02晶体生长结晶学与矿物学讲解

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结晶学与矿物学-晶体生长简介

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。

2-2.2晶体生长理论部分全解

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

矿石的晶体学和晶体生长机制
结晶相与结晶度的控制
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温度:影响晶体的生长速度和结晶度
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压力:影响晶体的生长速度和结晶度
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溶液浓度:影响晶体的生长速度和结晶度
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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
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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
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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
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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

结晶学及矿物学 课程主要内容串讲

结晶学及矿物学 课程主要内容串讲

结晶学及矿物学课程主要内容串讲----2a58853e-6eba-11ec-9d47-7cb59b590d7d结晶学及矿物学课程主要内容串讲结晶学一、晶体及晶体的本质1.了解晶体的基本性质和概念(如对称性、各向异性和其他性质)2、空间格子、相当点的概念及具体应用分析、相当点的选取、空间格子要素3、晶胞的概念4.布拉维晶体生长定律二、晶体的测量及投影应用面角守恒定律,晶面投影,单纯形投影对称要素(对称轴、对称面、对称中心)的投影了解投影中以基圆、直径和大圆弧表示的对称元素,掌握模型中对称元素和晶体平面的极赤平投影方法。

三、晶体的对称分类体系1.晶体对称性和晶体对称定律2、对称要素及其组合规律:晶体的定向规则对称国际符号写作要领3、对称分类体系及其特点:230种空间群、32点群、3个晶族、7个晶系对称型的全面符号、国际符号及其判读各晶系晶体常数特点及其判别四、单形与聚形的概念、聚形分析1.类型、几何单态和结晶单态2、各晶系常见的单形、单形符号、特殊晶面与结晶轴之间的关系等3、聚形的概念、单形相聚的原则、各晶系聚形分析4、同种几何单形在不同对称型中出现的情况五、晶体的规则连续生长:双晶、双晶元素、双晶类型和双晶定律六、晶体的内部对称要素种类及表示方法、如3132414243等。

公共空间群国际符号的意义七、最紧密堆积方式、配位数及配位多面体鲍林定律1、2和3的具体应用分析和典型结构分析八、类质同像的概念、表示方法、及其影响条件、同质多像与多型的概念晶变或型变、有序-无序的概念9、五定律:表面角守恒定律、晶体对称性和对称性定律、整数定律、晶体能带定律布拉维晶面发育定律(布拉维法则)八种符号:点群(对称型)符号、点群国际符号、空间群国际符号、点阵型符号、晶体表面符号、单纯形符号、晶体边缘或晶体带符号、多类型符号10。

一些重要图表的应用1矿物学矿物通论1.阐明矿物的概念和化学成分,了解矿物中“水”的类型,矿物晶体化学式的书写原理和内容义,学会矿物晶体化学式的计算方法。

结晶学 第二章 晶体生长简介

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?

结晶学与矿物学通用课件

结晶学与矿物学通用课件

农业等领域。
03

盐是一种非金属矿物,主要由氯化钠组成。它呈白色,具有晶体光泽。
盐是人类生活和工业生产的必需品,用于制造氯碱、纯碱、金属钠等化
学品,也用作调味品和防腐剂。
05
结晶学与矿物学的应用
结晶学在材料科学中的应用
晶体结构与性能关系
结晶学研究晶体的结构及其与性能的关系,为材料科学提供了晶 体设计、合成和优化的理论基础。
矿物加工技术 矿物学原理在矿物加工技术中得到应用,如浮选、 磁选、重选等选矿方法,以及矿石的破碎、磨矿、 筛分等工艺流程。
尾矿与废弃物资源化 矿物学研究有助于尾矿和废弃物中有用矿物的回 收和资源化利用,提高资源利用效率,减少环境 污染。
结晶学与矿物学在环境保护中的意义
环境矿物材料 结晶学与矿物学指导环境矿物材料的研制与应用,如吸附 剂、催化剂、环保陶瓷等,用于环境治理与保护。
结晶学与矿物学通用课件
CONTENTS
• 结晶学基础 • 晶体的结构与对称性 • 矿物学概述 • 常见矿物及其性质 • 结晶学与矿物学的应用 • 实验与实习指导
01
结晶学基础
结晶学定义与研究内容
定义
结晶学是研究晶体生成、结构及 其性质的科学。
研究内容
结晶学的研究内容包括晶体的生 成机理、晶体的内部结构、晶体 的物理和化学性质以及晶体的应 用等方面。
化学性质
包括与酸的反应、导电性、磁性等。
矿物的分类与命名
分类
按化学成分可分为元素矿物、硫化物矿物、氧化物和氢氧化 物矿物、卤化物矿物等;按晶体结构可分为离子晶体矿物、 原子晶体矿物、分子晶体矿物等。
命名
一般采用成分+性质/颜色/产地等方式进行命名,例如石英、 方解石、金刚石等。

