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《结晶学与矿物学》课程笔记

第一章：晶体及结晶学

一、引言

1.晶体的定义

-晶体是一种固体物质，其内部原子、离子或分子在三维空间内按照一定的规律周期性重复排列，形成具有长程有序结构的物质。

-晶体的特点是在宏观上表现出明确的几何外形和物理性质的各向异性。

2.结晶学的定义

-结晶学是研究晶体的形态、结构、性质、生长和应用的科学。

-它是固体物理学、化学和材料科学的一个重要分支。

3.晶体与非晶体的区别

-晶体：具有规则的内部结构和外部几何形态，物理性质各向异性。

-非晶体（如玻璃）：内部结构无规则，没有长程有序，物理性质各向同性。

二、晶体的基本特征

1.几何外形

-晶体通常具有规则的几何外形，如立方体、六方柱、四方锥等。

-几何外形是由晶体的内部结构决定的。

2.晶面、晶棱和晶角

-晶面：晶体上平滑的平面，由晶体内部的原子平面构成。

-晶棱：晶面的交线，由晶体内部的原子线构成。

-晶角：晶棱之间的夹角，由晶体内部的原子角构成。

3.晶面指数、晶棱指数和晶角指数

-晶面指数：用来表示晶面在晶体中的位置和方向的符号。

-晶棱指数：用来表示晶棱在晶体中的位置和方向的符号。

-晶角指数：用来表示晶角的大小和方向的符号。

4.物理性质各向异性

-晶体的物理性质（如电导率、热导率、折射率等）随方向的不同而变化。

-这是因为晶体内部原子的排列在不同方向上有所不同。

三、晶体的分类

1.天然晶体与人工晶体

-天然晶体：在自然界中形成的晶体，如矿物、岩石等。

-人工晶体：通过人工方法在实验室或工业生产中制备的晶体。

2.单晶体与多晶体

-单晶体：整个晶体内部原子排列规则一致，具有单一的晶格结构。

-多晶体：由许多小晶体（晶粒）组成的晶体，晶粒之间排列无序。

3.完整晶体与缺陷晶体

-完整晶体：内部结构完美，没有缺陷的晶体。

-缺陷晶体：内部存在点缺陷、线缺陷、面缺陷等结构缺陷的晶体。

四、晶体的生长

1.晶体生长的基本过程

-成核：晶体生长的起始阶段，形成晶体的核。

-生长：晶体核周围原子、离子或分子不断沉积，晶体逐渐长大。

2.晶体生长的方法

-自然生长：在自然界中，通过地质作用使晶体生长。

-溶液生长：通过溶液中的物质过饱和析出晶体。

-气相生长：通过气相中的物质在冷却或化学反应中形成晶体。

-熔体生长：通过熔体冷却凝固形成晶体。

3.影响晶体生长的因素

-温度：影响物质的溶解度和沉积速率。

-压力：影响物质的相平衡和生长速率。

-成分：决定晶体的化学组成和结构类型。

-溶剂：影响物质的溶解度和晶体生长过程。

-生长速率：影响晶体的尺寸、形态和缺陷。

第二章：晶体的测量与投影

一、引言

1.测量与投影的目的

-晶体的测量是为了获取晶体的几何参数，如晶面夹角、晶棱长度、晶面间距等，这些参数对于确定晶体的结构和性质至关重要。

-晶体的投影则是为了将三维晶体结构转换为二维平面图，以便于分析和理解晶体的对称性和几何关系。

2.测量与投影的重要性

-准确的测量和合理的投影是结晶学研究的基石，它们帮助科学家揭示晶体的微观结构和宏观性质之间的关系。

-这些技术在材料科学、矿物学和固体化学等领域有着广泛的应用。

二、晶体的测量

1.测量工具

-显微镜：用于初步观察晶体的形态和选择测量点。

-放大倍数的选择：根据晶体的大小选择合适的放大倍数。

-聚焦：确保观察到的晶体图像清晰。

-测角仪（如Goniometer）：用于精确测量晶体的面角和线角。

-类型：手动测角仪、自动测角仪。

-测量原理：利用机械臂和旋转盘来测量角度。

-千分尺或游标卡尺：用于测量晶体的尺寸。

-精度：通常达到0.01mm或更高。

-偏光显微镜：用于观察晶体的光学性质，如消光位和干涉色。

2.测量步骤

-样品准备：清洗晶体表面，去除杂质和附着物。

-样品安装：将晶体固定在测角仪上，确保稳定性。

-观察与标记：通过显微镜观察晶体的晶面和晶棱，标记测量点。

-测量角度：使用测角仪测量晶面之间的夹角和晶棱之间的角度。

-记录数据：将测量结果记录在实验笔记中，包括晶面指数、晶棱指数和角度。

3.测量数据

-晶面指数（Millerindices）：表示晶面在晶体中的位置，通常用(hkl)表示。

-晶棱指数：表示晶棱的方向，