固体的结晶结构
晶体结构笔记-固体物理学
晶体结构一、晶体、准晶体和非晶体材料结构特征与差别（1）晶体结构：整个晶体是一个完整的单一结构，即结晶体内部的微粒在三维空间呈高度有规律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序，且具有各向异性。
（2）准晶体结构：既不同于晶体，也不同于非晶态，原子分布不具有平移对称性，但仍有一定的规则，且呈长程的取向性有序分布，可认为是一种准周期性排列。
一位准晶：原子有二维是周期分布的，一维是准晶周期分布。
一维准晶模型————菲博纳奇（fibonacci）序列。
其序列以L→L+S S →L(L,S分别代表长短两段线段）的规律增长，若以L为起始项，则会发现学列中L可以成双或成单出现，而S 只能成单出现，序列的任意项均为前两项之和，相邻的比值逐渐逼近i，当n →∞时，i=（1+√5）/2。
二维准晶，一种典型的准晶结构是三维空间的彭罗斯拼图(Penrose)。
二维空间的彭罗斯拼图由内，角为36度、144度和72度、108度的两种菱形组成，能够无缝隙无交叠地排满二维平面。
这种拼图没有平移对称性，但是具有长程的有序结构，并且具有晶体所不允许的五次旋转对称性。
三维准晶，原子在三维上的都是准周期分布包括二十面体准晶，立方准晶。
准晶体质点在空间排列为长程取向，没有长程平移周期性。
（3）非晶体结构：非晶体是内部质点在三维空间不成周期性重复排列的固体，具有近程有序，但不具有长程有序。
外形为无规则形状的固体。
非晶体具有各向同性，非晶体无固定的熔点，它的熔化过程中温度随加热不断升高。
二、原胞、基矢的概念，晶面晶向的表示，对称性和点阵基本类型（1）原胞与基矢：能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布之化学-结构特征的平行六面体单元，最小的周期重复单元称作点阵的原胞。
以原胞的边长为点阵基矢构成平移矢量为基矢。
任意格矢为R=m1a1+m2a2+m3a3,定义表明，晶体在不同方向上，晶体的物理性质不同，也表明点阵是无限大的。
地幔的物质状态
地幔的物质状态
地幔是地球内部的一层结构，位于地壳与地核之间。
地幔主要由固态物质组成，但它的物质状态并不是完全固态，而是介于固态和液态之间的特殊状态。
地幔的物质主要由硅、镁、铁、氧等元素组成。
在地幔的上部，温度和压力较低，物质呈现固态结构，形成了固态的矿物晶体，如橄榄石和辉石等。
这些矿物晶体具有规则的晶格结构，原子排列有序。
然而，随着深度的增加，地幔的温度和压力逐渐增大，这种固态结构逐渐变得不稳定。
在地幔的下部，温度和压力达到了足够高的水平，使得地幔物质发生部分熔融，形成了一种特殊状态，称为部分熔融固体或地幔岩浆。
这种物质既具有固态的特征，如固体的结晶结构，又具有液态的特征，如流动性和变形性。
地幔岩浆的熔融程度取决于地幔的温度和压力条件，以及物质的组成。
地幔岩浆的存在对地球的地质活动和板块构造起着重要作用。
当地幔岩浆上升到地壳表面时，形成了火山和火山岩。
此外，地幔岩浆还可以通过地壳与地幔之间的构造断裂带上升，形成地震和地震活动。
总之，地幔的物质状态是介于固态和液态之间的特殊状态，既有固体的结晶结构，又有液体的流动性和变形性。
这种状态的存在对地球的地质活动和岩石循环起着重要作用。
结晶的原理
结晶的原理
1 晶体构造
晶体是由一定的晶胞相互重复构造而成的固体物质，晶胞是由一
定的原子组成的最小的晶体单元，每一个晶胞的原子排列秩序是一样的，随着晶胞之间的排列，产生了恒定的外形，生成出特定的物质——晶体。
2 晶体结晶原理
单质分子是以非晶状态存在的，晶体结晶的原理就是当单质中的
分子分布状态发生变化时，逐渐形成极性分子结构，分子按外形、构
型等构造出一定的晶格的原理。
晶体的形成又受到核壳引力等力学原
理的作用，单质分子在外界力的影响下，它们依次排列组合，逐步堆
积起来形成晶体。
3 晶体结晶过程
晶体结晶的过程受控于体系中最低能量构型。
当晶体成熟，其能
量非常低，它会把每个晶胞周围的原子组合，形成最适宜的空间结构，使能量降到最低。
这个过程有可能是通过热力学原理，原子在能量和
力学影响下，进行自由移动来实现的。
4 结论
晶体结晶的原理主要就是单质的分子由无序的非晶状态发生变化，经过力学和能量的结合作用，形成恒定的晶格结构，构成特定的晶体。
晶体结晶是一个条件依赖性的动态过程，而核壳原理和热力学原理又是其能量变换的重要原理。
晶体的类型和结构
30 26
