Mini-kurzus
Kristályszerkezet
Kristályban az atomok, ionok vagy molekulák hosszú távú periodikus rendet alkotnak. A teljes szerkezet egy elemi cella térbeli ismétlésével írható le, de az anyag tulajdonságait nemcsak a rács geometriája, hanem a rácspontokhoz tartozó atomok és kötések is meghatározzák.
Rács és bázis
A Bravais-rács egy ideális geometriai pontsokaság, amely transzlációval önmagába vihető. A valódi kristályszerkezethez minden rácsponthoz egy atomot vagy atomcsoportot, úgynevezett bázist társítunk. Ugyanaz a rácstípus különböző bázissal teljesen eltérő anyagot és fizikai tulajdonságokat adhat.
Elemi cella
Az elemi cella olyan legkisebb ismétlődő térfogatelem, amellyel a kristály felépíthető. A cella élei és köztük lévő szögek a rácsparaméterek. Nem minden szemléletes „doboz” primitív cella: a konvencionális cellát gyakran szimmetria miatt választjuk nagyobbra, hogy a szerkezet könnyebben felismerhető legyen.
Köbös szerkezetek
Egyszerű köbös cellában a sarkokon, térközepes köbösben (BCC) a sarkokon és a test közepén, lapközepes köbösben (FCC) a sarkokon és lapközepeken vannak rácspontok. A megosztás miatt egy BCC konvencionális cellára effektíven 2, FCC-re 4 rácspont jut. Ez befolyásolja a sűrűség és csomagolási arány számítását.
Koordinációs szám és csomagolás
FCC és hexagonális szoros illeszkedésben egy atomnak ideális gömbmodellben 12 legközelebbi szomszédja van, és nagy a térkitöltés. BCC koordinációs száma 8 a legközelebbi szomszédok szerint. A „tömörebb” szerkezet nem önmagában jelent nagyobb anyagsűrűséget, mert az atomtömeg és rácsparaméter is számít.
Kristályhibák
Valós kristály sosem tökéletes. Pontdefektus lehet vakancia vagy helyettesítő atom, vonalhiba a diszlokáció, síkhiba a szemcsehatár. Ezek jelentősen módosíthatják a mechanikai, elektromos és diffúziós tulajdonságokat. A fémek képlékeny alakváltozása például szorosan kapcsolódik a diszlokációk mozgásához.
Röntgendiffrakció
A kristálysíkok periodikus távolsága összemérhető a röntgensugárzás hullámhosszával, ezért diffrakciós maximumok jelennek meg. Bragg törvénye 2d sinθ=nλ kapcsolatot ad a síktávolság, hullámhossz és szög között. A minta csúcsaiból a rácsparaméterek és sokszor az atomelrendezés is rekonstruálható.
Amorf anyag
Amorf szilárd anyagban nincs kristályokra jellemző hosszú távú transzlációs rend, bár rövid távú szerkezeti korreláció lehet. Üveg ezért nem egyszerűen „nagyon lassan folyó kristály”: szerkezete és termodinamikai viselkedése eltérő. Diffrakciós képe is szélesebb maximumokat mutat az éles kristálycsúcsok helyett.
Próbáld ki
Egy FCC konvencionális cellában hány rácspontnak megfelelő atom jut effektíven egy cellára?
Megoldás
8 sarok ×1/8 =1, plusz 6 lapközép ×1/2=3, összesen 4 atomnyi hozzájárulás cellánként.