结晶学与矿物学第二章晶体生长模型

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a.纯水中石盐晶形的影响
16
4.粘度
粘度的加大，会防碍涡流的产生，溶质的供给只能通过扩散的方式来进行，造成物质供给不足。产生骸晶。
石盐的骸晶
17
5. 结晶速度结晶速度大，则结晶中心增多，晶体长的细小，且往往长成针状、树枝状。反之，结晶速度小，晶体长得粗大。
6.生长顺序与生长空间
18
第五节歪晶与面角守恒定律
1.歪晶偏离理想形态的晶体。
a
b
石英的理想晶体石英的歪晶
19
2.面角守恒定律
r ∧ m =141.47° r∧z =133°44′ m∧m =120° a b
石英的理想晶体石英的歪晶
“同种晶体之间, 对应晶面间的夹角恒等”
20
注意：晶面夹角与面角（晶面法线的夹角）的区别！它们互为补角！
21
思考题
1.简述晶体生长的“层生长”理论。由此可以解释哪些晶体生长现象。
2.布拉维法则的内容是什么？
3.晶体颗粒越大，晶面越多，对吗？
22
斯里兰卡蓝宝石中的环带
9
4）
阶梯状生长
10
2.螺旋生长理论
石墨表面的生长螺纹晶体中存在螺旋位错，形成二面凹角
生长台阶围绕螺旋位错轴线螺旋状前进
11
第三节晶面发育理论
一、布拉维法则
实际晶体的晶面常常平行于面网结点密度最大的面网。为什么？
面网密度： AB>DC>BC 生长速度： AB<DC<BC
火山玻璃脱玻化形成的雏晶
石墨
金刚石
非晶质体向晶体的转变
同质多象转变
5
第二节
晶体的生长理论

结晶学与矿物学-晶体生长简介

➋ 在一个晶体上，各晶面间相对的生长速度与其本身的面网密度成反比。
即面网密度越Βιβλιοθήκη 的晶面，其生长速度越慢；而面网密度小的晶面的生长速度则快，以至最终消失了。
∴ 晶体上得以保存下来的晶面是面网密度大的晶面。
实际晶体为面网密度大的面网所包围。
小结：
1．重点：晶体生长和晶面发育的3个基本理论：
按空间格子规律，自发地集结成体积达一定大小但仍极其微小的微晶粒即晶核。
一、层生长理论
晶体的自限性是晶体在生长过程中
按格子构造中的某些原子面网逐层平行生长的结果。
层生长理论：科塞尔-斯特兰斯基二维成核理论。
在理想条件下，晶体的生长过程是在晶核的基础上先长完一条行列，再长相邻的行列，
长满一层面网，再开始长第二层面网，逐层地向外平行推移。当生长停止时，其最外层的面网便表现为实际晶面。
意义：解释：
➊ 晶体自发地长成面平、棱直的
规则的凸几何多面体；(晶体的自限性)
➋ 矿物晶体的环带构造；
➌ 同种矿物的不同晶体对应晶面之间的夹角不变；(面角守恒定律)
➍ 生长锥或砂钟状构造。
注意：实际晶体生长并非完全按照二维生长机制进行，往往一层未长完另一层又开始生长。
(过饱和度或过冷却度低时)
这意味着，即使是在溶液的过饱和度很低
的情况下，晶体仍可以按螺旋生长机理而不断地生长。
➋ 晶体按螺旋生长模型生长最终会在晶面上形成各种各样的螺旋纹。
三、布拉维法则
晶体上的实际晶面平行于对应空间格子中面网密度大的面网，且面网密度越大，相应晶面的重要性也越大。
注意：
➊ 晶面的重要性，可由晶面本身的大小，在各个晶体上出现的频数，以及是否平行于解理面等来衡量。