4．2003年3月，学国家发现首例带 2003年 下呈现超导性。 结晶水的晶体在 5K 下呈现超导性。报 报道， 报道，该晶体中含有最简式为 CoO2 的 层状结构，结构如右图（小球表示Co Co原 层状结构，结构如右图（小球表示Co原 大球表示O原子）。 ）。下列用粗线画 子，大球表示O原子）。下列用粗线画 出的CoO 层状结构的晶胞（ 出的CoO2层状结构的晶胞（晶胞是在 晶体中具有代表性的最小重复单元） 晶体中具有代表性的最小重复单元）示 D 意图不符合化学式的是
30
一个氯化钠晶胞中 有多少个钠离子？ 有多少个钠离子？ Na+=（12/4+1） （ ） =4个 个
30
19
NaCl晶体结构示意图： NaCl晶体结构示意图： 晶体结构示意图 （4）每 个晶胞含 钠离子、 钠离子、 氯离子的 个数？ 个数？
1 氯离子： 氯离子： × 8 + 1 × 6 = 4
30
Cl-
Na+
Na
Cl+
12
1、NaCl晶体结构示意图： NaCl晶体结构示意图 晶体结构示意图：
晶胞是在晶体中具有代表性的最小重复单元 晶胞是在晶体中具有代表性的最小重复单元 是在晶体中具有代表性 （1）钠 离子和氯 离子在晶 胞中的位 置：
Cl-
Na+
钠离子：体心和棱中点；氯离子：面心和顶点， 钠离子：体心和棱中点；氯离子：面心和顶点， 30 13 或者反之。 或者反之。
1、NaCl晶体结构示意图： NaCl晶体结构示意图 晶体结构示意图：
（3）、在氯 ）、在氯 化钠晶体中， 化钠晶体中， 每个Na 每个Na+周围 与之最接近且 距离相等的Cl 距离相等的Cl共有6 共有6个；这6 个Cl-在空间构 成的几何构型 成的几何构型 为 正八面体 。
结晶现象的原理与发生步骤
3、结晶的步骤
4盐析法 在溶液中,添加另一种物质使原溶质的溶解度降低,形成过饱和溶液 而析出结晶.加入的物质可以是能与原溶媒互溶的另一种溶媒或另一种 溶质. 5抗溶剂法 通过加入能降低溶解度的抗溶剂,如碳酸钠的抗溶剂结晶,在此结晶 体系中,乙二醇、一缩二乙二醇或者1,2-丙二醇等可加入其水溶液中,以 降低溶解度,产生过饱和度.
结晶现象的原理与方法
目录
1 结晶与晶体 2 结晶的基本原理 3 结晶的步骤 4 结晶过程影响因素分析
1、结晶与晶体
1、结晶与晶体
结晶是指固体物质以晶体状态从溶液、蒸汽或熔融物中析出的过程. 晶体是指内部结构中质点元素〔原子、离子、分子作三维有序规则排 列排列的固态物质. 晶体可分为三大晶族,七大晶系如下： 高级晶族：立方晶系<等轴晶系 中级晶族：三方晶系、四方晶系、六方晶系 低级晶族：正交晶系<斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系.
2、结晶的基本原理
介稳区
不稳区 过渡区 亚稳区
稳定区
1—饱和曲线；2—第一过饱和曲线； 3—第二过饱和曲线
A稳定区：即不饱和区.其浓度≦ 平衡浓度,在这里不可能发生结晶.
B亚稳区：即第一过饱和区.在此 区域内不会自发成核,当加入晶种时,结 晶会生长,但不会产生新晶核.
C过渡区：即第二过饱和区.在此 区域内也不会自发成核,但加入晶种后, 在结晶生长的同时会有新晶核产生.
4、结晶过程影响因素分析
〔4冷却〔蒸发速度的影响 在实际生产中,通过真空绝热蒸发冷却是使溶液产生过饱和度的重要手 段之一.冷却速度快,过饱和度增大就快,容易超越介稳区极限,到达不稳 定区时将析出大量晶核,影响结晶粒度.因些,结晶操作过程的冷却速度 不宜太快. 〔5杂质的影响 物料中杂质的存在对晶体的生长有很大的影响,应该尽量去除杂质,以提 高产品质量.
结晶的基本过程
结晶的基本过程结晶是固体物质从液态或气态中，通过逐渐有序排列的方式形成晶体的过程。
它是一种重要的物理化学现象，在生活和工业中都有广泛应用。
结晶的基本过程可分为三个阶段：核化、生长和成长。
一、核化核化是结晶的第一个阶段，也是最基本的阶段。
在核化阶段，物质从液态或气态转变为固态，形成一个微小晶核。
这个微小晶核是固体晶体生长的基础，是晶体结构中最小的单位。
核化的过程可以通过两种方式实现。
一种是均匀核化，即晶核在溶液或气态中均匀分布，形成均匀的结晶。
另一种是非均匀核化，即晶核在溶液或气态中不均匀分布，形成不规则的结晶体。
二、生长生长是结晶的第二个阶段，是晶体从微小晶核逐渐扩大形成完整晶体的过程。
在生长阶段，物质从溶液或气态中吸收养分，使晶体逐渐扩大。
生长的过程是一个动态平衡的过程，需要考虑到晶体生长速率、晶体表面能等多个因素。
如果生长速率大于溶液中物质的浓度，晶体就会继续生长。
如果生长速率小于溶液中物质的浓度，晶体就会停止生长。
三、成长成长是结晶的最后一个阶段，也是晶体完全形成的阶段。
在成长阶段，晶体的大小和形状会因晶体表面的形态和生长环境的变化而发生变化。
同时，在成长阶段还会发生一些化学反应，使晶体表面的化学成分发生改变。
