Upload
others
View
17
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
www.helsinki.fi/yliopisto
1. Materiaalien rakenne
1.4 Metallien rakenne
4. Luento 11.11.2010
Example: Copper
n AVcNA
# atoms/unit cell Atomic weight (g/mol)
Volume/unit cell
(cm3/unit cell)Avogadro's number
(6.023 x 1023 atoms/mol)
Data from Table inside front cover of Callister (see next slide):• crystal structure = FCC: 4 atoms/unit cell• atomic weight = 63.55 g/mol (1 amu = 1 g/mol)• atomic radius R = 0.128 nm (1 nm = 10 cm)-7
Compare to actual: Cu = 8.94 g/cm3
Result: theoretical Cu = 8.89 g/cm3
Theoretical Density,
Vc = a3 ; For FCC, a = 4R/ 2 ; Vc = 4.75 x 10-23cm3
2
(g/c
m3)
Graphite/ Ceramics/ Semicond
Metals/ Alloys
Composites/ fibersPolymers
1
2
20
30Based on data in Table B1, Callister
*GFRE, CFRE, & AFRE are Glass, Carbon, & Aramid Fiber-Reinforced Epoxy composites (values based on 60% volume fraction of aligned fibers
in an epoxy matrix). 10
3 4 5
0.3 0.4 0.5
Magnesium
Aluminum
Steels
Titanium
Cu,Ni
Tin, Zinc
Silver, Mo
Tantalum Gold, W Platinum
Graphite Silicon
Glass-soda Concrete
Si nitride Diamond Al oxide
Zirconia
HDPE, PS PP, LDPE
PC
PTFE
PET PVC Silicone
Wood
AFRE*
CFRE*
GFRE*
Glass fibers
Carbon fibers
Aramid fibers
Metals have...• close-packing (metallic bonds)• large atomic mass
Ceramics have...• less dense packing (covalent bonds)• often lighter elements
Polymers have...• poor packing (often amorphous)• lighter elements (C,H,O)
Composites have...• intermediate values
Data from Table B1, Callister 6e.
DENSITIES OF MATERIAL CLASSES
metals > ceramics > polymers
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.4.1 Alkuainemetallien rakenne• Puhtaat alkuainemetallit ovat aina kiteisiä
kiinteässä olomuodossa.• Ga on mahdollisesti poikkeus.• Tyypillisesti ne ovat monikiteisiä, raekoko
~ 10 – 100 m• Nanokiteisiä metalleja, raekoko ~ 10 – 100
nm, on nykyisin mahdollista valmistaa, mutta se on vaikeaa ja kallista.• Tehdään tutkimuksen tarpeisiin.
• Yksikiteisiä metalleja voidaan valmistaa makroskooppisessa mitassa, mutta se on vaikeaa ja kallista.
• Kaupan on muutamia sellaisia metalleja.
4
1.4 Metallien rakenne
CuAgnanostructured
alloy
~ 10-100 µm
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.4.1 Alkuainemetallien rakenne
• Raerajat erottavat monikiteisen metallin rakeet toisistaan.
5
1.4 Metallien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.4.1 Alkuainemetallien rakenne: tavallisimmat rakenteet
• Useimmilla metalleilla on yksi seuraavista kolmesta rakenteesta: FCC, BCC ja HCP
• HCP: 26• Sc, Ti-ryhmä
• FCC: 16• Ni, Cu-ryhmä
• BCC: 15• V, Cr-ryhmä
• SC: 1• Po
6
1.4 Metallien rakenne
HCP BCC FCC
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.4.1 Alkuainemetallien rakenne: kuutiolliset rakenteet
Kertausta
• Bravaisin hila
• BCC ja FCCtäyttävät tilan hyvin,FCC optimaalisesti
7
1.4 Metallien rakenne
BCC
FCC
SC
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.4.1 Alkuainemetallien rakenne: HCP
Kertausta
• Ei ole Bravaisin hila!
• Täyttää tilan optimaalisesti.
• Mutta metallit eivät ole tarkasti ideaalisia HCP-rakenteita!
• Ideaalinen HCP(tiheästi pakatut pallot):
• Todelliset poikkeavat usein muutaman prosentin molempiin suuntiin.
8
1.4 Metallien rakenne
a
c
8 / 3ca
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.4.1 Alkuainemetallien rakenne: atomien paikat
• Kiteen kaikkien atomien paikat voidaan yleisesti ilmoittaa vektorilla
missä a, b, c ovat yksikkökopin paikkavektorit, i, j ja kkokonaislukuja ja dl kantavektorit yksikkökopissa
• Käytännössä on hyödyllistä antaa kanta yksikkökopin vektoreiden avulla, jolloin ne eivät riipu yksikkökopin suuruudesta
9
1.4 Metallien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.4.1 Alkuainemetallien rakenne: koppi- ja kantavektorit
• Kuutiolliselle hilallea = aux, b = auy, c = auz
missä ux on yksikkövektori x-suuntaan jne.
