1、第一章晶體結(jié)構(gòu)1.1結(jié)晶學基礎知識1.2 晶體中質(zhì)點的結(jié)合力與結(jié)合能1.31.41.51.61.7決定離子晶體結(jié)構(gòu)的基本因素單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)無機化合物結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)高分子結(jié)構(gòu)1.1 結(jié)晶學基礎知識n 晶體結(jié)構(gòu)的定性描述n 晶體結(jié)構(gòu)的定量描述晶面指數(shù)、晶向指數(shù)一、晶體結(jié)構(gòu)的定性描述1.2.3.4.晶體及其特征晶體結(jié)構(gòu)與空間點陣晶胞與晶胞參數(shù)晶系與點陣類型1. 晶體及其特征晶體：晶體是內(nèi)部質(zhì)點在三維空間成周期性重復排列的固體，即晶體是具有格子構(gòu)造的固體。晶體的特征自范性：晶體具有自發(fā)地形成封閉的凸幾何多面體外形能力的性質(zhì)，又稱為自限性。方解石石晶體的特征均一性：指晶體在任一部位上都

2、具有相同性質(zhì)的特征。各向異性：在晶體的不同方向上具有不同的性質(zhì)。對稱性：指晶體的物理化學性質(zhì)能夠在不同方向或位置上有規(guī)律地出現(xiàn),也稱周期性。最小內(nèi)能和最大穩(wěn)定性。2. 晶體結(jié)構(gòu)與空間點陣n 空間點陣：把晶體中質(zhì)點的中心用直線聯(lián)起來構(gòu)成的空間格架即空間點陣，簡稱晶格.n 結(jié)點：質(zhì)點的中心位置稱為晶格的結(jié)點。結(jié)點僅有幾何意義，并不真正代表任何質(zhì)點。n 結(jié)構(gòu)基元：晶體中的質(zhì)點如原子或原子集團。n 晶體結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)基元+空間點陣即構(gòu)成晶體結(jié)構(gòu)。晶體中質(zhì)點排列具有周期性和對稱性整個晶體可看作由結(jié)點沿三個不同的方向按一定間距重復出現(xiàn)形成的，結(jié)點間的距離稱為該方向上晶體的周期。同一晶體不同方向的周期不一定相同

3、?？梢詮木w中取出一個單元，表示晶體結(jié)構(gòu)的特征。取出的最小晶格單元稱為晶胞。晶胞是從晶體結(jié)構(gòu)中取出來的反映晶體周期性和對稱性的重復單元。3.晶胞與晶胞參數(shù)晶胞晶胞是從晶體結(jié)構(gòu)中取出來的反映晶體周期性和對稱性的最小重復單元。不同晶胞的差別：不同晶體的晶胞，其形狀、大小可能不同；圍繞每個結(jié)點的原子種類、數(shù)量、分布可能不同。選取結(jié)晶學晶胞的原則：1.單元應能充分表示出晶體的周期性、對稱性；2.單元的三條相交棱邊應盡量相等，或相等的數(shù)目盡可能地多；3.單元的三棱邊的夾角要盡可能地構(gòu)成直角；4.單元的體積應盡可能地小。圖1-1空間點陣及晶胞的不同取法晶胞參數(shù)：晶胞的形狀和大小可以用6個參數(shù)來表示，此即晶

4、格特征參數(shù)，簡稱晶胞參數(shù)。它們是3條棱邊的長度a、b、c和3條棱邊的夾角a、b、g，如圖1-2所示。 圖1-2晶胞坐標及晶胞參數(shù)4.晶系與點陣類型晶胞參數(shù)確定之后，晶胞和由它表示的晶格也隨之確定，方法是將該晶胞沿三維方向平行堆積即構(gòu)成晶格?？臻g點陣中所有陣點（結(jié)點）的周圍環(huán)境都是相同的，或者說，所有陣點都具有等同的晶體學位置。布拉菲（Bravais）依據(jù)晶胞參 數(shù)之間關(guān)系的不同，把所有晶體劃歸為7類，即7個晶系，見表1-1。按 照陣點（結(jié)點）在空間排列方式不同，有的只在晶胞的頂點，有的還 占據(jù)上下底面的面心，各面的面心或晶胞的體心等位置，7個晶系共包括14種點陣，稱為布拉菲點陣（Bravais

5、 lattice ）。表1-1布拉菲點陣的結(jié)構(gòu)特征（table1-1the structural feature of Bravais lattice ）晶系晶胞參數(shù)關(guān)系點陣名稱陣點坐標三斜(triclinic)abcabg90o簡單三斜0,0,0單斜(monoclinic)abca=g=90ob簡單單斜底心單斜0,0,00,0,0 1/2,1/2 ,0斜方（正交）(orthorhombic)abca=b=g=90o簡單斜方體心斜方底心斜方面心斜方0,0,00,0,0 1/2,1/2 ,1/20,0,0 1/2,1/2 ,00,0,01/2,1/2,01/2,0,1/2 0,1/2 ,1/2四

6、方（正方）(tetragonal)a=bca=b=g=90o簡單四方體心四方0,0,00,0,0 1/2,1/2,1/2立方(cubic)a=b=ca=b=g=90o簡單立方體心立方面心立方0,0,00,0,0 1/2,1/2 ,1/20,0,01/2,1/2,01/2,0,1/2 0,1/2 ,1/2三方（菱方）(rhombohedral)a=b=ca=b=g90o簡單三方0,0,0六方(hexagonal)a=b=dc (a=bc)a=b=90og=120o簡單六方0,0,0二、晶體結(jié)構(gòu)的定量描述晶面指數(shù)、晶向指數(shù)n 1.晶面、晶向及其表征q 晶面：晶體點陣在任何方向上分解為相互平行的結(jié)點

