Chương 2: MẠNG TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU

Thành phần nhỏ nhất của vật chất là nguyên tử. Mỗi nguyên tử là một hệ thốngphức tạp bao gồm hạt nhân mang điện dương và các điện tử (electron) mang điện âmchuyển động bao quanh. Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo bởi những prôton và nơtron.Prôton mang điện dương có điện tích đúng bằng điện tích của điện tử còn hạt nơtron lạikhông mang điện.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 2: MẠNG TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU Chương 2 MẠNG TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU 2.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TINH THỂ. 2.1.1 Vật rắn vô định hình, vật rắn tinh thể, mạng tinh thể, mặt tinh thể,khối cơ bản. Thành phần nhỏ nhất của vật chất là nguyên tử. Mỗi nguyên tử là một hệ thốngphức tạp bao gồm hạt nhân mang điện dương và các điện tử (electron) mang điện âmchuyển động bao quanh. Hạt nhân nguyên tử được cấu tạo bởi những prôton và nơtron.Prôton mang điện dương có điện tích đúng bằng điện tích của điện tử còn hạt nơtron lạikhông mang điện. Ở trạng thái bình thường, nguyên tử trung hòa điện vì số lượng prôton bằng sốlượng điện tử đặc trưng bằng số thứ tự nguyên tử (Z) ở trong bảng hệ thống tuần hoànMenđêlêev. Trong những điều kiện nhất định một số nguyên tử có thể nhận thêm điện tử để trởthành ion âm và cũng có thể mất đi điện tử để trở thành ion dương. Tùy theo sự sắp xếp của các nguyên tử, ion hay phân tử (gọi tắt là chất điểm) trongkhông gian người ta chia các vật rắn ra làm hai nhóm lớn: Vật vô định hình và vật tinh thể. Trong vật rắn vô định hình các nguyên tử không sắp xếp theo một qui luật trật tựnhất định mà chúng sắp xếp hỗn loạn. Khi bị nung nóng, chúng bị mềm ra từ từ trong mộtkhoảng rộng nhiệt độ, nhão và sau đó chuyển thành trạng thái lỏng, nghĩa là ta không thấycó một ranh giới phân biệt rõ ràng giữa hai trạng thái lỏng và rắn bởi vì ở cả hai trạng tháilỏng và rắn này các nguyên tử của chúng đều sắp xếp hỗn loạn vô trật tự. Ðại diện chonhóm này là thủy tinh và một số nhựa. Vật rắn vô định hình giống chất lỏng ở chỗ nó có tính đẳng hướng nhưng khác vớiở chất lỏng ở chỗ các hạt trong các chất vô định hình có độ linh động thấp. Trạng thái vôđịnh hình có thể đạt được trong nhiều chất hữu cơ và vô cơ bằng cách làm nguội nhanh từtrạng thái lỏng. Tuy nhiên, khi nung nóng trở lại, giữ lâu ở nhiệt độ 20 ÷ 250C, và trong trường hợpbiến dạng, tính không ổn định của vật thể vô định hình thể hiện ở chỗ nó chuyển dần mộtphần hay toàn bộ thành trạng thái tinh thể. Trạng thái tinh thể của chất rắn ổn định hơntrạng thái vô định hình. Trong vật rắn tinh thể, các chất điểm được sắp xếp theo một qui luật trật tự hìnhhọc xác định. Khi bị nung nóng chúng có sự chuyển biến rõ rệt từ trạng thái nguyên tử sắpxếp trật tự (thể rắn) sang trạng thái nguyên tử sắp xếp không trật tự (thể lỏng) và ngược 19lại. Nói khác đi chúng có nhiệt độ nóng chảy (khi nung nóng) và nhiệt độ kết tinh (khiđông đặc) xác định. Các kim loại và hầu hết các hợp kim của chúng ở thể rắn đều là vật tinh thể tứcchúng có cấu tạo tinh thể. Ðể nghiên cứu các qui luật sắp xếp các chất điểm trong vật cócấu taọ tinh thể người ta đưa ra khái niệm về mạng tinh thể, mặt tinh thể và các khối cơbản (còn được gọi là các ô cơ bản) như được mô tả trên hình 2.1. [ b. c. a. Hình 2.1 Sơ đồ sắp xếp các chất điểm của tinh thể. Mạng tinh thể (hình 2.1a) được hiểu là một mô hình không gian mô tả qui luật hìnhhọc sắp xếp các chất điểm ở thể rắn trong vật tinh thể. Hiểu theo cách khác, trong mộtđơn vị tinh thể xét ở trạng thái rắn, các nguyên tử (chất điểm) của vật chất phân bố theomột qui luật hình học nhất định. Tùy thuộc vào loại vật liệu và các điều kiện bên ngoài như nhiệt độ, áp suất, mỗiđơn vị tinh thể đặc trưng cho vật liệu đó có các nguyên tử sắp xếp theo một trật tự riêngdưới dạng hình học xác định. Mạng tinh thể như bao gồm các mặt phẳng song song cách đều nhau đi qua cácnguyên tử (chất điểm). Các mặt phẳng này được gọi là các mặt tinh thể (hình 2.1b). Mỗi mạng tinh thể có đặc trưng riêng. Ðể dễ nghiên cứu, người ta lấy ra phầnkhông gian nhỏ nhất, đặc trưng cho sự sắp xếp của các nguyên tử (chất điểm) của mạngtinh thể. Phần không gian này nếu được xếp liên tiếp theo ba chiều đo trong không gian tasẽ có được mạng tinh thể và nó được gọi là khối cơ bản hay ô cơ sở (hình 2.1c). 2.1.2 Mười bốn kiểu mạng khác nhau của Bravais Biểu diễn mạng tinh thể rất phức tạp và phiền phức vì chúng có quá nhiều nguyêntử (chất điểm) nên để đơn giản chỉ cần b phỏng bằng khối cơ bản là đủ. Khối cơ bản mô  cđược xây dựng trên ba véc tơ đơn vị a , b và c tương ứng với ba trục toạ độ Ox, Oy, Oz.Tâm các nguyên tử (ion hay phân tử) ở đỉnh ô cơ bản là các nút mạng.  b Mô đun của ba véc tơ a=/ a / , b= / b / và z cc= / c / là kích thước của khối cơ bản và cònđược gọi là hằng số mạng hay thông sốmạng (hình 2.2). c Tùy theo loại ô cơ bản người ta xác ...