成长的过程是一个迭代的过程，需要经过多次生长过程，才能使晶体完全形成。
在成长过程中，晶体的形状、大小和结构都是可以控制的，因此可以用来制造各种形状和大小的晶体。
结晶是一种重要的物理化学现象，它包含了核化、生长和成长三个基本阶段。
通过对结晶的研究，可以深入了解物质的物理化学性质，同时也可以应用于生产和科学研究中。
碳酸钙的结构式
碳酸钙的结构式
碳酸钙是一种常见的无机化合物，化学式为CaCO3。
它是一种白色固体，具有独特的结晶结构。
碳酸钙的结构由一个钙离子（Ca2+）和一个碳酸根离子（CO32-）组成。
钙离子位于结构的中心，被周围的三个碳酸根离子所包围。
这些碳酸根离子通过共享氧原子与钙离子形成离子键，使整个结构稳定而坚固。
碳酸钙的结晶结构可以用二维平面上的六边形网格来描述。
钙离子位于六边形网格的中心，而碳酸根离子则位于六边形网格的顶点。
这种结构使得碳酸钙具有较高的硬度和抗压性能，使其成为建筑材料和制造工业产品的重要原料。
除了固体结构外，碳酸钙在溶液中也存在。
在水中，碳酸钙会与水分子发生反应，生成碳酸和氢氧根离子。
这种反应可以导致水中的碳酸钙溶解，形成水溶液中的离子态。
碳酸钙在自然界中广泛存在。
它是大理石、石灰岩和珊瑚等岩石的主要组成部分。
当这些岩石受到地质变化或化学作用的影响时，碳酸钙会释放出来，进一步形成新的岩石或沉积物。
除了在地壳中存在，碳酸钙还在生物体中起着重要的作用。
许多生物，如贝壳、螃蟹和鱼类，都使用碳酸钙来构建坚硬的外壳或骨骼。
这些生物通过吸收水中的钙离子和碳酸根离子，将它们转化为固态
的碳酸钙。
碳酸钙是一种重要的无机化合物，具有独特的结晶结构。
它在自然界中广泛存在，并在生物体中发挥着重要的作用。
了解碳酸钙的结构和性质，有助于我们更好地理解地质和生物学过程，并为工业生产和科学研究提供了基础。
晶体结晶的基本过程
晶体结晶的基本过程
晶体结晶是物质从溶液、熔融状态或气体中由有序排列的原子、分子或离子形成的固体结构的过程。
以下是晶体结晶的基本过程：溶解或融化：结晶的起点通常是物质的溶液或熔融状态。
在溶液中，物质的分子或离子与溶剂分子相互作用，形成溶解态。
在熔融状态下，物质的分子或离子在高温下保持自由运动。
饱和：当溶液中溶质的浓度达到一定限度时，称为饱和状态。
在这个状态下，溶液无法再溶解更多的溶质，产生了一个饱和溶液。
过饱和或过冷：在某些情况下，可以通过提高溶液的浓度或降低温度来产生过饱和状态或过冷状态。
这种状态下，实际上存在比正常饱和溶液更多的溶质。
核心形成：在过饱和或过冷状态下，物质开始形成微小的结晶核心。
这些核心是由一小部分溶质聚集而成。
结晶生长：一旦形成核心，结晶就会继续在溶液中生长。
溶质从溶液中沉积到结晶核心上，逐渐形成完整的晶体结构。
晶体形态：结晶的形态取决于物质的种类、结晶条件和结晶速率等因素。
晶体可以呈现出各种各样的形状，包括立方体、六方柱、菱形等。
结晶结束：当溶液中的溶质耗尽或其他条件发生变化时，结晶过程结束。
此时，形成的晶体可以从溶液中或熔融物质中分离出来。
这是一个基本的晶体结晶过程的概述。
在具体情况下，结晶的过程可能受到多种因素的影响，包括温度、压力、溶剂选择等。
结晶现象的原理与发生步骤
1 2
结晶与晶体 结晶的基本原理 结晶的步骤 结晶过程影响因素分析
3
4
1、结晶与晶体
1、结晶与晶体
结晶是指固体物质以晶体状态从溶液、蒸汽或熔融物中析出的过程。 晶体是指内部结构中质点元素（原子、离子、分子）作三维有序规则
排列排列的固态物质。
晶体可分为三大晶族，七大晶系如下： 高级晶族：立方晶系(等轴晶系）
处于平衡的溶液称为该固体的饱和溶液。
溶液浓度恰好等于溶质的溶解度，即达到液固相平衡状态时的浓 度曲线，称为饱和曲线；
溶液过饱和而欲自发的产生晶核的极限浓度曲线称为过饱和曲线
。饱和曲线与过饱和曲线之间的区域为结晶的介稳区。
2、结晶的基本原理
A稳定区：即不饱和区。其浓度
不稳区 过渡区 介稳区
≦平衡浓度，在这里不可能发生结晶
3、结晶的步骤
3、结晶的步骤
结晶是从均一的溶液中析出固相晶体的一个操作，常包括为三个 步骤：过饱和溶液的形成、晶核的生成和晶体的成长。 a-晶核的生成 b-诱导期 c-结晶成长 d-结晶老化 e-平衡的饱和溶液
3、结晶的步骤
（1）过饱和溶液的形成 结晶的首要条件是过饱和，制备过饱和溶液的方法一般有五种：
4、结晶过程影响因素分析
4、结晶过程影响因素分析
根据结晶原理，结晶操作的影响因素主要考虑晶核形成速率和晶 体成长速率的影响因素，包括过饱和度、温度、搅拌强度、冷却速度
、杂质以及晶种等方面。
（1）过饱和度的影响 晶核生成速率和晶体成长速率均随过饱和度的增加而增大。在不
稳区，溶液会产生大量晶核，不利于晶体成长。
