JP2007155768A - Model for crystal structure and molecule structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、理化学教材等として利用するための結晶構造および分子構造の模型に関するものである。 The present invention relates to a model of a crystal structure and a molecular structure for use as a physical education material.
従来の分子模型としては、球と棒を使ったものが一般的である。これは、プラトンの正多面体の角を切り落した、14面体、20面体、26面体、32面体、球などの多面体をその原子表現体とし、その多面体に、原子価角に合わせて連結孔をあけ、多面体の中心間の距離が原子間距離に対応するように棒の両端を上記連結孔に挿し込んで、各多面体を連結したものである(特許文献1参照)。 As a conventional molecular model, a sphere and a rod are generally used. This is a polyhedron such as a tetrahedron, a icosahedron, a 26-hedron, a 32-hedron, and a sphere obtained by cutting off the corners of the Plato regular polyhedron. The polyhedrons are connected by inserting both ends of the rod into the connecting hole so that the distance between the centers of the polyhedrons corresponds to the interatomic distance (see Patent Document 1).
しかしながら、上記従来の模型にあっては、構造に忠実であろうとして、プラトンの正多面体の角を切り落した、14面体、20面体、26面体、32面体、球などの多面体をその原子表現体とすることにより、原子や分子の軌道概念に立脚した原子価角を使用し、原子間距離に対しては夫々の長さに立脚した異なる種類の連結棒を使うために、多面体と連結棒の組合せについては、初学者には複雑でわかり難いものであった。 However, in the above conventional model, a polyhedron such as a tetrahedron, a icosahedron, a 26-hedron, a thirty-hedron, a sphere, or the like obtained by cutting off the corners of the Plato regular polyhedron in its faithful to the structure. By using valence angles based on the atomic or molecular orbital concept and using different types of connecting rods based on their respective lengths for interatomic distances, the polyhedron and connecting rods The combination was complicated and difficult to understand for beginners.
また、1つの模型は約30個から60個の原子を使用することが一般的であるため、例えば、1つの多面体に8本の連結棒を差し込んで作る模型は、240箇所から480箇所の差込み連結が必要となり、模型作りは、半日から1日の長時間作業となり、不便であった。 In addition, since one model generally uses about 30 to 60 atoms, for example, a model made by inserting eight connecting rods into one polyhedron has 240 to 480 insertion points. Linking was necessary, and making a model was inconvenient because it took a long time from half a day to one day.
そこで、本発明は、初学者でも簡単に短時間で組み立てることができる、結晶構造や分子構造の模型を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a model of a crystal structure or a molecular structure that can be easily assembled in a short time even by beginners.
上記目的を達成するため、本発明によれば、結晶構造や化合物の分子構造を立体的に表現する模型であって、少なくとも原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品が、前記原子に相当する部位に溝を有し、該溝同士を嵌め合わせることにより前記部品を接合して前記結晶構造や化合物の分子構造の骨格を組み立てるものであることを特徴とする模型が提供される(請求項1)。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a model that three-dimensionally represents a crystal structure or a molecular structure of a compound, and at least a part corresponding to an atom and a part corresponding to a chemical bond are integrated. However, a model having a groove at a site corresponding to the atom and assembling the skeleton of the crystal structure or the molecular structure of the compound by joining the parts by fitting the grooves together. (Claim 1).
このように、原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品を溝で接合する模型であれば、組み立てが簡便で短時間で行うことができ、初学者でも結晶構造や化合物の分子構造を容易に理解することができる。 In this way, if the model is a model that joins a part corresponding to an atom and a part corresponding to a chemical bond with a groove, the assembly is simple and can be performed in a short time. The molecular structure of the compound can be easily understood.
この場合、前記原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品1種類のみにより、ダイヤモンド構造の骨格を組み立てることができる(請求項2)。 In this case, the skeleton of the diamond structure can be assembled by only one type of component in which the portion corresponding to the atom and the portion corresponding to the chemical bond are integrated.
このように、本発明によれば、初学者にとって非常に複雑に見えるダイヤモンド構造の骨格を、わずか1種類の部品で簡単に短時間で組み立てることができる。 As described above, according to the present invention, a skeleton having a diamond structure that looks very complicated for beginners can be easily assembled with only one kind of component in a short time.