• Heksagonaaliselle systeemille (esim.) a = aux, b = 1/2aux + 3/2 auy , c = cuz
• Kantavektorit ovat:• SC: (0, 0, 0)• BCC: (0,0,0), (½, ½, ½)• FCC: (0, 0, 0), (½, ½, 0), (½, 0, ½), (0, ½, ½)• HCP: (0, 0, 0), ( , , ½)
• Alkeiskopilla on toiset vektorit ja kanta.
10
1.4 Metallien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.4.1 Alkuainemetallien rakenne: arvoja
• Huomaa, että a vaihtelee suhteellisen vähän.
11
1.4 Metallien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.4.1 Alkuainemetallien rakenne: arvoja
• Huomaa, että a vaihtelee suhteellisen vähän.
• Vertaa arvoja c/a ideaaliseen tapaukseen.
12
1.4 Metallien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.4.1 Alkuainemetallien rakenne: alkuaineiden polymorfismi
• Monet alkuainemetallit ovat polymorfisia.
• Esim. Co oli edellä sekä FCC- että HCP-taulukossa: -Co on HCP, -Co on FCC
• Yleensä tarkoittaa alkuainetta perustilassa ja 0 K:ssä, ja muut kreikkalaiset kirjaimet faaseja, jotka esiintyvät korkeammissa lämpötiloissa ja/tai paineissa.
• Mutta kirjainten järjestys voi olla toinen historiaan liittyen.
• Esim. Co:ssa siirtymä -faasista -faasiin lämpötilassa ~ 690 K
13
1.4 Metallien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.4.1 Alkuainemetallien rakenne: alkuaineiden polymorfismi
• Äärimmäinen esimerkki polymorfisuudesta on Pu, jolla on 6 faasia puhtaassa muodossa
• on FCC
• Huomaa valtavan suuret tilavuuserot faasien välillä!
14
1.4 Metallien rakenne
[Wikipedia]
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.4.1 Alkuainemetallien rakenne
• -Ga on esimerkki monimutkaisesta rakenteesta.
• 7 lähinaapuria 4 eri etäisyydellä: 1 kovalentisti sidottu lähinaapuri ja 6 metallisidoksella sidottua.
15
1.4 Metallien rakenne
[K. Nordlund]
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.4.2 Metalliyhdisteiden rakenne • Metalliyhdisteillä on mielenkiintoinen mahdollisten
yhdisteiden skaala.• Ne voidaan ryhmitellä seuraavasti:
• Sama kuin perustana olevalla alkuaineella, ei-järjestäytynyt• Sama kuin perustana olevalla alkuaineella, järjestäytynyt• Joku muu kiderakenne, ei-järjestäytynyt• Joku muu kiderakenne, järjestäytynyt• Kvasikiteinen• Amorfinen: metallinen lasi
• Näiden käsitteiden selittämiseksi muutama esimerkki
16
1.4 Metallien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.4.2 Metalliyhdisteiden rakenne: ei-järjestäytyneet sekoittuneet rakenteet
Systeemi Cu-Ni:• Molemmat ovat alkuaineina FCC• Kemiallisesti samanlaiset• Voivat sekoittua kaikissa konsentraatioissa• Muodostavat kiinteän liuoksen
FCC-rakenteessa, jossa Cu ja Nimielivaltaisesti sekoittuneet
• Kaikille konsentraatioilleCuxNi1-x
17
1.4 Metallien rakenne
Puhdas FCC-aine
Ei-järjestäytynyt FCC-seos
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.4.2 Metalliyhdisteiden rakenne: järjestäytyneet sekoittuneet rakenteet
Systeemi Cu3Au:• Molemmat ovat alkuaineina FCC• Au on paljon suurempi kuin Cu• Siten yhdiste Cu3Au voi luonnollisesti
muodostaa järjestäytyneen FCC-rakenteen, jossa Au-atomitovat kuution nurkissa ja Cu-atomit sivuilla
• Siten Au-atomit eivät ole lähinaapureita => atomit sopivat parhaalla mahdollisella tavalla kiteeseen.
• Kuitenkin, todellisuudessa Cu3Au:ssa on aina vähän ei-järjestäytyneisyyttä.
18
1.4 Metallien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.4.2 Metalliyhdisteiden rakenne: poikkeavia rakenteita
• Tietenkään yhdisteellä ei tarvitse olla samaa rakennetta kuin sen muodostavilla alkuaineilla.
