1

Chương 1

Giới thiệu về vật liệu và

Đại cương về tinh thể học

1. Giới thiệu

2

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

3

Chương 1

Phân loại VL:

4

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

5

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

6

Chương 1

7

Chương 1

c) Ô cơ sở

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.

O

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

8

7 kiểu hệ tinh thể

9

Chương 1

14 kiểu mạng Bravais

10

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

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

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

Phương AB không qua O: tìm phương song song với

AB và qua O.

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

O

D

C

11

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:

- -

- - - - - - - - - -

12

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). - - -

13

Chương 1

14

Chương 1

15

Chương 1

Mặt tinh thể:

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

- - -

16

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

17

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

1 2 1 2 1 2

2 2 2 1/ 2 2 2 2 1/ 2

1 1 1 2 2 2

u u v v w wcos

(u v w ) (u v w )

18

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.

19

Chương 1

f) Sắp xếp theo lớp trong cấu trúc TT: