晶体基本概念
晶体的概念是啥
晶体的概念是啥晶体是指具有一定空间排列和周期性的原子、离子或分子集合体，它们在固体状态下呈现出有序的结构。
晶体是固体中最基本的结构单位，其晶体结构的有序性是形成晶体的重要特征。
晶体的概念最早由斯托尼斯（Haüy）于18世纪末提出，他将晶体定义为具有层状结构的固体。
随后，发展出了现代晶体学，对晶体的研究有了更为深入的认识。
现代晶体学从晶体的结构和性质出发，研究晶体内部原子、离子或分子的排列方式，以及晶体与外界的相互作用。
晶体的结构具有三个基本特征：周期性、对称性和有序性。
晶体的周期性体现在晶格结构的重复性规律上，晶格是由一定数目的排列有序的“点”组成的三维结构。
晶格中的“点”被称为格点，它们代表着晶体原子、离子或分子的位置。
晶格的周期性使得晶体在宏观上具有各向同性，即不论从任何方向观察，晶体的性质都是相同的。
晶体的对称性指的是晶体结构在某一操作下保持不变，这些对称操作包括旋转、反射和平移等。
晶体的有序性则是指晶格上的原子、离子或分子排列有一定的规则，形成特定的晶体结构。
根据晶体的原子、离子或分子的排列方式，晶体可以分为几种基本类型。
最简单的是原子晶体，其中晶格上只有单个原子，例如金属中的众多晶体。
离子晶体则由阳离子和阴离子以离子键相互结合而成，如盐类晶体。
分子晶体则由分子以分子键相互结合形成的晶体，如冰晶体。
此外，还有复合晶体、聚合物晶体等多种类型的晶体。
晶体的结构对其性质起着决定性的作用。
晶体的物理性质包括晶格常数、密度、硬度、熔点等，这些性质取决于晶格结构的特征。
晶体的光学性质也与晶体结构密切相关，例如光的偏振、双折射等现象。
晶体的电学性质也具有很高的研究价值，例如电导率、电介质性能等。
此外，晶体还具有磁性、热传导等特殊性质。
晶体的研究对于物质科学、材料科学以及许多其他领域都具有重要意义。
通过研究晶体的结构和性质，可以揭示物质内部的微观世界，为制备新材料、改进材料性能提供理论和实验基础。
《结晶学及矿物学》复习要点
结晶学一、基本概念：1.晶体（crystal）的概念：内部质点在三维空间周期性重复排列构成的固体物质。
这种质点在三维空间周期性地重复排列称为格子构造，所以晶体是具有格子构造的固体。
2对称型（class of symmetry）晶体宏观对称要素之组合。
（点群，point group）3.空间群：一个晶体结构中，其全部对称要素的总和。
也称费德洛夫群或圣佛利斯群。
4.单形（Simple form）：一个晶体中，彼此间能对称重复的一组晶面的组合。
即能借助于对称型之全部对称要素的作用而相互联系起来的一组晶面的组合。
5.双晶：两个以上的同种晶体，彼此间按一定的对称关系相互取向而组成的规则连生晶体。
6.平行六面体：空间格子中按一定的原则划分出来的最小重复单位称为平行六面体。
是晶体内部空间格子的最小重复单位，是由六个两两平行且相等的面网组成。
7.晶胞：能充分反映整个晶体结构特征的最小结构单元，其形状大小与对应的单位平行六面体完全一致。
8．类质同像：晶体结构中某种质点为性质相似的他种质点所替代，共同结晶成均匀的单一相的混合晶体，而能保持其键性和结构型式不变，仅晶格常数和性质略有改变。
9.同质多像：化学成分相同的物质，在不同的物理化学条件下，形成结构不同的若干种晶体的现象。
10.多型：一种元素或化合物以两种或两种以上层状结构存在的现象。
这些晶体结构的结构单元层基本上是相同的，只是它们的叠置次序有所不同。
二、晶体的6个基本性质1、均一性（homogeneity）：同一晶体的任一部位的物理和化学性质性质都是相同的。
2、自限性（property of self-confinement）：晶体在自由空间中生长时，能自发地形成封闭的凸几何多面体外形。
3. 异向性（各向异性）异向性(anisotropy)：晶体的性质随方向的不同而有所差异。