02晶体生长结晶学与矿物学讲解

长程有序(long-range order) 即晶体内部的原子排列具有延绵不断的有序性; 反之叫短程有序（罗谷风，2010）
准晶体 Quasicrystal：
Encyclopæ dia Britannica
quasicrystal, also called quasi-periodic crystal, matter formed atomically in a manner somewhere between the amorphous solids of glasses (special forms of metals and other minerals, as well as common glass) and the precise pattern of crystals. Like crystals, quasicrystals contain an ordered structure, but the patterns are subtle and do not recur at precisely regular intervorder，结晶学概念。指整体性的有序现象。例如在一个单晶体的范围内,质点的有序分布延伸到整个晶格的全部,亦即从整个晶体范围来看,质点的分布都是有序的。
教科书上（李胜荣，2012）在晶体中若每种质点(黑点或圆圈)在整个图形中各自都呈现规律的周期性重复。把周期重复的点用直线联结起来，可获得平行四边形网格。可以想像，在三维空间，这种网格将构成空间格子，这种在图形中贯彻始终的规律称为远程规律或长程有序。
long-range order
McGraw-Hill Dictionary of Scientific & Technical Terms

结晶学与矿物学前六章

结晶学&矿物学通论第一章、晶体与晶体的基本性质1、结晶学：又作晶体学，以晶体为研究对象。

我们主要研究晶体显微和宏观空间的对称规律、研究晶体的共同规律不涉及具体的晶体种类。

特点：空间性抽象性逻辑性共性。

2、矿物学:矿物晶体为研究对象，主要研究各具体矿物晶体的成分、物理性质、成因特点等。

特点：经验性、感性、具体性、归纳分类性、个性3、晶体具有远程规律但没有重复周期这是什么意思呢？在晶体中一种质点周围的另一种质点的排列相同，即每个质点都被分布于三角定点的三个圆圈所围绕，而每个圆圈均居于以两个质点为端点的直线中央的质点的局部分布规律性叫做进程有序或短程有序。

质点排布方式在整个晶体中贯穿始终的规律成为长程有序或远程有序。

4、准晶体与晶体、非晶体的关系？晶体：内部质点在三维空间呈周期性平移重复排列而形成的格子构造的固体，既具有近程有序又具有远程有序。

非晶体：质点虽然可以是短程有序的，但不存在远程规律，与液体的结构相似，如玻璃。

准晶体：不是介于晶体与非晶体之间的过渡态、特殊太。

原子呈无序排列。

非晶体与晶体不同的是它没有固定的熔点,而且有的是各向同性5、导出空间格子的方法：首先在晶体结构中找出相当点，再将相当点按照一定的规律连接起来就形成了空间格子，相当点（两个条件：1、性质相同，2、周围环境相同。

）6、空间格子与具体的晶体结构是什么关系？可以认为具体的晶体结构是多套空间格子组成的。

空间格子仅仅是一个体现晶体结构中的周期重复规律的几何图形，比具体晶体结构要简单的多。

7、空间格子的要素：★结点: 空间格子中的点,代表具体晶体结构中的相当点.★行列: 结点在直线上的排列.（引出: 结点间距）★面网: 结点在平面上的分布.（引出: 面网间距、面网密度，它们之间的关系）8、面网间距依次减小,面网密度也是依次减小的.所以: 面网密度与面网间距成正比.★平行六面体（晶胞）: 结点在三维空间形成的最小单位(引出: 晶胞参数：a, b, c; α,β,γ,也称为轴长与轴角）平行六面体的形状一共有7种，对应有7套晶胞参数的形式，也对应7个晶系。