化学反应法
冷却法
盐析法 蒸发法
抗溶剂法
3、结晶的步骤
第二章晶体结构与结晶
工程材料及机械制造基础
3）晶面族与晶向族 (hkl)与[uvw]分别表示的是一组平行的晶向和晶面。 与 分别表示的是一组平行的晶向和晶面。 分别表示的是一组平行的晶向和晶面 那些指数虽然不同， 那些指数虽然不同， 但原子排列完全相同 的晶向和晶面称作晶 的晶向和晶面称作晶 向族或晶面族。 向族或晶面族。分别 表示。 用{hkl}和<uvw>表示。 和 表示
工程材料及机械制造基础
晶态
非晶态
金属的结构
Si2O的结构 的结构
工程材料及机械制造基础
3.金属的晶体结构 3.金属的晶体结构 晶体结构描述了晶体中原子（离子、分子） 晶体结构描述了晶体中原子（离子、分子）的排列方 式。 理想晶体——实际晶体的理想化 1）理想晶体 实际晶体的理想化 三维空间无限延续，无边界 三维空间无限延续， 三维空间无限延续 严格按周期性规划排列，是完整的、无缺陷。 严格按周期性规划排列， 严格按周期性规划排列 是完整的、无缺陷。 原子在其平衡位置静止不动 2）理想晶体的晶体学抽象 空间规则排列的原子→刚球模型→晶格（ 空间规则排列的原子→刚球模型→晶格（刚球抽象为 晶格结点，构成空间格架） 晶胞（ 晶格结点，构成空间格架）→晶胞（具有周期性最小 组成单元） 组成单元）
工程材料及机械制造基础
第二章 晶体结构与结晶 内容: 金属的晶体结构 合金的晶体结构 实际金属的晶体结构 目的: 掌握晶体结构及其对材料的物理化学 性能、力学性能及工艺性能的影响， 性能、力学性能及工艺性能的影响，为 后续课程的学习做好理论知识的准备
工程材料及机械制造基础
第一节 金属的晶体结构 1.晶体与非晶体 晶体与非晶体 晶体
工程材料及机械制造基础
例一、已知某过原点晶向上一点的坐标为 ， ， 例一、已知某过原点晶向上一点的坐标为1，1.5， 2，求该直线的晶向指数。 ，求该直线的晶向指数。 将三坐标值化为最小整数加方括弧得[234]。 。 将三坐标值化为最小整数加方括弧得 例二、已知晶向指数为 例二、已知晶向指数为[110]，画出该晶向。 ，画出该晶向。 找出1， ， 坐标点 坐标点， 找பைடு நூலகம் ，1，0坐标点，连接原点与该点的直 线即所求晶向。 线即所求晶向。
固体物理晶体结合
固体物理晶体结合晶体是具有高度有序结构的固体，其原子或分子排列有规律的空间网络。
固体物理研究的对象之一就是晶体结构及其性质。
晶体的结构决定了其物理性质，因此研究晶体结构对于理解材料的性能至关重要。
晶体的基本结构在固体物理学中，晶体被定义为原子或分子以有规则排列组成的空间网络。
最简单的晶体结构是立方晶体，其中原子在空间中排列成立方体网格。
除了立方晶体，还有多种晶体结构，如六方晶体、正交晶体等。
每种晶体结构都具有特定的对称性和周期性。
晶体的结合方式晶体的结合方式决定了其性质。
晶体中的原子或分子通过共价键、离子键、金属键等方式结合在一起。
其中，离子晶体是由正负离子构成的，它们之间通过静电力相互作用，形成离子键。
共价晶体是由原子通过共享电子而形成的，其中共价键是强有力的化学键。
金属晶体则是由金属原子通过金属键相互结合形成的，金属键是一种电子云的共享。
晶体的性质晶体的结合方式直接影响其性质。
离子晶体通常具有高熔点、硬度大、脆性等性质，共价晶体则更加稳定，具有较高的硬度和导电性。
金属晶体具有良好的导电性和可塑性。
此外，晶体还会表现出光学性质，如双折射、偏振等现象。
应用与展望固体物理中对晶体结合的研究不仅有助于理解材料的性质，还可以为材料设计和应用提供重要依据。
随着科学技术的不断发展，人们对晶体结构和性质的认识也在深化，预计在材料科学、电子学等领域会有更多的应用发展。
通过对固体物理中晶体结合的了解，可以看出晶体结构与材料性能之间的密切关系。
进一步的研究和应用将有助于开发出更多优异的材料，推动材料科学领域的发展，促进科学技术的进步和创新。
固体物理二章知识点总结
固体物理二章知识点总结固体物理第二章是关于晶体结构的内容，围绕着晶体的结晶结构、晶体点阵和基本晶胞的概念来展开讨论。
晶体是由周期性排列的原子或分子组成的，具有高度有序的结构，其结晶结构决定了晶体的性质和行为。
在这一章中，我们将从晶体的基本概念出发，逐步展开对晶体结构的探讨。
晶体的结晶结构是指晶体中原子或分子的排列方式和规律。
晶体的结晶结构包括晶体点阵和晶体的基本晶胞。
晶体点阵描述了晶体原子或分子的周期性排列方式，而晶体的基本晶胞则是由最小的重复单元构成，可以描述晶体的整体结构。
在这一部分，我们将介绍常见的晶体点阵和基本晶胞的类型以及它们之间的关系。
晶体点阵包括简单立方晶体、体心立方晶体和面心立方晶体等多种类型。