4. 对称性（property of symmetry）：晶体的相同部分（如外形上的相同晶面、晶棱或角顶，内部结构中的相同面网、行列或质点等）或性质，能够在不同的方向或位置上有规律地重复出现。
《结晶学基础》
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2．鲍林第二规则---静电价规则
在一个稳定的晶体结构中，从所有相邻接的阳离 子到达一个阴离子的静电键的总强度，等于阴离子 的电荷数。
静电键强度
S＝ Z＋ CN＋
• 在离子晶体中，配位数指的是最紧邻的异号离子数，所以正、 负离子的配位数不一定是相等的。阳离子一般处于阴离子紧密堆 积阳的离空子隙还中可，能其出配现位其数 它一 的般 配为 位数4或。6. 。如果阴离子不作紧密堆积，
配位数
阴离子作正八 面体堆积，正、 负离子彼此都能 相互接触的必要
条件为r＋/r=0.414。
凸几何多面体倾向。
❖ 4．对称性－－晶体的物理化学性质能够在不同方
向或位置上有规律地出现，也称周期性 .
晶体的性质
❖ 5．均匀性（均一性）－－一个晶体的各个部分性
质都是一样的。 这里注意：均匀性与各向异性不同，前者是指晶
体的位置，后者是指观察晶体的方向。
❖ 6. 固定熔点 ❖ 7．晶面角守恒定律－－晶面（或晶棱）间的夹角
宏观晶体中对称性只有32种，根据对称型中是否存在 高次轴及数目对晶体分类
❖ 存在高次轴（n>2）且多于一个―――高级晶族 ――包括：等轴（立方）晶系
❖ 存在高次轴（n>2）且只有一个―――中级晶族 ――包括：三方、四方、六方晶系
❖ 不存在高次轴（n>2）―――低级晶族――包括： 三斜、单斜、正交晶系
第一章 结晶学基础
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1-1 晶体的基本概念与性质
一、晶体的基本概念
➢ 人们对晶体的认识，是从石英开始的。 ➢ 人们把外形上具有规则的几何多面体形态的
结晶学基础
然两两反向平行而且相等。用它可以作为判 断晶体有无对称中心的依据。
4、旋转反伸轴（Lin）
旋转反伸轴是一根假想的直线，当晶体围 绕此直线旋转一定角度后，再对此直线上 的一个点进行反伸，才能使晶体上的相等 部分重复。 相应的对称操作是围绕一根直线的旋转和 对此直线上一个点反伸的复合操作。
只有晶体才能称为真正的固体。
5、准晶体
1985年在电子显微镜研究中，发现了一种新 的物态，其内部结构的具体形式虽然仍在探 索之中，但从其对称性可见，其质点的排列 应是长程有序，但不体现周期重复，不存在 格子构造，人们把它称为准晶体。
二、晶体的基本性质
一切晶体所共有的，并且是由晶体的格子构造所决定的性 质，称为晶体的基本性质。
晶体中对称轴举例
横截面形状
晶体对称定律：在晶体中不可能存在五次 及高于六次的对称轴。因为不符合空间格 子规律，其对应的网孔不能毫无间隙地布 满整个平面。
在一个晶体中，除L1外，可以无、也可有
一或多种对称轴，而每一种对称轴也可有一 或多个。
表示方法为3L4、4L3、6L2等。 对称轴在晶体中可能出露的位置： ⑴通过晶面的中心； ⑵通过晶棱的中点；
⑵行列：结点在直线上的排列即构成行列。
行列中相邻结点间的距离称为该行列的结点间距。 同一行列或彼此平行的行列上结点间距相等； 不同方向的行列，其结点间距一般不等。
行
列
⑶ 面网：结点在平面上的分布构成面网。 面网上单位面积内结点的数目称为网面密 度。 互相平行的面网，网面密度相同；不平行 的面网，网面密度一般不等。 相互平行的相邻两面网之间的垂直距离称 为面网间距。
知识总结—— 晶体结构
第七章 晶体结构第一节 晶体的基本概念一、晶体概述固态物质按其组成粒子(分子、原子或离子等)在空间排列是否长程有序分成晶体（Crystal ）和非晶体（又称为无定形体、玻璃体等）两类。