この場合、前記原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品2種類のみにより、単純立方格子、体心立方格子、面心立方格子のいずれかの骨格を組み立てることができる(請求項3)。 In this case, a skeleton of a simple cubic lattice, a body-centered cubic lattice, or a face-centered cubic lattice can be assembled by using only two types of parts in which the portion corresponding to the atom and the portion corresponding to the chemical bond are integrated. (Claim 3).
このように、本発明によれば、単純立方格子、体心立方格子、面心立方格子のいずれかの骨格を、わずか2種類の部品で簡単に短時間で組み立てることができる。 As described above, according to the present invention, any one of a simple cubic lattice, a body-centered cubic lattice, and a face-centered cubic lattice can be easily assembled with only two types of parts in a short time.
また、前記模型の一部を紐、或いは、棒で結ぶことによって単位格子内の原子配列状態を表現することができる(請求項4)。 Moreover, the atomic arrangement state in the unit cell can be expressed by connecting a part of the model with a string or a rod (claim 4).
このように、前記模型の一部を紐、或いは、棒で結ぶことによって、単位格子内の原子配列状態の把握が極めて容易となり、初学者にもよりわかり易いものとすることができる。 In this way, by connecting a part of the model with a string or a rod, it is very easy to grasp the atomic arrangement state in the unit cell, and it can be easily understood by beginners.
また、前記部品の原子に相当する部位に玉を付けることによって、原子を表現するものとすることができる(請求項5)。 Moreover, an atom can be expressed by attaching a ball | bowl to the site | part corresponded to the atom of the said component (Claim 5).
このように、前記部品の原子に相当する部位に玉を付けることによって、原子を表現するものとすれば、よりわかり易いものとすることができる。 Thus, if atoms are expressed by attaching balls to the parts corresponding to the atoms of the component, it can be made easier to understand.
また、前記部品の原子に相当する部位に色の異なる玉を付ける、および/または、前記部品の化学結合手に相当する部位の色を変えることによって、原子および/または結合の違いを表現するものとすることができる(請求項6)。 In addition, a difference in atom and / or bond is expressed by attaching a ball having a different color to the part corresponding to the atom of the part and / or changing the color of the part corresponding to the chemical bond of the part. (Claim 6).
このようにして、原子および/または結合の違いを表現すれば、各原子の結合状態や、異種原子やその結合の違いの把握が極めて容易となる。 If the difference between atoms and / or bonds is expressed in this way, it becomes very easy to grasp the bonding state of each atom, the different atoms and the difference between the bonds.
また、少なくとも、上記本発明のいずれかに基づく第1の模型と、該第1の模型と少なくとも形状および/またはサイズが異なる上記本発明のいずれかに基づく第2の模型とを連結した模型とすることができる(請求項7)。 Also, a model in which at least a first model according to any of the present inventions and a second model according to any of the present inventions different in shape and / or size from the first model are connected, and (Claim 7).
このように、形状および/またはサイズが異なる複数の模型を連結することで、複数の構造を持つ材料の模型を形成して、夫々の構造間の対称性や結合の違いの理解に役立てることができる。 In this way, by connecting multiple models with different shapes and / or sizes, a model of a material having multiple structures can be formed, which can be used to understand the difference in symmetry and coupling between the structures. it can.
また、前記模型は、組み立てた後、再度分解できるものであることが好ましい(請求項8)。 Moreover, it is preferable that the model can be disassembled again after being assembled.
このように、前記模型が、組み立ておよび分解できるものであれば、出張時に模型を分解して携行し、出張先で短時間で組み立てて使い、再度分解して持ち帰ることができ、模型の利用範囲を広げることができる。 In this way, if the model can be assembled and disassembled, the model can be disassembled and carried on a business trip, assembled and used in a short time at a business trip destination, and disassembled and brought back again. Can be spread.
本発明に係る結晶構造および分子構造の模型は、原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品を、部品に設けられた溝同士を接合して組み立てるため、多面体と連結棒および差込孔の選択が不要で分かり易いものである。さらに、この部品の溝同士を1回接合するだけで複数個の原子と結合手の組み立てが可能となり、トータルの部品数を大幅に減少できるとともに、模型作りの時間を従来の1/5から1/10と大幅に短縮できるようになる。そのため、模型を分解して携行し、出張先での組み立て使用ということも可能となった。 In the crystal structure and molecular structure model according to the present invention, a part in which a part corresponding to an atom and a part corresponding to a chemical bond are integrated is assembled by joining grooves provided in the part, and thus connected to a polyhedron. Selection of rods and insertion holes is unnecessary and easy to understand. Furthermore, it is possible to assemble a plurality of atoms and bonds by simply joining the grooves of these parts once, and the total number of parts can be greatly reduced, and the time for modeling can be reduced from 1/5 to 1/5. It will be possible to shorten it to / 10. Therefore, it was also possible to disassemble and carry the model and assemble it at a business trip destination.
