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1、第二章晶体学基础知识微结构实验室1晶体学主要内容研究方法是将各式各样的晶体中的等同单元抽取为几何上的点,研究这些几何点在空间的分布规律（点阵理论）,这是一个从具体到抽象的过程.点阵理论得到了直接的实验证实,是目前测定固体物质结构的主要手段之一.研究晶体的组成、结构和性质之间的关系.包括金属晶体、离子晶体、原子晶体、分子晶体.讨论晶体的光、电、磁、力学等性质与晶体结构、缺陷等关系.1几何晶体学2X射线晶体学3晶体化学4晶体物理晶体学的基础结构分析方法点阵理论的具体的分析应用2§1晶体结构与空间点阵1.晶体和晶体结构晶体具有按一定几何规律排列的内部结构，而非晶体的内部结构则排列得不十分规则甚至毫
2、无规则。晶体:如冰，岩盐，石英，方解石，白云石，菱镁矿，石墨，硅片，红宝石，各种金属与合金。非晶体:（固体中非晶体为多）如玻璃，橡胶，塑料等等。晶体的内部结构，称为晶体结构，它是由原子，离子，分子，或其它原子集团，按一定的几何规律排列成的。微结构实验室3由原子、分子或离子等微粒在空间按一定规律、周期性重复排列所构成的固体物质。(a)晶体与非晶体非晶态结构示意图晶态结构示意图微结构实验室4晶体的特性晶体的均匀性与各向异性晶体的一些与方向无关的量（如密度、化学组成等）在各个方向上是相同的。而另外一些与方向有关的量（如电导、热导等）在各个方向上并不相同。例如,云母的传热速率,石墨的导电性能等非晶体
3、的各种性质均具有均匀性,但与晶体的均匀性的起源并不相同,前者是等同晶胞在空间按同一方式重复排列的结果,而后者则是质点的杂乱无章排列所致.(1)(b)晶体结构的周期性微结构实验室5晶体的对称性和对X射线的衍射性内部结构（微观）在空间排列的周期性（等距性）使得晶体可作为X射线衍射的天然光栅,而晶体外形的对称性又使得衍射线（点）的分布具有特定的对称性。这是X射线衍射测定晶体结构的基础和依据。(2)微结构实验室6图8-2晶体(a)与非晶体(b)的步冷曲线晶体的固定熔点性（锐熔性）(3)晶体具有固定的熔点,反映在步冷曲线上出现平台,而非晶体没有固定的熔点,反映在步冷曲线上不会出现平台。微结构实验室72
4、.空间点阵（spacelattice）概括地表示晶体结构中等同点排列规律的几何图形（点集合），称为空间点阵。一类等同点，可以是一个原子，分子，或原子团，叫阵点latticepoint.如NaCl晶体中每个Na+离子周围均是几何规律相同的Cl-离子，而每个Cl-离子周围均是几何规律相同的Na+离子。也就是说所有Na+离子的几何环境和物质环境相同，属于一类等同点；将各类等同点概括地用一个抽象的几何点来表示，该几何点阵点，就是空间点阵的阵点。所以NaCl晶体的空间点阵应该是面心立方点阵。NaCl晶体的结构基元由两种离子（Na+离子和Cl-离子）构成。8晶体结构=点阵+结构基元每个点阵点所代表的具体
5、内容（包括粒子的种类、数量及其在空间的排列方式等）.按连接其中任意两点的向量进行平移能够复原的一组点,称为点阵.由此推断：点阵的环境必须相同,阵点是无限的.(1)晶体结构的点阵理论周期性与点阵(1)点阵的定义结构基元微结构实验室9周期性的两个要素重复的大小与方向周期性重复的内容相邻两阵点的矢量a,a是这直线点阵的单位矢量,长度称为点阵参数,因是平移时阵点复原的最小距离,故a为平移素向量.直线点阵A以直线连接各个阵点形成的点阵称为直线点阵.微结构实验室10图一维周期排列的结构及其点阵微结构实验室11最简单的情况是等径圆球密置层.每个球抽取为一个点.这些点即构成平面点阵.平面点阵B在二维方向上排
6、列的阵点,即为平面点阵.微结构实验室12平面点阵可划分为一组相互平行的直线点阵,选择两个不平行的单位向量a和b,可将平面点阵划分为并置的平行四边形单位,称为平面格子.微结构实验室13图8-4二维点阵格子的划分微结构实验室14选取三个不平行、不共面的单位向量a,b,c,可将空间点阵划分为空间格子。空间格子一定是平行六面体。空间点阵C向空间三维方向伸展的点阵称为空间点阵图8-6空间点阵与正当空间格子153.单位点阵（单位晶胞）（１）在空间点阵中按一定的方式选取一个平行六面体。作为空间点阵的基本单元，称为晶胞。以任意阵点为原点出发，到最邻近的三个阵点为终点而成的三个独立矢量而构成的平行六面体称作单
7、位点阵。晶体是由这些平行六面体重叠而成的。a，b，c，及轴角α，β，γ叫做点阵参数，a，b，c称为点阵常数。a，b，c方向称为晶体的主轴分别叫做a轴，b轴，c轴。单位点阵的选取方式是以a，b，c轴为最短，α，β，γ取90°，120°及附近值为准。（1）反映出空间点阵的周期性和对称性。（2）有尽可能多的直角（3）体积最小。微结构实验室16整个晶体就是晶胞在三维空间周期性地重复排列堆砌而成.晶胞对应于正当格子只有