所谓长程有序，是指组成固态物质的粒子在三维空间按一定方式周期性的重复排列，从而使晶体成为长程有序结构。
长程有序体现了平移对称性等晶体的性质。
与晶体相反，非晶体（Non-crystal ）内部的粒子(分子、原子或离子等)在空间排列不是长程有序的，而是杂乱无章的排列。
例如橡胶、玻璃等都是非晶体。
晶体内部各部分的宏观性质相同，称为晶体性质的均匀性。
非晶体也有均匀性，尽管起因与晶体不同。
晶体特有的性质是异向性、自范性、对称性、确定的熔点、X 光衍射效应、晶体的缺陷等。
对于长程有序的晶体结构来说，若了解了其周期性重复单位的结构及排列方式，就了解了整个晶体的结构。
可见，周期性重复单位对认识晶体结构非常重要。
在长程有序的晶体结构中，周期性重复的单位（一般是平行六面体）有多种不同的选取方法。
按照对称性高、体积尽量小的原则选择的周期性重复单位（平面上的重复单位是平行四边形，空间中的重复单位是平行六面体），就是正当晶胞，一般称为晶胞（Crystal cell ）。
二、晶胞及以晶胞为基础的计算1. 晶胞的两个要素晶胞是代表晶体结构的最小单元，它有两个要素：一是晶胞的大小、型式，晶胞的大小可由晶胞参数确定，晶胞的型式是指素晶胞或复晶胞。
二是晶胞的内容，是指晶胞中原子的种类和位置，表示原子位置要用分数坐标。
晶体可由三个不相平行的矢量a , b , c 划分成晶胞，适量a , b , c 的长度a , b , c 及其相互之间的夹角α, β, γ称为晶胞参数，其中α是矢量b 和c 之间的交角，β是矢量a 和c 之间的交角，γ是矢量a 和b 之间的交角。
素晶胞是指只包含一个重复单位的晶胞，复晶胞是指只包含一个以上重复单位的晶胞。
分数坐标是指原子在晶胞中的坐标参数(x , y , z )，坐标参数(x , y , z )是由晶胞原点指向原子的矢量r 用单位矢量a , b , c 表达，即r = x a + y b + z c如图所示晶体，小球和大球的分数坐标分别为 小球：)21,21,21( ),21,0,0( ),0,21,0( ),0,0,21( 大球：)21,21,0( ),21,0,21( ),0,21,21( ),0,0,0( 2. 以晶胞为基础的计算(1)根据晶体的化学式计算密度：D =ZM/N A V ，M 是晶体化学式的相对式量，Z 是一个晶胞中包含化学式的个数，V 是晶胞的体积，N A 是阿佛加德罗常数。
第二章晶体的基本概念
3
固体的鉴定和分析：物相和成分
SrO + TiO2 SrTiO3
物相鉴定最常用的方法是X-射线衍射。它是基 于一种特定的相具有特征的结构参数,从而表现特征 的衍射参数。
2018/3/9
发现材
结构与性
探索和设
料性能 能的关系 计新材料
• 1986年，(La,Ba)2CuO4
Tc>30K
金刚石 C
石英 SiO2
萤石 CaF2
锆石 ZrSiO4
单晶体(single crystal)和多晶体(polycrystal)
单晶体：原子或离子按一定的几何规律完成周期排列的整块晶体。 多晶体：由许许多多单晶体微粒所形成的固体集合体。
single crystal
particle
polycrystal
对称性
例如食盐晶体具有立方体外形，云母片上的蜡熔化 图形呈椭圆形，而不是呈其他任意的不规则形状， 这些都说明有对称性存在。
晶体(crystal)与非晶体(non-crystal)的异同
non-crystal ：Some substances, such as wax, pitch and glass, which posses the outward appearance of being in the solid state, yield and flow under pressure, and they are sometimes regarded as highly viscous liquid.