这些不同类型的晶体点阵具有不同的原子或分子排列方式和周期性，从而导致了晶体具有不同的性质和行为。
而晶体的基本晶胞则由部分晶胞和全部晶胞构成，它们决定了晶体的整体结构和周期性。
在这一章中，我们将深入探讨不同类型的晶体点阵和基本晶胞的性质和特点，并对它们进行详细的介绍和比较。
此外，我们还将介绍晶体缺陷和晶体生长的原理。
晶体缺陷是指晶体中存在的一些不规则排列的原子或分子，这些缺陷对晶体的性质和行为有着重要的影响。
晶体生长则是指晶体通过物质的沉积和积累形成有序结构的过程，它是晶体的产生和发展的基本原理。
在这一章中，我们将对晶体缺陷和晶体生长的机制和规律进行详细的阐述和分析。
总的来说，固体物理第二章是关于晶体结构的内容，围绕着晶体的结晶结构、晶体点阵和基本晶胞的概念展开讨论，同时还包括晶体缺陷和晶体生长的原理。
这些知识点对于理解固体物质的结构和性质，以及相关材料的性能和应用有着重要的意义。
在今后的学习和研究中，我们需要深入掌握这些知识点，并不断拓展和深化自己的理解，以便更好地应用和发展固体物理的相关理论和方法。
固体物理学：晶体结构
l1 、l2 、l3 为一组整数。
➢ 布拉菲点阵的数学定义
R1,0,2 a1 2a3
确定原点和基矢后，晶格中任一格点都可以用矢量： Rn n1a1 n2a2 n3a3
(n1, n2 , n3, 0,1,2,3,)
a3
a2
a (0,0,0) 1
表示。由于格点周期性排列，从任一格点
Na+ Cl-
Na+周期性排列和Cl-周期性排列 正离子和负离子构成
等同点：正离子或负离子
氯化钠晶体结构
2. 晶格平移矢量
基矢：为了描述点阵而引入
在布拉菲点阵中，人为选取的与晶格维数同 样多的一组矢量，使得晶格中任意两个格点 间的位移矢量（即格矢量）可以表达为该矢
第一章 晶体结构
为什么要研究结构
结构决定了相互作用，相互作用又决 定了运动，不同的运动形式具有不同 的性质，也就是结构决定了性质
§1.1 原子的周期性阵列
1、基元（basis）和点阵（lattice）
晶体结构的最显著特点是周期性。理想情况下，晶体可以 看成是由一“基本结构单元”——基元，在空间无限重复排列 构成的，这种性质称为晶体结构的周期性。〔没有边界，所以 所有的基元都是等同的，如果有边界就不同了。理想晶体与实 际晶体的区别〕
2、原胞体积：
v a1 (a2 a3 ) （矢量的混合积）
3、不同原胞中对应点物理性质 V (r)相同，称为平移对称性，用晶格平移矢量表示为：
V (r Rn ) V (r)
4、原胞的选择是多样的，但体积相同。
a2 1
a1
a2
2
a1
a2 3
a1
基元与原胞的区别
概念不同 基元是具体的原子或原子团，是具体的
固体物质的分类
固体物质的分类固体物质的分类是根据其化学组成、结构和性质的不同而划分的。
本文将生动地介绍固体物质的主要分类，并简要讨论它们的特点和应用。
首先，我们来谈谈晶体。
晶体是固体物质中最常见的一种。
它们具有有序的、规则的、重复的结晶格状结构。
晶体可以通过矿物、盐、金属等不同物质组成。
晶体具有明确的熔点和熔化热，同时还具备特定的光学性质。
由于其规律的结构，晶体可以具有良好的机械性能，因此被广泛应用于电子、光学、材料科学等领域。
其次，非晶体也是一类重要的固体物质。
非晶体具有无规则的、无序的结构。
常见的非晶体包括玻璃和塑料。
与晶体不同，非晶体没有明确的熔点，而是呈现出漫变的熔化过程。
非晶体具有良好的电绝缘性和光学透明性。
由于其无序的结构，非晶体常常具有较高的可变性和可塑性，因此被广泛应用于包装、建筑、电子设备等各个领域。
此外，还有多孔材料。
多孔材料具有高度发达的孔隙结构，其内部包含许多微小的孔洞。
多孔材料可以分为有机多孔材料和无机多孔材料两类。
有机多孔材料如活性炭和沥青炭，常用于催化剂的制备和废水处理。
无机多孔材料如沸石和硅酸盐，主要用于吸附、分离和储存气体。
此外，还有聚合物。
聚合物是由长链状分子组成的高分子化合物。
聚合物可以分为天然聚合物和人工合成聚合物。
天然聚合物如纤维素和蛋白质广泛存在于生物体中，具有良好的可再生性。
人工合成聚合物如聚乙烯和聚丙烯具有优异的机械性能和化学稳定性，被广泛用于塑料制品、纺织品和电缆等。
最后，我们来谈谈金属。
金属是一类特殊的固体物质，其具有良好的导电性和导热性。
金属通常具有高硬度、强度和可塑性，可以通过冶金工艺制成各种形状。
金属广泛应用于建筑、交通工具、电子设备和家居用品等领域。
综上所述，固体物质可以根据其化学组成、结构和性质的不同进行分类。
晶体具有有序的结构和良好的机械性能，非晶体具有无序的结构和较高的可变性，多孔材料具有高度发达的孔隙结构和吸附性能，聚合物具有长链状结构和广泛应用于塑料制品和纺织品等领域，金属具有良好的导电性和导热性。