2-2.2晶体生长理论部分全解

3．由固相直接转为固相
环境的变化可以引起矿物的成分在固态情况下产生改组，使原矿物的颗粒变大或生成新的矿物。这种再结晶可有以下几种情况： 1）同质多象转变某种晶体在热力学条件改变时，转变为另一种在新条件下稳定的晶体，它们在转变前后的成分相同，但晶体结构不同。 2）原矿物晶粒逐渐变大如由细粒方解石组成的石灰石与岩浆接触时，受热结晶成为由粗粒方解石晶体组成的大理岩。 3）固溶体分解在一定温度下固熔体可以分解成为几种独立的矿物。如由一定比例的闪锌矿和黄铜矿在高温时组成为均一相的固熔体，而在低温时就分离为两种独立的矿物。
第一篇矿物通论
适用专业：矿物加工工程
3）轴角各晶轴之间有一定的夹角关系，结晶学中规定两个晶轴正端的夹角称为轴角，分别用α、β、γ表示。
在三晶轴定向中
α=y∧z轴 β= z轴∧ x轴， γ= x轴∧ y轴
在四晶轴定向中
α = β= y轴∧ z轴= z轴∧ x轴= μ轴∧ z轴=90°
γ= x轴∧ y轴= y轴∧ μ轴= μ轴∧ x轴=120 °
工艺矿物学Ⅰ
第一篇矿物通论
适用专业：矿物加工工程
层生长的特点
1．晶体常生长成面平、棱直的多面体形态。 2．在晶体生长过程中，环境会有变化，不同时刻生成的晶体在物理性质和成分等方面可能有细微的变化，因而在晶体的端面上常常可以看到带状构造，晶面是平行向外推移生长的。 3．由于晶面是平行向外推移生长的，所以同种矿物不同晶体上对应晶面间的夹角不变。 4．晶体由小长大，许多晶面向外平行移动的轨迹形成以晶体中心为顶点的锥状体，称为生长锥。
理想晶体的生长过程
在晶芽的基础上，落入质点根据引力大小落在相应位
置，长完一条行列再长相邻的行列，长满一层面网再长相邻的面网，整个面网成层向外平移。当晶体停止生长时，其最外层的面网就是实际晶面。每两个相邻面网相交的公共行列就是实际晶棱。整个晶体被晶面包围，形成占有一定空间的封闭几何多面体形态，表现出晶体的自限性。

矿石的晶体学和晶体生长机制

结晶相与结晶度的控制
添加标题
温度：影响晶体的生长速度和结晶度
添加标题
压力：影响晶体的生长速度和结晶度
添加标题
溶液浓度：影响晶体的生长速度和结晶度
添加标题
杂质：影响晶体的生长速度和结晶度
添加标题
晶体生长环境：影响晶体的生长速度和结晶度
矿石的晶体生长实验研究方法
04
实验设备与技术
实验设备：包括显微镜、电子显微镜、X射线衍射仪等
矿石的晶体学和晶体生长机制
,
汇报人：
目录
矿石的晶体学基础
矿石的晶体生长机制
矿石的晶体生长影响因素
矿石的晶体生长实验研究方法
矿石的晶体生长应用与前景
矿石的晶体学基础
01
晶体定义与分类
添加标题
晶体：具有规则几何形状和周期性结构的固体
添加标题
晶体分类：单晶、多晶、准晶、非晶
添加标题
单晶：由一个晶胞组成的晶体
技术方法：包括扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射等
实验步骤：包括样品制备、实验操作、数据分析等
实验结果：包括晶体生长速度、晶体形态、晶体结构等
实验过程与操作
实验材料准备：选择合适的矿石样品，准备实验仪器和设备
01
02
实验步骤：按照实验方案进行，包括样品处理、晶体生长、观察和记录等步骤
实验结果分析：对实验结果进行分析，得出结论
添加标题
多晶：由多个晶胞组成的晶体
添加标题
准晶：具有非周期性结构的晶体
添加标题
非晶：没有规则几何形状和周Hale Waihona Puke 性结构的固体晶体结构与性质
晶体结构与性质的关系：矿石的晶体结构与其性质密切相关，不同的晶体结构具有不同的性质

第二章晶体生长模型

1669年丹麦学者N.Steno 研究石英和赤铁矿晶体，发现
同种物质的晶体，其对应晶面间的角度守恒
重要发现，为几何结晶学研究奠定基础
2-16
r
z
m
m m
r
z
r
r
石英的理想晶体
m z
歪晶
m
2-17
本章概要
1.晶体生长途径 2.晶体生长二个理论：层生长、螺旋生长理论 3.晶面发育理论：布拉维法则、周期键链 4.影响晶体生长外因、几何淘汰率 5.面角守恒定律
晶体存在强键链。晶体平行键链生长，键力最强的方向生长最快；平行强键链最多的面常成为晶面。
比较 K S F 面成长速度
K面：三个方向键链，生长速度最快，消失快 S面：二个方向键链 F面：一个方向键链，生长速度最慢易成为晶面
2-12

