无机材料科学基础第一章结晶学基础

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1、第一章结晶学基础认识晶体/非晶体的过程:自然界存在的外形规则的物体→人工合成晶体非晶体也可以呈现出规则外形;晶体在非理想生长条件下可以呈现出不规则外形晶体现代定义:内部质点以一定周期性方式在三维空间规则排列的物质晶体学包含的主要内容第一章几何结晶学基础结晶学基础的主要内容1、晶体生长学：研究晶体的形成、生长和变化的过程与机理以及影响晶体生长的因素。2、几何结晶学：晶体外表几何多面体的形状和规律。3、晶体结构：完整晶体内部结构中质点排列的规律性以及有缺陷晶体结构的不完整性。4、晶体化学：晶体的组成、结构与性质之间的关系。5、晶体物理：

2、研究晶体的物理性质及其机理。主要人工晶体及其用途人造宝石：装饰品—刚玉、金刚石、水晶合成云母：电子管撑板、耐高温绝缘骨架、超晶格生长衬底材料、珠光体颜料、可加工陶瓷人造金刚石：地质、钻井、零件加工、固体微波器件散热元件、红外或激光器窗口材料有机晶体：频率转化、光开关、光放大、液晶显屏幕、太阳能电池新型非线性光学晶体：激光器§1-1晶体的基本概念与性质一、晶体的基本概念1、晶体的基本概念以NaCl晶体为例5.628Å晶体：内部质点在三维空间按周期性重复排列的固体；或者说晶体是具有格子构造的固体。ClNa注意:晶体生长环境对其外形有影响

3、规则的几何外形是内部结构决定的“晶体是物质存在的一种状态”2、空间格子等同点：性质相同在晶体结构中占据相同的位置和具有相同的环境的点。----三同以NaCl晶体为例，等同点可以选在Na离子或Cl离子的中心，也可以选在其它部位。如左下图所示：结论:无论等同点取在何处，都构成面心立方格子。ClNaa轴对a角b轴对β角c轴对γ角等同点种类不同/环境不同无限大二维网格有限大二维网格表面/内部不同1324空间格子:等同点在三维空间做周期性重复排列构成的几何图形。注意:体现三维空间做周期性重复排列规律不同空间格子差别是方向和周期的不同空间格子的

4、要素：结点——空间格子中的等同点行列——结点沿直线方向排列成为行列结点间距：相邻两结点之间的距离叫结点间距。同一行列或平行行列的结点间距相等。面网——结点在平面上的分布即构成面网任意两个相交行列便可以构成一个面网。面网密度：面网上单位面积内的结点数目面网间距：两个相邻面网间的垂直距离。相互平行的面网，面网间距相等。平行六面体——结点在三维空间的分布构成空间格子，空间格子的最小体积单位是平行六面体。3.空间点阵与实际晶体的区别组成单元空间分布空间点阵几何点无限大实际晶体实际原子或离子有限大非晶体内部质点在三维空间近程有序而远程无序它不

5、遵循晶体所共有的空间格子规律，因此也不具有晶体的那些基本性质。非晶体内能较高，有自发转变为晶体的趋势。4.晶体与非晶体的区别二、晶体的基本性质自范（自限）性:凸多边形各向异性:不同方向上质点排列周期不同均一性:平行不旋转改变测量点位置对称性:某些特殊方向上质点排列相同最小内能和最大稳定性:热力学要求固定的熔点:质点规则排列宏观表现自限性1432物质内能物质存在状态结晶态玻璃态液态气态对称就是物体相同部分有规律的重复。蝴蝶的对称花冠的对称不对称的图形§1-2晶体的宏观对称所有的晶体都是对称的；受到格子构造控制晶体的对称是有限的。对称体

6、现在外形上、物理、化学性质上。一、对称的特点二.晶体的宏观对称要素和对称操作对称操作:指能使对称物体中各相同部分作有-规律重复的动作。对称要素：对称操作时所凭借的几何要素----点、线、面等。晶体的宏观对称操作与对称要素操作类型对称操作辅助几何要素对称要素简单反伸点(对称中心)对称中心反映面(镜面)对称面旋转线(对称轴)对称轴复杂旋转+反伸线和线上的定点旋转反伸轴旋转+反映线和垂直于线的平面旋转反映轴晶体中可以有对称中心，也可以没有对称中心；如果有对称中心，那麽只能有一个。1、对称中心（C）--反伸（倒反）2、对称面（P）--反映一

7、个晶体中可以有对称面，也可以没有对称面；可以有一个，也可以有多个，但最多不能超过9个。旋转重复时所旋转的最小角度称为基转角n=360/3、对称轴Ln四方柱中的对称轴垂直方向：1个L4水平方向：4个L2L4旋转反伸轴以Lin表示，i是反伸的意思，n为轴次。倒转轴Li1Li2Li3Li4Li6国际符号12346等效关系Li1=CLi2=PLi3=L3+C独立Li6=L3+P在旋转反伸轴中只有Li4是独立的；Li6虽然等效于L3+P，但由于提高了轴次，所以一般不用（L3+P）代替它。4、旋转反伸轴——倒转轴Li4ABABCDDC四方四

8、面体四次旋转反伸轴六次旋转反伸轴Li6Li6三方柱定义：映转轴由一根假想的直线和垂直于直线的一个平面构成，即图形绕此直线旋转一定角度后并对此平面进行反映后，相同部分重复出现。符号：旋转反映轴以Lns表示，S表示反映，n为轴次。种类：旋