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
上述したように、従来の分子模型は多面体と連結棒および差込孔の選択が必要で、組立てに多大な時間を要していた。そこで、本発明者等は上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品を用いることで模型作りの時間が大幅に短縮できることに想到し、本発明を完成させたものである。
Hereinafter, although embodiment of this invention is described, this invention is not limited to these.
As described above, the conventional molecular model requires selection of a polyhedron, a connecting rod, and an insertion hole, and requires a lot of time for assembly. Therefore, as a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have greatly shortened the time for modeling by using a part in which a part corresponding to an atom and a part corresponding to a chemical bond are integrated. The present invention has been completed by conceiving what can be done.
すなわち、本発明は、結晶構造や化合物の分子構造を立体的に表現する模型であって、少なくとも原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品が、前記原子に相当する部位に溝を有し、該溝同士を嵌め合わせることにより前記部品を接合して前記結晶構造や化合物の分子構造の骨格を組み立てるものであることを特徴とする模型を提供する。 That is, the present invention is a model that three-dimensionally represents a crystal structure or a molecular structure of a compound, and a component that integrates at least a site corresponding to an atom and a site corresponding to a chemical bond corresponds to the atom. There is provided a model characterized by having a groove at a part and assembling the skeleton of the crystal structure or the molecular structure of the compound by joining the parts by fitting the grooves together.
このように、原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品とすることで、従来のような多面体と連結棒および差込孔の選択が不要となり組立てが分かり易くなった。また、この部品の原子に相当する部位に設けられた溝同士を1回嵌め合わせるだけで複数個の原子と結合手を組み立てることになり、トータルの部品数を大幅に減少できるとともに、模型作りの時間も大幅に短縮できるようになった。 Thus, by making the part corresponding to the atom and the part corresponding to the chemical bond into an integral part, the selection of the polyhedron, the connecting rod and the insertion hole as in the prior art becomes unnecessary, making assembly easier to understand. . In addition, it is possible to assemble a plurality of atoms and bonds just by fitting the grooves provided in the parts corresponding to the atoms of this part once, so that the total number of parts can be greatly reduced and the modeling can be made. The time can be greatly reduced.
たとえば、前記原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品1種類のみにより、ダイヤモンド構造の骨格を組み立てることができる。このような場合を例として本発明に係る模型について以下に具体的に説明する。 For example, a skeleton having a diamond structure can be assembled by using only one type of component in which a portion corresponding to the atom and a portion corresponding to a chemical bond are integrated. The model according to the present invention will be specifically described below by taking such a case as an example.
[ダイヤモンド構造の骨格]
図4に、半導体シリコンの結晶構造であるダイヤモンド構造(ダイヤモンド結晶格子)を示す。初学者にとって、非常に複雑な結晶構造に見えるが、本発明では、この複雑に見えるダイヤモンド構造の骨格を一種類の部品だけで作ることができる。
[Diamond structure skeleton]
FIG. 4 shows a diamond structure (diamond crystal lattice) which is a crystal structure of semiconductor silicon. For beginners, it looks like a very complicated crystal structure, but in the present invention, this complex-looking diamond structure skeleton can be made with only one kind of component.
この構造の特徴は1つの原子から4本の結合手が出ている点である。すなわち、原子bから原子aとcの方向と、原子fとgの方向に結合手が出ている。原子a方向の結合手と原子c方向の結合手の成す角abcと、原子f方向の結合手と原子g方向の結合手の成す角fbgは等価で、どちらも109度である。 The feature of this structure is that four bonds come out from one atom. That is, bonds are drawn from the atom b in the directions of the atoms a and c and in the directions of the atoms f and g. The angle abc formed by the bond in the atom a direction and the bond in the atom c direction is equivalent to the angle fbg formed by the bond in the atom f direction and the bond in the atom g direction, both of which are 109 degrees.
図5は、図4を上から見た図である。図5から、結合手abと結合手bcが直線上にあることや結合手fbと結合手bgも直線上にあること、更に、a-b-cとf-b-gが直交していることが良く判る。同様に、結合手cdとdeおよび結合手hdとdiが直線上にあり、お互い直交していることが判る。 FIG. 5 is a top view of FIG. From FIG. 5, the bond ab and the bond bc are on a straight line, the bond fb and the bond bg are also on a straight line, and abc and fbg are orthogonal to each other. I understand that. Similarly, it can be seen that the joints cd and de and the joints hd and di are on a straight line and are orthogonal to each other.