YBa2Cu3O7-z
90K
Bi2Sr2Can-1CunOz 7-110K
Tl2Ba2Can-1CunOz >93K • 它们是由钙钛矿衍生出来的准二维层状结构。
晶体相关知识点总结
晶体相关知识点总结一、基本概念1. 晶体的定义晶体是由原子、离子或分子按照一定的规则排列而形成的固体结构。
晶体具有高度有序性，具有一定的周期性和对称性。
晶体是凝聚态物质的一种主要形式，占据了固态物质的绝大部分。
2. 晶体的种类根据晶体结构的不同，晶体可以分为离子晶体、共价晶体、金属晶体和分子晶体等几种基本类型。
不同类型的晶体具有不同的物理性质和化学性质。
3. 晶体的分类根据晶体的外部形态，晶体可以分为单斜晶、正交晶、菱形晶、六方晶、四方晶、立方晶等几种基本类型。
不同类型的晶体具有不同的外部形态和对称性。
二、晶体结构1. 晶体的晶体结构晶体结构是指晶体中原子、离子或分子的排列方式和规律。
晶体结构可以分为周期性结构和非周期性结构两种形式。
周期性结构是指晶体中原子、离子或分子的排列具有一定的周期性，具有明显的晶格和对称性。
非周期性结构是指晶体中原子、离子或分子的排列没有明显的周期性，没有规则的晶格和对称性。
2. 晶体的晶格晶体的晶格是指晶体中原子、离子或分子所构成的三维空间排列的规则结构。
晶格可以分为周期性晶格和非周期性晶格两种类型。
周期性晶格是指晶格具有明显的周期性，有规则的排列和对称性。
非周期性晶格是指晶格没有明显的周期性，没有规则的排列和对称性。
3. 晶体的晶胞晶胞是指晶体中最小的具有完整晶体结构的基本单位。
晶胞可以分为原胞和扩展晶胞两种类型。
原胞是指晶体中最小的具有完整晶体结构的基本单位，包含了一个或多个原子、离子或分子。
扩展晶胞是指原胞在晶体结构中的重复排列，是构成晶体的基本单位。
三、晶体的生长1. 晶体生长的基本过程晶体生长是指在溶液、熔体或气相中，原子、离子或分子从溶液中萃取并在已生成的晶体上沉积，形成新晶体的过程。
晶体生长的基本过程包括成核、生长和成形几个阶段，成核是指溶液中原子、离子或分子聚集形成晶体的核心；生长是指晶体核心上原子、离子或分子的进一步沉积和排列生长；成形是指晶体的表面形态和结晶过程。
晶体学基础必学知识点
晶体学基础必学知识点1. 晶体的定义：晶体是由原子、离子或分子以有序排列形成的固态物质。
2. 结晶学：研究晶体的结构、性质以及晶体的生长过程。
3. 晶体的晶格：晶体具有规则的周期性排列结构，可以用晶格来描述。
4. 晶胞：晶体中最小的重复单元，可以通过平移来产生整个晶体结构。
5. 晶体的晶系：根据晶胞的对称性，晶体可以分为七个晶系，分别为三斜晶系、单斜晶系、正交晶系、四方晶系、六方晶系、菱方晶系和立方晶系。
6. 晶体的晶面和晶向：晶体表面上的平面称为晶面，晶体内部的线段称为晶向。
7. 晶体的点阵和晶格常数：晶胞中的基本单位称为点阵，晶体的晶格常数是指晶格中基本单位的尺寸参数。
8. 布拉格方程：描述X射线或中子衍射中晶体衍射角度与晶格参数之间的关系。
9. 动态散射理论：描述X射线或中子与晶体中原子、离子或分子相互作用的过程。
10. 逆格子：描述晶格的倒数空间，逆格子与晶格的结构存在对偶关系。
11. 晶体缺陷：晶体中的缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷，晶体缺陷对晶体的性质和行为有重要影响。
12. 晶体生长：研究晶体从溶液或气体中的形成过程，包括核化、生长和晶面的形态演化等。
