金紅石二氧化鈦晶體結構分析

匿名用戶 | 2017-05-23 08:38

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（共1個回答）
  • 提問不明確.下面是在網上搜索的關于金紅石型TiO2的一些基礎知識.如果你想仔細分析TiO2的晶體結構,可以看看一些書籍,比如《結晶學與礦物學》.還有一個很好的網站,應該是在國內晶體學方面做得最好的：http://www.crystalstar.org/Index.html.
    金紅石（Rutile）
    TiO2
    [晶體化學] 常含Fe2+、Fe3+、Nb5+、Ta5+、Sn4+等類質同像混入物,有時含Cr3+或V3+.多為異價替代,常見方式有2Nb5+(Ta5+)+ Fe2+—3Ti4+,Nb5+(Ta5+)+ Fe2+—Ti4++ Fe3+等.當Nb5+或Ta5+以1:1的方式替代Ti4+時,可能會導致晶格中的陽離子缺席.
    富鐵變種稱為鐵金紅石；富含Nb、Ta的變種,當Nb>Ta時稱鈮鐵金紅石；Ta>Nb時稱鉭鐵金紅石.
    [結構與形態] 四方晶系,a0=0.458nm,c0=0.295nm；Z=2.金紅石型結構,為AX2型化合物的典型結構.O2-作近似六方最緊密堆積,Ti4+填充其半數的八面體空隙.Ti4+占據晶胞的角頂和中心,Ti與O分別為6次和3次配位,[TiO6]八面體共棱聯結成∥c軸的鏈,鏈間八面體共角頂.
    三種同質多像變體金紅石、板鈦礦、銳鈦礦的結構都由[TiO6]八面體組成.所不同的是,在這三種結構中[TiO6]八面體分別共兩棱、三棱和四棱.根據鮑林法則,配位多面體共棱、共面會降低結構的穩定性,因此,三種變體中以金紅石分布最廣.
    復四方雙錐晶類,D4h-4/mmm（L44L25PC）.常具完好的四方柱狀或針狀晶形.常見單形：四方柱m{110}、a{100},四方雙錐s{111}、e{101},有時見復四方柱r{320}、h{120}和復四方雙錐z{321}.晶體常具∥c軸的柱面條紋.常以（011）為雙晶面成膝狀雙晶、三連晶或環狀雙晶；針狀、纖維狀晶體有時作為包裹體見于透明水晶中.有時成致密塊狀集合體.晶形與形成條件有關.在偉晶巖中,常呈雙錐狀、短柱狀；而在金紅石-石英脈中,快速結晶時則為長柱狀、針狀晶形.
    [物理性質] 常見暗紅、褐紅色,黃、桔黃色者稀見,富鐵者黑色；條痕淺黃至淺褐色；金剛光澤,鐵金紅石半金屬光澤.解理∥{110}完全,∥{100}中等；裂開∥{092}和{011}.硬度6~6.5.性脆.相對密度4.4.3,富鐵或鈮、鉭者可增高至5.5以上.
    偏光鏡下：大多為淺紅、淡黃、紫色.多色性不顯著.No黃至褐黃色；Ne褐黃至黃綠色.含有Nb、Ta、Fe的變種顏色變深,多色性顯著.一軸晶(+).No=2.616,Ne= 2.903.人工合成純金紅石,No=2.605,Ne=2.901.
    [產狀與組合] 一般在高溫下形成.最主要產狀為熱液金紅石－石英脈型和偉晶型.在偉晶型中可成巨晶.在區域變質過程中,金紅石常由含鈦礦物（如鈦鐵礦）轉變而成,見于角閃巖、榴輝巖、片麻巖和片巖中.金紅石化學性質穩定,因而常發現于砂礦床中.
    [鑒定特征] 四方柱晶形,膝狀雙晶,帶紅的褐色,柱面解理完全為其特征.
    [工業應用] 主要用作顏料工業、光學材料、寶石原料,以及制作介電陶瓷等.
    顏料工業：以其制取的純TiO2粉稱鈦白粉.金剛光澤.一軸晶(+),高折射率,No=2.605~2.613,Ne=2.899~2.901.高反射率：Ro:21.21.1(470nm),19.20.0 (546nm),19.19.6(589nm),18.19.1(650nm)；Re:24.24.6(470nm),23.23.5 (546nm),22.23.0(589nm),22.22.6(650nm).高介電常數和明顯的介電各向異性,介電常數k在∥c軸為173,⊥c軸為89.鈦白粉具有高白度、高折射率和散射能力,在白色顏料中占90%以上,主要用于涂料、造紙、橡膠工業,占總消費量的85%以上.其中涂料用鈦白粉約占鈦白粉總消量的1/2.鈦白粉對紫外光波段具有強吸收效應,常用作防曬化妝品的添加劑.此外,鈦白粉還用于化學纖維、玻璃、陶瓷工業.
    TiO2顏料分為金紅石型和銳鈦礦型.前者為微淡色澤,相對密度3.4.2,折射率2.71,吸油率16~48g/100g,平均粒徑0.0.3μ；后者為冷藍白色,相對密度3.4.1,折射率2.55,吸油率18~30g/100g,平均粒徑0.18~0.3μ.
    光學材料：金紅石單晶具有特殊的透光性能.在波長1~5μm范圍內的折射率為2.2.3,大致相當于常用探測器材料（Ge、Si、InSb、PbS等）和空氣折射率的幾何平均值.故作為元件窗口或前置透鏡時可使反射損失顯著減小.2mm厚的單晶薄片在0.43~6.2μm波長范圍內是透明的.300nm厚的金紅石單晶薄膜能將可見光反射掉42%,透過57%,可作無損而又耐久的分束器.
    其它應用：金紅石具高介電系數,可以耐10(12)頻率級的超高頻.含TiO2的陶瓷是一種優良的高頻介電材料.金紅石還是一種重要的高溫隔熱涂層材料.作為隔熱材料使用時,要求礦物純度高,結構為金紅石型,鐵雜質含量低,晶格常數較大,反射率較高,輻射系數較低,微波介電常數較高,介電損耗較低.美觀的金紅石單晶可作寶石.
    匿名用戶 | 2017-05-23 08:38

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