この様に、原子a-b-c-f-gの構造と原子c-d-e-h-iの構造が同じであること、更に、原子f-k-h-j-lも原子g-m-i-l-nも同じ構造であることが判る。 In this way, the structure of the atom ab-c-f-g and the structure of the atom cd-e-h-i are the same, and the atom fk-h-j-l is also the atom g It can be seen that -mi-ln has the same structure.
すなわち、図4のダイヤモンド結晶格子は、原子a-b-c-f-gと原子c-d-e-h-iが並び、その下に、原子f-k-h-j-lと原子g-m-i-l-nが並んでいる。また、原子の並び方が、原子a-b-c-d-eと原子j-k-l-m-nは、同じ様に、109度の傾きを持ったジグザグ形状であることやお互いに直交していることが判る。 That is, the diamond crystal lattice in FIG. 4 has atoms ab-c-f-g and atoms cd-e-h-i arranged below them, and atoms f-k-h-j-l and atoms. g-m-l-n are lined up. In addition, the arrangement of atoms is the same for atoms ab-c-d-e and j-k-l-m-n, with a zigzag shape with an inclination of 109 degrees and orthogonal to each other. You can see that
従って、図4のダイヤモンド結晶格子は、原子の並びのa-b-c-d-eに、原子の並びのf-b-gやh-d-iが直交し、その下に、fkhやgmiが直交し、更に、その下に、原子の並びのj-k-l-m-nが直交して出来ていることが判る。 Therefore, in the diamond crystal lattice of FIG. 4, the atomic arrangements fbg and hd are orthogonal to the atomic arrangement abcde, and below that, fkh and It can be seen that gmi is orthogonal, and further, jk-l-m-n of the arrangement of atoms is orthogonally below it.
次に、この複雑に見えるダイヤモンド構造の骨格を一種類の部品のみで作り上げる本発明の方法を説明する。
図3に本発明に係る部品12を示す。部品12は、原子に相当する部位13と化学結合手に相当する部位14を一体とした部品であり、原子に相当する部位13に溝15を有するものである。また部品12の結合手14同士の為す角は、上記で説明したダイヤモンド構造の結合手同士の為す角と同じく109度となっている。この部品12の上下を反転させただけの部品11を図2に示す。部品11および部品12は同じ1種類の部品である。
Next, the method of the present invention for creating this complex-looking diamond structure skeleton with only one type of component will be described.
FIG. 3 shows a
図2の部品11は、図4のダイヤモンド構造の原子の並びのa-b-c-d-eに対応し、図3の部品12は、原子の並びのf-b-gやh-d-iやj-k-l-m-nに対応する。
The
このような部品11の溝16に部品12の溝17を直交する様に差し込むことで原子a-b-c-f-gの構造が出来る。同種の部品を同様に組み立てることにより、原子c-d-e-h-iの構造が出来る。同様にして、原子の並びのf-k-hおよびg-m-iは部品11で、j-k-l-m-nは部品12に対応し、これらの部品11と部品12の溝を交互に直交する様に嵌め合いで差し込んで行くことで、簡単に、図1に示すダイヤモンド構造の骨格の模型を組み立てることが可能である。
By inserting the
なお、ここでは説明のために部品11および12の色を異なったものとしているが、上述したようにそもそも部品11および12は1種類の部品であり、同じ色の部品としてもよい。
Here, for the sake of explanation, the colors of the
また、本発明によれば、前記原子に相当する部位と化学結合手に相当する部位を一体とした部品2種類のみにより、単純立方格子、体心立方格子、面心立方格子のいずれかの骨格を組み立てることができる。 Further, according to the present invention, a skeleton of any one of a simple cubic lattice, a body-centered cubic lattice, and a face-centered cubic lattice is formed by only two types of parts in which the portion corresponding to the atom and the portion corresponding to the chemical bond are integrated Can be assembled.
[単純立方格子の骨格]
図6に、単純立方格子を示す。本発明では、この結晶構造の骨格を2種類の部品で組み立てることが可能である。
[Skeleton of simple cubic lattice]
FIG. 6 shows a simple cubic lattice. In the present invention, the skeleton of this crystal structure can be assembled with two types of parts.
