大连轻工硅酸盐物理化学课件1章晶体

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1、第一章晶体晶体与材料晶体可以有单晶体和多晶体，其构成的材料分别为单晶材料和多晶材料。单晶材料有人造半导体材料单晶硅和锗，金刚石、红宝石等，多晶材料包括金属及陶瓷等。晶体固有的性质对材料的性质具有重要的决定作用。注：后面可加一些单晶或多晶材料的显微结构照片1.1.1晶体与非晶体宏观性质上的区别(1)自限性(2)均一性和异向性(3)对称性(4)最小内能和最大稳定性1.1.2晶体的定义晶体是内部质点在三维空间作周期性重复排列的固体。1.1.3等同点晶体结构中在同一取向上几何环境和物质环境皆相同的点称为等同点。在同一晶体中可以找出无穷多类等同点，但每一类等同点集合而成的图形

2、都呈现如图1-2所示的相同图形。Na+Cl-结点金刚石中同是碳原子由于其几何环境不同而产生的两类等同点1.1.4空间点阵表示晶体结构中等同点排列规律的几何图形称为空间点阵。空间格子表明了晶体物质在三维空间质点作周期性重复排列这一根本的性质，因此，晶体可定义为：晶体是具有格子构造的固体。①结点：空间点阵中的等同点空间点阵中的几何要素②行列：分布在同一直线上的结点构成一个行列。③面网：分布在同一平面上的结点构成一个面网。④初基格子：空间点阵中由八个结点连成的中空的平行六面体。1.2晶体的对称与分类1.2.1对称的概念对称是指物体相同部分作有规律的重复。1.2.2、晶体的

3、对称要素和对称操作使物体的相等部分重复所进行的操作称为对称操作，对称操作包括反映、旋转、反伸等。在进行对称操作时，所借助的几何要素称为对称要素，包括点、线、面。（1）对称面（用P表示）对称面是通过晶体中心的一个假想平面，它将晶体平分为互为镜像的两个相等部分。对称面的操作是对此平面的反映。（2）对称轴(Ln)对称轴是通过晶体中心的一根假想直线，晶体围绕此直线旋转一定角度后，可使相等部分重复或者说使晶体复原。对称轴的对称操作是围绕一根直线旋转。旋转一周重复的次数称为周次（n），重复时所旋转的最小角度称为基转角（），周次与基转角之间的关系为n=360°/对称轴的种类名

4、称符号基转角（）轴次（n）作图符号一次对称二次对称三次对称四次对称六次对称L1L2L3L4L6360°180°120°90°60°12346晶体对称定律：在晶体中，只可能出现轴次为一次、二次、三次、和六次的对称轴，而不可能存在五次和高于六次的对称轴。二维晶胞的密排图形基转角的可能值K>33210-1<-1COSα=(1-K)/2<-1-1-(1/2)01/21>1α无相当值180°120°90°60°0°360°无相当值（3）对称中心(C)对称中心是晶体中心的一个假想点，任意通过此点的直线的等距离两端，必定找到对应的点。对称中心的对称操作是对此点的反伸。晶体中可以

5、没有对称中心，或者有一个对称中心。晶体中如果有对称中心，晶体上的晶面必然都是两两平行（或两两反向平行）且相等。（4）旋转反伸轴(Lin)旋转反伸轴是通过晶体中心的一根假想的直线，晶体围绕此直线旋转一定角度后，再对此直线上的一点反伸，可使相等部分重复即晶体复原。旋转反伸轴的对称操作是围绕一根直线旋转和对此直线上一点反伸。旋转反伸轴的符号Lin，i代表反伸，n代表轴次。n可以为1、2、3、4、6，相应的基转角为360°、180°、120°、90°、60°，旋转反伸轴的作用如下图所示：（5）象移面象移面是一复合的对称要素。其辅助对称要素有两个：一个是假想的平面和平行此平面

6、的某一直线方向。相应的对称变换为：对于此平面的反映和沿此直线方向平移的联合，其平移的距离等于该方向行列结点间距的一半。根据平移成分τ的方向和大小，象移面一半有下列五种：①=(1/2)a的象移面，符号a象移面a②=(1/2)b的象移面，符号b象移面b③=(1/2)c的象移面，符号c象移面c④=1/2（a+b)或1/2(b+c)或1/2(c+a)或1/2(a+b+c)的象移面，符号n象移面n⑤=1/4(a+b)或1/4(b+c)或1/4(c+a)或1/4(a+b+c)的象移面，符号d象移面d（6）、螺旋轴螺旋轴是一种复合的对称要素。其辅助几何要素为：一根假想的

7、直线及与之平行的直线方向。相应的对称变换为，围绕此直线旋转一定的角度和此直线方向平移的联合。螺旋轴的周次n只能等于1、2、3、4、6，所包含的平移变换其平移距离应等于沿螺旋轴方向结点间距的s/n，s为小于n的自然数。螺旋轴的国际符号一般为ns旋转轴根据其轴次和平移距离的大小的不同可分为21；31；32；41；42；43；61；62；63；64；65共11种螺旋轴。螺旋轴根据其旋转方向可分为左旋、右旋和中性旋转轴。左旋方向是指顺时针旋转，右旋是指逆时针旋转，旋转方向左右旋性质相同时为中性旋转轴。各种旋转对称轴如图所示：41424361626364651.2.3、对