结晶学及矿物学讲稿

结晶学及矿物学讲稿

结晶学及矿物学讲稿第一章绪论第一节矿物及矿物学概述一.矿物及矿物学矿物:矿物是由天然产出且具有特定的(但一般是非固定的)化学成分和内部结晶构造的均匀固体。

通常由无机作用所形成。

例:石英、金刚石。

这一概念强调了以下几点:①它是天然产物,包括了宇宙矿物(月岩矿物、陨石矿物)。

②必为固体,例:长石、云母,自然汞(液态)除外。

③有特定的成分和结构,例:石英,SiO2。

④一般由无机作用所形成,例:长石、云母;部分为有机起源,例:石墨、方解石。

注意:煤和石油不是矿物。

矿物学:矿物学是以矿物为研究对象的一门地质基础学科。

它是研究地球物质成分的学科之一。

二.结晶学及矿物学的研究内容1.结晶学及其研究内容结晶学是研究晶体的一门科学,研究晶体的生长、形貌、内部结构及其物理性质等。

主要研究内容:①晶体生长学:研究晶体发生、成长的机理和晶体的人工合成。

②几何结晶学:研究晶体外形的几何规律。

③晶体结构和化学:研究晶体成分、结构及其关系。

④晶体物理:研究晶体物性及其产生机理。

2.矿物学研究内容①研究矿物的化学组成,例:金刚石。

②研究矿物的内部结构,例:金刚石。

③研究矿物的外表形态,例:金刚石。

④研究矿物的物理和化学性质,例:金刚石。

⑤研究矿物在地质作用过程中的形成及变化。

⑥研究矿物的应用。

3.矿物学的分支学科及其与其它学科的关系矿物学的分支学科:①成因矿物学、找矿矿物学②晶体化学③矿物物理学④应用矿物学矿物学与其它学科的关系矿物学是岩石学、矿床学的基础,是宇宙中元素存在和运动的一种基本形式(地球化学)。

