晶體結構

原子堆積因數

把彈珠裝進盒子:不論排得多整齊,圓形之間總會留有空隙。原子堆積因數就是盒子中真正被原子填滿的比例——把每個原子當成硬球——其餘則是空的空間。

公式為 APF = (每晶胞的原子數乘以單一原子的體積)除以單位晶胞的體積。以 FCC 為例:4 個原子,每個體積 (4/3) pi R^3,除以體積 (2R sqrt(2))^3 = 16 sqrt(2) R^3 的晶胞,算得 0.74。同樣算法下,BCC 得 0.68,簡單立方 0.52,開放的鑽石結構只有 0.34。0.74 是等大球體所能達到的最密堆積。

為什麼重要:配合原子質量,堆積因數讓你能計算材料的理論密度。它也暗示了有多少空間可供外來小原子擠進縫隙(間隙位置)——有趣的是,較疏鬆的 BCC 鐵,其縫隙比較密的 FCC 鐵更少卻形狀更奇特,這個微妙之處正是鋼如何容納碳的核心。

FCC 的堆積因數:4 個原子乘 (4/3) pi R^3,除以晶胞體積 (2R sqrt(2))^3 = 16 sqrt(2) R^3,得 0.74。對 BCC 重算得 0.68;簡單立方只有 0.52。大多數金屬傾向採取最緊密的堆積。

堆積因數 = 晶胞內原子體積 ÷ 晶胞體積。

堆積因數把原子當成相切的硬球——這是好用的理想化,並非字面真實;真實的電子雲是模糊的,鍵結還會略微改變間距。

又称
APFpacking efficiency原子堆積因數堆積率