晶体学基础知识导论(x衍射)

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1、材料：你们最关心的是什么？性能：你认为与哪些因素有关？结构：有哪些检测分析技术？绪论物质的性质、材料的性能决定于它们的组成和微观结构。如果你有一双X射线的眼睛，就能把物质的微观结构看个清清楚楚明明白白！X射线衍射将会有助于你探究为何成份相同的材料，其性能有时会差异极大.X射线衍射将会有助于你找到获得预想性能的途径。X-射线衍射测定晶体结构提纲点阵、晶胞对称操作、对称性、对称元素特征方向、特征对称性、Bravais格点点群螺旋轴、滑移面、空间群国际晶体学表：等效点、普通点、特殊点倒易点阵、倒易晶胞及与实空间晶胞的关系X-射线衍射原理，Brag方程

2、，Ewald球，衍射角与衍射指标间的关系晶体学是研究晶体的自然科学。主要研究包括5个部分：晶体生长、晶体的几何结构、晶体结构分析、晶体化学及晶体物理。1.1晶体学◆晶体生长是研究人工培育晶体的方法和规律◆晶体的几何结构是研究晶体外形的几何理论及内部质点的排列规律◆晶体结构分析是收集大量与晶体结构有关的衍射数据◆晶体化学主要研究化学成分与晶体结构及性质之间的关系◆晶体物理是研究晶体物理性质，如光学性质、电学性质、磁学性质、力学性质、声光性质和热学性质等1.1.1经典晶体学1669年丹麦学者斯蒂诺，发现了晶面角守恒定律。1801年法国结晶学家赫羽依，发

3、表了有理指数定律。1809年乌拉斯顿设计了第一台反射测角仪。1805–1809年间德国学者外斯总结出晶体对称定律。随后又提出了晶带定律。1818–1839年间外斯和英国学者密勒先后创立了用以表示晶面空间方位的晶面符号。1885–1890俄国晶体学家费道罗夫首先推导出描述晶体结构对称性的230种空间群。随后，德国数学家熊夫利斯和英国的巴罗相继以不同的途径推导出所有的空间群。到19世纪末，晶体结构的点阵理论已基本成熟。经典晶体学还包括了晶体的发生与成长的启蒙工作。经典晶体学还包括了对天然矿物物理性质的研究。1830年德国学者赫塞尔推导出描述晶体外形的3

4、2种点群。1.2.2近代晶体学1912年德国科学家劳埃成功发现了X射线对晶体的衍射现象，具体地证实了晶体结构点阵理论的正确性。1913年英国晶体学家布拉格父子和俄国晶体学家吴里弗分别独立地推导出X射线衍射基本公式。20世纪20年代，完成了收集X射线衍射图谱和推引空间群方法等工作。40年代着重应用了X射线衍射强度数据，将数学上的Patterson函数和Fourier级数应用到结构分析上来，在这个时期中，各类有代表性的无机物和不太复杂的有机物的晶体结构，大多数已得到了测定，并总结出原子间的键长、键角和分子构型等重要科学资料。60年代，人们已成功地测定了

5、蛋白质大分子的晶体结构，它标志着X射线晶体结构分析工作已达到了相当高的水平。近20多年来，采用了电子学和计算数学的新技术与新成就，使晶体结构分析测定的精度、速度和广度得到了更进一步的提高。近代晶体学是一门边缘科学，它与固体物理学、化学、矿物学、冶金学和近代分子生物学等科学的关系极为密切。在古代，无论中外，都把具有几何多面体形态的水晶称为晶体。后来，这一名词推广了，凡是天然具有(非人工琢磨而成)几何多面体形态的固体，所示的石盐等，都称为晶体。1.2晶体方解石石盐显然，这种认识还并不全面。例如，同样是一种物质石英，它既可以呈多面体形态的水晶而存在，也可

6、以呈外形不规则的颗粒而生成于岩石之中。这两种形态的石英，从本质上来说是一样的。由此可见，自发形成几何多面体形态，只是晶体在一定条件下的一种外在表现。晶体的本质必须从它的内部去寻找。QuartzRock-crystal晶体是原子、分子或离子规则排布的固体；晶体是微观结构具有周期性和一定对称性的固体；晶体是可以抽象出点阵结构的固体。微观结构可抽象为单一点阵描写的晶体称为单晶单晶无规则排布组成的晶体称为多晶1．自范性自范性是指晶体在适当条件下可以自发地形成几何多面体的性质。2．确定的熔点3．各向异性和对称性晶体的性质随方向的不同而有所差异，这就是晶体的异

7、向性（许多晶体的解理等）。在晶体的外形上，也常有相等的晶面、晶棱和角顶重复出现。这种相同的性质在不同的方向或位置上作有规律地重复，就是对称性。晶体的格子构造本身就是质点重复规律的体现。4．对X射线的衍射效应5．最小内能和稳定性在相同的热力学条件下晶体与同种物质的非晶质体、液体、气体相比较，其内能最小。晶体由于有最小内能，因而结晶状态是一个相对稳定的状态。1.3.1晶体的基本特性与晶体情况相反，有些状似固体的物质如玻璃、琥珀、松香等，它们的内部质点不作规则排列，不具格子构造，称为非晶质或非晶质体。从内部结构的角度来看，非晶质体中质点的分布颇类似于液体

8、。石英晶体结构示意图石英玻璃结构示意图1.3.2非晶质体1.3.3准晶体1985年在电子显微镜研究中，发现了一种新的物态，