1第二章 材料结构1.pptVIP

第一章 材料结构与性质 原子结构及价键力 晶体结构的基本概念 晶体中质点的堆积 金属晶体的结构 离子晶体结构 共价晶体结构 非晶态结构 晶体的结构缺陷 第一节 晶体结构的基本概念 晶体结构的定性描述 晶体结构的定量描述—晶面指数、晶向指数 一、晶体结构的定性描述 晶体及其特征 晶体结构与空间点阵 晶胞与晶胞参数 晶系与点阵类型 1.晶体及其特征 晶体：晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体，即晶体是具有格子构造的固体。 下图为邻苯二甲酸氢钾和磷酸二氢钾的单晶体 1)各向异性:在晶体的不同方向上具有不同的性质. 2)自范性:晶体具有自发地形成封闭的凸几何多面体外形能力的性质,又称为自限性. 3)对称性:指晶体的物理化学性质能够在不同方向或位置上有规律地出现,也称周期性. 4)固定的熔点 5)最小内能和最大稳定性 晶体的几何度量和物理效应常随方向不同而表现出量的差异，各向异性是由内部质点的有序排列决定的 晶体中质点的堆积方式对各向异性有很大的影响 晶体由于生长速度的各向异性，具有自发长成多面体的趋势：明矾在其饱和溶液中的生长情况 2.人类对晶体结构认识的过程 1）具有规则几何外形的固体 a为石英晶体、 b为食盐晶体、 c为方解石晶体、 d为磁铁矿晶体 下图为α-LiIO3单晶体 2) 发现晶面角守恒定律 1669年意大利科学家斯丹诺发现“晶面角守恒定律”，晶体是从外表面长大的，即新的物质包围在已经结晶的外表面上，各个晶面按原来的方向平行地向外发展，虽然晶面大小、形状个数都可能不同，但晶面间夹角是固定不变的。 晶面角守恒定律给人们鉴定晶体提供了一种方便的方法—用测角仪测定晶面夹角鉴别不同的晶体。 例如方解石晶面角为101°55′，而与其非常相象的智利硝石相应晶面角是102°41′ 3）晶体的解理性 意大利科学家巴尔托林研究冰洲石时发现晶体总是沿着一定的晶面碎裂，碎裂后与原晶体外形相同 日常生活中的食盐也具有解理性。 4）晶胞学说 1784年法国科学家阿羽衣提出“晶胞学说” 他认为：每种晶体都有一个形状一定的最小组成细胞，叫晶胞，大块晶体就是由千千万万个晶胞堆砌在一起而成的 右图为阿羽衣设想的晶体的形貌 5）空间点阵学说 1855年法国科学家布拉维提出空间点阵学说：在晶体内部，分子、原子或离子的排列是有规则的 例如：氯化钠晶体的结构 6）空间点阵学说的证实 原子大小只有几个? ，X光的波长很短,为0.1-10?，正好成为测量原子大小的工具 1912年劳厄第一次做了晶体衍射实验，证实了空间点阵学说的正确性 右图为硅（111）晶面扫描隧道显微镜像，（中国科技大学侯建国提供） 目前有多种方法用于晶体结构的研究，如X射线衍射法、电子衍射法 下图为高岭石的单晶电子衍射谱 下图为α-SiO2粉末X射线衍射图 二、晶体的对称性 晶体具有对称性，晶体外形的对称表现为相同的晶面、晶棱和角顶作有规律的重复 晶体的对称性是由内部格子构造决定的 晶体的对称要素：对称面、对称轴、对称中心 对称面： P1、P2为垂直于ABDE平面的对称面； AD平面不是ABDE平面的对称面 下图为立方体的9个对称面 对称轴 根据空间格子构造，没有五次及高于六次对称轴 只有围绕L2、L3、L4、L6所形成的面网网孔才能无间隙的布满整个平面。 五次对称轴面网排布存在间隙 立方体的对称轴：4L3、3L4、6L2 对称中心： A与A1对应 B与B1对应 三、晶体结构与空间点阵 晶体格子：把晶体中质点的中心用直线连起来构成的空间格架即晶体格子，简称晶格。 结点：质点的中心位置称为晶格的结点。 晶体点阵：由这些结点构成的空间总体称为晶体点阵（空间格子或空间点阵）。结点又叫阵点。点阵中结点仅有几何意义，并不真正代表任何质点。 晶体中质点排列具有周期性和对称性 晶体的周期性：整个晶体可看作由结点沿三个不同的方向按一定间距重复出现形成的，结点间的距离称为该方向上晶体的周期。同一晶体不同方向的周期不一定相同。可以从晶体中取出一个单元，表示晶体结构的特征。取出的最小晶格单元称为晶胞。晶胞是从晶体结构中取出来的反映晶体周期性和对称性的重复单元。 3.晶胞与晶胞参数 晶胞—晶体中的重复单元，平行堆积可充满三维空间，形成空间点阵 结晶学晶胞：反映周期性和对称性， 不一定是最小的。 空间点阵与晶胞间关系 图1-1 晶体点阵及晶胞的不同取法 单元应能充分表示出晶体的对称性； 单元的三条相交棱边应尽量相等，或相等的数目尽可能地多； 单元的三棱边的夹角要尽可能地构成直角； 单元的体积应尽可能地小。 晶胞参数：晶胞的形状和大小可以用6个参数来表示，此即晶格特征参数，简称晶胞参数。它们是3条棱边的长度a、b、c和3条棱边的夹角?