南京大学-晶体生长课件-Chapter 1-绪论.ppt

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1、晶体生长CrystalGrowthLecturedbyProfessorofXinhuaZhuNationalLaboratoryofSolidStateMicrostructures(NLSSMs)SchoolofPhysics,NanjingUniversityNanjing210093,P.R.China绪论什么是晶体?身边的晶体晶体的规则外形这些是晶体吗?透明的晶体闪闪发光的晶体五颜六色的晶体aregulargeometricsolidboundedbysmoothsurfaces日常生活中经常看见、而有可能经常会被忽略的晶体食盐冰糖雪花冰糖多晶冰糖晶体颗粒冰糖

2、晶体颗粒自然界中的晶体上图依次为石英晶体、绿柱石、锗酸铋、晨砂、电气石、刚玉、邻苯二甲酸氢、钾水晶、天然铜自然硫晶体夏威夷劳厄火山裂缝喷气孔附近的自然硫沉积金伯利岩岩筒的形成金伯利岩（kimberlite）是一种非常稀少的碱性或偏碱性超基性岩，为具斑状结构为具斑状结构和（或）角砾状构造的云母橄榄岩。1887年发现于南非的金伯利(Kimberley)，故名。...金伯利岩是金刚石最主要的母岩，它多呈黑色、暗绿色、绿色，主要由橄榄石，金云母...钟乳石钟乳石的生长速率：1/100－1/1000mm/年石英晶簇(SiO2)石膏晶体(CaSO4.2H2O)探险世界最大水晶洞：巨

3、型水晶长达11米石盐晶体（NaCl)黄铁矿晶体(FeS2)纤维状蛇纹石石棉晶体针状辉锑矿晶体(antimonite,Sb2S3)片状云母晶体金刚石晶体DiamondinkimberliteApprox.1x1x1cm电气石晶体(Tourmaline)玛瑙SiO2碳酸钙晶体铬钒钙铝榴石GrossularsKTN晶体DKDP晶体KDP晶体宝石、玉石与珠宝软玉的油脂光泽蓝宝石的玻璃光泽珍珠的“珠光”在远古年代，人们在晶洞中发现了具有规则几何外形的水晶、黄铁矿和赤铁矿等，就把这种能自发生长成（非人工磨削的）规则几何多面体形态的物体叫做晶体。后来，随着人们生产生活手段的不断提高，

4、和对于大自然探索的深入，人们发现了更多的各种各样的晶体。在对于晶体的观察过程中，不断积累经验，总结出许多关于晶体外形的规律。随着近代科技发展，关于晶体的诸多定律和规律不断提出，比如晶体的“面角守恒定律”等。二十世纪科学大发展，特别是随着X射线等观测手段的建立，人们逐渐从微观上发现了有关晶体的各种内在规律,形成了一门学科-晶体学。那么，晶体所自发生长的成规则几何多面体形态一样吗？没有几何多面体形态的物质就不是晶体吗？有规则外形的固体就是晶体吗？晶体为什么会有规则的几何外形？晶体的规则外形晶体学发展历史简介人类认识晶体是从具有规则外形的天然矿物晶体开始的。1784年法国学者

5、R.-J.阿维提出了有理指数定律，阐述了晶面与晶棱的关系，为晶体定向和晶面符号的确定提供了理论依据。C.S.魏斯提出晶带定律。此二定律从不同角度阐明了晶面与晶棱间的关系。1830年德国学者J.F.C.赫塞尔建立了晶体按对称的分类体系。1839年，英国学者W.H.米勒创立用以表示晶面空间方位的米氏符号，并得到广泛的应用。在外形几何规律的启示下，人们开始了晶体内部结构的探索。1842年德国学者M.L.弗兰肯海姆推出晶体结构的15种空间格子；1848年法国学者A.布拉维修正了这一成果，最终确定了空间格子的14种型式（布拉维格子）。俄国结晶学家Е.С.费多罗夫和德国学者A.M.

6、圣佛利斯各自独立地于1889和1891年导出了晶体结构对称的230种空间群。至此，一个晶体结构完备的几何理论形成。1912年德国学者M.T.F.von劳厄成功地完成了晶体衍射X射线的实验，他与英国学者W.L.布喇格先后提出了晶体结构X射线分析的两个基本方程，开创了结晶学微观研究的新阶段。在大量实测晶体结构资料的基础上，逐渐建立起探索晶体成分与结构关系的新学科──晶体化学。1927年挪威学者V.M.戈尔德施密特提出了阐明晶体成分与结构的第一个晶体化学定律──戈尔德施密特定律。1929年美国学者N.L.鲍温总结出关于离子晶体结构的五条规则──鲍温法则。1855年布拉维提出了

7、阐明晶面发育顺序的布拉维法则，认为实际晶体被网面密度大的晶面所包围。1927年德国学者W.科塞尔提出了晶体的层生长理论。1949年F.C.夫兰克提出螺旋生长理论。1955年P.哈特曼和N.G.佩多克提出周期键链(PBC)理论。晶体发生成长机理的研究日益深入，同时还开展了晶体人工培育的研究。现代结晶学20世纪中叶以来晶体结构测定的速度和精度大大提高；由晶体平均结构的测定到真实的精细结构和晶体缺陷的研究，从间接的结构数据推算到电子显微镜下晶格象的直接观察，把结晶学推进到了一个现代结晶学的新阶段。多功能X射线衍射仪X射线光电子能谱仪高分辨X射线