第四节
影响晶体生长的外部因素
涡流与介质流动方向温度杂质 pH值黏度结晶速度生长顺序、生长空间应力作用
2-9
晶面生长速度与面网密度关系
3 A a 1 B
面网密度小
A
C
B
2
生长速度
C
D b
D
面网密度小生长速度快，晶面消失快；面网密度大生长速度慢，易保留下来成为晶面。理想状态，不考虑外界条件 2-10
B C D C B D
A A
E
A B
E
晶面交角和生长速度对晶面发育的约束
2-11
3. 周期键链（PBC）理论 periodic bond chain 1955年P.Hartman and N.G.Perdok提出
1.层生长理论 layer growth --W.Kossel—I.N.Stranski二维成核理论质点优先进入顺序：（1）1 ＞ 2 ＞ 3

结晶学第二章晶体生长简介

螺旋生长理论模型bcf理论模型该模型认为晶面上存在螺旋位错露头点可以作为晶体生长的台阶源可以对平坦面的生长起着催化作用这种台阶源永不消失因此这种台阶源永不消失因此不需要形成二维核这样便成功地解释了晶体在很低过饱和度下仍能生长这一实验现象
第二章晶体生长简介
一、成核
成核是一个相变过程，即在母液相中形成固相小晶芽，这一相变过程中体系自由能的变化为： ΔG=ΔGv+ΔGs 式中△Gv为新相形成时体自由能的变化，且△Gv＜ 0, △GS为新相形成时新相与旧相界面的表面能，且 △GS＞0。也就是说，晶核的形成，一方面由于体系从液相转变为内能更小的晶体相而使体系自由能下降，另一方面又由于增加了液 - 固界面而使体系自由能升高。
层生长过程
但是，实际晶体生长不可能达到这么理想的情况，也可能一层还没有完全长满，另一层又开始生长了，这叫阶梯状生长，最后可在晶面上留下生长层纹或生长阶梯。阶梯状生长是属于层生长理论范畴的。
总之，层生长理论的中心思想是：晶体生长过程是晶面层层外推的过程。但是，层生长理论有一个缺陷：当将这一界面上的所有最佳生长位置都生长完后，如果晶体还要继续生长，就必须在这一平坦面上先生长一个质点，由此来提供最佳生长位置。这个先生长在平坦面上的质点就相当于一个二维核，形成这个二维核需要较大的过饱和度，但许多晶体在过饱和度很低的条件下也能生长，为了解决这一理论模型与实验的差异，弗兰克 (Frank)于1949年提出了螺旋位错生长机制。
只有当ΔG ＜0时，成核过程才能发生，因此，晶核是否能形成，就在于 ΔGv与ΔGs的相对大小。见图8-1: 体系自由能由升高到降低的转变时所对应的晶核半径值rc称为临界半径。
思考：怎么理解在晶核很小时表面能大于体自由能，而当晶核长大后表面能小于体自由能？

晶体的生长模式

晶体的生长模式晶体的生长过程一般认为有三个阶段：首先是溶液或气体达到过饱和状态或过冷却状态，然后整个体系中出现瞬时的微细结晶粒子，这就是形成了晶核，最后这些粒子按照一定的规律进一步生长，成为晶体。

科学家已经发现了晶体生长的多种模式，其中较为重要的是层生长模式和螺旋生长理论。

晶体生长理论简介自从1669年丹麦学者斯蒂诺(N.Steno)开始研究晶体生长理论以来，晶体生长理论经历了晶体平衡形态理论、界面生长理论、PBC理论和负离子配位多面体生长基元模型4个阶段，目前又出现了界面相理论模型等新的理论模型。

