.43

Изображение слайда
18

Слайд 18

32 Класса Симметрии кристаллов

Изображение слайда
19

Слайд 19

Изображение слайда
20

Слайд 20

Принцип суперпозиции Кюри принцип, согласно которому кристалл под внешним воздействием изменяет свою точечную симметрию так, что сохраняет лишь элементы симметрии, общие с элементами симметрии воздействия. Принцип Неймана   связывает симметрию свойств кристалла с симметрией кристалла до воздействия, в то время как принцип суперпозиции Кюри позволяет определить симметрию кристалла после воздействия. (1894г) Принцип Неймана постулат, устанавливающий связь симметрии макроскопических физических свойств кристалла с симметрией его внешней формы. Согласно этому принципу, группа симметрии любого спонтанно присущего кристаллу физического свойства должна включать в себя операции симметрии точечной группы симметрии кристалла Принципы кристаллофизики Симметрия воздействия описывается предельными классами симметрии Кюри СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2016

Изображение слайда
21

Слайд 21

Блок- схема связей между предельными группами Кюри ∞ /mm конус, однородное электрическое поле; полярный вектор ∞ *m ∞ *2 вращающийся цилиндр, вращение плоскости поляризации; аксиальный тензор ∞ вращающийся конус, крутильная ось цилиндр, одноосное растяжение- сжатие; полярный тензор ∞ / ∞ m m сфера гидростатическое растяжение- сжатие, однородный нагрев; скаляр сфера с вращающимися диаметрами, изотропное вращение плоскости поляризации; псевдоскаляр ∞ / ∞ Вращающий- ся цилиндр, однородное магнитное поле; аксиальный вектор ∞ /m СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2016 ( 1859 —1906 ) Пьер Кюри́

Изображение слайда
22

Слайд 22

Принцп суперпозиции Кюри Одноосное растяжение- сжатие + = ? СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2016

Изображение слайда
23

Слайд 23

Связь физических свойств и явлений в кристаллах Явление (эффект) = свойство x воздействие Dj=εij Ei 1- упругость 2- диэлектрическая проницаемость 3- теплоемкость 4- электромехан. эффекты 5 - электротермич. эффекты 6 - термоупругие эффекты 7 - прямой пьезоэлектрич. эффект 9 - обратный пьезоэлектрич. эффект 8 -пьезокалорический эффект 10- электрокалорический эффект 11 - тепловое расширение 12 - пироэлектрический эффект 13 - теплота поляризации 14 - теплота деформации 15 - электрострикция Xij=Sijkl Tkl Pi = dijkTjk СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2016

Изображение слайда
24

Слайд 24

D j =ε ij E i, где: ij =1,2,3 D 1 =ε 11 E 1 + ε 12 E 2 + ε 13 E 3 D 2 =ε 21 E 1 + ε 22 E 2 + ε 23 E 3 D 3 =ε 31 E 1 + ε 32 E 2 + ε 33 E 3 ε = ε ij = ε 11 ε 12 ε 13 ε 21 ε 22 ε 23 ε 31 ε 32 ε 33 E D = ε Симметрия физических свойств и симметрия структуры кристаллов ε - Тензор 2-го ранга Вектор = Тензор 2-го ранга* вектор Вектор = тензор 2-го ранга * тензор 2-го ранга* Тензор 2-го ранга = тензор 4-го ранга * тензор 2-го ранга n=o, N=1 - скаляр, изотропная среда; симметрия сферы в покое n= 1, N= 3 – полярный вектор, анизотропная среда, симметрия конуса в покое и аксиальный вектор, симметрия вращающегося цилиндра; n= 2, N= 9 – тензор 2-го ранга, анизотропная среда, симметрия цилиндра; n= 3, N= 27- тензор 3-го ранга; n= 4, N= 81- тензор 4-го ранга. + - E D Число компонент тензора n- го ранга: P i = d ijk T jk X ij =S ijkl T kl D j =ε ij E i Симметрия тензора (число независимых компонент) определяется симметрией структуры кристалла Тензор 2 ранга а 11 а 12 а 13 а 22 а 23 а 33 а 13 = - а 31 а 1 а 6 а 5 а 2 а4 а 3 СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2016

Изображение слайда
25

Слайд 25

Природный кварц Правосторонний Левосторонний Искусственный кварц Правосторонний Левосторонний Класс симметрии 32, а=4,9138 с=5,4052, молекулярный вес 60,06, плотность 2,649 г / см куб, Тпл=1470 С, Т D =470 C, Кварц - α - SiO 2 Тензор 2 ранга а 11 0 0 а 11 0 а 33 Тензор 3 ранга d 11 d 11 d 14 d 11 2d 11 ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... Тензор 4 ранга ε 11 =4,58 ε 33 =4,71 d11 = 2,31 (10E-12)K/ Н d14 = 0,727 X ij =S ijkl T kl P i = d ijk T jk D j =ε ij Ei Физические свойства кристаллов Класс 32 L3 3 L2 СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2016

Изображение слайда
26

Слайд 26

Расположение ионов кислорода и кремния в кристалле кварца Пьезоэлектрический эффект в кварце P T СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2016

Изображение слайда
27

Слайд 27

прод поп поп прод d 11 d 11 d 14 d 11 2d 11 ...... ...... ...... Пьезоэлектрический эффект Р - поляризация Т - механические напряжения d 36 прод d 35 поп d 34 поп d 33 прод d 32 поп d 31 поп Р 3 d 26 поп d 25 прод d 24 поп d 23 поп d 22 прод d 21 поп Р 2 d 16 поп d 15 поп d 14 прод d 13 поп d 12 поп d 11 прод Р 1 Т 6 Т 5 Т 4 Т 3 Т 2 Т 1 Матрица пьезомодулей Pi = dijkTjk Pi =di1 T1 + di2 T2 + di3 T3 + di4 T4 + di5 T5 + di6 T6 Pm = dmnTn, где m=1,2,3, n=1,2,3,4,5,6 СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2016

Изображение слайда
28

Последний слайд презентации: Тема 1. Описание структуры и свойств радиоматериалов (элементы

Срезы кварца Анизотропия свойств кристалла СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кафедра МИТ, ОЭиР, 2016

Изображение слайда