• Jos alkuaineiden rakenteet erilaiset (esim. FCC ja BCC) on mahdotonta, että kaikilla sekoittuneilla koostumuksilla sama rakenne => poikkeavat rakenteet todennäköisiä
• Esim. Al2Cu:• Alkuaineet FCC• Mutta yhdiste jotain muuta
19
1.4 Metallien rakenne
[http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/struk/c16.html]
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.4.2 Metalliyhdisteiden rakenne: kvasikiteet
• Kvasikiteet ovat tyypillisesti metalliyhdisteitä• Al-Ni-Co, Al-Pd-Mn, Al-Cu-Fe, Ti-Zr-Ni, Zn-Mg-Ho, Cd-Yb
• Esim. AlNiCo: kokeellinen STM-kuvapinnasta ja atomimalli
• Al73Ni10Co17
Musta: transitiometalli 1Punainen: transitiometalli 2Muut värit: Al
20
1.4 Metallien rakenne
[http://alpdmn.phys.psu.edu/quasicrystals.html]
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.4.2 Metalliyhdisteiden rakenne: metalliset lasit
• Metalliyhdisteet voivat olla amorfisia• Amorfiset metalliyhdisteet ovat verrattain uusia
aineita, ne löydettiin 1957• Jos amorfinen metalli saadaan nesteestä
jäähdyttämällä, sitä kutsutaan metalliseksi lasiksi.• Vaatii riittävän nopean jäähdyttämisen,
jotta neste ei kiteydy.• Esim. a-CuTi
Huomaa lyhyen kantaman järjestys paikoitellen.• Amorfisia metalleja voidaan tuottaa myös
muuten, esim. ionisäteilytyksellä.
21
1.4 Metallien rakenne
[K. Nordlund 1999: a-CuTi-lasi. Koko 30x30 Å, paksuus 6 Å, pallojen säde 1 Å]
www.helsinki.fi/yliopisto
1. Materiaalien rakenne
1.5 Keraamien rakenne
4. Luento 11. 11.2010
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.1 Kovalenttisesti sidottujen rakenne• Kovalenttisesti sidottujen kovien materiaalien rakenne, joissa
ionisiteetti ei ole voimakas, määräytyy sidosten kulmariippuvuuden perusteella.
• On vain harvoja sellaisia aineita, mutta ne ovat sitä merkittävämpiä.
• C timanttimuodossa, Si, Ge och –Sn on sama timanttirakenne (DIA).
23
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.1 Kovalenttisesti sidottujen rakenne: timanttirakenne (sinkkivälkerakenne)
• Kuutiollinen: kaikilla atomeilla 4 naapuria• Sidoskulmat täydellisen tetraedrisia
109,47o
• Tetraedri jokaisen atomin ympärillä, kulmat naapuriatomeissa
• Rakenne voidaan ymmärtää sijoittamalla 2 FCC-hilaa sisäkkäin siten, että ne ovat siirtyneet toistensaa suhteen vektorin (¼, ¼, ¼) a.
• Määritä yksikkökopin kantavektorit!• Suhteellisen paljon tyhjää tilaa
verrattuna rakenteisiin BCC, HCP ja FCC24
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.1 Kovalenttisesti sidottujen rakenne: grafiittirakenne
• Ainoastaan hiilellä, C• Kaikki atomit tasossa sp2-hybridisoituneita ja
siten niillä on 3 naapuria samassa tasossa. Kulmat 120o
• Joka toisella atomilla on yksi atomi ylä- ja alapuolella seuraavissa tasoissa => ABABAB pino
• On myös pino ABCABC (romboedrinen grafiitti)• Ainutlaatuista on atomien välinen suuri etäisyys:
• C-C-kovalentti sidos tasossa: 1,4 Å, ~ 5 eV/sidos• C-C-’Van der Waals’-sidos tasojen välillä: 3,4 Å,
~ 1/100x heikompi!
25
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.1 Kovalenttisesti sidottujen rakenne: grafiittirakenne• Rakenne on heksagonaalinen, mutta ei ole
Bravaisin hila!• 4 atomia/yksikkökoppi• a = 2,456 Å, c=6,694 Å
• Itse asiassa on hyvin vaikeaa valmistaa täydellistä yhtenäiskiteistä grafiittia• Energiaero normaalin ja
romboedrisen grafiitin välillä on pieni => usein molempia
• Parasta suurissa määrin saatava grafiitti on ”highly orientedpyrolitic graphite” (HOPG). Sillä on hyvin tasainen pinta. Tarkkaan ottaen, se on monikiteistä, mutta lähellä yhtenäiskiteistä.
26
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.1 Kovalenttisesti sidottujen rakenne: yhdisteiden rakenne
• On olemassa suhteellisen kovia, puhtaasti kovalenttisia yhdisteitä. • Ero elektronegatiivisuudessa aiheuttaa
ionisiteetin. • Mutta aineilla Si, Ge ja Sn on lähes
identtinen elektronegatiivisuus. => Muodostavat ei-järjestäytyneitä timanttirakenteen kiteitä.
• SiC on jo osittain ioninen, myös III-V –yhdisteet kuten GaAs.