现代晶体生长技术、晶体生长理论以及晶体生长实践相互影响，使人们越来越接近于揭开晶体生长的神秘面纱。

下面简单介绍几种重要的晶体生长理论和模型。

.晶体平衡形态理论：主要包括布拉维法则（Law of Bravais）、Gibbs—Wulff 生长定律、BFDH法则(或称为Donnay-Harker原理)以及Frank运动学理论等。

晶体平衡形态理论从晶体内部结构、应用结晶学和热力学的基本原理来探讨晶体的生长，注重于晶体的宏观和热力学条件，没有考虑晶体的微观条件和环境相对于晶体生长的影响，是晶体的宏观生长理论。

.界面生长理论：主要有完整光滑界面模型、非完整光滑界面模型、粗糙界面模型、弥散界面模型、粗糙化相变理论等理论或模型。

界面生长理论重点讨论晶体与环境的界面形态在晶体生长过程中的作用，没有考虑晶体的微观结构，也没有考虑环境相对于晶体生长的影响。

.PBC（周期键链）理论：1952年，P．Hartman、W．G．Perdok提出，把晶体划分为三种界面：F面、K面和S面。

BC理论主要考虑了晶体的内部结构——周期性键链，而没有考虑环境相对于晶体生长的影响。

.负离子配位多面体模型：1994年由仲维卓、华素坤提出，将晶体的生长形态、晶体内部结构和晶体生长条件及缺陷作为统一体加以研究，考虑的晶体生长影响因素全面，能很好地解释极性晶体的生长习性。

第二章晶体的生长

液态熔体溶液
过冷却
过饱和Βιβλιοθήκη 晶体橄榄石、长石等岩浆矿物石盐、石膏、热液矿物
3
3．由固相直接转为固相
环境的变化可以引起矿物的成分在固态情况下产生改组，由一种晶体转变为另外一种晶体，方式有： 1）同质多象转变指某种晶体在热力学条件改变时，转变为另一种在新条件下稳定的晶体，它们在转变前后的成分相同，但晶体结构不同。 2）再结晶作用在温度和压力的影响下，通过质点在固态条件下的扩散，细粒晶体转变为粗粒晶体的作用。如由细粒方解石组成的石灰岩与岩浆接触时，受热结晶成为由粗粒方解石晶体组成的大理岩。 3）固溶体分解固溶体是两种或两种以上的物质在一定温度下形成的类似于溶液的一种均一相的结晶相固体。当温度下降，固熔体内部物质之间的相容性下降，从而使它们各自结晶形成独立的晶体，这就是固溶体的分离现象。 4）变晶矿物在定向压力方向上溶解，而在垂直压力方向上再结晶，因而形成一向延长或二向延展的变质矿物，如角闪石、云母等，这样的变质矿物称为“变晶”。
10
螺旋生长过程
11
12
这两个模型有什么联系与区别？联系：都是层层外推生长；区别：生长新的一层的成核机理不同。
有什么现象可证明这两个生长模型？
环状构造、砂钟构造、晶面的层状阶梯、螺旋纹
13
五、晶体生长实验方法
（1）水热法一种在高温高压下从过饱和热水溶液中培养晶体的方法。晶体的培养是在高压釜内进行的。高压釜由耐高温高压和耐酸碱的特种钢材制成。上部为结晶区，悬挂有籽晶；下部为溶解区，放置培养晶体的原料，釜内填装溶剂介质。由于结晶区与溶解区之间有温度差（如培养水晶，结晶区为330～350℃ ，溶解区为360～380 ℃）而产生对流，将高温的饱和溶液带至低温的结晶区形成过饱和析出溶质使籽晶生长。温度降低并已析出了部分溶质的溶液又流向下部，溶解培养料，如此循环往复，使籽晶得以连续不断地长水热法培养晶体的装置 1. 高压釜；2.籽晶；3. 大。培养晶体的原料