晶型和生成焓的关系
晶型和生成焓的关系引言在固体材料的研究中，晶型和生成焓是两个相互关联的重要概念。
晶型是指固体的结晶形态，而生成焓是在固体形成过程中释放或吸收的能量。
晶型和生成焓之间的关系对于材料科学的理解和应用具有重要意义。
本文将深入探讨晶型和生成焓之间的关系，并讨论其在材料研究和应用中的影响。
晶型的定义和分类晶型是指固体在结晶过程中所形成的晶体结构的形态。
晶体是由一定数量的原子、离子或分子有序排列而成的，其排列方式决定了晶体的晶型。
根据晶体的对称性和基本元胞结构，可以将晶型分为几个常见的分类，如立方晶系、六方晶系、四方晶系等。
不同的晶型具有不同的结构特征和物理性质。
晶型的形成和稳定性与结晶过程中的生成焓息息相关。
生成焓的定义和计算方法生成焓是指在固体结晶过程中，单位物质的形成所释放或吸收的能量。
生成焓的正负值表示物质的形成是放热还是吸热过程。
生成焓的计算方法取决于研究的具体对象和方法，通常可以通过实验测量、计算模拟或理论推导等方式得到。
生成焓与晶体的结构有密切关系。
不同的晶型在形成过程中释放或吸收的能量不同，这对于理解晶型形成的机制和晶体稳定性具有重要意义。
晶型和生成焓的关系晶型和生成焓之间存在着紧密的关联。
晶型的形成过程中，原子、离子或分子的排列方式决定了固体的晶体结构，进而决定了生成焓的大小和正负。
不同的晶型具有不同的密排方式和结构特征，其生成焓也会有所不同。
一般来说，生成焓和晶体结构之间存在正相关关系。
这是因为晶体结构的稳定性主要由成键和排列方式决定，成键方式和键的能量直接影响了生成焓的大小。
在同一材料的不同晶型中，通常具有较稳定的晶体结构的晶型会有较低的生成焓。
然而，也存在一些特殊情况，使得晶型和生成焓之间的关系更为复杂。
例如，在温度和压力变化的情况下，晶型可能发生相变，进而导致生成焓的变化。
此外，不同的材料体系中，可能存在溶解度、活性和互作用力等因素的差异，都会对晶型和生成焓的关系产生影响。
晶型和生成焓的影响晶型和生成焓的关系对于材料科学的研究和应用有着重要影响。
材料的密实度
材料的密实度
材料的密实度是指材料内部分子或原子之间的紧密程度。
密实度高的材料具有
较高的质量和强度，能够承受更大的压力和负荷。
密实度的大小直接影响着材料的性能和用途，因此密实度是材料科学中一个非常重要的参数。
首先，密实度与材料的结晶结构有着密切的关系。
在固体材料中，结晶结构是
指材料中原子或分子的排列方式。
当原子或分子之间的排列有序、紧密时，材料的密实度就会比较高。
例如，金属材料通常具有良好的结晶结构，因此密实度较高，具有良好的导电性和导热性。
其次，密实度还与材料的制备工艺和加工方式有关。
在材料的制备和加工过程中，如果能够采用合理的工艺和加工方式，可以使材料内部的原子或分子排列更加紧密，从而提高材料的密实度。
例如，通过热处理、压缩等工艺手段，可以使金属材料的密实度得到提高，从而改善材料的性能。
此外，材料的密实度还与材料的组成成分有关。
不同的材料由不同的元素组成，其原子或分子之间的相互作用也会有所不同，因此密实度也会有所差异。
例如，金属材料通常由金属元素组成，其原子之间的结合力比较强，因此具有较高的密实度。
而非金属材料则通常由非金属元素组成，其原子之间的结合力较弱，密实度相对较低。
综上所述，材料的密实度是一个影响材料性能和用途的重要参数。
密实度高的
材料通常具有较好的质量和强度，能够承受更大的压力和负荷，因此在工程领域中具有广泛的应用前景。
因此，研究和控制材料的密实度，对于提高材料的性能和开发新型材料具有重要意义。
硼砂的结构式是怎样的
硼砂的结构式是怎样的硼砂，也叫硼石，是一种无机化合物，化学式为Na2B4O7·10H2O。
它是一种白色固体结晶体，有着特殊的结构式。
硼砂的结构式呈现出一种层状结构，由硼酸根离子（[B4O5(OH)4]2-）和钠离子（Na+）组成。
硼酸根离子中心的硼原子与四个氧原子和两个羟基连接在一起，形成了一个平面的四面体结构。
这个四面体结构在硼砂晶体中通过氢键与其他硼酸根离子相连接，形成了层状结构。
硼砂的层状结构还包含水分子，它们位于硼酸根离子之间的空隙中。
每一个硼酸根离子周围都有十个水分子与其相连，这些水分子在硼砂的晶格中起到了稳定结构的作用。
硼砂晶体中的水分子可以被加热蒸发，使得硼砂变得干燥，但在潮湿的环境中又可以吸收水分而回复到原来的结构。
硼砂的层状结构对其物理性质和化学性质有着重要影响。
首先，由于层状结构的存在，硼砂具有较好的分层性质。
这意味着硼砂晶体可以在特定条件下通过机械力或化学方法被剥离成单层或多层的薄片。