27
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.2 Ionisidoksella sidottujen rakenne: keraaminen rakenne vs. ominaisuudet
Keraamien rakenne vs. ominaisuudet• Keraameja ovat: Savi, posliini, lasi, jalokivet• Keraamien monet ominaisuudet voidaan
ymmärtää atomääristen rakenteiden perusteella:• Halkeaminen
• Mekaaninen kovuus
Tämä vastakohtana metalleille, joille dislokaatiot dominoivat halkeamisessa ja kovuudessa
• Väri (atomääriset epäpuhtaudet & virheet)28
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.2 Ionisidoksella sidottujen rakenne: ionisuus ja rakenne
• Yhdistekeraameissa atomit ovat oikeastaan ioneja• Metallit ovat positiivisia (kationeja): K• F, O, Cl, N, S, C ym. negatiivisia (anioneja): A
• Keraamien rakenteen määrittää kaksi päätekijää:• Ionisaation aste• Ionien koko
• Kokonaisionisaation on oltava nolla (muuten coulombinen räjähdys)• Siten voidaan heti sanoa, että yhdisteelle Kx
+pAy-q
pätee
29
1.5 Keraamien rakenne
0 p yxp yqq x
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.2 Ionisidoksella sidottujen rakenne: rakenteen muodostamisen perusajatus
• Kokonaisionisaatio on nolla• Ionisaatio tunnetaan• Ionien säteet tunnetaan• Tämä huomioiden: haetaan rakenne, jossa maksimoidaan
sellaisten naapurien lukumäärä, joilla vastakkaiset varaukset ja ionit koskettavat toisiaan.• Maksimoi Coulombin attraktion• Jos ionit eivät kosketa toisiaan, rakenne ei ole stabiili.
30
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.2 Ionisidoksella sidottujen rakenne: ionisäde
• Kuinka tämä kvalitatiivinen perusajatus ilmaistaan kvantitatiivisesti ja matemaattisesti.
• Yleensä (ei aina) kationit ovat pienempiä kuin anionit,• ... koska niillä on vajaita ulompia elektronikuoria• … ja johtuen elektroni-elektroni -repulsiosta.
• Merkitään kationisädettä rK ja anionisädettä rA
31
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.2 Ionisidoksella sidottujen rakenne: Pauling I
• Linus Pauling (joka myös oli kovalenttisten sidosten perustavaa laatua olevan teorian takana) muotoili joukon sääntöjä, jotka auttavat määrittämään, mikä on ionisesti sidottujen materiaalien rakenne. Niitä kutsutaan Paulingin säännöiksi.
• Paulingin ensimmäinen sääntö, Pauling I: Ionit muodostavat 3-dimensioisia koordinaatiopolyedreja.
• Piirretään taso atomin ja sen lähimpien naapureiden avulla. Muodostunut tilavuus muodostaa polyedrin.
• Tätä voidaan yksinkertaisimmin havainnollistaa 2-dimensioisen analogian avulla.• Koordinaatio-
kolmio, neliö, heksagoni
32
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.2 Ionisidoksella sidottujen rakenne: polygonit ja ionisädesuhteet 2D:ssä
• Geometria määrittää ionisäteiden suhteen rK /rA
• Esim. neliölle rK /rA = 2 -1, heksagonille rK /rA = 1• Mutta kun muistetaan seuraava:
nähdään, että tämä on vain alaraja kationeille, joilla neliögeometria.
• Toisaalta ioni maksimoi naapurien lukumäärän => jos rK /rA 1 saadaan heksagoni
• Siis neliögeometria jos 2 -1 rK /rA < 133
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.2 Ionisidoksella sidottujen rakenne: polygonit ja ionisädesuhteet 3D:ssä
• Samat perusajatukset myös 3D:ssä, mutta geometria on monimutkaisempi.
• Koordinaatio kasvaa suhteen rK /rA mukana.• Tulos:
• Jos rK /rA > 1=> 8 on maksimi!
34
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.2 Ionisidoksella sidottujen rakenne: Pauling II • Paikallinen polyedri kunkin atomin ympärillä• Pauling II: Paikallinen varaus on nolla (varausneutraliteetti) kussakin
polyedrissä.• Tämä voidaan kvantifioida (hieman harhaanjohtavasti sanottuna) käsitteellä
sidoslujuus (”bond strength”):• Sidoslujuus bs = varauksen q ja koordinaatioluvun Z suhde
• Esim. Si q=+4. Jos Si rakenteessa, jossa Z=4, niin bs = 1.• Esim. Al q=+3. Jos rakenteessa Z=6, niin bs=1/2.• Anionin kokonaisvaraus on miinus ympärillä olevien kationien sidoslujuuksien
summa, ja päinvastoin.• Esim. SiO2: Si Z=4, q=+4 => bs = 1. O Z=2, q=-2 => bs=-1. Si:n varaus -4x-1 = +4
ja O:n -2x1 = -2.• Varausneutraliteetti siis voimassa
35
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.2 Ionisidoksella sidottujen rakenne: Pauling III & IV
• Seuraava kysymys on kuinka polyedrit linkitetään toisiinsa kristallin muodostamiseksi
• Paulingin III ja IV sääntö sanovat olennaisesti, että polyedrit kombinoituvat yhteen kulmistaan, eikä sivulinjoista tai sivuista• Paulingin IV sääntö sanoo tämän erikseen kationeille.
36
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.2 Ionisidoksella sidottujen rakenne: Pauling III & IV
• Syy on yksinkertaisesti se, että tällä tavoin samoin varatut ionit ovat kaukana toisistaan.
• Tarkastellaan kuvaa: polyedrien keskukset ovat kauimpana toisistaan tapauksissa a), jolloin vain kulmat ovat yhteisiä.
