金红石与锐钛结构图


金红石与锐钛的结构图
1.1 锐钛及金红石晶胞及晶簇结构

图1.1 锐钛晶胞(左上),金红石晶胞(右上),锐钛晶簇(左下),金红石晶簇(右下)

采用软件Diamond对锐钛及金红石的晶胞空间结构进行演示,锐钛晶胞(Ti4O8)中八面 体 (TiO6) 通过共用非赤平面内的两条棱连接, 多个同样的八面体遵从空间位阻最小的原则, 最终以锯齿状结构形成长链,链与链之间通过共用顶点规则排列,从而形成空间网状结构— —晶簇,通过Diamond软件旋转晶胞,从不同角度观察八面体,可以发现其基本结构单元八 面体是一个畸变八面体,赤平面上4个氧原子并不在一个平面上,而正是这个畸变八面体决 定了锐钛的晶胞结构。同时畸变八面体由于分子内存在张力,晶胞密度低于金红石,晶胞内 八面体间间距较大,分子有可能转化为更致密的排列方式,因此锐钛是一个亚稳态结构,有 转化为稳态的倾向。 金红石晶胞(Ti2O4)中八面体(TiO6)通过共用赤平面内的两条棱连接,多个同样的 八面体遵从空间位阻最小的原则,最终以直链状结构形成长链,链与链之间通过共用顶点规 则排列,从而形成空间网状结构——晶簇,通过Diamond软件旋转晶胞,从不同角度观察八

面体,可以发现其基本结构单元八面体是一个正八面体,赤平面上4个氧原子在一个平面上, 而正是这个八面体结构决定了金红石构型。 相对于锐钛而言, 金红石中八面体几乎没有张力, 分子能量较低,分子呈紧密排列,是一个稳态结构。
表1.1 锐钛和金红石的晶胞数据

Type Formula sum Crystal system Space-group Cell parameters Cell volume Calc. density Diffraction angle

Rutile Ti2O4 tetragonal P 42/m n m (136) a=4.5937 ?, c=2.9587 ? 62.43 ?3 4.24872 g/cm3 27.4(110)

Anatase Ti4O8 tetragonal I 41/a m d (141) a=3.7845 ?, c=9.5143 ? 136.27 ?3 3.89333 g/cm3 25.4(101)

对比锐钛及金红石晶胞参数,不难发现,他们主要差别在于晶胞内原子数,晶胞尺寸, 晶胞的体积及相应密度,其金红石和锐钛的密度是通过晶胞参数计算得到,和实测密度几乎 吻合,引起密度差异的根本原因是构成锐钛和金红石晶格的八面体单元的形状不同引起的。


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