这种特性使得硼砂在纳米科技领域具有潜在的应用，可以用来制备纳米材料或构筑高效的纳米结构。
其次，硼砂的层状结构也影响了其溶解性和化学反应性。
由于硼酸根离子之间的氢键作用，硼砂晶体中的硼酸根离子不易被水分解。
这使得硼砂能够在一定的条件下稳定存在，并且能够在水中溶解。
此外，硼砂还可以通过与其他化合物发生反应，形成一些新的化合物。
例如，硼砂与强酸反应可以生成硼酸，与碱反应可以生成硼酸盐。
最后，硼砂的层状结构还赋予其一些特殊的物理性质。
由于层状结构中硼酸根离子的特殊排列方式，硼砂具有较好的光学性质和热学性质。
它可以通过吸收和发射特定波长的光线而产生荧光效应，并且在加热过程中可以释放出水分而出现爆裂现象。
总之，硼砂的结构式呈现出一种层状结构，由硼酸根离子和钠离子组成。
这种特殊的结构使得硼砂具有许多独特的物理性质和化学性质。
了解硼砂的结构式有助于我们更好地理解和应用这一无机化合物。
水晶生长概念
水晶生长概念水晶是一种矿物质形成的固体结晶体，由重复排列的原子、离子或者分子组成，具有有序的晶体结构和特定的物理化学性质。
水晶生长是指水晶从溶液或熔融状态中以有序的方式沉积、生长形成晶体的过程。
水晶生长的过程是一个相变过程，包括饱和、过饱和和沉积三个阶段。
在饱和阶段，水溶液中所溶解的物质达到了最大限度，形成了稳定的饱和溶液。
当环境变化或外界刺激引起水溶液中物质浓度变化时，就会进入过饱和阶段。
过饱和的溶液中存在着过剩的溶质，这些过剩物质会聚集起来形成极小的微团，在其中发生一系列的聚集和再结晶反应，从而形成晶体。
在沉积阶段，水溶液中的溶质以某种形式聚集在晶体表面上，逐渐沉积出一个个新的晶体。
水晶生长通常遵循几个基本原则。
首先，生长面是水晶晶体生长的基础，它决定了晶体的形状和结构。
生长面的选择与晶格结构有关，通常是具有最小结合能的面。
其次，溶液中的过饱和度是影响晶体生长的重要因素之一。
过饱和度越高，晶体生长得越快。
溶液中物质的浓度越高，过饱和度越高。
此外，温度对晶体生长也具有重要影响，一般而言，温度越高，晶体生长越快。
在水晶生长过程中，存在着一种叫做晶体成核的现象。
晶体成核是指过饱和度增加到一定程度时，在溶液中形成起始晶核的过程。
晶体成核是水晶生长的关键步骤，它决定了晶体生长速率和晶体质量。
晶体成核的形成过程包括三个步骤：成核形成、成核生长和成核发展。
成核形成是指溶液中起始晶核的形成；成核生长是指这些起始晶核通过结晶生长发展为有序的晶体；成核发展是指晶体在成核生长过程中的有序排列和重新分布。
水晶生长的形态可以通过一系列的外界因素进行调控。
例如，晶体所处的溶液温度、压力、pH值等都可以影响晶体生长速率和形态。
此外，不同的添加剂也可以在水晶生长过程中起到控制和调节作用。
添加适量的添加剂可以改变水晶的形态、尺寸、晶面发展等，从而得到不同形态的水晶产品。
总之，水晶生长是水溶液或熔融状态中物质有序沉积、生长为晶体的过程。
化学优质课公开课课件晶体结构
晶体：是质点（分子、离子、原子）在空间有规 则的排列，是具有规则的多面体固体物质。
结晶晶格：以确定位置的点在空间作有规则的 排列所得到的具有一定几何外形的物质，称为 结晶晶格。每个质点在晶格中所占的位置称为 晶体的点阵点。
问题1：为什么晶胞是指大立方体，而不 是小立方体呢？
晶胞特性之-----------晶胞均等性
的金属钠是体心晶胞，而氯化铯则不是体心晶胞而是素晶胞。 考察某晶胞是否面心晶胞最简单的方法是：晶胞内所有原子可作在其［原子
坐标+（ ½ ，½ ，0） （0 ，½ ，½） （ ½ ，0 ，½）］的平移而得到
周围环境完全相同的原子。如金刚石是面心晶胞而干冰是素晶胞，因为干冰 晶胞中处于面心位置的二氧化碳分子与处于顶角位置的二氧化碳分子的取向 互不相同，框架移动后得到的新晶胞中原子的位置不同于原晶胞中原子的位 置了。底心晶胞在中学课本中未涉及，不再赘述。
8
2
即晶体中每个小正方体中平均含有 1 个
2
NiO.其质量为:
74.7g × 1
8
6.02×1023 2
而此小正方体体积为(a×10-8㎝)3
74.7g 6.02×1023
×
1 2
(a×10-8㎝)3
=
62. 0 a3
，故NiO晶体密度为： g. ㎝-3
3
4
8
7
1
2
5
6
(2)天然的和绝大多数人工制备的晶体都存在着各种缺陷，例 如在某种NiO晶体中就存在着缺陷：一个Ni2+被两个Ni3+所取 代，其结果是晶体仍呈电中性，但化合物中Ni 和O的比值发生 了变化，某种氧化镍样品组成为Ni0.97O，试计算该晶体中Ni3+ 与Ni2+的离子个数之比。
