晶体结构基础ppt课件.ppt

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1、2-2晶体结构与晶体学材料物理一、晶体结构的特征无定形态物质(玻璃体、非晶态物质)内部排列杂乱无章，或仅仅是短程有序，它们不能通过对称性相关联。固体物质按原子(分子、离子)在空间排列是否长程有序晶体无定形晶体：是原子、离子、分子等微粒在空间按一定规律周期重复地排列构成的固体物质。其结构特征是规则排列:在空间上“一定数量种类的微粒”每隔一定距离重复出现,即所谓晶体的周期性.晶态结构示意图按周期性规律重复排列非晶态结构示意图晶体的基本特征1)晶体能自发形成多面体外形(晶体的自范性)F(晶面数)+V(顶点数)=E(晶棱数)+26+8=12+28+6=12+24+4=6+2

2、晶体的理想外形具有特定的对称性,这是内部结构对称性的反映满足欧拉定理2)各向异性NaCl-晶向上的原子密度石墨石墨晶体在平行于石墨层方向上比垂直于石墨层方向上导电率大一万倍。4)晶体确定的熔点5)晶体的对称性6)晶体的X-射线衍射晶体的周期性结构使它成为天然的三维光栅，周期与X光波长相当,能够对X光产生衍射。3)晶体的均匀性一块晶体内部各个部分的宏观性质是相同的，如有相同的密度、相同的化学组成。理想晶体的外形与其内部的微观结构是紧密相关的，都具有特定的对称性，而且其对称性与性质的关系非常密切。(2)周期性重复的大小与方向，即平移矢量。周期性结构二要素:(1)周期性重复的内容

3、结构基元(motif);周期性结构的研究方法—点阵理论:将晶体中的结构基元(重复的内容)抽象为几何学中的点,这些点按一定的方式在空间重复排列形成点阵(由点阵点组成)二、晶体的点阵理论1、点阵(Lattice):将晶体中重复出现的最小单元作为结构基元，用一个数学上的点来代表,称为点阵点，整个晶体就被抽象成一组点,称为点阵。1点阵点必须无穷多；2每个点阵点必须处于相同的环境；3点阵在平移方向的周期必须相同。点阵必须具备的三个条件lattice点阵Structuralmotif结构基元Crystalstructure晶体结构晶体结构=点阵+结构基元晶体结构点阵结构基元+所有点阵点分布在

4、一条直线上。所有点阵点分布在一个平面上。所有点阵点分布在三维空间上。直线点阵平面点阵空间点阵点阵三、晶胞对于实际的三维晶体，将其恰当地划分成一个个完全等同的平行六面体，叫晶胞。它代表了晶体结构的基本重复单位。晶胞的划分有多种方式，通常满足对称性的前提下，选取体积最小的晶胞。用分数坐标来表示用晶胞参数来表示晶胞晶胞的大小和形状晶胞中各原子的坐标位置晶胞的两个基本要素Warning:所选的单位向量要能满足晶体的周期性(1)晶胞参数向量a、b、c的长度及其间的夹角(2)分数坐标晶胞中原子P的位置用向量OP=xa+yb+zc代表。x、y、z就是分数坐标，它们永远不会大于1。Forexam

5、ple!XYZCsCl晶胞分数坐标分别为：212121:+Cs由于点在晶胞内，x、y、z≤1四、晶系和布拉维空间点阵1).七大晶系(crystalsystem)根据晶体的对称性，按照有无某种特征对称元素，或者根据a,b,c,,,边长和交角的不同，将晶体分为7个晶系。晶系按对称性的高低分为三个晶族:高级晶族指立方晶系(具有一个以上高次轴),中级晶族包括六方,四方和三方晶系(具有一个高次轴),低级晶系包括正交,单斜和三斜晶系(没有高次轴)。mmm正交晶胞类型按正当格子的要求[尽量选取含点阵点数少的平行六面体的原则(平行六面体的棱与棱之间有尽可能多的直角,平行六面体的体积尽可能小

6、)]，空间正格子只有十四种型式，如下图：P(简单)C(底心)I(体心)F(面心)2).14种布拉维空间点阵(BravaisLattice)特征对称元素2个互相垂直的对称面或3个互相垂直的对称轴orthorhombicoPoCoIoF简单立方(P)体心立方(I)面心立方(F)立方立方为什么没有底心呢？因为假如有底心，将破坏立方的4×C3的对称性，只有1×C4如图特征对称元素晶胞类型4个按立方体体对角线取向的三重旋转轴cPcIcFcubic六方(H)晶胞类型：四方(P)四方(I)晶胞类型：三方(R)晶胞类型：四方也不可能有底心，假如有，则破坏了“点阵点最少”的条件，还可画出只有一个点

7、阵点的格子。注：trigonalhexagonaltetragonaltPtIhRhP单斜(P)单斜(C)晶胞类型：三斜(P)晶胞类型：在这些型式中，其对称性由强到弱的排列顺序为：立方﹥六方﹥三方﹥四方﹥正交﹥单斜﹥三斜晶体32个点群点阵结构7个晶系14种空间点阵230个空间群内部结构微观对称元素组合八种宏观对称元素组合按平行六面体形状划分按特征对称元素划分晶格型式平移群与对称群组合b.Miller指标(密勒指标、晶面指标)密勒指标是指平面和三个晶轴相交截数的倒数的互质比，代表一