晶体结构基础ppt课件.ppt

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1、8-6　晶体结构基础早期，人类认识晶体是从观察外部形态开始的，把具有天然几何外形的固体称为晶体，如：石英，锆石英，食盐等。后来，人们发现这种规则的多面体外形并不能反映晶体的实质。因为，许多物质，虽然不具有明显的规则多面体外形，却具有晶体性质。直到上世纪初，1912年德国物理学家Laue第一次成功获得NaCl晶体的X-射线衍射图案，才使研究深入到晶体的内部，从本质上认识了晶体的特征。内部质点在三维空间呈周期性排列是晶体结构最本质的特征，是晶体具有各种特性的根源。晶体的一般特性均匀性自范性确定的熔点

2、x-射线衍射各向异性稳定性同质多象云母片玻璃片蜡滴云母薄片上的热导率有异向性晶态结构示意图（按周期性规律重复排列）非晶态结构示意图点阵理论晶体的周期性结构使得人们可以把它抽象成“点阵”来研究。将晶体中的最小周期结构，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。点阵结构直接反映了晶体结构的周期性重复方式，对称性。更直接的揭示了晶体结构的本质特征（一维）周期性结构的表达伸展的聚乙烯链：对一个周期性的结构，总可以定义一个周期矢量，不论该矢量的起点在何处：1）该矢量包含的内容

3、相同，如上图中的“-C2H4-”。（一维）周期性结构的表达伸展的聚乙烯链：对一个周期性的结构，总可以定义一个周期矢量，不论该矢量的起点在何处：2）该矢量的起点、终点的环境相同。伸展的聚乙烯链：这样的周期矢量可以不止一个，其中最小的矢量a所代表的周期性重复内容叫做结构基元（motif）。整个晶体可以看作是由结构基元并置而成。石墨层（二维）周期性结构的表达石墨的单层可看做是二维晶体的一个例子。对一个二维周期性结构，总可以定义二个最小周期矢量a、b。由矢量a、b构成的平行四边形代表了这个二维晶体的最小

4、周期性重复内容，即结构基元。ab?为什么不能将石墨的单层中的每个C原子均看作是一个结构基元？如果这样做，你会发现……在石墨的单层中，最小重复周期包含2个C原子。晶体的点阵结构为了突出晶体结构的周期性特点，将晶体中的每一个结构基元用一个几何点表示，而不考虑结构基元所包含的具体内容。这些从晶体结构中抽象出来的一组等间距的、无穷多的点，形成一个点阵（lattice）。点阵的定义一组无穷多的点，按连接其中任意两点间的矢量平移，点阵与晶体同时能够复原。一个晶体对应一个唯一的点阵。晶体结构=点阵+结构基元结

5、构基元与点阵点点阵点的选法一个结构基元一个点，选点的位置可随意，但必须对每个结构基元是一致的。Cu(111)密置层：每个原子就是一个结构基元，对应一个点阵点。对应点阵：实例：NaCl(100)晶面如何抽象成点阵矩形框中内容为一个结构基元，可抽象为一个点阵点。安放点阵点的位置是任意的，但必须保持一致：CsCl型晶体的点阵形式—立方简单CsCl型晶体中A、B是不同的原子，不能都被抽象为点阵点。否则，将得到错误的立方体心点阵！立方体心虽不违反点阵定义，却不是CsCl型晶体的点阵！试将此所谓的“点阵”放

6、回晶体，按“点阵”上所示的矢量，对晶体中的原子平移，原子A与B将互换，晶体不能复原！正确做法是按统一取法把每一对离子A-B作为结构基元，抽象为点阵点，就得到正确的点阵：立方简单。NaCl型晶体的点阵形式—立方面心NaCl型晶体中，按统一的方式将每一对离子A-B抽象为一个点阵点，得到立方面心的点阵。直线点阵对矢量的加法构成一个群，称为平移群。称为直线点阵参数。分布在同一条直线上的一组等距、无限的点列，称为直线点阵。连接任意两相邻点阵点的矢量称为素矢量。将点阵按矢量平移，点阵必能复原。i.e.（这可

7、以表示为）：平面点阵分布在同一个平面上的点阵，称为平面点阵。如石墨晶体的一个单层的例子。在平面点阵上，任取三个不共线的点，可定义两个矢量、。按矢量、平移，平面点阵必能复原。i.e.（这可以表示为）：是与该平面点阵对应的平移群。，，称为平面点阵参数。平面点阵可按直线点阵划分：1)划分方式无穷多2)每种划法都将得到一组无限多的，平行、等距、性质相同的直线点阵族，且占满所有的平面点阵点。在一个平面点阵上，矢量、确定一个平行四边形，这样的平行四边形可看作是该平面点阵的一个代表。净含一个点阵点的平面格子是

8、素格子，多于一个点阵点者是复格子。平面格子净含点阵点数：顶点为1/4；棱心为1/2；格内为1。矢量、的定义方式可以有无穷多，每一个不同的选取方式，得到不同的平面格子。现在的问题是，在众多的平面格子中，到底该选那一个来作为点阵的代表呢？描述一个点阵（或晶体）的周期性规律要同时考虑两个要素：1）对称性；2）最小重复周期。空间点阵分布在三维空间的点阵，称为空间点阵。一个空间点阵可用一组不共面的矢量、、描述。按矢量、、平移，空间点阵必能复原。i.e.（这可以表示为）：是与该空间点阵对应的平移群。，，，，