02 晶体生长理论

白铅矿
第二章
晶体生长理论
本章要点
• 复习巩固晶体和非晶体的基本概念 • 扩展晶体的形成过程及影响晶体生长的因素 • 认识晶体缺陷的构造固体
非晶体：非格子构造，冷却了的液体
水晶、食盐、沥青、金红石、人造钛酸锶、树脂、红宝石、玻璃…….
晶体与非晶体的区别
缺陷的存在影响可利用性：导电性、颜色、发光性、强度… 缺陷分类： • 性质上分：化学缺陷和物理缺陷 • 范围上分：点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷
点缺陷
•点缺陷
理想晶体中一些原子相互间的置换、替代、掺入和空缺，破坏了晶体有规则、周期性排列，引起质点间的畸变、晶体结构不完整，因限于原子位置。空位—弗伦克尔缺陷位置缺陷—热振动间隙离子—肖特基缺陷
内部结构不同近程及远程均有序近程有序但远程无序外部形状不同自发形成封闭的多面体几何外形人为地制成各种形状均一性不同结晶均一性各向异性统计均一性等向性热稳定性不同最小内能熔点一定内能较大无一定熔点分布范围不同十分广泛种类繁多有限品种较少转化能力不同玻璃化作用较困难自发地产生脱玻化晶化作用石英sio近程及远程均有序近程有序但远程无序晶体的加热曲线非晶体的加热曲线气固结晶作用由气相物质直接结晶成晶体即升华结晶作用固固结晶作用由一种固相物质转变为另一种固相物质如同质多相转变再结晶作用等在人工宝石领域中的应用单晶体
Tm——晶体成长的线速度最大时的温度
Tm 、V 和 J 三者之间有以下三种典型关系：
熔体中晶核形成和晶体成长的关系
V J J V V V J V J J
V
J
T
°
Tm
T °
Tm
B
T°
Tm
C
A
不自发晶出
晶出，但慢且少

结晶学与矿物学-1晶体性质生长规律

40
晶面生长速度与面网密度关系
3 A a 1 B
面网密度小
A
C
B
2
生长速度
C
D b
D
面网密度小生长速度快，晶面消失快；面网密度大生长速度慢，易保留下来成为晶面。理想状态，不考虑外界条件
41
B C D C B D
A A
E
A B
E
晶面交角和生长速度对晶面发育的约束
42
2. 周期键链（PBC）理论 periodic bond chain
28
本章结束第二章
29
第二章晶体生长模型与面角守恒定律
本章概要
1.晶体生长途径 2.晶体生长二个理论：层生长、螺旋生长理论 3.晶面发育理论：布拉维法则、周期键链 4.影响晶体生长外因、几何淘汰率 5.面角守恒定律
30
第二章晶体生长模型与面角守恒定律
第一节
晶体生长的途径
The ways of crystal formation 1. 气相----固相
9
第一章晶体与晶体的基本性质
crystal and the ultimate properties of crystal
第二节晶体、非晶体与准晶体的概念
问：生活中很多是晶体：？？？？？水晶、食盐、冰糖
水晶
花岗岩中石英
晶体？非晶体？
1912年劳埃利（ue德）
10
晶体？
非晶体？
11
F.C.Frank,W.K.Burton 等人提出。
位错—凹角—堆积—螺旋生长凹角
38
a
b
c
d
e
f
螺旋生长模型
39
第二章晶体生长模型与面角守恒定律

2第二讲晶体生长理论

斑晶
第二章晶体的生长理论
二. 晶体的生长
介绍两种主要晶体生长理论模型。
能够解释晶体如何由小长大。
第二章晶体的生长理论
1. 层生长理论科塞尔Kossel 1927年首先提出，后经斯特蓝斯基Stranski发展。
（1）主要内容：晶体生长时，质点依次就位，首先形成行列，相邻行列成面网。长满一层面网后，再长第二层面网。即晶体生长是面网层层外推形成的。
第二章晶体的生长理论
思考题 1说明层生长模型与螺旋生长模型有什么联系和区别。 2液体和气体成核的条件？影响成核的主要因素？ 3在日常生活中我们经常看到这样一种现象：一块镜面，如果表面有尘埃，往上呵气时会形成雾状水覆盖在上面，但如果将镜面擦干净再呵气，不会形成一层雾状层。请用成核理论解释之。 4论述晶面的生长速度与其网面密度之间的关系。 5说明布拉维法则与PBC理论有什么联系和区别。 6影响晶体生长的外部因素。 7面角守恒定律的内容。
3 A B 1 A C 2 D
a h1 B h2 C h3
b0
(a)
D (b)
A` ●
●
●
●
●
●
●
●
●
B` C` ●
● A ●
●
●
●
● B ●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●C
●
●
●
布拉维法则
●
●