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柴可拉斯基法 (Czochralski) ：由一小塊晶種 (seed) 的 單晶材料與相同材料的液體表面接觸再將此晶種自 溶質表面慢慢拉出固液介面會致上而下產生固化作 用，使用此種製程所成長的稱為矽晶鑄 (ingot)或晶 棒(boule)。
1.6.2 磊晶成長
磊晶成長(epitaxial growth)：指在一塊基板表面上成 長一層薄的單晶材料的製程，單晶基板可作為磊晶 過程中的晶種，製程在低於晶體溶點下進行。 同質磊晶：將磊晶層成長在相同材料基板上。 異質磊晶：二層磊晶層材料不同，但需要二種材料 晶格結構非常類似才可以長出品質良好的磊晶薄 層。
1.5.2 固體中的雜質
在結晶晶格中可能會出現外來原子或稱為雜質原子 (impurity atoms)。 替代性雜質(substitutional impurities)：雜質原子可能 是位於正常的晶格位置。 晶隙性雜質 (interstitial impurities) ：雜質原子可能是 位於正常的位置之間。
1.5 固體中的缺陷和雜質
缺陷的存在會傾向使得材料的電性因而改變，在某 些情況下，電性參數甚至可能會是由這些缺陷或雜 質所主控的。
1.5.1 固體中的缺陷
熱振動：原子受熱晶格產生振動影響元件的特性。 點缺陷： (1)空穴缺陷：一個晶格格位上缺失了一個粒子。 (2)晶隙缺陷：晶體本身的游離或雜質離子(或原子)也 可能佔據晶格間的一個位置。 (3) 佛朗克缺陷 (Frenkel defect) ：當空穴與插入物缺陷 接近時會產生交互作用。 線缺陷： 線差排缺陷：如整排原子由正常晶格中消失。
第1章 固體的結晶結構
目錄
1.1 半導體材料 1.2 固體形式 1.3 空間晶格 1.4 原子鍵結 1.5 固體中缺陷與雜質 1.6 半導體材料的成長
1.1 半導體材料
半導體 (semiconductor) ：電導率介於導體及絕緣體 之間的材料，半導體材料可以約略分為元素半導體 (元素週期表中第四族元素)與化合物半導體(元素週 期表中第三五族元素所構成)二大類。
基本胞(PRIMITIVE CELL)
基本包為最小單元胞，可以重複排列以形成晶格。 選用單元胞比基本胞來的更方便，例如某一晶格可 以選用邊互相垂直的單元胞，但是其基本胞卻會有 互不垂直的邊。
1.3.2 基本晶體結構
三種基本晶體結構：簡單立方 (SC) 、體心立方 (BC C)、面心立方(FCC)。
1.2 固體形式
非晶(amorphous)、多晶(polycrystaline)及單晶(single c rystal) 為固體的三種普遍形式，每一種形式可由材 料中具有規律性區域的尺寸大小來界定。
晶粒(grain)
晶界(grain boundary)
1.3 空間晶格
一個重複的單位或是一群原子可以依規律的間隔於 三維空間中重複的排列起來即可形成所謂的晶格(la ttice)。
摻雜(DOPING)
是一種在半導體材料之中加入雜質原子以改變導電 率的技術。 摻雜方法： (1) 雜質擴散：利用高溫疆域摻雜雜質擴散進入晶格 (不精確無法精確的摻雜)。 (2) 離子佈植：利用高能離子束將欲摻雜雜質打入晶 格(缺點：易損傷晶體表面常利用熱退火改善)。
1.6 半導體材料的成長
閃鋅礦結構
其晶格結構不同於鑽石結構晶格中包含二種不同種 類之原子，如砷化鎵化合物半導體。
1.4 原子的鍵結
為何原子會偏好某一種晶體結構？自然界的定律指 出在熱平衡時，系統總能會傾向於達到一個極小值 的條件，形成固體過程中原子間的交互作用即達到 最低能量，條件依其參與原子種類而定。 若是原子之間的建結不夠強原子就不會黏在一起形 成固體。 離子鍵：以正負離子形成鍵結。 共價鍵：以共用電子方式形成共價鍵。 金屬鍵：金屬外圍包含許多電子利用靜電力將金屬 原子結合。 凡德瓦鍵：利用雙電極形成鍵結。
1.3.3 結晶平面及密勒指數
密勒指數(Miller indice)決定步驟： (1)找出每個座標軸截。 (2)距將截距倒數化成最簡單整數比。 (3)將此結果以括號括起來則為平面之Miller指標。
晶體方向
1.3.4 鑽石結構
矽為最常見半導體材料，矽為第四族元素，具有鑽 石(diamond)的晶體結構，鍺亦為第四族元素也具有 鑽石晶體結構，鑽石晶體結構的單元胞如圖1.11所 示，其結構遠比簡單立方體結構複雜。 為解釋鑽石結構可以利用四面體 (tetrahedral) 結構來 了解鑽石結構。
1.3.1 基本胞及單元胞排列此點稱為 晶格點 (lattice point) ，平移為重複排列原子陣列最 簡單之方式，平移方向並不需要互相垂直的。
單元胞(UNIT CELL)
為晶體中的一個單元小局部，可重複排列組合出完 整的晶體，且其並非只有一種實體，圖 1.3 顯示二 維晶格中數種可能的單元胞。