第二章晶體結(jié)構(gòu)與常見晶體結(jié)構(gòu)類型主要內(nèi)容2.1晶體學(xué)基礎(chǔ)2.2元素晶體的常見晶體結(jié)構(gòu)2.3二元無機(jī)化合物的常見晶體結(jié)構(gòu)2.4硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)6/26/20238:03:40PM32.2Crystal&non-crystal非晶體2.1

晶體學(xué)基礎(chǔ)晶體與非晶體固態(tài)物質(zhì)原子或分子聚集狀態(tài)不同

晶體6/26/20238:03:40PM4Concepts長程有序Long-rangeorder晶體非晶體原子或原子團(tuán)、離子或分子在空間按一定規(guī)律呈周期性地排列構(gòu)成原子、分子或離子無規(guī)則地堆積在一起所形成長程無序Long-rangedisorder短程有序short-rangeorder晶體Vs非晶體結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致性質(zhì)不同1.晶體：最小內(nèi)能、熱力學(xué)穩(wěn)定非晶體自發(fā)→晶體2.晶體：固定熔點(diǎn)3.晶體：各向異性不同結(jié)晶學(xué)方向：周期性排列差異所致力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)性能如：石墨晶體：c軸電導(dǎo)率為a軸、b軸方向的106倍2023/6/265

玻璃窗花：自發(fā)析晶所致石墨結(jié)構(gòu)4.晶體：均勻性晶體不同部位性質(zhì)相同，如：密度質(zhì)點(diǎn)分布規(guī)律性、晶胞→晶體5.晶體：自范性－自發(fā)形成規(guī)則幾何多面體外形2023/6/266石英晶體(水晶SiO2)螢石晶體晶體大都具有規(guī)則的幾何外形雪花水分子晶體食鹽晶體6.晶體：對稱性內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外形、性質(zhì)－對稱性點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、晶胞結(jié)構(gòu)的外部體現(xiàn)7.晶體：衍射效應(yīng)

周期性點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、面網(wǎng)結(jié)構(gòu)使波長相當(dāng)?shù)腦射線、電子流、中子流衍射效應(yīng)非晶體－的X射線散射2023/6/2676/26/20238:03:40PM8ComparisonComparison方石英石英玻璃石英凝膠2θ(°)衍射強(qiáng)度CurveofX-rayDiffraction非晶態(tài)晶態(tài)透射電鏡2、如何區(qū)分多晶與單晶？晶粒：從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的晶體結(jié)晶過程首先要成核，然后生長，這個(gè)過程叫晶粒的成核長大。晶粒內(nèi)分子、原子都是有規(guī)則地排列的–晶體多晶：多個(gè)晶粒，晶界；每個(gè)晶粒的大小和形狀不同,而且取向也是凌亂的,沒有明顯的外形,也不表現(xiàn)各向異性,是多晶單晶：整塊物質(zhì)由一個(gè)晶粒組成，無晶界，各向異性晶體電子衍射3類:(a)單晶體的衍射譜由規(guī)則排列的點(diǎn)陣組成;(b)多晶體的衍射譜由同心圓環(huán)組成;(c)非晶體的衍射譜由彌散的同心環(huán)組成。根據(jù)譜的形狀，很容易確定所觀察的區(qū)域是單晶體多晶體還是非晶體電子衍射圖單晶【111】方向單晶非晶態(tài)----暈晶態(tài)結(jié)構(gòu)6/26/20238:03:40PM152.2.2TransformationTransformationJ晶態(tài)非晶態(tài)？6/26/20238:03:40PM16晶態(tài)與非晶態(tài)之間的轉(zhuǎn)變非晶態(tài)所屬的狀態(tài)屬于熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)，所以非晶態(tài)固體總有向晶態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢，即非晶態(tài)固體在一定溫度下會(huì)自發(fā)地結(jié)晶，轉(zhuǎn)化到穩(wěn)定性更高的晶體狀態(tài)。通常呈晶體的物質(zhì)如果將它從液態(tài)快速冷卻下來也可能得到非晶態(tài)。思考題常見的金屬基本上都是晶體,但為什么不顯示各向同性?多晶中各個(gè)晶粒往往取向不同，所以多個(gè)晶粒集合在一起在任一方向上都顯示不出某一個(gè)晶向的特性來。

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空間點(diǎn)陣與晶胞晶體結(jié)構(gòu)的幾個(gè)基本概念周期性：同一種質(zhì)點(diǎn)在空間排列上 每隔一定距離重復(fù)出現(xiàn)。周期：任一方向排在一直線上的相 鄰兩質(zhì)點(diǎn)之間的距離。晶格（lattice）：把晶體中質(zhì)點(diǎn)的中心用直線聯(lián)起來構(gòu)成的 空間格架。結(jié)點(diǎn)（latticepoints）：質(zhì)點(diǎn)的中心位置。空間點(diǎn)陣（spacelattice）：由這些結(jié)點(diǎn)構(gòu)成的空間總體。晶胞（unitcell）：構(gòu)成晶格的最基本的幾何單元。19結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)Chapter2StructureofMaterials結(jié)點(diǎn)可以是原子、分子、離子或原子團(tuán)

