ساختار اتمی جامدات

ساختار اتمی جامدات

اسلاید 1: انرژی ها و نیروهای اتصالBagherpour.Basu.ac.ir1

اسلاید 2: وقتی هر دو یون مثبت یا هر دو منفی باشند نزدیک کردن انها انرژی نیاز دارد و هر چقدر به هم نزدیک میشوند انرژی افزایش می یابد ولی در صورت غیر همنام بودن هنگام نزدیک شده از خود انرژی آزاد کرده و این دو همدیگر را جذب کرده و انرژی پتانسیل سیستم کاهش می یابد. Bagherpour.Basu.ac.ir2

اسلاید 3: کربن و شکل های مختلف آنبرخی از فرم های کربنی،A) فولرن)، B) نانولوله های کربنی، C) گرافن و D) گرافیت.Bagherpour.Basu.ac.ir3

اسلاید 4: گرافیت:یکی از آلوتروپ‌های (دگرشکلی ها)کربن است که به جهت نرم بودن و رنگ سیاهش در ساخت نوک مداد مورد استفاده قرار می‌گیرد. گرافیت ساختار لایه-لایه داشته و از قرار گرفتن ۶ اتم کربن به صورت ۶ ضلعی منتظم پدید آمده است. این اتم‌ها با پیوند کوالانسی به هم متصلند و نمی‌توانند با کربنی خارج از این لایه پیوند کوالانسی تشکیل دهند، بنابراین یک لایه گرافیت از طریق پیوند واندروالس -که پیوند ضعیفی است- به لایه‌های زیرین متصل است. این خاصیت سبب می‌شود لایه‌های گرافیت به راحتی به روی هم بلغزند. به همین دلیل از این ترکیب برای «روان کاری» و «روغن کاری» استفاده می شود. از گرافیت به عنوان الکترودهای کوره، روان کننده، ماده نسوز، قطعات الکتریکی، رنگ‌ها، فولادهای پرکربن، چدن‌ها، مداد گرافیتی و … استفاده می‌شود. گرافیت بر خلاف الماس (دیگر آلوتروپ کربن) هادی جریان الکتریکی‌ست. گرافیت پایدارترین شکل کربن در شرایط استاندارد است.Bagherpour.Basu.ac.ir4

اسلاید 5: ساختار کریستالی الماس کی از سنگ‌های قیمتی و یکی از آلوتروپهای کربن است که در فشارهای بالا پایدار است. الماس بطور طبیعی تحت فشارهای زیاد اعماق زمین و در زمانی طولانی شکل می‌گیرد اما در آزمایشگاه می‌توان به کمک دو فرایند مجزا در زمانی بسیار کوتاهتر الماس تولید کرد. فرایند فشار بالا _ دما بالا ((HP HT) اساساً تقلیدی است از فرایند طبیعی شکل گیری الماس در حالی که فرایند رسوب گیری بخار شیمیایی (Chemical Vapor (Deposition، دقیقاً خلاف آن عمل می‌کند. در واقع CVD بجای وارد کردن فشار به کربن برای تولید الماس با آزاد گذاشتن اتمهای کربن به آنها اجازه می‌دهد با ملحق شدن به یکدیگر به شکل الماس در آیند. Bagherpour.Basu.ac.ir5از جمله کاربرد های مهم تجاری الماس می توان به عنوان سنباده برای سایش و پرداخت فلزات و به عنوان یک پوشش برای ابزارهای برش نام برد.

اسلاید 6: 7-1- نانوالیاف کربنی ((Carbon Nano-Fibers-CNFs نانوالیاف کربنی، نانوساختارهای استوانه ای با لایه های گرافن می باشند که به صورت های مخروط انباشته ((Stacked Cones، فنجان ((Cups، و یا صفحات ((Platesو بدون هسته ی توخالی (NoHollow Core)، مرتب شده اند. VGCFs (فیبر کربن رشد یافته از بخار) و انواع کوچکتر آنها بعلت پتانسیل آنها برای پیشرفت خواص حرارتی، الکتریکی، محافظ فرکانس و مکانیکی توجه زیادی را به خود معطوف کرده اند. این مواد به طور گسترده در سیستم های مختلف مانند کامپوزیت ها مورد استفاده قرار می گیرند که به دلیل خواص استثنایی و قیمت پائین آنها می باشد.Bagherpour.Basu.ac.ir6

اسلاید 7: نانولوله های کربناز صفحات کربن به ضخامت یک اتم و به شکل استوانه‌ای توخالی ساخته شده‌است در سال 1991 توسط سامیو ایجیما (از شرکت NEC ژاپن) کشف شد.خواص ویژه و منحصر به فرد آن از جمله مدول یانگ بالا، انعطاف پذیری زیاد و استحکام کششی خوب از یک طرف و طبیعت کربنی بودن نانولوله‌ها (به خاطر این که کربن ماده‌ای است کم وزن، بسیار پایدار و ساده جهت انجام فرایندها که نسبت به فلزات برای تولید ارزان‌تر می‌باشد)استحکام کششی : در حدود 50 تا GPa 200 و ازدیاد نسبی طول : 5 تا 20% است.قویترین ماده ای است که تا به حال شناخته شده است.Bagherpour.Basu.ac.ir7