13. 晶体的结构表征方法：包括X射线衍射、中子衍射、电子衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等。
14. 晶体结构的解析和精修：通过衍射数据和晶体学软件对晶体的结构进行解析和精修，得到晶体的准确原子位置和结构参数。
15. 晶体的物理和化学性质：晶体的结构对其性质有重要影响，包括光学性质、电学性质、磁学性质和力学性质等。
16. 晶体学的应用：晶体学在材料科学、化学、生物学、地质学和矿物学等领域有广泛的应用，如材料合成、催化剂设计、药物研发和矿石勘探等。
第三章_晶体学基础
十四种空间格子（布拉菲格子）
综合考虑单位平行六面体的划分和附加结点的类型，七个晶系空间格 子的基本类型共有十四种。
三斜晶系：三斜简单格子； 单斜晶系：单斜简单格子，单斜底心格子； 斜方晶系：斜方简单格子，斜方底心格子， (正交） 斜方体心格子，斜方面心格子； 四方晶系：四方简单格子，四方体心格子； 三方晶系：三方简单格子(三方菱面体格子)； 六方晶系：六方简单格子； 立方晶系：立方简单格子，立方体心格子， 立方面心格子。
简单P
立方I
立方F
立方晶系：a = b=c
α=β=γ=90°
四方P 四方晶系： a = b≠c
四方I α=β=γ=90°
正交P
正交C 正交晶系：a≠b ≠ c
正交I α=β=γ=90°
正交F
单斜P 单斜晶系：a≠b ≠ c
单斜C α=γ=90° β＞ 90°
六方H
三方R
三斜P
六方晶系： a = b≠c 三方晶系： a = b=c 三斜晶系：a≠b≠c
故确定的步骤为：
● 选定晶轴X、Y、Z和a、b、c为轴单位；
● 平移晶向（棱）直线过原点；
● 在该直线上任取一结点M，将其投影至X、
。
Y、Z轴得截距OX、OY、OZ；
● 作OX/a：OY/b：OZ/c = u：v：w（最小
整数比）；
● 去掉比号，加中括号，[u v w]即为晶
向符号。
某一晶向指数代表一组在
结构基元：组成晶体的离 子、原子或分子。基元内 的原子数等于晶体中原子 的种类数。
晶体结构=空间点阵+结构基元
实际晶体——质点体积忽略——空间点阵——阵点连线——晶格（空间格子）
晶体常识(公开课)
某些晶体具有优异的物理性能，如耐高温、高强度、高硬度 等，可用于制造建筑材料，如耐火砖、玻璃纤维等。
饰品和工艺品
水晶、宝石等晶体具有独特的色彩和光泽，常被加工成各种 饰品和工艺品，如项链、手链、吊坠、耳环等。
晶体在工业生产中的应用
电子工业
晶体是制造电子元件的重要材料，如晶体管、集成电路等，能够实现电子信号的放大、传输和处 理等功能。
在结晶过程中，原子或分子会自 发地按照一定的规律排列，形成 稳定的晶体结构。
结晶过程可以通过降温、蒸发、 化学反应等方式实现，形成的晶 体结构可以通过实验手段进行表 征和观察。
03
晶体的应用
晶体在日常生活中的应用
1 2
3
光学仪器
晶体是制造眼镜、望远镜、显微镜等光学仪器的重要材料， 能够使光线发生折射、反射、衍射等现象，用于矫正视力、 观察微观世界等。
化学研究
晶体可用于研究化学反应机理和催 化剂性能等方面，能够提供反应过 程中的物质结构和化学键信息。
材料科学
晶体可用于研究新型材料和制备技 术，如纳米材料、复合材料等，有 助于推动材料科学的发展和应用。
04
晶体合成与生长
晶体合成与生长的基本原理
晶体是由原子、离子或分子在空 间按一定规律重复排列而成的固
晶体中的胶原蛋白和透明质酸等成分具有保湿、抗衰老等功效，可用于 护肤品和美容品中，改善皮肤质量和延缓衰老。