鎂橄欖石Mg2SiO4的理想結(jié)構(gòu)碘分子晶體6/26/20238:03:40PM20a、b、c:確定晶胞大小、、:確定晶胞形狀晶格常數(shù)晶胞UnitCell晶胞的三條棱的長度a、b和c就是點(diǎn)陣沿這些方向的周期，這三條棱就稱為晶軸。6/26/20238:03:40PM21Lattice&actualcrystalstrcture空間點(diǎn)陣和實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系（a）、（c）為空間點(diǎn)陣（b）、（d）為實(shí)際晶體圖空間點(diǎn)陣（1）晶胞幾何形狀能夠充分反映空間點(diǎn)陣的對稱性；（2）平行六面體內(nèi)相等的棱和角的數(shù)目最多；（3）當(dāng)棱間呈直角時(shí)，直角數(shù)目應(yīng)最多；（4）滿足上述條件，晶胞體積應(yīng)最小。圖晶胞的選取1.晶胞的選取原則晶胞的尺寸和形狀可用點(diǎn)陣參數(shù)來描述，它包括晶胞的各邊長度和各邊之間的夾角。圖晶胞、晶軸和點(diǎn)陣參數(shù)2.描述晶胞的六參數(shù)6/26/20238:03:40PM252.1.3

晶系和布拉菲點(diǎn)陣7個(gè)晶系和14種空間點(diǎn)陣類型簡單菱方（簡單三方）簡單立方簡單六方簡單四方底心單斜簡單單斜簡單三斜簡單正交面心立方面心正交體心立方體心四方體心正交2023/6/2630體對角線拉伸單軸向拉伸軸向拉伸擠壓a、b軸成60度推a、c軸至大于90度對稱性最差對稱性最高思考題體心單斜點(diǎn)陣是不是一個(gè)新的點(diǎn)陣？體心單斜點(diǎn)陣晶胞為ABCD-EFHG?？梢赃B成底心單斜點(diǎn)陣，其晶胞為JABD-KEFG。晶體結(jié)構(gòu)和空間點(diǎn)陣的區(qū)別空間點(diǎn)陣是晶體中質(zhì)點(diǎn)排列的幾何學(xué)抽象，用以描述和分析晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對稱性，由于各陣點(diǎn)的周圍環(huán)境相同，它只能有14種類型晶體結(jié)構(gòu)則是晶體中實(shí)際質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）的具體排列情況，它們能組成各種類型的排列，因此，實(shí)際存在的晶體結(jié)構(gòu)是無限的。圖結(jié)構(gòu)相似的不同點(diǎn)陣（a)(b)(c)圖幾種晶體結(jié)構(gòu)的點(diǎn)陣分析(a)γ-Fe(b)NaCl(c)CaF2(d)

ZnS(d)2.1.4晶體的對稱性對稱性——晶體的基本性質(zhì)

對稱元素（symmetryelements）

宏觀對稱性元素

點(diǎn)群（pointgroup）—晶體中所有點(diǎn)對稱元素的集合根據(jù)晶體外形對稱性，共有32種點(diǎn)群空間群（spacegroup）—晶體中原子組合所有可能方式根據(jù)宏觀、微觀對稱元素在三維空間的組合，可能存在230種空間群（分屬于32種點(diǎn)群）微觀對稱性晶面（crystallographicplanes）：——晶體點(diǎn)陣在任何方向上分解為相互平行的結(jié)點(diǎn)平面稱為晶面，即結(jié)晶多面體上的平面。晶向（crystallographicdirections）：——點(diǎn)陣可在任何方向上分解為相互平行的直線組（晶列），晶列所指方向就是晶向。國際上通用米勒指數(shù)標(biāo)定晶向和晶面。WilliamH.Miller礦物學(xué)家（1801-1880，英國）2.1.5晶面指數(shù)和晶向指數(shù)

在材料科學(xué)中，討論晶體的生長、變形和固態(tài)相變等問題時(shí)，常要涉及到晶體的某些方向（晶向）和某些平面（晶面）。6/26/20238:03:40PM38晶向指數(shù)與晶面指數(shù)：國際上統(tǒng)一采用密勒指數(shù)（Millerindices）來進(jìn)行標(biāo)定。將坐標(biāo)原點(diǎn)選在OP的任一結(jié)點(diǎn)O點(diǎn)，把OP的另一結(jié)點(diǎn)P的坐標(biāo)經(jīng)等比例化簡后按X、Y、Z坐標(biāo)軸的順序?qū)懺诜嚼ㄌ朳]內(nèi)，則[uvw]即為OP的晶向指數(shù)。晶向指數(shù)（crystallographicdirectionindices）的確定：(1)建立以晶軸a，b，c為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)系，各軸上的坐標(biāo)長度單位分別是晶胞邊長a，b，c，坐標(biāo)原點(diǎn)在待標(biāo)晶向上；(2)確定該晶向上距原點(diǎn)最近的一個(gè)陣點(diǎn)P的三個(gè)坐標(biāo)值(xa，yb，zc)；(3)將x，y，z化成最小的簡單整數(shù)比u，v，w，且u∶v∶w=x∶y∶z；(4)將u，v，w三數(shù)置于方括號內(nèi)就得到晶向指數(shù)[uvw]。晶體中點(diǎn)陣方向的指數(shù)，由晶向上陣點(diǎn)的坐標(biāo)值決定。1晶向指數(shù)的標(biāo)定6/26/20238:03:40PM40A:[110]B:[111]C:？PROBLEM:Drawthefollowingdirection vectorsincubicunitcells:a.[100]and[110]b.[112]c.d.a