この構造の特徴は1つの原子から6本の結合手が出ている点である。すなわち、原子oから原子pとrとsの3方向と、その180度逆の方向である。 The feature of this structure is that six bonds come out from one atom. That is, the three directions from the atom o to the atoms p, r, and s, and 180 degrees opposite thereto.
上面の原子o-p-q-rの構造および下面の原子s-t-u-vの構造は、図7と図8の部品を互いに直交する様に溝同士を嵌め合わせることで作ることが出来る。図7と図8の部品は、上下を反転させただけで、同じ1種類の部品である。
例えば、原子o-p-q-rの構造は図7の部品の溝oとrに図8の部品の溝oとrを、図7の部品の溝pとqに図8の部品の溝pとqを差し込むことで簡単に組み立てることが出来る。
The structure of the upper surface atom op-qr and the lower surface atom stv-vv can be made by fitting the parts of FIGS. 7 and 8 so that the grooves are perpendicular to each other. I can do it. The parts shown in FIGS. 7 and 8 are the same kind of parts simply by turning them upside down.
For example, the structure of the atom op-qr is such that the grooves o and r of the component of FIG. 7 are the grooves o and r of the component of FIG. 8, and the grooves p and q of the component of FIG. It can be easily assembled by inserting p and q.
図7と図8の部品とは異なる部品を図9に示す。上面の原子o-p-q-rの構造および下面の原子s-t-u-vの構造を結ぶ結合は、図9の部品の溝o、s、p、t、q、u、r、vを、上面と下面の原子のoとs、pとt、qとu、rとvに相当する所に差し込むことで完成させることが出来る。
以上の様に、単純立方格子の骨格は、2種類の部品だけで簡単に作ることが出来る。
FIG. 9 shows parts different from those shown in FIGS. The bonds connecting the structure of the upper surface atom op-q-r and the structure of the lower surface atom s-t-v-v are grooves o, s, p, t, q, u, r, It can be completed by inserting v into the positions corresponding to o and s, p and t, q and u, r and v of the atoms on the upper and lower surfaces.
As described above, the skeleton of a simple cubic lattice can be easily made with only two types of parts.
[体心立方格子の骨格] [Skeleton of body-centered cubic lattice]
図10に体心立方格子を示す。本発明では、この結晶構造の骨格を2種類の部品で組み立てることが可能である。 FIG. 10 shows a body-centered cubic lattice. In the present invention, the skeleton of this crystal structure can be assembled with two types of parts.
この構造の特徴は1つの原子から8本の結合手が出ている点である。すなわち、原子eから原子aとbとhとiの4方向と、原子cとdとfとgの4方向である。
原子a、b、e、h、iの構造は、図11の2つの部品のeの溝同士をお互いに差し込むことで簡単に組み立てることが出来る。
The feature of this structure is that eight bonds come out from one atom. That is, there are four directions from atom e to atoms a, b, h, and i, and four directions from atoms c, d, f, and g.
The structure of the atoms a, b, e, h, i can be easily assembled by inserting the grooves of e of the two parts in FIG.
原子c、d、e、f、gの構造は、図11の部品で作った構造のeの箇所に、図12の2つの部品のeの溝を差し込むことで簡単に組み立てることが出来る。
以上の様に、体心立方格子の骨格は、図11と図12の2種類の部品だけで簡単に作ることが出来る。
The structure of the atoms c, d, e, f, and g can be easily assembled by inserting the grooves e of the two parts shown in FIG. 12 into the part e of the structure made of the parts shown in FIG.
As described above, the skeleton of the body-centered cubic lattice can be easily made by using only two types of parts shown in FIGS.
なお、図12の部品の溝の形成角度θは、図13に示す様に、結晶学的に、<011>方位と<―111>方位の成す角度であるから、cosθ=2/√6 の式より、
θ=35.3度と簡単に計算できる。従って、θ=35.3度となるように図12の部品の溝を形成してやればよい。
As shown in FIG. 13, the groove formation angle θ of the component in FIG. 12 is an angle formed by the <011> orientation and the <−111> orientation crystallographically, so that cos θ = 2 / √6 From the equation
It can be easily calculated as θ = 35.3 degrees. Accordingly, the groove of the component shown in FIG. 12 may be formed so that θ = 35.3 degrees.
[面心立方格子の骨格]
図14に、面心立方格子を示す。本発明では、この結晶構造の骨格を2種類の部品で組み立てることが可能である。
[Skeleton of face-centered cubic lattice]
FIG. 14 shows a face-centered cubic lattice. In the present invention, the skeleton of this crystal structure can be assembled with two types of parts.