某些晶体具有抗氧化、清除自由基等生物活性，有助于延缓衰老和维护 人体健康。
THANKS
能源工业
晶体可用于制造太阳能电池板、核反应堆控制棒等，能够实现光能、热能等能源的转换和利用。
航空航天
某些晶体具有优异的力学性能和耐高温性能，可用于制造飞机、火箭等航空航天器的零部件。
晶体练习题及答案
晶体练习题及答案题目一：晶体的基本概念1. 什么是晶体？答案：晶体指的是由周期性重复排列的原子、分子或离子组成的固态物质。
2. 晶体的特点有哪些？答案：晶体具有以下特点：- 具有长程有序性：晶体中的原子、分子或离子按照规则的排列方式组成，形成周期性的结构。
- 具有各向同性或各向异性：晶体的物理性质在不同方向上可能存在差异。
- 具有平面外的周期性：晶体的周期性结构在三维空间中保持着重复。
- 具有清晰的外形：晶体通常具有规则的几何形状，如立方体、六角柱等。
题目二：晶体的结构与分类1. 晶体的结构有哪些类型？答案：晶体的结构可分为以下几种类型：- 离子晶体：由正、负离子通过电子静力作用排列而成。
- 分子晶体：由分子通过分子间相互作用力排列而成。
- 原子晶体：由原子通过原子间相互作用力排列而成。
2. 晶体的分类方法有哪些？答案：晶体可按照成分、结构和形貌等进行分类。
- 成分分类：包括无机晶体和有机晶体两大类。
- 结构分类：根据晶体的结构类型，可分为离子晶体、分子晶体、原子晶体和金属晶体等。
- 形貌分类：按照晶体外形，可分为短柱状、针状、板状、粒状等多种形态。
题目三：晶胞与晶体的晶格1. 什么是晶胞？答案：晶胞是指晶体中最小的具有周期性结构的单位，通常由一组原子、分子或离子组成。
2. 什么是晶格？答案：晶格是指晶体中晶胞之间的无限重复排列形成的空间网格结构。
3. 晶体的晶格类型有哪些？答案：晶体的晶格类型可分为以下几种：- 简单晶格：晶胞中只有一个原子或离子。
- 面心立方晶格：晶胞的各个面心上都有一个原子或离子。
- 体心立方晶格：晶胞的中心位置还有一个原子或离子。
- 其他复杂晶格：如六方密排晶格、菱面体晶格等。
题目四：晶体的缺陷1. 晶体的缺陷有哪些？答案：晶体的缺陷可分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种。
- 点缺陷：包括空位、间隙原子和杂质原子等在晶体中的缺陷点。
- 线缺陷：主要指晶体表面的位错和堆垛层错等。
晶体_精品文档
晶体引言晶体是物质在固态下的一种特殊形态，具有有序的、周期性的、三维的排列结构。
晶体在自然界中广泛存在，不仅可以是矿物、岩石中的结晶，还可以是人造材料中的晶体。
晶体在各个领域都有重要的应用，比如电子学、光学、材料科学等。
本文将探讨晶体的基本概念、结构特点以及在不同领域的应用。
一、晶体的基本概念晶体最基本的定义是具有周期性的、有序的排列结构的固态物质。
晶体的最小结构单元被称为晶胞，晶胞可以无限扩展以构成整个晶体。
晶体的晶胞具有具体的几何形状，如立方体、四面体等。
晶体中的原子、离子或分子按照一定的方式排列在晶胞中，形成周期性的结构，这种有序的排列使得晶体具有一些特殊的性质。
二、晶体的结构特点晶体的结构是由晶胞的排列和晶胞中原子、离子或分子的排列所确定的。
晶体的结构特点有以下几个方面：1. 原子、离子或分子的周期性排列：晶体中的原子、离子或分子在空间中呈现规则的周期性排列，使得晶体具有有序性。
2. 重复单元的无限扩展：晶胞可以无限扩展以构成整个晶体，晶体的结构可以看做是重复单元的堆叠。
