《晶体的特征》PPT课件

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1、固体物理高伟gwei@jlu.edu.cn2010.031.黄昆原著，韩汝琦改编，《固体物理学》，高等教育出版社2.方俊鑫，陆栋主编，《固体物理学》，上海科学技术出版社3.C.基泰尔著，项金钟，吴兴惠译《固体物理导论》（原著第八版），化学工业出版社4.N.W.AshcroftandN.D.Mermin,SolidStatePhysics,世界图书出版公司主要参考书第一章晶体结构和X-射线衍射第一节晶体的特征1.1.1固体的分类1.1.2晶体的宏观特性本节主要内容:1.1.1固体的分类固体晶体:非晶体:准晶体:长程有序不具有长

2、程序的特点,短程有序。有长程取向性，而没有长程的平移对称性。单晶体多晶体至少在微米量级范围内原子排列具有周期性。长程有序:1.固体分类(按结构)§1.1晶体的特征(a)晶体结构的规则网格非晶体中原子排列不具有长程的周期性，但基本保留了原子排列的短程序，即近邻原子的数目和种类、近邻原子之间的距离(键长)、近邻原子配置的几何方位(键角)都与晶体相近。(b)非晶体结构的无规则网格(c)(c)Penrose拼接图案准晶体具有长程的取向序，但没有长程的平移对称序，可以用Penrose拼接图案显示其结构特点。2.晶体的分类晶体按晶胞分立

3、方晶系六方晶系四方晶系三方晶系正交晶系单斜晶系三斜晶系按对称性分立方体六方体按功能分导体半导体绝缘体磁介质电介质超导体按结合方式分分子晶体离子晶体共价晶体金属晶体氢键晶体晶体所具有的自发地形成封闭凸多面体的能力称为自限性。2.晶体的解理性:晶体沿某些确定方位的晶面劈裂的性质，称为晶体的解理性，这样的晶面称为解理面。1abcd21.1.2晶体的宏观特性1.自限性:晶面的交线称为晶棱，晶棱互相平行的晶面的组合称为晶带，如右图中a，1，b，2。1abcd2互相平行的晶棱的共同方向称为该晶带的带轴，晶轴是重要的带轴。如右图中OO´3

4、.晶面角守恒定律：属于同一品种的晶体，两个对应晶面间的夹角恒定不变。石英晶体：a、b间夹角总是141º47´；a、c间夹角总是113º08´；b、c间夹角总是120º00´。4.晶体的各向异性在不同方向上，晶体的物理性质不同。由右图可以看出，在不同的方向上晶体中原子排列情况不同，故其性质不同。5.晶体的均匀性晶体中任意两点(在同一方向上)的物理性质相同。6.晶体的对称性:晶体在某几个特定方向上可以异向同性，这种相同的性质在不同的方向上有规律地重复出现，称为晶体的对称性。7.晶体固定的熔点:给某种晶体加热，当加热到某一特定温度

5、时，晶体开始熔化，且在熔化过程中保持不变，直到晶体全部熔化，温度才开始上升，即晶体有固定的熔点。晶体为什么具有这些宏观特性呢?晶体的宏观特性是由晶体内部结构的周期性决定的,即晶体的宏观特性是微观特性的反映。自限性、晶面角守恒、解理性、晶体的各向异性、晶体的均匀性、晶体的对称性、固定的熔点。晶体的宏观特性：第二节晶体结构本节主要内容:1.2.1晶体结构的周期性1.2.2原胞1.2.3密堆积、配位数和致密度(b)(c)(a)(a)、(b)、(c)为二维晶体结构示意图，它们有何异同?§1.2晶体结构1.2.1晶体结构的周期性所有晶

6、体的结构可以用晶格来描述，这种晶格的每个格点上附有一群原子，这样的一个原子群称为基元，基元在空间周期性重复排列就形成晶体结构。一个理想的晶体是由完全相同的结构单元在空间周期性重复排列而成的。(b)(c)(a)1.基元、格点和晶格在晶体中适当选取某些原子作为一个基本结构单元，这个基本结构单元称为基元，基元是晶体结构中最小的重复单元，基元在空间周期性重复排列就形成晶体结构。(1)基元(b)(c)(a)任何两个基元中相应原子周围的情况是相同的，而每一个基元中不同原子周围情况则不相同。(2)晶格晶体的内部结构可以概括为是由一些相同的

7、点子在空间有规则地做周期性无限分布，通过这些点做三组不共面的平行直线族，形成一些网格，称为晶格(或者说这些点在空间周期性排列形成的骨架称为晶格)。(b)(c)(a)晶格是晶体结构周期性的数学抽象，它忽略了晶体结构的具体内容，保留了晶体结构的周期性。用矢量　　　　　　　　　　　　　　　　　　表示格点的排列。(3)格点晶格中的点子代表着晶体结构中相同的位置，称为格点。一个格点代表一个基元，它可以代表基元重心的位置，也可以代表基元中任意的点子。晶格+基元=晶体结构(b)(a)2.布拉维晶格、简单晶格和复式晶格(1)布拉维晶格格点的

8、总体称为布拉维晶格，这种格子的特点是每点周围的情况完全相同。(2)简单晶格和复式晶格简单晶格：如果晶体由完全相同的一种原子组成，且每个原子周围的情况完全相同，则这种原子所组成的网格称为简单晶格。复式晶格：如果晶体由两种或两种以上原子组成，同种原子各构成和格点相同的网格，称为子晶格，它们相对