37
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.2 Ionisidoksella sidottujen rakenne: Pauling V
• Paulingin V säännön mukaan erityyppisten polyedrien lukumäärä on pieni.• On vaikeaa pakata tehokkaasti yhteen polyedreja, joilla on monia
muotoja ja kokoja.
38
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.2 Ionisidoksella sidottujen rakenne: komplikaatio, kun ionisäde ei ole vakio koordinaatioluvun (z) funktiona!
• Esitettyjen periaatteiden mukaisesti voisi muodostaa todennäköiset rakenteet• ... jos ionisäde r olisi
vakio kaikille arvoille Z• Mutta valitettavasti r riippuu CN:sta
• Ei kuitenkaan kovin vahvasti• Ja kahden välinen suhde on
vielä pienempiKasvuvauhti sama
• Suhteelliset ionisäteet tärkeitä: voidaan kiinnittäätietty ionisäde, jotta saadaanasteikko muille.
39
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.2 Ionisidoksella sidottujen rakenne: komplikaatio, kun ionisäde ei ole vakio koordinaatioluvun (z) funktiona!
• Esimerkkejä arvolle Z = 6
40
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.2 Ionisidoksella sidottujen rakenne: ionisäteen trendejä• Trendejä tarkasteltu edellä, nyt muutama lisää1. Ionisäde lisääntyy kun mennään alaspäin jaksollisen järjestelmän
sarakkeessa.• N.k. lantaniidi-kontraktio vähentää tätä efektiä kaikkein
raskaimpien alkuaineiden tapauksessa.2. Samavarauksisten ionien säteet mentäessä samalla rivillä oikealle. 3. Saman alkuaineen ionisäde pienenee positiivisen varauksen kasvaessa:
r(Fe3+) < r(Fe2+)4. Kationit ovat useimmiten pienempiä kuin anionit samassa yhdisteessä
• Poikkeuksia on, esim. r(Cs+) > r(F-)
41
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: rakenteita• Nyt voidaan luetella todennäköisiä rakenteita, jotka johtuvat
tarkastelluista koordinaatioista.• Seuraavat ovat yksinkertaisimmat
42
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: rakenteita• Lisää esimerkkejä
43
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: AX-tyyppi
• Yhtä monta kationia (A) kuin anionia (X)
• Keittosuola- eli NaCl-rakenne(”rocksalt”)
• Kaikkien atomien Z=6 • Ionisäteiden vertailu: Na+ 0,102,
Cl- 0,181 => rK /rA = 0,564 => Z = 6 => toimii!
44
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: AX-tyyppi
• Oktaedri-rakenne?• Jokaisen atomin ympärillä oktaedri
lähimpiin naapureihin• Atomien A ja B ympärillä olevat
osoitettu• Koskettavat toisiaan vain sivuilla,
kuten Pauling III&IV• Voidaan pitää kahtena sisäkkäin
olevana FCC-rakenteena• Bravaisin hila FCC
Kanta 2 atomille FCC-alkeiskopissaKanta 8 atomille konventionaalisessa yksikkökopissa
45
1.5 Keraamien rakenne
A
B
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: AX-tyyppi
• Toinen rakenne arvolle z = 6: NiAs• Vähemmän symmetrinen
46
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: AX-tyyppi
• Kesiumkloridi-, CsCL-rakenne• Z = 8• Kuutio jokaisen atomin ympärillä
• ”BCC joka toisella eri tyypin atomilla”
• Mutta: Bravaisin hila yksinkertaisesti kuutiollinen!
• Kuution sivut kohtaavat => ei täytä Pauling III&IV
47
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: AX-tyyppi
• Sinkkivälke-, (zincblende-, sfaleriitti-) rakenne
• Z = 4 ja tetraedri jokaisen atomin ympärillä
• Kohtaavat kulmissa => Pauling III&IV
• Sama kuin timanttirakenne, mutta kaksi atomityyppiä
• Kaksi sisäkkäistä FCC-hilaa
• Matalan ionisiteetinyhdistepuolijohteilla usein tämä rakenne!
• ZnS, GaAs, kuutiollinen SiC, ...48
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: AX-tyyppi
• Sinkkivälke-, (zincblende-, sfaleriitti-) rakenne
• Samat ominaisuudet kuten timantilla, esitetty edellä
• Tämä rakenne voidaan perustella sekä kovalenttisten sp3-sidosten ominaisuuksien että Paulinginsäännöillä ionisille materiaaleille!
• Heikosti ionisten materiaalien sidokset ovat sekoitus kovalenttisiaja ionisia => luonnollista että tämä rakenne syntyy
49
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: AX-tyyppi
• Wurtziitti-rakenne
• Z = 4 kaikille atomeille• Tetraedri jokaisen atomin ympärillä• Mutta heksagonaalinen symmetria, kaksi sisäkkäistä HCP-hilaa!