3. 晶颗粒的外形规整：晶体中的晶胞排列有一定的规律性，使得晶体具有规整的外形，比如晶体的外形可以是立方体、六角柱等。
4. 晶体的各向同性：晶体在宏观上呈现各向同性，即物理性质沿不同方向基本相同。
三、晶体的应用晶体在各个领域都有广泛的应用，下面列举几个常见的应用。
1. 电子学中的晶体管：晶体管是基于晶体的半导体材料制成的电子器件，广泛应用在计算机、手机、电视等电子产品中。
晶体管的存在使得电子设备得以快速、高效地运行。
2. 光学中的晶体：晶体在光学仪器和设备中起着重要作用，比如光学镜片、棱镜、激光器等。
晶体的有序结构使得光线能够发生折射、反射等现象，使得光学设备能够产生特定的光学效应。
3. 材料科学中的晶体：晶体结构对材料的性质具有重要影响。
材料科学家通过控制晶体的结构，可以改变材料的导电性、磁性、机械性能等。
例如，晶体的纯度和晶体的取向会影响金属的强度和导电性能。
晶体知识点总结
晶体知识点总结晶体是指在一定条件下，原子或分子按照一定的规律排列组合而成的具有一定几何形状和对称性的固体。
晶体学是研究晶体结构和性质的学科。
晶体学的发展为科学家们研究固体的结构和性质提供了重要的工具和方法。
本文将对晶体学的基本概念、晶体的结构和性质、晶体的生长和应用等方面进行总结。
一、晶体学的基本概念1. 晶体的定义和分类晶体是由一定数量的原子或分子根据一定的对称性和有序规律排列组合而成的固体。
晶体根据其对称性可以分为立方晶系、四方晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系和六角晶系六类。
根据其结构可以分为金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体等。
2. 晶体的对称性晶体的对称性是指晶体在不同的方向上具有相同的结构特征或具有对称性，可以分为旋转对称性和平移对称性。
旋转对称性是指晶体绕某个轴旋转一定角度后，其结构特征不发生变化。
平移对称性是指晶体在一定方向上进行平移后，其结构特征保持不变。
晶体的对称性是晶体学研究的重要内容之一。
3. 晶体的晶格晶体的晶格是指晶体中原子或分子排列的周期性和规律性。
晶体的晶格可以分为原子晶格和离子晶格。
原子晶格是指晶体中原子的排列规律，原子之间的距离和方向是有规律的。
离子晶格是指晶体中离子的排列规律。
晶格的性质直接影响着晶体的物理性质和化学性质。
4. 晶体的晶体结构晶体结构是指晶体中原子或分子排列的空间结构特征。
根据晶体结构的不同，晶体可以分为简单周期晶体和复杂周期晶体。
简单周期晶体是指晶体结构具有简单重复周期的特征，例如金属晶体。
复杂周期晶体是指晶体中存在复杂的周期结构，例如离子晶体和分子晶体。
二、晶体的结构和性质1. 基本结构单元晶体的基本结构单元是晶体中最小的重复单元，晶格中的原子或分子就是以基本结构单元为基础进行排列组合的。
不同类型的晶体具有不同的基本结构单元。
例如，金属晶体的基本结构单元是原子，而离子晶体的基本结构单元是离子。
2. 晶体的晶体形貌晶体的晶体形貌是指晶体在外形上的特征。
结晶学学习笔记__第一章 晶体(基本概念)
第一章晶体（掌握基本概念）晶体：内部质点周期重复排列的物体。
格子构造：晶体内部质点排列周期重复规律。
空间格子：表示晶体结构周期重复规律的简单几何图形。
相当点：1.点的性质（种类）相同；2.点的周围环境相同。
导出空间格子的方法：1.找出相当点。
