Einführung in Die Festkörperchemie

ISBN-13: 9783540670667 / Niemiecki / Miękka / 2000 / 344 str.

Lesley Smart; Elaine Moore; A. Martin

Opis

Dieses Lehrbuch bietet eine gut verstandliche Einfuhrung in die Festkorperchemie. Zunachst werden die klassischen Grundlagen, wie Kristallstrukturen und deren elektronische Eigenschaften, erlautert. Interessante Eigenschaften der Festkorper wie die Leitfahigkeit fuhrten zu Anwendungen und Erforschung dieser Substanzen in den Materialwissenschaften. Daher befassen sich die Autoren intensiv mit Supraleitfahigkeit, Batterien, Katalysatoren, Halbleiter- und Lasertechnikanwendungen.

Spis treści

1 Einfache Kristallstrukturen.- 1.1 Einführung.- 1.2 Dichteste Kugelpackungen.- 1.3 Raumzentrierte und primitive Strukturen.- 1.4 Symmetrie.- 1.4.1 Rotationsachsen.- 1.4.2 Symmetrieebenen.- 1.4.3 Inversion.- 1.4.4 Inversionsdrehung und Drehspiegelung.- 1.4.5 Die Symmetrie von Kristallen.- 1.5 Gitter und Elementarzellen.- 1.5.1 Gitter.- 1.5.2 Zweidimensionale Gitter.- 1.5.3 Ein- und zweidimensionale Elementarzellen.- 1.5.4 Symmetrieelemente mit Translation.- 1.5.5 Dreidimensionale Elementarzellen.- 1.5.6 Miller-Indizes.- 1.5.7 Abstand zwischen Ebenen in Kristallen.- 1.5.8 Packungsdiagramme.- 1.6 Kristalline Festkörper.- 1.6.1 Ionische Festkörper der Zusammensetzung MX.- 1.6.2 Festkörper der Zusammensetzung MX2.- 1.6.3 Andere wichtige Kristallstrukturen.- 1.6.4 Ionenradien.- 1.6.5 Kovalente Kristalle.- 1.6.6 Molekülkristalle.- 1.6.7 Silicate.- 1.7 Gitterenergie.- 1.7.1 Der Born-Haber-Kreisprozeß.- 1.7.2 Berechnung der Gitterenergie.- 1.7.3 Berechnungen mit Hilfe von thermochemischen Kreisprozessen und von Gitterenergien.- 1.8 Zusammenfassung.- Weiterführende Literatur.- Fragen.- 2Röntgen-Streuung.- 2.1 Einleitung.- 2.2 Erzeugung von Röntgenstrahlung.- 2.3 Die Beugung von Röntgen-Strahlen.- 2.4 Röntgen-Streuung an Pulvern.- 2.4.1 Die Aufzeichnung von Pulverdifrraktogrammen.- 2.4.2 Systematische Auslöschung durch Gitterzentrierung.- 2.4.3 Systematische Auslöschung durch Schraubenachsen und Gleitebenen.- 2.4.4 Die Zahl der Formeleinheiten Z in der Elementarzelle.- 2.4.5 Die Identifizierung von Verbindungen durch Pulverdifrraktogramme.- 2.4.6 Die Bedeutung der Linienintensitäten.- 2.5 Röntgenstreuung an Einkristallen.- 2.6 Strukturaufklärung mit Einkristallen.- 2.6.1 Die Patterson-Funktion und ihre Auswertung.- 2.6.2 Direkte Methoden.- 2.6.3 Differenz-Darstellung.- 2.7 Strukturverfeinerung.- 2.7.1 Temperaturfaktoren.- 2.7.2 Der R-Wert.- 2.8 Röntgen-Kristallstrukturen in der Literatur.- 2.9 Neutronenbeugung.- 2.9.1 Anwendung der Neutronenbeugung.- 2.9.2 Nachteile der Neutronenbeugung.- Weiterfuhrende Literatur.- Fragen.- 3 Präparative Methoden.- 3.1 Einleitung.- 3.2 Keramische Methoden.- 3.2.1 Samariumsulfid.- 3.2.2 Nachteile.- 3.3 Synthesen mit Hilfe von Mikrowellen.- 3.3.1 Der Supraleiter YBa2Cu3O7-x.- 3.4 Die Sol-Gel-Methode.- 3.4.1 Lithiumniobat Li3NbO3.- 3.4.2 Dotiertes Zinndioxid SnO2.- 3.4.3 Kieselglas für optische Fasern.- 3.4.4 Herstellung eines Biosensors.- 3.5 Die Precursor-Methode.- 3.5.1 Bariumtitanat BaTiO3.- 3.6 Hydrothermalverfahren.- 3.6.1 Quarz.- 3.6.2 Chromdioxid CrO2.- 3.6.3 Zeolithe.- 3.6.4 Yttrium-Aluminium-Granat Y3A15O12.- 3.7 Chemische Gasphasenabscheidung (CVD).- 3.7.1 Gasphasenepitaxie (VPE).- 3.7.2 Molekularstrahlepitaxie (MBE).- 3.8 Chemische Transportreaktionen.- 3.8.1 Magnetit.- 3.9 Methodenauswahl.- Weiterführende Literatur.- Fragen.- 4 Bindungen in Festkörpern und elektronische Eigenschaften.- 4.1 Einleitung.- 4.2 Bindungen in Festkörpern — das Bändermodell.- 4.3 Elektrische Leitfähigkeit — einfache Metalle.- 4.3.1 Theorie des freien Elektrons.- 4.3.2 Elektronische Leitfähigkeit.- 4.4 Eigenhalbleiter.