第六章序晶体.pptVIP

人类对晶体的最初认识也许是从采集石器时发现外形规则或光彩夺目的天然矿物开始的，进而把它们作为玩物和饰物。世界各地的考古发掘表明，人类使用玉类宝石至少已有七千年的历史。我国西汉时期刘胜夫妇墓葬中的两套金缕玉衣就用了4600多玉片。唐诗、宋词中更出现了“云母屏风烛影深”,“水晶帘不下，云母屏开”之类的佳句。 洞 仙 歌 泗洲中秋作 宋 ? 晁补之 青烟幂处， 碧海飞金镜。 永夜闲阶卧桂影。 露凉时 零乱多少寒螀， 神京远， 惟有蓝桥路近。 水晶帘不下， 云母屏开， 冷浸佳人淡脂粉。 待都将许多明， 付与金尊， 投晓共流霞倾尽。 更携取 胡床上南楼， 看玉做人间， 素秋千顷。 地球上的晶态物质比比皆是，仅矿物中，就有98%是晶体。有长达1m、上吨重的水晶，也有以克拉（=0.2g)计的钻石;有晶莹剔透、光彩夺目的红、蓝、黄、绿宝石，也有金属、沙土等不像是晶体的物质；有日常生活中用的食盐、奎宁和青霉素，也有尖端科学技术中才会遇到的锗酸铋、铌酸锂、磷酸氧钛钾…… 动物的骨骼、毛发中也有结晶组织。脱离了营养介质的病毒会形成结晶，例如“番茄停育症”病毒会结晶成漂亮的大块斜十二面体，若与宝石摆在一起，也许会以假乱真…… 天 然 晶 体 天上飘落的晶体 漫天飞舞的雪花也是晶体。我国西汉时代的《韩诗外传》中就写道“雪花六出”。 人造钻石 人类经历了漫长的过程，逐步认识到晶体独特的结构和奇妙的性质，进而探索和设计出人工生长晶体的多种技术，使晶体成为人类生活尤其是现代科学技术中最重要的固体材料。 晶体的性质之一: 均匀性 一块晶体内部各个部分的宏观性质是相同的（化学组成、密度、硬度等）,称为晶体性质的均匀性。 非晶体也有均匀性。尽管二者起因不同，但均匀性仍只是晶体的一种性质,而不是区别于非晶体的特性。 下面要讲的异向性、自范性、对称性、确定的熔点、X射线衍射效应则是晶体特有的性质。 晶体的性质之三: 异向性 晶体的物理性质，如电导率、热导率、膨胀系数、折射率等随方向不同而不同, 称为晶体的异向性, 也称各向异性。 石墨的电导率在两个方向上相差6000倍：平行于层的方向上电导率高（3×104S .cm-1,25oC），且随温度上升而减小，为半金属性导电; 垂直于层的方向上电导率却很低（5S . cm-1, 25oC），且随温度上升而增大，为半导体性导电。 云母薄片上的热导率有异向性 蓝晶石两个方向上的硬度差异显著,有“二硬石”之称; 古代的宝石工匠早就知道钻石的八面体面（111）特别难以抛光…… 水晶是最重要的压电晶体，用途极为广泛，而切割方位不同对其物理效应的好坏影响极大。微机电技术是现代高新技术之一，制作微机电系统（MEMS）常用KOH水溶液等对Si单晶进行各向异性腐蚀，由于对（111）晶面的腐蚀速率远小于其他晶面，因而可用（111）晶面作为阻挡腐蚀的界面。设计掩模和采取补偿措施时也需要考虑各向异性。 1669年E.Bartholinus发现了光束通过冰洲石的双折射现象: 介于液态与晶态之间的液晶，有些虽然分子的位置无序，但取向有序，所以，液晶不但具有光学各向异性，而且液滴也呈椭球形而非球形。 （1） 异向性与均匀性并不矛盾, 异向性是针对不同方向的测量结果而言，均匀性是针对不同部位同一方向的测量结果而言； （2） 异向性并不意味着晶体的几何度量和物理性质在任何两个方向上都有差别，事实上，至少在以对称性相联系的方向上没有差别； （3） 并非晶体的任何性质都表现为各向异性，当晶体的对称性很高时，某些物理性质(如电导率等)会转变成各向同性； （4） 各向异性的物质必定结构有序，但结构有序的物质未必都是各向异性的。 晶体的性质之四: 自范性 晶体在理想的生长环境中能自发地形成规则的凸多面体外形，满足欧拉定理： F（晶面数）+V（顶点数）=E（晶棱数）+2 晶体的性质之五: 确定的熔点 这是由于晶体具有周期性结构，各部分都按同一方式排列。热振动破坏晶格导致晶体熔化时，各部分需要相同的温度。 晶体的性质之六: X射线衍射效应 晶体的周期性结构使它成为天然的三维光栅，周期与X射线的波长相当, 因此能够对X射线产生衍射。这是晶态与非晶态最重要的区别。