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| 金剛石晶體分子結(jié)構(gòu)都具有正四面體分布的型式 | |||
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金剛石俗稱“金剛鉆”。也就是我們常說的鉆石，它是一種由純碳組成的礦物。金剛石的化學(xué)式C----N個(gè)C,金剛石是原子晶體,一塊金剛石是一個(gè)巨分子，N個(gè)C的聚合體。只能用它的元素符號加注釋來表示[C(金剛石)].金剛石是自然界中最堅(jiān)硬的物質(zhì)。金剛石的用途非常廣泛，例如：工藝品、工業(yè)中的切割工具。碳可以在高溫、高壓下形成金剛石。鉆石就是我們常說的金剛石 ,它是一種由純碳組成的礦物。金剛石是自然界中最堅(jiān)硬的物質(zhì)，因此也就具有了許多重要的工業(yè)用途，如精細(xì)研磨材料、高硬切割工具、各類鉆頭、拉絲模。還被作為很多精密儀器的部件。
鉆石的成分是碳。其碳12原子的結(jié)構(gòu)特征是每個(gè)碳原子都有四個(gè)共價(jià)鍵（四個(gè)共用電子對），C原子間等間距排列，C-C鍵長為0.154nm，原子間結(jié)構(gòu)牢固，組成具有四個(gè)角相等的正四面體，形成一個(gè)鉆石晶胞。同時(shí)，四個(gè)角又是其它四面體晶胞的一部分。由四面體組成的鉆石，常見有立方體、八面體、菱形十二面體晶體。
金剛石、Si、Ge等晶體的結(jié)構(gòu)都是所謂金剛石型晶體結(jié)構(gòu)。金剛石是碳的一種晶體，其中的碳原子之間都是以共價(jià)鍵結(jié)合起來的，故稱其為共價(jià)鍵晶體。晶體是離子、原子或分子有規(guī)律地排列所構(gòu)成的一種物質(zhì)，其質(zhì)點(diǎn)在空間的分布具有周期性和對稱性。人們習(xí)慣用空間幾何圖形來抽象地表示晶體結(jié)構(gòu)，即把晶體質(zhì)點(diǎn)的中心用直線連接起來，構(gòu)成一個(gè)空間網(wǎng)格，此即晶體點(diǎn)陣，質(zhì)點(diǎn)的中心位置，稱為點(diǎn)陣節(jié)點(diǎn)。如果把待定的結(jié)構(gòu)基元(離子、原子或分子)放置于不同的點(diǎn)陣節(jié)點(diǎn)上，則可形成各種各樣的晶體結(jié)構(gòu)。晶體可以看成由一個(gè)節(jié)點(diǎn)沿三維方向按一定距離重復(fù)地出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)而形成的。每個(gè)方向上節(jié)點(diǎn)距離稱為該方向上晶體的周期。同一晶體在不同方向的周期不一定相同。從晶體結(jié)構(gòu)中提取出來的以反映晶體周期性和對稱性的最小重復(fù)單元，稱為晶胞。
金剛石這種共價(jià)鍵晶體的形成與碳原子的特殊電子結(jié)構(gòu)有關(guān)。碳原子的原子序數(shù)是6，其電子結(jié)構(gòu)是[He]2s22p2。因?yàn)樘荚拥?s和2p亞殼層狀態(tài)很接近，當(dāng)附近有其他原子作用時(shí)，這兩個(gè)亞殼層電子的狀態(tài)即變得不好區(qū)分，則只能考慮主殼層——L殼層；由于L殼層共可容納8個(gè)電子，則還有4個(gè)空位，于是碳原子就很容易與其他碳原子共用電子——形成共價(jià)鍵（屬于s2p3雜化態(tài)），一個(gè)碳原子總共可以形成4個(gè)共價(jià)鍵，即可以與相鄰的4個(gè)碳原子形成共價(jià)鍵，則構(gòu)成正四面體分布的結(jié)構(gòu)（共價(jià)鍵之間的夾角為109o28’）；采用這種原子排列的規(guī)律即可構(gòu)成金剛石結(jié)構(gòu)。晶體中一個(gè)原子周圍的最近鄰的原子數(shù)目稱為配位數(shù)；金剛石晶體中碳原子的配位數(shù)為4，該數(shù)目較少，這是由于共價(jià)鍵的飽和性所決定的。
Si和Ge原子的電子結(jié)構(gòu)也與碳原子的類似，其最外層的電子都是2s22p2狀態(tài)。則Si和Ge晶體的結(jié)構(gòu)也與金剛石晶體類似，即都是共價(jià)鍵晶體，并且它們的原子都具有正四面體分布的型式，即構(gòu)成金剛石型晶體結(jié)構(gòu)。
金剛石結(jié)構(gòu)（Diamond structure ）就是金剛石晶體的結(jié)構(gòu)；具有這種類型的晶體結(jié)構(gòu)即稱為金剛石型結(jié)構(gòu)。 金剛石是碳原子的一種結(jié)晶體。其中的碳原子都以共價(jià)鍵結(jié)合，原子排列的基本規(guī)律是每一個(gè)碳原子的周圍都有4個(gè)按照正四面體分布的碳原子；這種結(jié)構(gòu)可看成是由兩套面心立方Bravais格子套構(gòu)而成的，套構(gòu)的方式是沿著單胞 [結(jié)晶學(xué)元胞]立方體對角線的方向移動(dòng)1/4距離；也可以看成是由許多（111）的原子密排面沿著[111]方向、按照ABCABCABC···規(guī)律堆積起來而構(gòu)成的；每個(gè)單胞中包含有8個(gè)原子，每個(gè)原胞中包含有2個(gè)不等價(jià)的原子，是一種復(fù)式晶格。重要的半導(dǎo)體Si和Ge就具有金剛石型的晶體結(jié)構(gòu)。 金剛石晶格的倒格子是體心立方格子。因此，Si和Ge等金剛石型晶體中電子的Brillouin區(qū)也就是體心立方格子中的W-S原胞，其形狀是切角六面體（即14面體）
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