材料现代研究方法讲义

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1、晶体学基础绚丽多姿的晶体人们通过对天然矿物外部形态的观察发现，绝大多数天然矿物常具有独特的规则几何多面体的外形，即其外表多为平整的面所包围，同时还具有由二个面相交的直线和直线会聚的夹角。人们将这种天然生成的固体称为晶体，称其平面为晶面，称其直线为晶棱，称晶棱会聚的夹角为角顶。晶体并非局限于天然生成的固体。金属和合金在一般条件下都是晶体，一些陶瓷材料是晶体，高聚物在某些条件下也是晶体。石盐(NaCl)的晶体结构一切晶体的内部质点(分子、原子或离子等)都是在空间有规则地排列着。晶体是由原子或分子按照一定的周期性规律在空间重复排列而成的固体物质。FeCu3Au如何

2、在千姿百态的晶体中发现其内在规律？原子、分子是如何排列的？测试方法原子、分子排列的规律性？晶体学晶体结构及晶体学晶体结构概论固体无机物质分晶态和非晶态两种。如：铁、金刚石、玻璃、水晶晶态：构成固体物质的分子或原子在三维空间有规律的周期性排列。特点：长程有序，主要是周期有序或准周期性。非晶态：构成物质的分子或原子不具有周期性排列。特点：短程有序，长程无序晶体结构与非晶结构比较晶体非晶体晶体中所有基本单位的化学组成相同、空间结构相同、排列取向相同、周围环境相同。将这种基本单位称为基元(motif)。基元可以是单个原子，也可以是一组相同或不同的原子。一、点阵的概念

3、构成晶体的原子呈周期性重复排列，同时，一个理想晶体也可以看成是由一个基本单位在空间按一定的规则周期性无限重复构成的。若将每个基元抽象成一个几何点，即在基元中任意规定一点，然后在所有其他基元的相同位置也标出一点，这些点的阵列就构成了该晶体的点阵(lattice)。点阵是一个几何概念，是按周期性规律在空间排布的一组无限多个的点，每个点都具有相同的周围环境，在其中连接任意两点的矢量进行平移时，能使点阵复原。点阵与晶体结构阵点(几何点代替结构单元)和点阵(阵点的分布总体)注意与晶体结构(=点阵+结构单元)的区别。点阵与晶体结构Stepstoreachlattice1

4、,determinethebasicunit2,regardtheunitasapoint3,thegeometryofthepoints=latticea-Fe1,thebasicunit:oneFeatom2,regardtheunitasapoint3,thegeometryofthepoints=Bodycenteredcubiclattice点阵与晶体结构CsCl1,thebasicunit:oneCsatom+oneCl2,regardtheunitCs+Clasapoint3,thegeometryofthepoints=simplecubic

5、latticeab点阵与晶体结构g-Fe,fccCu3Au,simplecubicabc14种空间点阵(Bravais点阵)根据晶体的对称特点,可分为7个晶系：1)三斜晶系(triclinic或anorthic)a≠b≠c；α≠β≠γ≠90˚。2)单斜晶系(monoclinic)a≠b≠c；α＝γ＝90˚≠β(第二种定向,晶体学常用)。a≠b≠c；α＝β＝90˚≠γ(第一种定向)。3)正交晶系(orthorhombic)a≠b≠c；α＝β＝γ＝90˚(又称斜方晶系)。4)菱方晶系(rhombohedral)a＝b＝c；α＝β＝γ≠90˚(又称三方晶系)。5)

6、正方晶系(tetragonal)a＝b≠c；α＝β＝γ＝90˚(又称四方晶系)。6)六方晶系(hexagonal)a＝b≠c；α＝β＝90˚；γ＝120°。7)立方晶系(cubic)a＝b＝c；α＝β＝γ＝90˚；(又称等轴晶系)。1.三斜(P)；2.简单单斜(P);3.底心单斜(C);4.简单正方(P);5.底心正方(C);6.体心正方(I);7.面心正方(F);8.简单斜方(P);9.体心斜方(I)10.简单立方(P);11.体心立方(I);12.面心立方(F);13.六方(P);14.菱方(R)二、晶体结构的对称性对称是指物体相同部分作有规律的重复。对

7、称的物体是由两个或两个以上的等同部分组成,通过一定的对称操作后,各等同部分调换位置,整个物体恢复原状,分辨不出操作前后的差别。对称操作指不改变等同部分内部任何两点间的距离,而使物体中各等同部分调换位置后能够恢复原状的操作。对称操作所依据的几何元素,亦即在对称操作中保持不动的点、线、面等几何元素,称为对称元素。晶体的对称元素及对称操作范畴对称元素对称操作微观宏观镜面(反映面)旋转轴对称中心反轴反映旋转倒反(反演)旋转倒反平移轴螺旋轴滑移轴平移旋转+平移(螺旋旋转)反映+平移(滑移反映)晶体的宏观对称性晶体的宏观对称性又称为点对称性。因为宏观对称操作中空间至少有

8、一点不动(点对称操作)。晶体的宏观对称操作有反映、旋