第一章晶体学基础1课件.pptVIP

第一章 晶体学基础 主要内容 1.晶体概念、性质及其与非晶体的区别 2.空间点阵及其描述、晶胞、晶系和点阵类型 3.取向的解析描述：晶面指数和晶向指数 4.三种常见晶体结构：面心立方、体心立方、密排六方 5.晶体中原子堆垛次序 晶体投影、倒易点阵和菱方晶系的两种描述（自学） 一、晶体与非晶体 1. 晶体 从晶体的英文名称 Crystal 词源 cristal（Middle English from Anglo-French）?crystallum （from Latin）?krystallos（from Greek）可以知道晶体的最初含义，即洁净的冰，后来直到 柏拉图时代才用于称呼石英晶体 说明人们认识晶体，首先是从外部形态开始的，人们就将这种天然具有规则几何外形而不经过磨削的固体称作晶体 直到上世纪初，劳厄（Laue）应用X射线对晶体构造进行研究后，才真正弄清楚晶体的含义。在晶体中，组成它们的物质的质点在空间中按一定规律来分布的，例如NaCl的结构。 不论外形是否规则，它们的内部质点在三维空间都有规则地成周期性重复排列而构成格子状构造，所有的晶体无一例外都具有这样的性质。所不同的是，晶体不同，其组成单元不同，排列方式和间隔大小也就相应不同，相应所形成的结构复杂程度也就不同。但是不管它的结构多么复杂，都遵循这样一条规律:其组成质点在三维空间中成周期性排列。这也是晶体与其它状态物体之间的本质区别。 晶体定义：晶体是内部质点在三维空间中呈周期性重复排列的固体。 图中表示的是α－石英晶体的外表形态，可以看出，α－石英晶体具有规则的凸几何多面体外形。而在其内部，1个Si 4＋周围规则排列4个O 2－ ，且这种排列具有严格的周期性。 非晶体(Amorphous)不具有上述特征。在非晶体中原子（或分子、离子）无规则地堆积在一起。液体和气体都是非晶体。在液体中，原子也处于相对紧密聚集的状态，但不存在长程的周期性排列。 固态的非晶体实际上是一种过冷状态的液体，只是它的物理性质不同于通常的液体。玻璃是一个典型的固态非晶体，所以，往往将非晶态称为玻璃态。 3. 准晶体 4. 晶体的基本性质 晶体内部的周期性质决定了晶体具有一些共有的性质，并且根据这些性质能与其他状态的物体区分开来。 1 均一性：指晶体内部在其任一部位都具有相同性质的特性。如密度、化学性质。 2 异向性：指晶体的性质因观测方向的不同而表现出差异的特性。如硬度，解理。 3 对称性：指晶体中的相同部分或性质，能够在不同方向或位置上有规律地重复出现。 4 自范性：或称为自限性，指晶体能自发地形成封闭的凸几何多面体外形的特点。 5 最小内能：指的是在相同热力学条件下，晶体与同种物质的非晶态相比较，其内能最小，因而晶体的结构也是最稳定的。 6 稳定性：由于晶体有最小的内能，因而结晶状态是一个相对稳定的状态。 7 固定的熔点 均匀性与各向异性的区别？ 均匀性体现的是晶体内部的均匀，处处都是一样的；各向异性是指不同方向性质不同。 表1－1列举了几种金属单晶体的最大和最小弹性模量值，表中的“晶向”表示了晶体的不同方向。 几点说明：(1)绝大多数固体物质为晶体。(2)晶态与非晶态在一定的条件下可以相互转化；如非晶态的玻璃经高温长时间加热后即可转变为晶态玻璃。(3)晶体有固定的熔点，而非晶体只有一个软化温度范围。(4)晶体具有各向异性, 非晶体为各向同性。 二、 空间点阵 二、 空间点阵 将晶体中每个规则排列于空间的质点抽象为具有完全相同环境的几何点，称之为阵点，也叫结点。 这些阵点在空间呈周期性规则排列并具有完全相同的周围环境(晶体学位置相同：周围原子排列、个数、化学环境相同)。 为了便于分析研究晶体中质点的排列规律性，可先将实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体。以NaCl晶体为例，对空间点阵进行说明。 NaCl晶体结构一维质点Na＋和Cl-排列的情况。 NaCl结构中平行xy平面的面网平面图，表示了Na＋和Cl－分布的情况。 在空间由种类相同的点排列成的无限阵列，其中每一个点都和其它所有的点具有相同的环境，这种点的排列就称为空间点阵，又称为空间格子。 点阵是由晶体的结构基元抽象出来的，可以由下式来说明点阵和晶体结构的关系： 点阵 + 结构基元 = 晶体结构 结构基元可以是一个或多个原子（分子）构成。 这样就可以看出：空间点阵及其构成单位－－阵点都是抽象的纯几何图形，都没有具体的物质内容。但这种抽象又不是凭空臆造的，而是和实际晶体相联系的。但是通过这种抽象可以更清晰更深入地反映物质的本质和规律。 从空间点阵的基本规律得到空间点阵的四要素： 1、结点（node）点阵中的点，只有几何意义。相邻结点间的距离称为结点间距。 2、行列（row） 结点在直线上的排列，在一条直线上的结