この構造の特徴は1つの原子から12本の結合手が出ている点である。すなわち、原子eから原子aとbとcとdの4方向と、原子fとgとhとiの4方向および原子a、b、c、d、eの作る面に対して鏡面対称の方向に4方向である。原子a、b、c、d、eの作る面と原子j、k、l、m、nの作る面は等価であるから、原子eと原子nは等価となり、鏡面対象の方向とは、原子nから原子f、g、h、iの4方向と等価な方向である。原子面a-b-c-d-eは、図15の2つの部品のeの溝をお互いに差し込むことで簡単に組み立てることが出来る。原子面j-k-l-m-nも、原子面a-b-c-d-eと等価であるから、同様に、図16の2つの部品のnの溝をお互いに差し込むことで簡単に組み立てることが出来る。原子面f-g-h-iも、原子面a-b-c-d-eおよび原子面j-k-l-m-nと等価である。すなわち、原子a、e、dは、原子f、g、hと等価である。従って、図15や図16と同じ部品で作ることが出来る。なお、図15および図16の部品は同じ1種類の部品である。 The feature of this structure is that 12 bonds come out from one atom. That is, four directions from atom e to atoms a, b, c, and d, four directions of atoms f, g, h, and i and directions that are mirror-symmetric with respect to the plane formed by atoms a, b, c, d, and e. There are four directions. Since the surface formed by the atoms a, b, c, d, e and the surface formed by the atoms j, k, l, m, n are equivalent, the atom e and the atom n are equivalent, and the direction of the specular object is the atom The direction is equivalent to the four directions of n to atoms f, g, h, and i. The atomic plane ab-c-d-e can be easily assembled by inserting the grooves of e of the two parts in FIG. Since the atomic plane j-kl-mn is equivalent to the atomic plane ab-c-d-e, similarly, it is easy to insert the n grooves of the two parts in FIG. 16 into each other. Can be assembled. The atomic plane f-g-h i is also equivalent to the atomic plane a-b-c-d-e and the atomic plane j-kl-mn. That is, atoms a, e, and d are equivalent to atoms f, g, and h. Therefore, it can be made of the same parts as those shown in FIGS. 15 and FIG. 16 are the same kind of parts.
以上の様に、水平面内の結合は、図15や図16の部品で簡単に作る事が出来る。一方、上下斜め方向の原子a-i-m方向や原子d-i-j方向の結合は、図17の2つの部品の溝iをお互いに差し込むことで、簡単に作る事ができる。また、原子a-f-k方向や原子b-f-j方向、および、原子b-g-l方向や原子c-g-k方向、および、原子c-h-m方向や原子d-h-l方向は、原子a-i-m方向や原子d-i-j方向と等価であり、図17と同じ部品を用いて同様に作ることができる。 As described above, the connection in the horizontal plane can be easily made with the components shown in FIGS. On the other hand, the bonds in the direction of the atoms a-i-m and the atoms d-j-j in the oblique direction can be easily made by inserting the grooves i of the two parts shown in FIG. In addition, the atom afk direction, the atom bfj direction, the atom bgl direction, the atom cgk direction, the atom chm direction, and the atom dh The -l direction is equivalent to the atom aim direction and the atom dij direction, and can be formed in the same manner using the same components as in FIG.
以上の様に、面心立方格子の骨格は、図15および図16の部品1種類と図17の部品1種類の計2種類の部品だけで簡単に作ることが出来る。 図17の部品の溝の形成角度Φは、図18に示す様に、結晶学的に、<001>方位と<101>方位の成す角度であるから、cosΦ=1/√2 の式より、
Φ=45度と簡単に計算できる。従って、Φ=45度となるように図17の部品の溝を形成してやればよい。
As described above, the skeleton of the face-centered cubic lattice can be easily made with only two types of parts, one kind of parts shown in FIGS. 15 and 16 and one kind of part shown in FIG. As shown in FIG. 18, the groove formation angle Φ of the component in FIG. 17 is an angle formed by the <001> orientation and the <101> orientation crystallographically. Therefore, from the equation of cos Φ = 1 / √2
Φ = 45 degrees can be calculated easily. Accordingly, it is only necessary to form the groove of the component in FIG. 17 so that Φ = 45 degrees.
