
【机】 face-centered cubic lattice
面心立方格子(Face-Centered Cubic Lattice,简称FCC)是晶体学中一种重要的空间点阵结构,其基本特征如下:
结构定义
在面心立方格子中,立方晶胞的八个角点各有一个原子占据,同时立方体的六个面的中心也各有一个原子占据。这种结构可视为由相同原子在三维空间周期性排列而成,每个原子周围有12个最近邻原子。
点阵参数与原子位置
设晶格常数为 ( a )(即立方体边长),则原子坐标为:
$$
begin{array}{c}
(0,0,0), quad (0,frac{1}{2}a,frac{1}{2}a), quad (frac{1}{2}a,0,frac{1}{2}a), quad (frac{1}{2}a,frac{1}{2}a,0)
(frac{1}{2}a,frac{1}{2}a,frac{1}{2}a), quad (frac{1}{2}a,0,0), quad (0,frac{1}{2}a,0), quad (0,0,frac{1}{2}a)
end{array}
$$
其中角原子贡献1/8,面心原子贡献1/2,每个晶胞实际包含4个原子(计算式:( 8 times frac{1}{8} + 6 times frac{1}{2} = 4 ))。
配位数与致密度
$$
APF = frac{4 times frac{4}{3}pi r}{a} = frac{4 times frac{4}{3}pi left( frac{sqrt{2}}{4}a right)}{a} approx 0.74
$$
表明约74%的体积被原子占据,是密堆结构之一。
典型材料与应用
常见金属如铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)、γ-铁(γ-Fe)等均具有面心立方结构。该结构因致密度高,赋予材料良好的延展性、导电性和热稳定性,广泛应用于航空航天材料(如铝合金)、电子器件(铜导线)及珠宝加工等领域。
相关概念扩展
参考文献
面心立方格子是晶体结构中的一种基本类型,其特点如下:
1. 结构定义
面心立方格子(Face-Centered Cubic, FCC)的原子分布在立方体的8个角点和6个面的中心位置。每个角点原子被相邻的8个晶胞共享,面心原子被2个晶胞共享。
原子数计算:
2. 晶格参数
3. 致密度
面心立方结构的致密度(原子占据体积比例)为74%,计算公式为:
$$
text{致密度} = frac{4 times frac{4}{3}pi r}{a} = 0.74
$$
4. 典型材料
常见金属包括铝(Al)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)及高温下的γ-铁(912–1394℃)等。
5. 性能特点
面心立方结构因滑移系较多(如{111}面与<110>方向组合形成12个滑移系),通常表现出良好的塑性和延展性。
如需进一步了解具体金属的晶格参数或应用场景,可参考材料科学相关教材或专业数据库。
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