第二章晶体的结构与常见结构类型第一讲ppt课件.ppt

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1、晶体结构及常见晶体结构类型《材料物理化学》绚丽多彩的晶体石英晶体萤石晶体雪花水分子晶体食盐晶体人们通过对天然矿物外部形态的观察发现，绝大多数天然矿物常具有独特的规则几何多面体的外形，即其外表多为平整的面所包围，同时还具有由二个面相交的直线和直线会聚的夹角。1669年丹麦学者斯丹诺（NicolausSteno,1638-1686）对晶体的复杂外形观察后提出了面角守恒定律（同种晶体之间，对应晶面夹角相等），从而奠定了几何晶体学基础。水晶原矿2.1晶体的概念与基本性质食盐晶体1812年浩羽（R.J.Hauy）提出晶体是由一些分

2、子基块（平行六面体）构成的设想。1912年，德国人劳厄（MaxvonLaue,1879-1960）首次成功进行了晶体的X射线衍射实验。劳厄实验的成功起了划时代的作用，它不仅提示了晶体内部的周期性结构，证实了晶体构造的几何理论，而且也开拓了晶体结构学研究的新领域。晶体结构与非晶结构比较石英晶体，请同学们思考晶体与非晶体的不同？长程有序：质点在三维空间呈周期性排列SiO2非晶体（含Na）NaCL晶体结构晶体：内部质点在三维空间中呈周期性排列的固体。什么是周期性排列？如何表达这种周期性排列？结构的周期性：每隔一定距离都能重复出

3、现的性质。如：NaCla要素：①周期性重复的内容——结构基元②重复周期的大小和方向。晶体的点阵结构：由于晶体具有周期性结构，可以把周期性重复的部分（结构基元）抽象成点，晶体结构变成无数按周期排列的几何点，这些点在空间形成点的阵列，称为点阵。点阵：按连接其中任意两点的向量进行平移后，均能复原的一组点。平移群：一维点阵二维点阵平移群：三维点阵平移群：空间点阵：把晶体中质点的中心用直线联起来构成的空间格架即空间点阵，简称晶格.结点：质点的中心位置称为晶格的结点。结点仅有几何意义，并不真正代表任何质点。结构基元：晶体中的质点如原

4、子或原子集团。晶体结构：结构基元+空间点阵即构成晶体结构。2.晶体结构与空间点阵晶体中质点排列具有周期性和对称性整个晶体可看作由结点沿三个不同的方向按一定间距重复出现形成的，结点间的距离称为该方向上晶体的周期。同一晶体不同方向的周期不一定相同。可以从晶体中取出一个单元，表示晶体结构的特征。取出的最小晶格单元称为晶胞。晶胞是从晶体结构中取出来的反映晶体周期性和对称性的重复单元。3.晶胞与晶胞参数晶胞—晶胞是从晶体结构中取出来的反映晶体周期性和对称性的最小重复单元。不同晶胞的差别：不同晶体的晶胞，其形状、大小可能不同；围绕每

5、个结点的原子种类、数量、分布可能不同。选取结晶学晶胞的原则：单元应能充分表示出晶体的周期性、对称性；单元的三条相交棱边应尽量相等，或相等的数目尽可能地多；单元的三棱边的夹角要尽可能地构成直角；单元的体积应尽可能地小。图1-1空间点阵及晶胞的不同取法晶胞参数：晶胞的形状和大小可以用6个参数来表示，此即晶格特征参数，简称晶胞参数。它们是3条棱边的长度a、b、c和3条棱边的夹角、、，如图1-2所示。图1-2晶胞坐标及晶胞参数晶体的性质1、自限性(自范性)：指晶体能自发形成几何多面体外形的性质。晶体的多面体形态，是其格子构

6、造在外形上的直接反映。但实际晶体中呈完整几何多面体形态的较少见，这是因晶体生长时受外界条件影响所致。2、均一性：由于同一个晶体的各个不同部分，质点的分布是一样的，所以晶体的各个部分的物理性质与化学性质也是相同的，这就是晶体的均一性。这是由晶体的格子构造所决定的。3、各向异性：指晶体的特性（如晶形、电导率、磁化率等）在不同的方向上有所差异的性质。非晶质体是各向同性的。同一格子构造中，在不同的方向上质点的排列一般是不一样的，因此，晶体的性质也随方向不同而有所改变。如蓝晶石的硬度，随方向的不同而有显著的差别，平行晶体延长的方向

7、可用小刀刻动，而垂直于晶体延长的方向则小刀不能刻动。又如沿石墨晶体底部测得热导率为沿柱面方向的106倍。4、对称性：指晶体的等同部分能通过一定的操作而发生规律重复的性质。晶体的外形上，也常有相同的晶面、晶棱和角顶重复出现。晶体的对称性将在后面详细讨论。5、最小内能：相同的热力学条件下晶体与同种物质的非晶体、液体、气体相比较，其内能最小。所谓内能，就是晶体内部所具有的能量（动能与势能）。对于一个晶体来说，他要处于一个稳定的状态，在结晶时就要将多余的能量释放掉，从而达到有规律的排列的质点间引力与斥力的平衡。4.晶系与点阵类型

8、晶胞参数确定之后，晶胞和由它表示的晶格也随之确定，方法是将该晶胞沿三维方向平行堆积即构成晶格。空间点阵中所有阵点（结点）的周围环境都是相同的，或者说，所有阵点都具有等同的晶体学位置。布拉菲（Bravais）依据晶胞参数之间关系的不同，把所有晶体划归为7类，即7个晶系，见表1-1。按照阵点（结点）在空间排列方式不同，有