《结晶学与矿物学》课程笔记

《结晶学与矿物学》课程笔记第一章：晶体及结晶学一、引言1. 晶体的定义- 晶体是一种固体物质，其内部原子、离子或分子在三维空间内按照一定的规律周期性重复排列，形成具有长程有序结构的物质。

- 晶体的特点是在宏观上表现出明确的几何外形和物理性质的各向异性。

2. 结晶学的定义- 结晶学是研究晶体的形态、结构、性质、生长和应用的科学。

- 它是固体物理学、化学和材料科学的一个重要分支。

3. 晶体与非晶体的区别- 晶体：具有规则的内部结构和外部几何形态，物理性质各向异性。

- 非晶体（如玻璃）：内部结构无规则，没有长程有序，物理性质各向同性。

二、晶体的基本特征1. 几何外形- 晶体通常具有规则的几何外形，如立方体、六方柱、四方锥等。

- 几何外形是由晶体的内部结构决定的。

2. 晶面、晶棱和晶角- 晶面：晶体上平滑的平面，由晶体内部的原子平面构成。

- 晶棱：晶面的交线，由晶体内部的原子线构成。

- 晶角：晶棱之间的夹角，由晶体内部的原子角构成。

3. 晶面指数、晶棱指数和晶角指数- 晶面指数：用来表示晶面在晶体中的位置和方向的符号。

- 晶棱指数：用来表示晶棱在晶体中的位置和方向的符号。

- 晶角指数：用来表示晶角的大小和方向的符号。

4. 物理性质各向异性- 晶体的物理性质（如电导率、热导率、折射率等）随方向的不同而变化。

- 这是因为晶体内部原子的排列在不同方向上有所不同。

三、晶体的分类1. 天然晶体与人工晶体- 天然晶体：在自然界中形成的晶体，如矿物、岩石等。

- 人工晶体：通过人工方法在实验室或工业生产中制备的晶体。

2. 单晶体与多晶体- 单晶体：整个晶体内部原子排列规则一致，具有单一的晶格结构。

- 多晶体：由许多小晶体（晶粒）组成的晶体，晶粒之间排列无序。

3. 完整晶体与缺陷晶体- 完整晶体：内部结构完美，没有缺陷的晶体。

- 缺陷晶体：内部存在点缺陷、线缺陷、面缺陷等结构缺陷的晶体。

四、晶体的生长1. 晶体生长的基本过程- 成核：晶体生长的起始阶段，形成晶体的核。

02-晶体生长(结晶学与矿物学)讲解

长程有序(long-range order) 即晶体内部的原子排列具有延绵不断的有序性; 反之叫短程有序（罗谷风，2010）
准晶体 Quasicrystal：
Encyclopæ dia Britannica
quasicrystal, also called quasi-periodic crystal, matter formed atomically in a manner somewhere between the amorphous solids of glasses (special forms of metals and other minerals, as well as common glass) and the precise pattern of crystals. Like crystals, quasiቤተ መጻሕፍቲ ባይዱrystals contain an ordered structure, but the patterns are subtle and do not recur at precisely regular intervals.
准晶体 Quasicrystal：
McGraw-Hill Science & Technology Encyclopedia：
Quasicrystal：A solid with conventional crystalline
properties but exhibiting a point-group symmetry inconsistent with translational periodicity. Like crystals, quasicrystals display discrete diffraction patterns, crystallize into polyhedral forms, and have long-range orientational order, all of which indicate that their structure is not random. But the unusual symmetry and the finding that the discrete diffraction pattern does not fall on a reciprocal periodic lattice suggest a solid that is quasiperiodic. Their discovery in 1982 contradicted a long-held belief that all crystals would be periodic arrangements of atoms or molecules.