50
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: AX-tyyppi• Sinkkivälke vs. Wurtziitti
• Suhtautuvat toisiinsa kuten FCC ja HCP• FCC = ABCABCABC-pino• HCP = ABABAB-pino
• Kummallakin kaksi sisäkkäistä hilaa =>• Sinkkivälke = AaBbCcAaBbCc-pino• Wurtziitti = AaBbAaBbAaBb-pino
51
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: AX-tyyppi• Esimerkki: mikä rakenne on yhdisteellä FeO?
• Mikä on ionisiteetti? O on -2 joten Fe on +2• Tarkista ionisäteet: • rK /rA = 0,077/0,140 = 0,550• => Z = 6• => todennäköinen rakenne NaCl• Kyllä on:
52
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: KmAp-tyyppi• Jos kationilla ja anionilla on eri varaus, syntyy
yhdisteitä, joissa eri määrät atomeja• Paulingin sääntöjä voidaan soveltaa osittain
myös tällöin• Esimerkki CaF2:
• rK /rA = 0,100/0,133 = 0.8• => kationeilla Z = 8• Mutta täytyy olla kaksi kertaa enemmän F-
atomeja kuin Ca-atomeja• Tämä toteutuu CsCl-rakenteella,
jossa joka toinen Ca-paikka on tyhjä => niillä, jotka ovat on Z = 8
53
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: KmAp-tyyppi
• Fluoriitti-rakenne• Ca-atomit muodostavat
kuutioita, jotka kohtaavat sivuilla ja kärjissä ja Z =8
• F-atomien Z =4
54
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: KmAp-tyyppi
• Rutiili-rakenne TiO2
• Ti Z =6 ja muodostaa TiO6-oktaedreja
• O muodostaa OTi3 trigonaalejatasorakenteita
• Useita eri orientaatioita yksikkökopissa
55
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: KmLnAp -tyyppi
• Yhdisteissä, joissa on 3 alkuainetta, joista 2 kationia, merkitään KmLnAp(tai AmBnXp, tai...)
• Tärkeä luokka on n.k. perovskiitit
• Esimekki: BaTiO3
• Huomaa, että kummallakin kationilla on anioni naapurina
56
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: KmLnAp -tyyppi
• Perovskiitti CaTiO3• Ti muodostaa TiO6-oktaedreja• Ca muodostaa CaO12-kuboktaedreja• Huomaa, että molemmilla kationeilla on
anioni naapurina• O-atomeilla on FCC-alihila
• Perovskiiteilla on vahva piezosähköisyysja ferrosähköisyys
• Myös korkean lämpötilan suprajohteiden rakenne on perovskiitinmuunnos
57
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: KmLnAp -tyyppi
• Esimerkki korkean T:n suprajohteesta• N.k. korkean lämpätilan suprajohteet
ovat suprajohtavia kuparioksideja, joissa perusrakenne on CuO2-taso
• Niiden välissä on muita metallikationeja
• Esimerkki: YBa2Cu3O7-x• Y, Ba CuO2-kerrosten välissä• x tarkoitta, että joitakin O-atomeja
puuttuu, 0 < x < 1• Se on ratkaisevaa
suprajohdeominaisuuksille
58
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: KmLnAp -tyyppi
• Spinelli-rakenteet KL2A4• K/A kaksiarvoinen: K2+
• L/B kolmiarvoinen: L3+
• Esimerkki: MgAl2O4• O-atomit muodostavat FCC-hilan• K-atomit ovat normaalissa spinellissä
tetraedripaikoissa ja L-atomit oktaedripaikoissa
• Käänteisessä spinellissä K-atomit ja joka toinen L-atomi oktaedripaikassa, ja joka toinen L-atomi tetraedripaikassa
59
1.5 Keraamien rakenne
Perusrakenne useille magneettisille materiaaleilla
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: KmLnAp -tyyppi
• Käänteinen spinelli-rakenne• K-atomit ja joka toinen L-atomi
oktaedripaikassa ja joka toinen L-atomi tetraedripaikassa:
• L(KL)O4• Nämä ovat mielenkiintoisia siinä
suhteessa, koska myös binääriset yhdisteet voivat muodostaa spinellejä: samalla atomityypillä voi olla kaksi eri valenssia!
• Esimerkki: Fe3O4 joka voidaan myös kirjoittaa Fe3+(Fe2+Fe3+)O4
60
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: KmLnAp -tyyppi• Safiiri Al2O3
• Kiderakenne (korundum) on verrattain monimutkainen• Jalokiven väri johtuu epäpuhtauksista
• puhdas Al2O3 läpinäkyvä
61
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne• Yhteenveto tähänastisista keraamirakenteista
62
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: silikaatti-rakenteet• Erittäin tärkeä ionisten keraamisten rakenteiden erikoistapaus on
silikaatit eli rakenteet, jotka perustuvat alkuaineisiin Si ja O• Niissä voi kylläkin olla muita alkuaineita lisäksi.
• Suurin osa kivistä, maasta, savesta, hiekasta perustuu silikaateihin.