- 4.4.1 Silicium und Germanium.- 4.4.2 Fotoleiter.- 4.5 Dotierte Halbleiter.- 4.5.1 Der p-n-Kontakt—fotovoltaische Zellen.- 4.6 Bänder in Verbindungen — Galliumarsenid.- 4.6.1 Halbleiter-Flüssigkeits-Zellen.- 4.7 Bänder in Verbindungen von d-Elementen — die Monoxide von Übergangsmetallen.- 4.7.1 Titandioxid und Titandisulfid.- Weiterführende Literatur.- Fragen.- 5 Defekte und Nichtstöchiometrie.- 5.1 Einleitung.- 5.2 Defekte und ihre Konzentration.- 5.2.1 Eigenfehler.- 5.2.2 Die Defektkonzentration.- 5.2.3 Fremdfehler.- 5.3 Ionenleitung in Festkörpern.- 5.4 Festelektrolyte.- 5.4.1 Schnelle Ionenleiter.- 5.4.1.1 ?-Silberiodid.- 5.4.1.2 RbAg4I5.- 5.4.1.3 Stabilisiertes Zirconiumdioxid.- 5.4.1.4 ?-Aluminiumoxid.- 5.5 Der fotographische Prozeß.- 5.6 Farbzentren.- 5.7 Nichtstöchiometrische Verbindungen.- 5.7.1 Einleitung.- 5.7.2 Nichtstöchiometrie im Wüstit.- 5.7.2.1 Elektronische Defekte im Wüstit.- 5.7.2.2 Die Struktur von FeO.- 5.7.3 Urandioxid.- 5.7.4 Die Struktur von Titanmonoxid.- 5.8 Flächendefekte.- 5.8.1 Kristallographische Scherebenen.- 5.8.2 Ebene Verwachsungen.- 5.9 Dreidimensionale Defekte.- 5.9.1 Blockstrukturen.- 5.9.2 Pentagonale Säulen.- 5.9.3 Unendliche angepaßte Strukturen.- 5.10 Elektronische Eigenschaften nichtstöchiometrischer Oxide.- 5.11 Schlußbemerkungen.- Weiterführende Literatur.- Fragen.- 6 Ein- und zweidimensionale Festkörper.- 6.1 Einleitung.- 6.2 Eindimensionale Festkörper.- 6.2.1 Polyacetylen und verwandte Verbindungen.- 6.2.2 Kettenförmige Platinverbindungen.- 6.2.3 Andere eindimensionale Festkörper und molekulare Metalle.- 6.3 Zweidimensionale Festkörper.- 6.3.1 Graphit.- 6.3.2 Intercalationsverbindungen des Graphits.- 6.3.3 Titandisulfid und die Li-TiS2-Batterie.- Weiterführende Literatur.- Fragen.- 7 Zeolithe und verwandte Strukturen.- 7.1 Einleitung.- 7.2 Zusammensetzung und Struktur.- 7.2.1 Netzwerke.- 7.2.2 Das Si:Al-Verhältnis.- 7.2.3 Austauschbare Kationen.- 7.2.4 Hohlräume und Kanäle.- 7.3 Herstellung von Zeolithen.- 7.4 Strukturaufklärung.- 7.5 Verwendung von Zeolithen.- 7.5.1 Trockenmittel.- 7.5.2 Ionenaustauscher.- 7.5.3 Adsorbentien.- 7.5.4 Katalysatoren.- 7.5.5 Neue Materialien.- 7.6 Andere Netzwerkstrukturen.- 7.7 Tonmineralien..- 7.8 Nachbemerkung.,.- Weiterführende Literatur.- Fragen.- 8 Optische Eigenschaften von Festkörpern.- 8.1 Einleitung.- 8.2 Die Wechselwirkung zwischen Licht und Atomen.- 8.2.1 Der Rubinlaser.- 8.2.2 Phosphore für Leuchtstofflampen.- 8.3 Strahlungsabsorption und -emission durch Halbleiter.- 8.3.1 Lichtemittierende Dioden.- 8.3.2 Der Galliumarsenidlaser.- 8.3.3 Der Quanten-Kaskade-Laser.- 8.4 Optische Fasern.- 8.4.1 Optische Schalter.- Weiterführende Literatur.- Fragen.- 9 Magnetische und dielektrische Eigenschaften.- 9.1 Einleitung.- 9.2 Die magnetische Suszeptibilität.- 9.3 Der Paramagnetismus von Metallkomplexen.- 9.4 Ferromagnetische Metalle.- 9.4.1 Ferromagnetische Domänen.- 9.4.2 Permanentmagnete.- 9.5 Ferromagnetische Verbindungen — Chromdioxid.- 9.5.1 Tonbandgeräte.- 9.6 Antiferromagnetismus — Übergangsmetallmonoxide.- 9.7 Ferrimagnetismus und Ferrite.- 9.7.1 Computerspeicher.- 9.8 Elektrische Polarisation.- 9.9 Piezoelektrische Kristalle — ?-Quarz.- 9.10 Der ferroelektrische Effekt.- 9.10.1 Keramische Vielschichtkondensatoren.- Weiterführende Literatur.- Fragen.- 10 Supraleitfähigkeit.- 10.1 Einleitung.- 10.2 Die Entdeckung der Supraleiter.- 10.3 Die magnetischen Eigenschaften von Supraleitern.- 10.4 Die Theorie der Supraleitung.- 10.5 Josephson-Effekte.- 10.6 Die Suche nach Hochtemperatursupraleitern.- 10.7 Die Kristallstruktur der Hochtemperatursupraleiter.- 10.8 Anwendung von Hochtemperatursupraleitern.- Weiterführende Literatur.- Fragen.- Antworten.- Sachwortverzeichnis.