また、本発明では、前記模型の一部を紐、或いは、棒で結ぶことによって単位格子内の原子配列状態を表現することができる。 In the present invention, the atomic arrangement state in the unit cell can be expressed by connecting a part of the model with a string or a rod.
その一例としてたとえば、図19に本発明に係るダイヤモンド構造の模型を示す。図19は、図1のダイヤモンド構造の骨格の模型の一部を破線21で示す様に紐、或いは、棒で結んだものである。このように紐、或いは、棒で結ぶことで、結ばれた領域を単位格子として、その単位格子内の原子配列状態を把握しやすいものとすることができる。
As an example, FIG. 19 shows a diamond structure model according to the present invention. FIG. 19 shows a part of the diamond structure skeleton model of FIG. 1 connected with a string or a rod as indicated by a
また、本発明では、前記部品の原子に相当する部位に玉を付けることによって、原子を表現することもできる。 In the present invention, atoms can also be expressed by attaching balls to portions corresponding to the atoms of the component.
さらに、本発明では、前記部品の原子に相当する部位に色の異なる玉を付ける、および/または、前記部品の化学結合手に相当する部位の色を変えることによって、原子および/または結合の違いを表現することもできる。 Further, in the present invention, a difference in atom and / or bond is obtained by attaching a ball having a different color to a part corresponding to an atom of the part and / or changing a color of a part corresponding to a chemical bond of the part. Can also be expressed.
このような態様の一例を、図20に示す。図20に示す構造の骨格自体は、図1のダイヤモンド構造の骨格の模型と同じであるが、部品の原子に相当する部位に色の異なる玉を付けたり、結合手に相当する部位の色を変えたりすることによって、このように原子や結合がダイヤモンド構造とは違う閃亜鉛(Zincblende)型の結晶格子を表現することが可能である。例えば、III-V族の化合物半導体(AlP、GaAs、InSb等)がこの結晶構造で、黒色の玉31がIII族のAl、Ga、In原子を、白色の玉32がV族のP、As、Sb原子を表している。
An example of such an embodiment is shown in FIG. The skeleton of the structure shown in FIG. 20 is the same as the model of the skeleton of the diamond structure in FIG. 1, but a ball having a different color is attached to the part corresponding to the atom of the component, or the color of the part corresponding to the bond is changed. By changing it, it is possible to express a zinc-blende-type crystal lattice in which atoms and bonds are different from the diamond structure. For example, a group III-V compound semiconductor (AlP, GaAs, InSb, etc.) has this crystal structure, a
この場合、原子を表現する玉の構造は特に限定されず、部品の原子に相当する部位に固定できるものであればよい。その一例として、玉の具体例を図21に示す。(1)は、玉を下から見た図であり、(2)は(1)のA―A’断面図であり、(3)は(1)をBの方向から見た図である。これらの図に示すように、玉は取付溝33を有し、取付溝33を介して部品の原子に相当する部位にはめ込んで固定されるものとすることができる。
In this case, the structure of the ball expressing the atoms is not particularly limited as long as it can be fixed to a part corresponding to the atom of the component. As an example, a specific example of a ball is shown in FIG. (1) is a view of the ball viewed from below, (2) is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of (1), and (3) is a view of (1) viewed from the direction B. As shown in these drawings, the ball has a mounting
また、本発明では、少なくとも、上記いずれかに記載の第1の模型と、該第1の模型と少なくとも形状および/またはサイズが異なる上記いずれかに記載の第2の模型とを連結した模型が提供される。 In the present invention, there is provided a model in which at least the first model according to any one of the above and the second model according to any one of the above having a different shape and / or size from the first model are connected. Provided.
このような連結された模型の一例を以下に説明する。
先ず、図22に、本発明に係るシリコン結晶上に成長した酸化膜の模型を示す。シリコン結晶はダイヤモンド構造であるが、酸化膜はクリストバライト結晶構造となる。
すなわち、図22に示す様に、灰色の玉41がシリコン原子42と結合した酸素原子で、シリコン原子とシリコン原子の間に酸素原子が入り込んで結合した構造である。格子定数は、シリコン結晶の0.543nmに対し、クリストバライトは0.712nmである。
An example of such a connected model will be described below.
First, FIG. 22 shows a model of an oxide film grown on a silicon crystal according to the present invention. The silicon crystal has a diamond structure, but the oxide film has a cristobalite crystal structure.