• Si ja O ovat maankuoren yleisimmät alkuaineet.• Sidos on osaksi ioninen osaksi kovalentti• Ionisäteet: (Si4+) = 0,4 Å, r(O2-) = 1,,4 Å
Paulingin kriteeri rK /rA = 0,29 => Z = 4• Ionisiteettiaste: Aikaisemman skaalan mukaan: varaukset ~ +2 ja
-1 (malleissa +1,4 ja -0,7)63
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: silikaatti-rakenteet• Silikaattirakenteiden perusyksikkö on SiO4
4- -tetraedri• Si on pienempi kuin O• Sillä on voimakas halu saada 4 naapuria sekä ionisiteetti- että
sp3-sidosten vuoksi• => Silikaattirakenne muodostuu näiden kombinaationa
Kombinaatio täytyy tehdä niin, että koko rakenne neutraali
64
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: silikaatti-rakenteet• Erilaisia tetraedrikombinaatioita• Huomaa, että jotkut eivät noudata SiO2-stökiömetriaa.
65
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: SiO2
• Jos SiO44- -tetraedrin kaikki kulmat yhteisiä muiden SiO4
4- -tetraedrien kanssa, syntyy varausneutraali SiO2
• Jokaisella O on silloin kaksi Si-naapuria => varausneutraliteetti
• Useita erilaisia rakenteita saadaan aikaan kombinoimalla näitä eri tavoilla
• SiO2 voi olla sekä kiteinen että amorfinen• Vanha skemaattinen kuva (huomaa, että O-sidos per Si-atomi
jätetty piirtämättä):
66
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: kiteinen SiO2
• Kiteinen SiO2 esiintyy 3 eri kiteisessä muodossa (polymorfit) normaalipaineessa:
• -kvartsi: = 2.648 g/cm3, < 573 oC• -kvartsi: = 2.533 g/cm3, … < 867 oC• tridymiiti: = 2.27 g/cm3, …< 1470 oC• kristobaliitti: = 2.30 g/cm3, sulamispisteeseen saakka 1710 oC
• Erilaisista nimityksistä: puhutaan ”low” ja ”high” ja ”alpha” ja ”beta” lähteestä riippuen, mutta edelliset luotettavia
• Lisäksi on muita faaseja, jotka esiintyvät korkeissa paineissa tai epätasapainotiloissa: coesiitti, stishoviitti, lechatelieriitti, keatiitti, ...
67
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
68
Kite
isen
kva
rtsi
n (S
iO2)
faas
it
Coesitemonoclinic
(low) Quartztrigonal
ß (high) Quartzhexagonal,
stable > 573ºC
ß-Tridimytehexagonal870-1470ºC
1. 5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: kiteinen SiO2
• -kvartsi• Rakenne on verrattain
monimutkainen.• Heksagonaalinen yksikkökoppi,
9 atomia per koppi• Pitkät tetraedrijonot• Si-atomien välisten sidosten
väliset kulmat lähellä tetraedrista 109.47o (108o –110o)
• O-atomien välisten sidosten kulma noin 143.65o
69
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: kiteinen SiO2
• -kvartsi• Sama rakenne erilaisina pallokuvioina
• 2250 atomia, 5x5x5 suorakulmaista yksikkökoppia• Huomaa kuinka sama rakenne näyttää erilaiselta piirrostavasta
riippuen.
70
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: kiteinen SiO2
• -kvartsi• Rakenne on lähellä -kvartsia• Faasimuunnos tapahtuu
spontaanisti ja tarvitsee vain lyhyitä atomisiirroksia.
• Tiheydet lähes identtiset -> ei merkittävää tilavuuden muutosta
• Enemmän symmetriaa
71
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: kiteinen SiO2
• Tridymiitti• Yksinkertaisempi rakenne• Yksikkökoppi on suorakulmainen.
72
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: kiteinen SiO2
• Kristobalaatti• Vielä yksinkertaisempi rakenne• Kuutiollinen• Si-atomit muodostavat timanttihilan• O-atomit Si-atomien välissä
73
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: amorfinen SiO2
• SiO44- -tetraedrit liittyvät toisiinsa nurkista, mutta ei niin että
syntyisi pitkän kantaman järjestäytyneisyys.• Siis sidosympäristö ideaalinen kaikille atomeille• Amorfinen SiO2 saadaan aikaan nesteen nopealla jäähdyttämisellä
tai piin hapettamisella.• Englanninkielen termit ”fused silica” ja ”vitreous silica”
tarkoittavat juuri amorfista SiO2 joka muodostettu jäähdytyksellä.
• On tärkeää tehdä ero valmistusmenetelmien välillä:• Amorfinen SiO2 voidaan valmistaa myös aivan toisella menetelmällä
lähtien nesteliuoksesta, josta neste poistetaan (sol-gel-metod). Saadaan hyvin matan tiheyden amorfista SiO2
74
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: aamorfinen SiO2
• Tietokonemalli
75
1.5 Keraamien rakenne
[Sebastian von Alfthan, doktorsavhandling,Tekniska högskolan 2006 och PRB 68, 073203.
= 2.2 g/cm3, N = 1536 atomer]
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: SiO2; lasi• Lasi on perinteisessä merkityksessä on täysin tai osittain
läpinäkyvä materiaali, joka koostuu SiO44- -tetraedreistä.