此外,矿物学与地史古生物、构造地质学等均有一定的联系。

主要参考书:潘兆撸等《结晶学及矿物学》(上、下)1993。

罗古风《结晶学到论》1985。

陈武、季寿元《矿物学到论》1985。

第二节晶体、非晶质体及准晶体一. 晶体、非晶质体及准晶体的概念晶体:晶体是内部原子或离子在三维空间成周期性平移重复排列的固体。

或是具有格子构造的固体。

矿物学中的晶体生长与矿物变质学

矿物学中的晶体生长与矿物变质学

矿物学中的晶体生长与矿物变质学矿物学是地球物理学和地质学的重要领域,它广泛地研究各种矿物的成分、结构和性质,是探究自然界中物质的构成和变化的一门重要科学。

其中,晶体生长与矿物变质学是矿物学中的两个重要分支,本文将探讨这两个分支的基本概念、应用及研究前景等方面的内容。

一、晶体生长晶体是由一定类型、大小和形状的晶粒组成的,它是矿物学研究的核心对象。

晶体生长在矿物学中具有非常重要的地位,因为它关系到矿物的一些重要性质,如晶体结构、物理和化学性质等。

晶体生长是指一个物种或多个物种之间的自发聚集,形成一个有序的结晶体。

晶体生长是矿物学中的一项重要领域,它主要分为自然晶体生长和人工晶体生长两种。

自然晶体生长是指在地球自然环境下进行的晶体生长,包括岩石、矿物和有机晶体等。

自然晶体生长的机制和方式非常复杂,需要通过地质学、矿物学、化学等多学科知识交叉研究。

人工晶体生长是指在实验室中制造出来的人工晶体,通过控制实验条件、添加反应物等手段来实现。

人工晶体生长可以广泛应用于电子、光电子、冶金、材料科学等领域,并且是制造电子材料、半导体器件等高科技产品的重要基础。

二、矿物变质学矿物变质学是研究地壳变质作用及其产生的产物和成矿机制的学科。

矿物变质作用是指在地质作用下地壳中的岩石在压力、温度、化学条件等方面发生变化的过程。

这些变化通常会对岩石中的矿物、结构和性质产生显著的影响,最终形成新的岩石类型和矿产物。

矿物变质学是研究地球深处的变质作用和岩石变化产物的成分和性质。

它主要涉及到变质产物矿物、岩石类型、成分、结构、化学组成等方面的知识和信息。

研究人员可以通过对变质环境中的岩石、矿物等进行实验室模拟和分析鉴定,揭示某种变质作用的形成机制和演化规律。

矿物变质学是一个跨学科的研究领域,其主要包括矿物学、岩石学、地球化学、地质学等学科。

在矿物变质学研究中,一些先进的技术(如SEM、XRD、EPMA等)也被广泛应用于分析岩石、矿物和矿产。

《结晶学与矿物学》课程笔记

《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

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.

结晶学及矿物学 绪论

结晶学及矿物学 绪论

b
a
c
应当强调指出,空间格子只是一个几何图 形,并不等于晶体内部包含了具体原子或离子 的格子构造,但具体原子或离子在空间排布的 规律性,则可由空间格子中结点在空间分布的 规律性予以表征。
平行六面体可具有各种不同的形状,各种形状的平 行六面体的晶胞参数怎么样?
我们以后将会看到,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。
四、晶体的基本性质
晶体的基本性质是指:为一切晶体所共有,并能
以此与其它状态的物质相区别的性质。都是由晶体
的格子构造所决定的,可以用晶体所共同遵循的空 间格子规律予以阐明。
1. 自限性(自范性)
4. 对称性 5. 最小内能性 6. 稳定性
2. (结晶)均一性
3. 各向异性
1.自限性(自范性)
★自限性: 晶体能够自发地生长成封闭的规则的凸几 何多面体形态的特性。多面体上的平面称为晶面, 晶面的交棱称为晶棱,不同晶棱的交点称为角顶。 面平棱直角尖(图)。实际晶体往往并不表现出此种 外形,这是由于生长时受到空间限制,长成后环境 影响所造成的。但不说明这些 晶体没有自发地成长为几何多 面体的能力,若条件许可,让 其继续生长,还是可以自发地 形成规则的几何多面体。所以 ,从本质上将,晶体的自限性 并不存在任何例外。
但上述两种相反的转变作用有着本质的不同 。 因为晶体内部质点在三维空间的规则排列是彼此间的 引力和排斥力达到平衡的结果。在此情况下,无论是 使质点间的距离增大或是减小,都将导致势能增大 (类似于共价键)。非晶质体则由于其内部质点的排 列是无规则的,质点间的距离一般不等于平衡距离, 因而其势能必较晶体为大,这就意味着在相同的热力 学条件下,晶体的内能较相同成分的非晶质体为小。 所以就相同成分的晶体和非晶质体而言,晶体是稳定 的而非晶质体是不稳定的,非晶质体有自发地向晶体 转变的必然趋势,但晶体决不会自发地向非晶质体转 变,晶体的非晶化,必定与能量的加入有关。 返回

