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图1-43 硅氧四面体的连接方式 （a）?-方石英（存在对称中心） （b）?-鳞石英（存在对称面） （c）?-石英（无对称中心和对称面） （1） ?-方石英结构 ?-方石英属立方晶系，空间群Fd3m；晶胞参数a=0.713nm；晶胞分子数Z=8。结构如图1-44所示。其中Si4+位于晶胞顶点及面心，晶胞内部还有4个Si4+，其位置相当于金刚石中C原子的位置。它是由交替地指向相反方向的硅氧四面体组成六节环状的硅氧层（不同于层状结构中的硅氧层，该硅氧层内四面体取向的一致的），以3层为一个重复周期在平行于（111）面的方向上平行叠放而形成的架状结构。叠放时，两平行的硅氧层中的四面体相互错开60o，并以共顶方式对接，共顶的O2-形成对称中心，如图1-45所示。?-方石英冷却到268℃会转变为四方晶系的?-方石英，其晶胞参数a=0.497nm，c=0.692nm。 图1-44 ?-方石英的结构 图1-45 ?-方石英的硅氧层的平行叠放 （从体对角线方向观察，显示出以3层为周期的平行堆积） （2） ?-鳞石英的结构 ?-鳞石英属六方晶系，空间群P63/mmc；晶胞参数a=0.504nm，c=0.825nm；晶胞分子数Z=4。其结构如图1-46所示。结构由交替指向相反方向的硅氧四面体组成的六节环状的硅氧层平行于（0001）面叠放而形成架状结构。平行叠放时，硅氧层中的四面体共顶连接，并且共顶的两个四面体处于镜面对称状态，Si-O-Si键角是180o，对于?-鳞石英，有的认为属于斜方晶系，晶胞参数a=0.874nm，b=0.504nm，c=0.824nm。而有的认为属于单斜晶系，参数为a=1.845nm，b=0.499nm，c=2.383nm，?=105o39，。 图1-46 ?-鳞石英的结构 下图即为?-方石英、 ?-鳞石英中硅氧四面体的不同连接方式对比： 存在对称中心 存在对称面 （3）石英的结构 ?-石英属六方晶系，空间群P6422或P6222；晶胞参数a=0.496nm，c=0.545nm；晶胞分子数Z=3。?-石英在（0001）面上的投影如图1-47所示。结构中每个Si4+周围有4个O2-，空间取向是2个在Si4+上方、2个在其下方。各四面体中的离子，排列于高度不同的三层面上，最上一层用粗线表示，其次一层用细线表示，最下方一层以虚线表示。?-石英结构中存在6次螺旋轴，围绕螺旋轴的Si4+离子，在（0001）面上的投影可连接成正六边形，如图1-47所示。根据螺旋轴的旋转方向不同，?-石英有左形和右形之分，其空间群分别为P6422和P6222。?-石英中Si-O-Si键角为150o。 图1-47 ?-石英在（0001）面上的投影 ?-石英属三方晶系，空间群P3221或P3121；晶胞参数a=0.491nm，c=0.540nm；晶胞分子数Z=3。?-石英是?-石英的低温变体，两者之间通过位移性转变实现结构的相互转换。两结构中的Si4+在（0001）面上的投影示于图1-48。在?-石英结构中，Si-O-Si键角由?-石英中的150o变为137o，这一键角变化，使对称要素从?-石英中的6次螺旋轴转变为?-石英中的3次螺旋轴。围绕3次螺旋轴的Si4+在（0001）面上的投影已不再是正六边形，而是复三角形，见图1-49（b）。?-石英也有左、右形之分。 图1-48 石英中Si4+在（0001）面上的投影 ?-石英 ?-石英 图1-49石英中硅氧四面体在（0001）面上的投影 ?-石英 ?-石英 结构于性质的关系：SiO2结构中Si-O键的强度很高，键力分别在三维空间比较均匀，因此SiO2晶体的熔点高、硬度大、化学稳定性好，无明显解理。 关于?-石英的压电效应： 正压电效应：某些晶体在机械力作用下发生变形，使晶体内正负电荷中心相对位移而极化，致使晶体两端表面出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与应力成比例。这种由“压力”产生“电”的现象称为正压电效应(direct piezoelectric effect)。 逆压电效应：如果具有压电效应的晶体置于外电场中，电场使晶体内部正负电荷中心位移，导致晶体产生形变。这种由“电”产生“机械形变”的现象称为逆压电效应(converse piezoelectric effect)。 正压电效应和逆压电效应统称为压电效应。 根据转动对称性，晶体分为32个点群，在无对称中心的21个点群中，除O-432点群外，有20种点群具有压电效应。晶体的压电性质与自发极化性质都是由晶体的对称性决定的。 产生压电效应的条件是：晶体结构中无对称中心，否则，晶体受外力时，正负电荷中心不会分离，因而没有压电性。 由于晶体的各向异性，压电效应产生的方