• Lasi on aina amorfinen• Perusajatus lasissa on lisätä joitakin muita atomeja SiO2:een (tai
muuhun oksidiin) joka estää kiteytymisen.
76
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: SiO2; lasi• Atomeja, jotka muodostavat polyedri-verkoston, kutsutaan
verkoston muodostajiksi (”network former”) tai lasinmuodostajiksi (”glasformare”)
• Oksideja, jotka muodostavat lasikaltaisia rakenteita.• Verkoston muokkaajat (”network modifiers”) ovat kationeja,
jotka muokkaavat rakennetta• Ne rikkovat tetraedriverkoston, koska niillä on vähemmän
varausta kuin Si:llä ja siten tarvitaan vähemmän O-anioneja varauksen tasapainottamiseen.
• Verkoston välittäjät (”network intermediates”) ovat atomit, jotka voivat sekä muodostaa lasia tai toimia muokkaajina.
• Esimerkiksi Al
77
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: SiO2; lasi• Samalla kun verkoston muokkaajat lyhentävät tetraedriverkostoa
tekevät ne koko rakenteesta joustavamman.• Tästä seuraa matalampi sulamislämpötila ja matalampi
viskositeetti.• Matala viskositeetti <=> juoksevampaa• Etua prosessoinnissa• Samalla myös matalampi elastinen kovuus
78
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: SiO2; lasi• Muokkaajien merkitystä on havainnollistettu kuvassa.• Viskositeetti laskee siis lämpötilan laskiessa ja epäpuhtauksien
vähentyessä. • Hyvin luonnollista: esim. lasinpuhallus
• Kuva havainnollistaa viskositeettialuetta, joka on sopiva muokkaukseen/pro-sessointiin.
• Muokkaajat laskevat siis lämpötilaa, joka on sopiva prosessointiin => hyvä asia
79
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: SiO2; lasi
80
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: SiO2; lasi• Stanforthin säännöt
• On eri sääntöjä, jotka kuvaavat sitä, mitkä aineet voivat olla lasinmuodostajia.
• Säännöt samanlaisia, mutta mikään ei päde kaikissa tapauksissa.• Esimerkiksi Stanworthin säännöt metallioksidilasille:
Kationin valenssi 3Lisääntyvä tendenssi muodostaa lasia kationin koon pienentyessäKationin elektronegatiivisuus välillä 1,5 ja 2,1
• Esimerkiksi Si:llä valenssi +4 ja elektronegatiivisuus 1,8, joten se täyttää ehdot. Mutta Na2O ei täytä (Na:nelektronegatiivisuus 0,9)
• Mutta kuten nähty Na voi hyvin olla verkoston muokkaaja.
81
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: Silikaattikerros (”Silicate sheet”)
• Tärkeä muunnos silikaatteja on ne, joiden perusrakenne muodostuu silikaattikerroksista.
• Jos, sen sijaan että kaikki kulmat ovat yhteisiä SiO44- -
tetraedreissa, vain 3 kulmaa on yhteistä, syntyy stökiömetria (eli suhteellinen atomiluku) SiO2,5
• Toistoyksikkö tasossa on (Si2O5)2-
tai (Si4O10)4-
• Jotta saadaan varausneutraliteetti täytyy lisätä muita kationeja. Esim. Al3+, K+ eller Na+.
82
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: Silikaattikerros; savi• Silikaattikerrokset voivat sitoutua toisiinsa ionisilla voimilla tai
muilla kerroksilla, joissa enemmän verkoston muokkaajia.• Tämä on saven perusrakenne.• Esimerkki:
• kaoliini-savi Al2(Si2O5)(OH)4
• (Si2O5)2- kerrokset neutralisoituvat Al2(OH)4
2+ -kerrosten johdosta.• Huomaa, että z-suunta on liioiteltu
kuvassa.• Vuorovaikutus kerrosten välillä
on heikko van der Waals => voivat helposti liukua, pehmeä rakenne
83
1.5 Keraamien rakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: Silikaattikerros; talkki
• Toinen hyvin tunnettu silikaattirakenne on talkki, Mg3(Si2O5)2(OH)2
84
1.5 Keraamien rakenne
[webmineral.com/data/Talc.shtml]
www.helsinki.fi/yliopisto
Materiaalifysiikka I - Juhani Keinonen
1.5.3 Ionisidoksella sidottujen rakenne: Silikaattikerros: muskoviitti eli ”mica
• Erittäin hyvin tunnettu silikaattikerrosrakenne on muskoviittitai paremmin tunnettu englanninkielisellä nimellä ”mica”, K2Al4(Si6Al4)O20(OH)4
• Sillä on myös kerrosrakenne, jossa 2 suurta K-ionia muodostaa suuren etäisyyden kahden atomikerroksen välille.
• Siksi kide halkeaa helposti pitkin K-kerrosta => mahdollistaa atomäärisen tasaisten pintojen valmistamisen
• Suosittu materiaali atomideponoinnin taustana ja ohutkalvojen valmistuksessa tutkimuskäyttöön
85
1.5 Keraamien rakenne