01-晶体的概念(结晶学与矿物学)

01-晶体的概念(结晶学与矿物学)

结晶学与矿物学
1-1. 晶体的概念 关于近程有序规律和远程有序规律,也叫短程有序 和长程有序
即晶体内部的原子排列具有延绵不断的有序性 ( 长程有序 , long-range order); 在原子近邻具有的有序性 , 叫短程有序 (short-range order), 液体具有短程有序; 气体既无长程, 也无 短程有序。 晶体的内部构造具有平移远程规律。非晶体则只有近程规律。 晶体是固体, 非液体或气体
轴,但准晶体的结构仍有规律,不像非晶态物质那样的无序,仍是某种有序
结构。尽管有关准晶体的组成与结构规律尚未完全阐明,它的发现在理论上 已对经典晶体学产生很大冲击,以致国际晶体学联合会最近建议把晶体定义
为衍射图谱呈现明确图案的固体(any solid having an essentially
discrete diffraction diagram)来代替原先的微观空间呈现周期性结构的定 义。在实际上,准晶体已被开发为有用的材料。例如,人们发现组成为铝- 铜-铁-铬的准晶体具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性,正 被开发为炒菜锅的镀层;Al65Cu23Fe12十分耐磨,被开发为高温电弧喷 嘴的镀层。
结晶学与矿物学
序论
0-2. 结晶学的主要研究内容

(1) 几何结晶学 (geometrical crystallograpgy) (2) 晶体结构学 (crystallology) (3) 晶 体 化 学 (crystallochemistry) (4) 晶体发生学 (crystallogeny) (5) 晶体物理学 (crystallophysics) ………………..
20面体准晶体结构
第一章:晶体及其基本性质
1-2. 非晶质体和准晶体

结晶学与矿物学基本知识

结晶学与矿物学基本知识

第一篇几何结晶学结晶学与矿物学基本知识基础1. 矿物是自然作用中形成的天然固态单质或化合物,具有相对固定的化学成分,晶质矿物还具有确定的内部结构,稳定于一定的物理化学条件,是组成岩石和矿石的基本单元。

2. 晶体的定义:晶体是具格子构造的固体。

3. 结晶学是研究晶体的发生、生长、外部形态、内部结构及物理性质的科学。

4. 空间格子:用以表示晶体内部质点排列的规律性。

是从实际晶体构造中抽象出来的一种由相当点排列而成的几何图形。

5. 空间格子有以下几个要素:结点、行列、面网、平行六边形。

面网密度上单位面积内的结点数目称为网面密度。

互相平行的相邻两面网之间的垂直距离称为面网间距。

面网密度大的,面网间距大。

6. 科塞尔原理:晶面生长的过程应该是先长完一条行列,然后再长相邻的行列;长满一层面网然后开始长第二层面网。

晶面(晶体的最外层的面网)是平行地向外推移的。

这就是科塞尔原理。

7. 布拉维法则:生长速度大的晶面在晶体生长过程中逐渐缩小,甚至消失;而生长速度小的晶面在生长过程中扩大了,最后在保留在晶体上。

8. 成分和构造相同的所有晶体,其对应晶面间的夹角恒等,这一规律称为面角恒等定律。

8. 晶体的基本性质:自限性、均一性、异向性、对称性、最小内能与稳定性。

均一性:因为晶体是具格子构造的固体,同一晶体的各个部分质点的分布相同的,所以同一晶体的各部分的性质是一样的,这就是晶体的均一性。

异向性:同一格子中,不同的方向上质点的排列一般是不相同的,晶体的性质也随方向的不同而有所差异,这就是晶体的异向性。

9. 晶体具有对称性,这表现在晶体外形上是相等的晶面、晶棱和角顶有规律的重复出现。

10. 晶体的对称有以下特点:1)所有晶体都是对称的2)晶体的对称受格子构造的严格控制,即晶体对称的有限性3)晶体的对称不仅表现在外部形态上,而且表现在性质上。

11. 晶体对称不同于其他物体的对称:在于晶体是具有格子构造的固体,它的对称具有表里一致性,即晶体的对称不仅表现在外部形态上(宏观的),而且其内部构造(微观的)也是对称的。