7、平面稱為晶面，即結(jié)晶多面體上的平面。q 晶向：點陣可在任何方向上分解為相互平行的直線組，位于一條直線上的結(jié)點構(gòu)成一個晶向。n 2.六方晶系的晶面指數(shù)和晶向指數(shù)n 3.晶向與晶面的關(guān)系1. 晶面、晶向及其表征n 晶面：晶體點陣在任何方向上可分解為相互平行的結(jié)點平面，這樣 的結(jié)點平面稱為晶面。q 晶面上的結(jié)點，在空間構(gòu)成一個二維點陣。q 同一取向上的晶面，不僅相互平行、間距相等，而且結(jié)點的分布也相同。不同取向的結(jié)點平面其特征各異。q 任何一個取向的一系列平行晶面，都可以包含晶體中所有的質(zhì)點。n 晶面指數(shù)：結(jié)晶學中經(jīng)常用（hkl）來表示一組平行晶面，稱為晶面指數(shù)。數(shù)字hkl是晶面在三個坐標軸（晶軸）

8、上截距的倒數(shù)的互 質(zhì)整數(shù)比。晶面指數(shù)的確定步驟(圖1-3):1、在空間點陣中建立坐標系，選取任一結(jié)點為坐標原點O， 同時令坐標原點不在待標晶面上，以晶胞的基本矢量為坐 標軸X、Y、Z；2、坐標軸以晶體在該軸上的周期為單位；3、假設晶面在坐標軸上的截距分別為m、n、p；將它們的倒 數(shù)依X、Y、Z軸的順序，化為互質(zhì)整數(shù)比，即1/m：1/n：1/p=h：k：l，然后將數(shù)字hkl寫入圓括號（）內(nèi)，則（hkl）即為這個晶面的晶面指數(shù)。每一個晶面指數(shù)，代表一組平行晶面。cba圖1-3晶面指數(shù)的確定例題：晶面指數(shù)的標注DCABOGEF例題：立方晶系晶面指數(shù)的標注cccbbabaa(100)(110)(111

9、)n 晶面族：晶體結(jié)構(gòu)中原子排列狀況相同但不平行的兩組以上的晶面，構(gòu)成一個晶面族。常存在對稱性高的晶體（如立方晶系）中。c晶面族指數(shù)（符號）：通常用晶面(001)族中某個最簡便的晶面指數(shù)填在大(010)括號內(nèi)，稱為晶面族指數(shù)，用符號hkl表示。Ob(100)an 將hkl中的h、k、l，改變符號和順序，進行任意排列組合，就可構(gòu)成這個晶面族所包括的所有晶面的指數(shù)。- - - - -= (111) + (111) + (111) + (111) + (111) + (111) + (111) + (111)111同一晶面族各平行晶面的面間距相等。n 晶向：點陣可在任何方向上分解為相互平行的直線組，

10、結(jié)點等距離地分布在直線上。位于一條直線上的結(jié)點構(gòu)成一個晶 向。同一直線組中的各直線，其結(jié)點分布完全相同，故其中任何一直線，可作為直線組的代表。不同方向的直線組，其質(zhì)點 分布不盡相同。任一方向上所有平行晶向可包含晶體中所有結(jié)點，任一結(jié)點也可以處于所有晶向上。n 晶向指數(shù)：用uvw來表示。其中u、v、w三個數(shù)字是晶向矢量在參考坐標系X、Y、Z軸上的矢量分量經(jīng)等比例化簡而 得出。晶向指數(shù)的確定步驟（圖1-4）：1、在空間點陣中建立坐標系，選取任一結(jié)點為坐標 原點O，同時令坐標原點在待標晶向OP上，以晶胞的基本矢量為坐標軸X、Y、Z；2、坐標軸以晶體在該軸上的周期為單位；3、把OP的另一結(jié)點P的坐標經(jīng)

11、等比例化簡后按X、Y、Z坐標軸的順序?qū)懺诜嚼ㄌ杻?nèi)，則uvw即為OP的晶向指數(shù)。每一個晶向指數(shù)，代表一組平行晶向。cba圖1-4晶向指數(shù)的確定例題：立方晶系晶向指數(shù)的標注c111001b010100a110n 晶向族：晶體中原子排列周期相同的所有晶向為一個晶向族，用uvw表示。c同一晶向族中不同晶向的指數(shù)，數(shù)字組成相同。001已知一個晶向指數(shù)后，對u、v、w進行排列組合，就可得出此晶向族所有晶向的指數(shù)。010b100an 如111晶向族的8個晶向指數(shù)代表8個不同的晶向；110晶向族的12個晶向指數(shù)代表12個不同的晶向。2.六方晶系的晶面指數(shù)和晶向指數(shù)六方晶系的晶胞如圖1-5所示，是邊長為a，高為

12、c的 六方棱柱體。四軸定向：晶面符號一般寫為（hkil），指數(shù)的排列順序依次與a軸、b軸、d軸、c軸相對應，其中a、b、d三軸間夾角為120o，c軸與它們垂直。晶面指數(shù)和晶面族 指數(shù)分別用（hkil）和hkil表示。其中i=（hk）。晶向指數(shù)和晶向族指數(shù)分別用uvtw和uvtw來表示。其中t=（uv）。c0001 001(0001) (001)d010b100a圖1-5六方晶系的晶面指數(shù)和晶向指數(shù)3.晶向與晶面的關(guān)系在立方晶系中，同指數(shù)的晶面和晶向之間有嚴格的對應關(guān)系，即同指數(shù)的晶向與晶面相互垂直，也就是說hkl晶向是（hkl）晶面的法向。晶面間距與晶面指數(shù)的關(guān)系：晶面間距是現(xiàn)代測試中一個重要