That is, as shown in FIG. 22, a gray ball 41 is an oxygen atom bonded to a
図23に、灰色の玉41の拡大図を示す。(1)は、玉を下から見た図であり、(2)は(1)のA―A’断面図であり、(3)は(1)をAの方向から見た図である。玉は、取付溝43および取付溝43から突出した凸部44を有している。一方、本発明に係る部品の化学結合手に相当する部位に、あらかじめ凸部44が挿入される挿入溝を形成しておく。これにより灰色の玉41は、部品の挿入溝に凸部44を挿入することで部品に固定することができる。
なお、灰色の玉41は部品の該当位置に固定することができればよく、玉を固定するための玉および部品の構造は以上で説明したものに限定されない。
FIG. 23 shows an enlarged view of the gray ball 41. (1) is the figure which looked at the ball from the bottom, (2) is AA 'sectional view of (1), and (3) is the figure which looked at (1) from the direction of A. The ball has a mounting
The gray ball 41 is only required to be fixed at a corresponding position of the component, and the structure of the ball and the component for fixing the ball is not limited to that described above.
次に、図24に、図19のダイヤモンド構造の模型の上に図22の酸化膜の模型を連結した模型を示す。
図中、a−a’部分が図22に示した酸化膜(クリストバライト構造)の模型であり、b−b’部分が連結部分の模型で、酸化膜とシリコン結晶の界面となる。c−c’部分がシリコン結晶(ダイヤモンド構造)の模型である。
Next, FIG. 24 shows a model in which the oxide film model shown in FIG. 22 is connected to the diamond structure model shown in FIG.
In the drawing, the aa ′ portion is a model of the oxide film (cristobalite structure) shown in FIG. 22, and the bb ′ portion is a model of the connection portion, which is an interface between the oxide film and the silicon crystal. The cc ′ portion is a model of a silicon crystal (diamond structure).
このように、複数の模型を連結することで、複数の構造を有する材料を模型でわかりやすく表現することができる。たとえば、上記の通り、酸化膜の格子定数はシリコンより大きく、界面b−b’に格子歪みが発生することになり、すなわち、界面の結合手の長さが他と異なることが模型から視覚的に理解できる。 In this way, by connecting a plurality of models, a material having a plurality of structures can be easily expressed by a model. For example, as described above, the lattice constant of the oxide film is larger than that of silicon, and lattice distortion occurs at the interface bb ′, that is, the length of the bond at the interface is different from the others. Can understand.
上記では、3つの模型を連結した例を示したが、本発明はこれに限定されず、2つあるいは4つ以上の模型を連結してもよい。 Although the example which connected three models was shown above, this invention is not limited to this, You may connect two or four or more models.
また、本発明の模型は、溝ではめ合わせたものであるので、組み立てた後、再度分解できるものである。本発明の模型が組立て後に分解できるものであれば、短時間で簡単に組み立ておよび分解が可能となる。したがって、模型を分解して携行し、出張先で組み立てて使用し、使用後は再度分解して持ち帰ることができる。 Moreover, since the model of the present invention is fitted in the groove, it can be disassembled again after assembling. If the model of the present invention can be disassembled after assembling, it can be easily assembled and disassembled in a short time. Therefore, the model can be disassembled and carried, assembled and used on a business trip, and then disassembled again after use.
なお、本発明に係る結晶構造や化合物の分子構造模型の材料は、特に限定されないが、たとえばプラスチック等で作るのが一般に便利である。 The material of the crystal structure and the molecular structure model of the compound according to the present invention is not particularly limited, but it is generally convenient to make it from, for example, plastic.
以上本発明について詳述したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。前述の実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and any structure having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and having the same function and effect can be used. It is included in the technical scope of the present invention.
11…部品、 12…部品、 13…原子に相当する部位、
14…化学結合手に相当する部位、 15…溝、 16…溝、 17…溝、
21…破線、 31…黒色の玉、 32…白色の玉、 33…取付溝、
41…灰色の玉、 42…シリコン原子、 43…取付溝、 44…凸部。
11 ... parts, 12 ... parts, 13 ... parts corresponding to atoms,
14 ... site corresponding to a chemical bond, 15 ... groove, 16 ... groove, 17 ... groove,
21 ... dashed line, 31 ... black ball, 32 ... white ball, 33 ... mounting groove,
41 ... Gray ball, 42 ... Silicon atom, 43 ... Mounting groove, 44 ... Projection.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005346368A JP2007155768A (en) | 2005-11-30 | 2005-11-30 | Model for crystal structure and molecule structure |
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Publications (1)
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