结晶学与矿物学重点

结晶学与矿物学重点

结晶学第一讲:绪论及晶体的形成结晶学:是以晶体为研究对象,以晶体的生成和变化、晶体外部形态的几何性质、晶体的内部结构、化学组成和物理性质及其相互关系为研究内容的一门自然学科。

1) 晶体、格子构造、空间格子、相当点;它们之间的关系。

晶体:定义:晶体是具有格子构造内部,质点在三维空间作平移周期重复(本质)的固体。

准晶体:排列是有规律的重复,但不具有周期性和格子构造。

空间格子是表示这种重复规律的几何图形。

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。

)平行六面体是三维空间内空间格子可以划出一个最小重复单位,由六个两两平行而且相等的面织成。

2) 结点、行列、面网、平行六面体; 结点间距、面网间距与面网密度的关系. 结点是空间格子中的点,它们代表晶体结构中的相当点。

它们只有几何意义,为几何点。

行列:由结点在直线上的排列构成。

行列中相邻结点间的距离称为该行列的结点间距。

结点在平面上的分布即构成面网。

面网上单位面积内结点的密度称为网面密度,与面网间距成正比。

实际晶体结构中所划分出的这样的相应的单位,称为晶胞(晶胞参数:a, b, c; α,β,γ ,也称为轴长与轴角)。

晶胞的形状与大小,则取决于它的三个披此相交的棱的长度。

3)晶体的基本性质:自限性、均一性、异向性、对称性、最小内能、稳定性,并解释为什么。

均一性与异向性有矛盾吗:没有。

均一性是晶体格子整体的性质,异向性是格子构造中不同行列各结点排列的性质。

4) 晶体的生长途径及生长理论(层生长理论、螺旋生长理论)。

生长途径:1由液相转变为固相(1)从熔体中结晶(2)从溶液中结晶2由气相转变为固相3由固相再结晶为固相(1)同质多象转变(2)原矿物晶粒逐渐变大(3)固溶体分解(4)变晶(5)由固态非晶质结晶生长理论:层生长理论在理想情况下在晶核基础上生长时,应先生长一条行列,然后生长相邻的行列,在长满一层面网后再开始生长第二层面网,这样晶面一层一层地逐渐向外平行推移,最外层的面网便发育成晶体的晶面。