a.指數(shù)意義：代表相互平行、方向一致的所有晶向。b.負(fù)值：標(biāo)于數(shù)字上方，表示同一晶向的相反方向。c.晶向族：晶體中原子排列情況相同但空間位向不同的一組晶向，用<uvw>表示。數(shù)字相同，但排列順序不同或正負(fù)號不同的晶向?qū)儆谕痪蜃?。eg：立方晶系中八個(gè)晶向是立方體中四個(gè)體對角線的方向，其原子排列完全相同，屬同一晶向族，故用<111>表示。晶向指數(shù)的說明：(1)建立一組以晶軸a，b，c為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)系。(2)求出待標(biāo)晶面在a，b，c軸上的截距xa，yb，zc。如該晶面與某軸平行，則截距為∞。(3)取截距的倒數(shù)1/xa，1/yb，1/zc。(4)將這些倒數(shù)化成最小的簡單整數(shù)比h，k，l，使h∶k∶l=1/xa∶1/yb∶1/zc。(5)如有某一數(shù)為負(fù)值，則將負(fù)號標(biāo)注在該數(shù)字的上方，將h，k，l置于圓括號內(nèi)，寫成(hkl)，則(hkl)就是待標(biāo)晶面的晶面指數(shù)。晶體中點(diǎn)陣平面的指數(shù)，由晶面與三個(gè)坐標(biāo)的截距值所決定。2晶面指數(shù)的標(biāo)定6/26/20238:03:40PM45晶面指數(shù)（crystallographicplaneindices）的確定：用（hkl）來表示一組平行晶面，稱為晶面指數(shù)。數(shù)字hkl是晶面在三個(gè)坐標(biāo)軸（晶軸）上截距（r,s,t)的倒數(shù)的互質(zhì)整數(shù)比。晶面A：x、y、z=1、1、1，其倒數(shù)為1、1、1，則晶面指數(shù)記為（111）晶面B，x、y、z=1、2、，其倒數(shù)為1、1/2和0，化為互質(zhì)的整數(shù)比為2:1:0，則晶面指數(shù)記為（210）晶面C：晶面過原點(diǎn)（0，0，0），沿y軸平移一個(gè)晶格參數(shù)（平移后代表同一晶面）使其在y軸截距為-1，則x、y和z分別為、-1和，其倒數(shù)為0、-1和0，則晶面指數(shù)記為，其中的負(fù)號寫在數(shù)字上面。圖晶面指數(shù)的標(biāo)定48應(yīng)該是(632)晶面指數(shù)示例Chapter2StructureofMaterials？1/r=3,1/s=3/2,1/t=1截距倒數(shù)r=1/3,s=2/3,t=1截距互質(zhì)整數(shù)6,3,2(632)晶面指數(shù)晶面指數(shù)所代表的不僅是某一晶面，而是代表著一組相互平行的晶面a.指數(shù)意義：代表一組平行的晶面；b.0的意義：面與對應(yīng)的軸平行；c.平行晶面：指數(shù)相同，或數(shù)字相同但正負(fù)號相反；d.晶面族：晶體中具有相同條件（原子排列和晶面間距完全相同），空間位向不同的各組晶面，用{hkl}表示。e.若晶面與晶向同面，則hu+kv+lw=0;f.若晶面與晶向垂直，則u=h,k=v,w=l。晶面指數(shù)的說明：{110}晶面族六方晶系的晶向指數(shù)和晶面指數(shù)同樣可以應(yīng)用上述方法標(biāo)定，這時(shí)取a1，a2，c為晶軸，而a1軸與a2軸的夾角為120度，c軸與a1，a2軸相垂直。但這種方法標(biāo)定的晶面指數(shù)和晶向指數(shù)，不能顯示六方晶系的對稱性，同類型晶面和晶向，其指數(shù)卻不相雷同，往往看不出他們的等同關(guān)系。3.六方系晶面和晶向指數(shù)標(biāo)定根據(jù)六方晶系的對稱特點(diǎn)，對六方晶系采用a1，a2，a3及c四個(gè)晶軸，a1，a2，a3之間的夾角均為120度，這樣，其晶面指數(shù)就以(hkil）四個(gè)指數(shù)來表示。

根據(jù)幾何學(xué)可知，三維空間獨(dú)立的坐標(biāo)軸最多不超過三個(gè)。前三個(gè)指數(shù)中只