晶体和点阵的定义11晶体及其基本性质晶体的定义晶体是原子.PDFVIP

第一节 晶体和点阵的定义 1.1 晶体及其基本性质 晶体的定义  晶体是原子或者分子规则排列的固体；  晶体是微观结构具有周期性和一定对称性的固体；  晶体是可以抽象出点阵结构的固体;  在准晶出现以后，国际晶体学联合会在 1992 年将晶体的定义改为： “晶体是能够给出明锐衍射的固体。” 下图为晶体的电子衍射花样，其中图a 为一般晶体的电子衍射花样，而图b 则 是一种具有沿[111]p方向具有六倍周期的有序钙钛矿的电子衍射花样，由这些 衍射花样可以看出来，无论是无序还是有序晶体，其倒空间都具有平移周期对 称的特点 （相应的正空间也应该具有平移对称的特点）。事实上在准晶发现以 前，平移周期对称被当作晶体在正空间中的一个本质的特点，晶体学中的点群 和空间群就是以晶体的平移对称为基础推导出来的。 晶体的分类 从成健角度来看，晶体可以分成：  离子晶体；  原子晶体；  分子晶体；  金属晶体。 面角守衡定律：（由丹麦的斯丹诺于1669 年提出） 在相同的热力学条件下，同一物质的各晶体之间比较，相应晶面的大小、形状 和个数可以不同，但相应晶面间的夹角不变，一组特定的夹角构成这种物质所 有晶体的共同特征。 下图是自然界存在的具有规则外形的几种常见的晶体，分别是方解石、萤石、 食盐和石英，它们的面角关系完全符合面角守衡定律。事实上，自然界中的晶 体，当其形成条件比较接近平衡条件时，它们往往倾向于长成与其晶体对称性 相应的外形。 非晶体的定义 非晶体是指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列的固 体。它没有一定规则的外形，如玻璃、松香、石蜡等。它的物理性质在各个方 向上是相同的，叫“各向同性”。它没有固定的熔点。所以有人把非晶体叫做 “过冷液体”或“流动性很小的液体”。 准晶的定义 准晶是准周期晶体的简称，它是一种无平移周期性但有位置序的晶体；也有人 将其定义为具有非公度周期平移对称的晶体。准晶可以具有一般晶体禁止出现 的五次、八次、十次和十二次旋转对称，但非公度周期平移对称才是其本质特 点。下图中为准晶的电子衍射花样和三维准晶的外形，其中图a 是二维Al-Ni- Co 十次准晶的电子衍射花样，图b 是三维准晶沿5 次对称轴得到的电子衍射花 样，图c 为三维准晶的外形。从电子衍射花样可以清楚地看到准晶的非周期平 移对称特点。衍射花样中，衍射斑点之间虽然不满足平移对称，但它们之间满 足数学上的菲博纳奇数列。 晶体的基本性质 1）自范性或自限性 就热力学可能性而言，任何晶态的物质总是倾向于以凸多面体的形式存在，晶 体的这一性质称为自限性或自范性。 2）具有特定的熔点； 3）晶体的宏观均匀性：均匀性是晶体中坐标原点的任何平移后性质的不变性； 4）晶体的各向异性：晶体的物理性质随方向不同而有所差异的特性，称为晶体 的各向异性。 1.2 点阵的定义： 点阵是在空间任何方向上均为周期排布的无限个全同点的集合。 与点阵有关的历史  1830 年，德国的Hessel 总结出晶体多面体的32 种对称类型；  1849 年，法国的布拉维确定了三维空间的14 种空间点阵即14 种 Bravais 格子；  1887 年，俄国的加多林严格推导出32 个晶体学点群；  1890~1891 年，俄国的费道罗夫和德国的熊夫利斯先后独立地推导出230 个晶体学空间群，建立了晶体结构理论的基本框架。 第二节 晶体中的对称元素与晶体学点群 1.1 晶体中的对称元素 1）对称轴 若形体绕轴转过360°/n （n 为整数）后即回复为自身，则该形体具有n 次旋转 对称，这个轴就称之为n 次旋转对称轴。n 次旋转对称本身构成一个群。在晶 体中，由于受平移对称的制约，只能存在1，2，3，4，6 次旋转对称操作。 2）反映面 若形体中的一个面将形体分成两部分，且两部分上的点相对于该平面成镜面对 称，则该平面称为该形体的反映面，以符号m 表示。反映也构成群。 3）反演中心 若形体中的所有点都相对于某一点中心对称，则该点就是反演中心，用符号-1 表示。 4）平移 在晶体中，沿某个周期方向平移一个或多个周期后，我们认为晶体没有