اسلاید 8: Metalic Bond, A Sea of ElectronsBagherpour.Basu.ac.ir8از ویژگی های عمده فلزات این است که این مواد دارای الکترونهای آزاد هستند. این الکترونها را اصطلاحاً حاملین بار می‌گویند. در اینگونه مواد الکترونهای لایه خارجی اتم، مقید به اتمهای منفرد باقی نمی‌مانند، بلکه آزادانه در سرتاسر حجم جسم جامد حرکت می‌کنند. این ویژگی باعث رسانایی مواد خواهد شد.عدادی از الکترونهای سست لایه ظرفیت اتم فلز که در اصطلاح دریای الکترون فلزی نیز نامیده می‌شوند، باقیمانده اتمهای فلز را که دارای بارمثبت خواهند بود، فرا می‌گیرد. جاذبه الکتروستاتیک حاصل بین این ذره‌های مثبت فلزی و بار منفی توده ابر الکترونی آزاد فلزی که سرتاسر شبکه بلور فلز را گرفته است. عامل پیوند بین ذره‌های فلز محسوب می‌شود و اتصال ذره‌های فلز را در شبکه و انسجام بلور فلزی را تأمین می‌کند. چون چنین پیوندی دارای جهت خاصی نیست و ذره‌های فلز نیز جابجا شدن در داخل توده ابر الکترون آزاد فلزی را در شبکه بلور دارند، از این رو ، بروشنی می‌توان بسیاری ازخواص ویژه مکانیکی فلزها ، مانند قابلیت چکش خواری ، مفتول شدن ، تورق و غیره را توجیه کرد.

اسلاید 9: فصل 3ساختار اتمی جامداتBagherpour.Basu.ac.ir9

اسلاید 10: Bagherpour.Basu.ac.ir10

اسلاید 11: Bagherpour.Basu.ac.ir11

اسلاید 12: ساختار کریستالی فلزاتاتم های فلزات به وسیله ابر لکترونی آزاد به یکدیگر متصل میشوند و ساختار کریستالی آنها تا حدودی تابع اندازه نسبی اتمها و طرز قرار گرفتن آنها در کنار یکدیگر است.تمامی فلزات به سه شکل کریستالی متبلور می شوند1- مکعب مرکزدار (bcc)2- مکعب با وجوه مرکزدار(fcc)3- هگزاگونال متراکم (hcp)Bagherpour.Basu.ac.ir12

اسلاید 13: انواع سیستم های کریستالی Bagherpour.Basu.ac.ir13

اسلاید 14: انواع سیستم های کریستالی Bagherpour.Basu.ac.ir14

اسلاید 15: انواع سیستم های در ساختار کریستالی مکعبی1. مکعبی سادهBagherpour.Basu.ac.ir15

اسلاید 16: انواع سیستم های در ساختار کریستالی مکعبیمکعبی سادهBagherpour.Basu.ac.ir16

اسلاید 17: 2. ساختار مکعبی مرکز پرBagherpour.Basu.ac.ir17

اسلاید 18: ساختار مکعبی مرکز پرBagherpour.Basu.ac.ir18

اسلاید 19: 3. ساختار مکعبی وجوه پرBagherpour.Basu.ac.ir19

اسلاید 20: ساختار مکعبی وجوه پرBagherpour.Basu.ac.ir20

اسلاید 21: ترتیب چینش صفحات در ساختار FCCBagherpour.Basu.ac.ir21

اسلاید 22: ساختار شش وجهی فشرده (هگزاگونال) (HCP)Bagherpour.Basu.ac.ir22

اسلاید 23: (HCP)Bagherpour.Basu.ac.ir23

اسلاید 24: ترتیب چینش اتم ها در ساختار هگزاگونال فشردهBagherpour.Basu.ac.ir24

اسلاید 25: AB+HCP=A+Note: Atoms are coloured differently but are the same HCPShown displaced for clarityUnit cell of HCP (Rhombic prism)Bagherpour.Basu.ac.ir25

اسلاید 26: Note: diagrams not to scaleAtoms: (0,0,0), (⅔, ⅓,½)Bagherpour.Basu.ac.ir26

اسلاید 27: (HCP)Bagherpour.Basu.ac.ir27

اسلاید 28: Bagherpour.Basu.ac.ir28

اسلاید 29: Bagherpour.Basu.ac.ir29

اسلاید 30: Atomic Packing FactorAtomic packing factor shows us how dense the unit cell is:APF = 1 ......... Unit cell is filled with atomsAPF = 0 ......... Unit cell is emptyBagherpour.Basu.ac.ir30

اسلاید 31: Atomic Packing Factor of FCCADaaBGHECrr2rFRemember!!! Atoms are hard spheres and they touch one another along cube diagonal for an FCC structure.Number of atoms per unit cell: Face atoms = 6 x 1/2 = 3 Corner atoms =8x1/8 = 1Total number of atoms in the unit cell = 4Volume of unit cell, VcBagherpour.Basu.ac.ir31

اسلاید 32: Atomic Packing Factor of FCCADaaBGHECrr2rFBagherpour.Basu.ac.ir32

اسلاید 33: Bagherpour.Basu.ac.ir33

اسلاید 34: Body Centered Cubic (BCC) StructureBDEHGCAFar2rra2How many atoms are there in BCC structure? 1atom in center and 8 atom on corners=1+(8*1/8)=2 atoms APF of BCC ????Bagherpour.Basu.ac.ir34

اسلاید 35: DENSITY COMPUTATIONSince the entire crystal can be generated by the repetition of the unit cell, the density of a crytalline material can be calculated based on the density of the unit cell.r : Density of the unit celln : Number of atoms in the unit cellM : Mass of an atomVc : Volume of the cellMass of an atom is given in the periodic table in atomic mass units (amu) or gr/mol. To convert (amu) to (gr) use avagadro’s number.Bagherpour.Basu.ac.ir35

اسلاید 36: DENSITY COMPUTATIONAvagadro’s number, NA= 6.023x1023 atoms/molTherefore,r : Density of the unit celln : Number of atoms in the unit cellA : Atomic massVc : Volume of the cellNA : Avagadro’s numberBagherpour.Basu.ac.ir36