结构化学-晶体点阵结构.ppt

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1、第十章晶体结构内容简介介绍晶体物质的结构及其结构与性能的关系，以及研究晶体结构的实验方法-X射线晶体衍射法。晶体的特性晶体的点阵结构理论晶体结构的密堆积原理金属晶体和离子晶体晶体的特性晶体的点阵结构理论晶体结构的密堆积原理金属晶体和离子晶体固态物质：晶体和无定形体一、晶体的特性晶体内部各部分的宏观性质相同,称为晶体性质的均匀性.非晶体也有均匀性,尽管起因与晶体不同.晶体特有的性质是异向性、自范性、对称性、确定的熔点、X光衍射效应:一、晶体的特性1晶体的自范性在理想生长环境中,晶体能自发地形成规则的多面外形。满足欧拉

2、定理：F（晶面数）+V（顶点数）=E（晶棱数）+2晶体的一些与方向无关的量（如密度、化学组成等）在各个方向上是相同的；而另外一些与方向有关的量（如电导、热导等）在各个方向上并不相同.例如,云母的传热速率,石墨的导电性能等。(光、电、磁、热以及抵抗机械)2晶体的均匀性与各向异性石墨的导电率不同方向差别很大，垂直方向为层平行方向1/104。3晶体具有确定的熔点晶体在熔化时必须吸收一定的熔融热才能转变为液态(同样在凝固时放出同样大小的结晶热)，见晶体加热曲线：随时间增加，温度升高至T0时，晶体开始熔解，温度停止上升，此时所加

3、的热量，用于破坏晶体的格子构造，直到晶体完全熔解，温度才开始继续升高4晶体的对称性和对X射线的衍射晶体的理想外形具有特定的对称性，这是内部结构对称性的反映。晶体结构的周期大小和X射线的波长相当，使它成为天然的三维光栅，能够对X射线产生衍射。而晶体的X射线衍射，成为了解晶体内部结构的重要实验方法。晶体能长期保持其固有状态而不转变成其它状态。这是晶体具有最低内能决定的，内能小，晶体内的质点规律排列，这是质点间的引力斥力达到平衡，结果内能最小，质点在平衡位置振动，没有外加能量，晶体格子构造不破坏，就不能自发转变为其它状态，处

4、于最稳定状态，而非晶体就不稳定，如玻璃有自发析晶（失透）倾向。5稳定性现代科技中的晶体材料材料科学是人类文明大厦的基石，在现代技术中,晶体材料更占有举足轻重的地位.人类对固态物质的理解在很大程度上以单晶材料为基础，所以晶体在物质结构研究中也具有特殊重要性.半导体的后起之秀——砷化镓作为半导体材料，GaAs的综合性能优于Si,开关速度仅为10-12s(而Si为10-9s),用GaAs芯片制造计算机将使运算速度提高千倍.GaAs是超级计算机、光信号处理和卫星直接广播接收的理想材料。现代科技中的晶体现代科技中的晶体——激光材

5、料激光是20世纪60年代最重大科学成就之一.除红宝石和钇铝石榴石之外，近年发展的氟化钇锂晶体是稀土离子激光晶体的后起之秀；金绿宝石激光输出波长在一定范围内可调,成为热门课题.我国的铝酸钇激光晶体性能已处于世界领先地位.现代科技中的晶体——超导材料20世纪80年代发现的以YBa2Cu3O7-x为代表的氧化物超导体和球烯,都震动了科学界.1991年以来又发现球烯与K、Rb、Cs等形成的离子化合物具有超导性，使人们对分子超导体的前景充满希望。晶体的特性晶体的点阵结构理论晶体结构的密堆积原理金属晶体和离子晶体二、晶体结构的点阵

6、理论2.1结构基元与点阵晶体的周期性结构使得人们可以把它抽象成“点阵结构”来研究.将晶体中重复出现的最小单元作为结构基元(各个结构基元相互之间必须是化学组成相同、空间结构相同、排列取向相同、周围环境相同),用一个数学上的点来代表,称为点阵点.整个晶体就被抽象成一组点,称为点阵（点按一定周期在空间排列出的无限几何图形）.晶体结构＝无限的周期结构＝点阵结构＝点阵＋结构基元周期重复的大小与方向——点阵周期重复的具体内容——结构基元点阵结构点阵的数学定义按连接其中任意两点的向量将所有的点平移而能复原的一组无限多个点

7、.(1)点阵点必须无穷多；(2)每个阵点必须处于相同的环境；(3)用该点阵所对应的平移群中的向量作用到一个阵点上，必然指向一个新阵点。直线点阵(1)一维方向上等间隔排列的无穷点列以直线连接各个阵点形成的点阵aa—直线点阵的单位矢量，因是平移时阵点复原的最小距离,故为平移素向量或素单位。bb=2a含有两个以上阵点的单位为复单位或复向量。直线点阵对应的平移群点阵是晶体结构周期性的几何表达，平移群则是点阵的数学表达式，Tm已知，直线点阵可知。结论一维周期性结构与直线点阵一维周期性结构与直线点阵平面点阵(2)在二维方向上等周期

8、排列的点阵平面点阵可划分为一组相互平行的直线点阵,选择两个不平行的单位向量a和b,可将平面点阵划分为无数个并置的平行四边形单位,称为平面格子。能够保持点阵整体的宏观对称性，具有尽可能多的直角，且含点阵点最少的平面格子，称为正当格子，或正当点阵单位。划分平面格子的原则平面点阵对应的平移群为什么不能将每个C原子都抽象成点阵点？如果这样