01-第一章 晶体的特性

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1、《结晶学》第一章晶体的特性探寻晶体的本质，分析晶体普遍具有的属性，了解常见分类。§1.1晶体和非晶体§1.2晶体的基本性质§1.3晶体的类型和结合力§1.1晶体和非晶体——晶体和非晶体都是固体(研究范围)——晶体常有整齐的多面体外型(砸晶体)——晶体内部构造中存在一定的规律性(X射线衍射)晶体：内部微粒(原子、分子或离子)按一定规则周期排列而构成的固体或具有格子构造的固体(现代)。由于晶体的内部粒子的分布有高度的规律性，在一定方向的直线上，粒子有规则的重复千百万次，晶体具有远程有序性。(超连接)非晶体具有近程有序性，近似于液态，被视为过冷液体，也

2、称之为无定型体。2晶体和非晶体微观结构的差别举例：(a)石英晶体(b)石英玻璃图1.1.1石英晶体与石英玻璃的平面结构3晶体最主要的两种存在形式：(a)单晶(b)多晶图1.1.2单晶体与多晶体的结构示意图4与晶体相关的几个常用概念单晶：在整个晶体内部，微粒都是按一定规则周期性排列着的。多晶：由许多小块单晶组成的晶体小块，小块晶体的大小取向又各不相同。拉单晶：将多晶熔化后，利用旋转提拉结晶生成单晶的过程。微晶体(微晶)：由尺度小于1微米的晶粒构成。纳米晶：尺度为纳米量级(1-100nm)或以此做基本结构的晶体。晶体中原子数目是有限的，且表面原子所占

3、比例相当大。使其产生多种特别的物理或化学性质。液晶：许多有机物质，在从固态转变为液体之前，会经历一个或多个中间态，中间态的性质介于晶体和液体之间，称液晶态。这类可呈现液晶态的物质称为液晶。5光§1.1小结：子晶体？常见物相不常见物相凝聚态？气体流液体电浆体？液晶固体内部微粒(原子、分子或离子)按一定规则周期排列而(短程有序构成的固体或具有格子构晶体非晶体过冷液体)造的固体。(长程有序)状态分类单晶多晶微晶纳米晶拉单晶6§1.2晶体的基本性质1、自范性：晶体具有自发生长成一个结晶多面体的可能性。即晶体常以平面作为与周围介质的分界面。例1：天然矿物晶

4、体外形。——据国外媒体报道：墨西哥奈卡水晶洞是世界上最大的水晶洞穴……去年秋天，探险家和摄影师乔治-库罗尼斯不畏艰险，深入奈卡水晶洞与世界上最大的天然水晶近距离接触……（2010年02月20日09:06:37来源：新浪科技）例2：拉单晶过程中，在放肩部位出现平整的小平面，在等径部位出现的棱线都是自范性的表现。7§1.2晶体的基本性质1、自范性：晶体具有自发生长成一个结晶多面体的可能性。即晶体常以平面作为与周围介质的分界面。这些平面是具有最低表面能的微粒小平面。2、均匀性和各向异性：均匀性是指晶体的各个部位表现出的各种宏观性质是完全相同的。各向异性

5、是指从不同方向上看，晶体内沿不同方向上的性质又有所差异。例1：云母片的导热性的均匀性与各向异性。云母片石蜡石蜡石蜡石蜡例2：石墨不同方向上的电导率的不同。例3：Si、Ge、GaAs等半导体材料沿各个方向呈现的物理特性、生长特性，腐蚀特性的差别是晶体各向异性的表现。8§1.2晶体的基本性质1、自范性：晶体具有自发生长成一个结晶多面体的可能性。即晶体常以平面作为与周围介质的分界面。这些平面是具有最低表面能的微粒小平面。2、均匀性和各向异性：均匀性是指晶体的各个部位表现出的各种宏观性质是完全相同的。各向异性是指从不同方向上看，晶体内沿不同方向上的性质又

6、有所差异。这同晶体内部不位置不同方向微观粒子规则排列有关。3、对称性：所有的晶体在外型上和各种性质上都或多或少地具有对称性。（第三章将详细介绍对称理论）4、最小内能和固定熔点：在一定的热力学条件(T，P)下，晶体处于晶态的内能最小，且具有固定的熔点。例1：实验从气体，液体和非晶体转变成晶体时要放热；相反，从晶体转变为非晶体、液体和气体时都要吸热。9晶体为什么具有最小内能？如果把微粒间的距离相对于平衡位置拉大或减小都将导致微粒间的相互作用势能增大，从而使整个物体内部的势能增大，即内能增加。因此相对于非晶体来说，晶体状态是最稳定的，非晶体有自发调整其

7、内部质点排列方式而向晶体转变的倾向。10例2：晶体具有固定的熔点温度温度时间时间（a）晶体（b）非晶体图1.2.1晶体与非晶体的加热曲线图11晶体为什么具有固定熔点？当对晶体加热时，其格子构造中的微粒运动加剧。当达到某一个温度时，微粒会脱离平衡位置转入不规则排列的液相状态，由于整个晶体中微粒的排布结构完全相同，各个结构单元大小，构造完全相同，因此一个单元能被破坏，其他单元在同一温度下也能被破坏，于是整个体系在这一温度下完成从固相向液相的转变，这一温度就是熔点。12对于非晶态物质，它没有规则的格子构造，各个结构单元大小，结构都不尽相同，因此破坏它所

8、需的的能量也不尽相同。当温度升高到某一值时，某些单元上的微粒的热运动超过其结合能，这些单元被破坏，另一些单元则需在更高的温度下才能被破坏