结晶学及矿物学

结晶学及矿物学

结晶学及矿物学结晶学和矿物学是两个密切相关的学科,它们探究着矿物领域中的基础理论和应用技术。

结晶学研究晶体的基本结构和性质,以及它们的生长和变化过程;矿物学则研究各种矿物的物理、化学特性,以及它们的产生和分布规律。

下面,我们就详细探讨一下这两个学科的相关内容。

一、结晶学结晶学主要研究晶体结构和性质,包括晶体对称性、晶体结构和晶体生长等内容。

晶体学家通常使用X射线衍射来分析晶体的结构,通过这种方法可以确定晶体中原子和离子的排列方式,从而确定晶体的物理和化学性质。

此外,结晶学还涉及到晶体中缺陷和杂质对晶体结构和性质的影响。

这些问题与材料科学密切相关,因为材料的性能往往取决于它们的晶体结构。

晶体生长是结晶学中的一个重要问题。

晶体生长过程中,一定的物理和化学条件会导致离子或分子逐渐聚集,形成规则的晶体结构。

晶体生长的速率、形态等因素都是结晶学研究的内容。

晶体生长在实际应用中有着很广泛的用途,比如制备单晶硅用于半导体材料和太阳能电池等,还可以用于制备水晶玻璃、陶瓷等物品。

二、矿物学矿物学也是一个极其重要的学科,在资源开发和环境保护中扮演着重要的角色。

矿物学的主要研究对象是地球上各种矿物质,包括它们的成分、物理、化学特性、产生和分布规律等。

在矿物学中,常使用显微镜、光谱仪、X射线衍射等多种手段研究矿物。

这些技术可以帮助科学家确定矿物的组成、结构和性质,从而指导有关地质勘探、矿物开采和加工的工作。

矿物分析是矿物学中的重要内容,它可以从结构上分析矿物的成分和特性。

比如说一些有价值的金属元素就广泛存在于不同种类的矿物中,通过矿物学分析可以找到这些金属的寻找和开采方案。

此外,矿物学还可以通过分析矿物中的稀土等元素,确定地球内部构造和演化的历程。

总之,结晶学和矿物学是两个重要的学科,涉及到地质勘探、矿物资源开发、材料科学等多个领域。

随着科学技术的不断进步,这两个学科的研究内容也在不断扩展和深化,为人类社会的进步和发展贡献着自己的力量。

2结晶学与矿物学教材

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。

山理工结晶学课件02矿物几何结晶学基础

山理工结晶学课件02矿物几何结晶学基础
四方体心格子
六方原始格子
三方原始格子
十四种布拉维格子
之四
立方原始格子
立方体心格子
立方面心格子
十四种布拉维格子
三、晶体的基本性质
一切晶体所共有、并能以此与其他状态的物体相区别的性质
自限性
对称性
异向性
均一性
内能最小性
最稳定性(固定的熔点)
晶体是具有格子构造的固体,因此所有晶体也有它们所共有的格子构造所决定的性质。 1·自限性(自范性):晶体在适当条件(能自由生长)下,可以自发形成规则几何多面体。
生长
立方体状NaCl晶体
晶体?
2、现代定义
晶体:内部质点在三维空间呈周期性 重复排列的固体 或:具有格子状构造的固体。
X-Ray
3、晶体的分布及大小
分布广泛、大小悬殊巨大
二、晶体的空间格子规律
1、空间格子的导出
晶体结构 等同点 空间格子
面网间距:两个相邻面网的垂 直距离
规律:相互平行的面网,其面网密度和面网间距都相等 不平行的面网,其面网密度和面网间距一般不等 面网密度大的面网之间,其面网间距大 面网密度小,其面网间距小
面网密度:单位面积内的结点数
平行六面体:与三个共点但不共面的行列相对应的三组平行行列构成分成一系列平行叠置的平行六面体。
之三
面心格子 (F)
原始格子(P)
底心格子(C)
体心格子(I)
4种类型的格子
14 Why not 28 (47) ?
重复
C=P
F=P
与对称不符
14种布拉维格子
之一
三斜原始格子
单斜原始格子
单斜底心格子
十四种布拉维格子
之二
正交原始格子
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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
long-range order (solid-state physics) A tendency for some property of atoms in a lattice (such as spin orientation or type of atom) to follow a pattern which is repeated every few unit cells.
Wikipedia A quasiperiodic crystal, or, in short, quasicrystal, is a structure that is ordered but not periodic. A quasicrystalline pattern can continuously fill all available space, but it lacks translational
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.
Wikipedia
The order can consist either in a full crystalline space group symmetry, or in a correlation. Depending on how the correlations decay with distance, one speaks of long-range order or short-range order.
Encyclopæ dia Britannica
Atomic positions in a crystal exhibit a property called long-range order or translational periodicity; positions repeat in space in a regular array.
symmetry(平移对称). While crystals, according to the
classical crystallographic restriction theorem, can possess only two, three, four, and six-fold rotational symmetries, the Bragg diffraction pattern of quasicrystals shows sharp peaks with other symmetry orders, for instance five-fold.
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