2结晶学与矿物学教材

结晶学与矿物学结晶学与矿物学绪论一、矿物和矿物学1 矿物的概念矿物是自然界中的化学元素，在一定的物理、化学条件下形成的天然物体。

这种天然物体大多是结晶的单质和化合物。

人们通常所说的矿物主要指的是地壳中作为构成岩石、矿物和粘土组成单位的那些天然物体。

地壳中的矿物是通过各种地质作用形成的。

它们除少数呈液态（如水银、水）和气态（如CO2和H2S等）外，绝大多数呈固态。

固态矿物大多数具有比较固定的化学成分和内部结构。

在适宜的条件下生长时，均能自发的形成规则几何多面体的外形。

而在常温常压下的液态和气态矿物，因不具晶体结构，故没有一定的外形。

任何一种矿物都不是一成不变的。

当其所处的地质条件改变到一定程度时，原有矿物就要发生变化，并改组成为在新条件下稳定的另一种矿物。

因此，从这个意义上来说：矿物又可被看做地壳在演化过程中元素运动和存在的一种形式。

2 矿物的经济意义矿物和矿物原料是发展国民经济建设事业的物质基础。

对于矿物的利用，历来都之包括两个方面：一是利用它的化学成分；一是利用他的某些物理或化学性质。

随着现代科学技术的日益发展和人们的某些特殊需要，可以毫不夸张的预言，在未来将没有一种矿物是没有用处的。

为了加速实现我国“小康社会”，矿物工作者应急国家之所急，在扩大矿物原料基地的同时，更加积极地为寻找更多新的矿产基地和发掘矿物在各种工程技术领域内的新用途，作出应用的贡献。

3 矿物学在地质科学中的地位及与其它科学的关系矿物学是地质学的一门分科，是研究地球物质成分的学科之一。

它研究的主要对象是天然矿物。

其研究内容除包括矿物的成分、结构、形态、性质、成因、产状和用途外，还要研究矿物在时间和空间的分布规律及其形成和变化的历史，以此为地质学的其它分支学科在理论及应用上提供必要的基础与依据。

因此，矿物学是地质学的一门重要的基础学科。

20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。

80年代以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。

第二章晶体生长动力学

在图2.1中，l11，l01分别（11），（01）晶面的大小， R11，R01 分别代表（11），（01）晶面的生长速率。从图中简单的几何关系可求得
R 11 2( ) -1 l01 R 01 R 11 l11 2 R 01
(2.1)
当R11 / R 01 2 时，二维模式晶体生形态仅为01单形；长当R11 / R 01 2 时，二维模式晶体生形态仅为11单形；长当 2/2 R11 / R 01 2时，二维模式晶体生形态为01 长

温度边界层厚度δT，不仅与熔体的物理化学性质有关，而且与生长体系的搅拌程度也有关。
T 1.61 c (2.21) 式中，为熔体的粘滞度；为熔体的热导率 c为熔体的比热；为熔体的密度；为晶体转速
1 6 1 1 3 3 1 2 1 2

采用提拉法生长晶体，δT与ω的关系为
2、旋转圆盘表面的速度边界层厚度δυ

(2.20)
：旋转圆盘的转速；

熔体提拉法生长晶体类似此情况。
二、温度边界层（δT）

用提拉法生长晶体时，假定生长界面的温度为凝固点Tm，主体熔体的温度为 Tb。显然Tb>Tm，这样在生长界面附近存在着温度边界层 δT 如图2.11所示

聚形：若在晶体的理想形态中，具有两套以
上不同形、也不等大的晶面，这种晶体的理想形态为聚形，聚形是由数种单形构成的。
三、晶体生长的实际形态

晶体生长的实际形态是由晶体内部结构和形成时的物理化学条件决定的。人工晶体生长的实际形态可大致分为两种情况：当晶体在自由体系中生长时，晶体的各晶面的生长速率不受晶体生长环境的任何约束，各晶面的生长速率的比值是恒定的，晶体的实际形态最终取决于各晶面生长速率的各向异性，呈现出几何多面体形态。