2.连接起来空间格子与具体晶体结构关系：具体晶体结构>>>的格子组成的。
空间格子比具体晶体结构简单，化繁为简空间格子的要素：1.结点：空间格子中的点（代表相当点）；2.行列：结点在直线上的排列（节点间距）。
任意行列上节点间距相等；相互平行的行列上的节点间距相等。
面网：结点在平面上的分布（面网间距（垂直距离）、面网密度（点的分布稀疏、结点数））周期性导致的面网密度与面网间距成正比平行六面体：结点在三维空间形成的最小重复单位（引出，a,b,c; α，β，γ，称为轴长与轴角，也称晶胞参数）。
a：前后方向；b：左右方向；c：上下方向。
平行六面体范围内的晶体>>>晶胞平行六面体的形状总共有7种，对应有7套晶胞参数，也对应7个晶系。
不同形状决定了晶体具有不同的对称性质。
晶体的基本性质：自限性：晶体能够自发地生长成规则的几何多面体形态。
均一性：同一晶体的不同部分物理化学性质完全相同。
晶体的平面就是一个面网，晶棱就是一个行列（宏观微观对应）晶体均一性是绝对的，非晶体均一性是统计性的，小范围内（到纳米级）不一定性质相同异向性：同一晶体不同方向具有不同的物理性质。
晶体自限性体现了晶体的异向性，外在形态上的体现对称性：同一晶体中，晶体形态相同的几个部分（或物理性质相同的几个部分）有规律的重复出现。
最小内能性：晶体与同种物质的非晶体相比，内能最小。
晶体具有固定的熔点稳定性：晶体比非晶体稳定会用格子构造解释这些性质非晶体（玻璃）的定义及特点？（引出远程规律和近程规律）：非晶体具有近程规律液体、气体的结构具有什么规律？晶体与非晶体的转化？准晶体的发现及定义：1984年发现的新现象，具有近程、远程规律但没有重复周期。
金属的晶体结构知识点总结
金属的晶体结构知识点总结一、晶体结构的基本概念1. 晶体及其性质晶体是由原子、离子或分子按一定的顺序排列而成的，具有周期性结构的固体。
晶体内部的原子、离子或分子按照规则排列，形成了晶体的结晶面、晶格点、结晶方位等。
晶体具有明显的外部形状和内部结构，具有特定的物理、化学性质。
晶体根据其结构的不同可以分为同质晶体和异质晶体。
2. 晶体结构晶体结构是指晶体内部的原子、离子或分子的排列方式和规律。
根据晶体内部原子、离子或分子的排列方式的不同，晶体结构可以分为点阵型、面心立方型、体心立方型等。
3. 晶体的组成晶体的组成通常是由晶格单元和晶格点构成的。
晶格单元是晶体的最小重复单元，晶格点是晶体内部原子、离子或分子所占据的位置。
4. 晶体的晶格晶格是晶体内部原子、离子或分子排列形成的几何形状。
晶格可以分为点阵型、面心立方型、体心立方型等。
5. 晶体的晶系晶体根据晶体中晶格的对称性可将其分为七个晶系，包括三角晶系、四方晶系、正交晶系、单斜晶系、菱形晶系、正菱形晶系和立方晶系。
6. 晶体的晶向和晶面晶体中的晶向和晶面是用来描述晶体内部结构的概念。
晶向是晶体内部原子排列的方向，晶面是晶体内部原子排列的平面。
7. 晶格常数晶格常数是用来描述晶体晶格尺寸大小的物理量。
晶格常数通常表示为a、b、c等，表示晶体中晶格点之间的距离。
二、金属的晶体结构1. 金属的结晶特点金属是一类具有典型金属性质的固体物质，具有较好的导电性、热导性、延展性和塑性等。
金属的晶体结构对其性质有着显著的影响。
2. 金属的晶体结构类型根据金属晶体内部原子排列的方式和规律，金属的晶体结构可分为面心立方结构、体心立方结构和密堆积结构等。
3. 面心立方结构（FCC）面心立方结构是一种典型的金属晶体结构类型，其中晶格点位于立方体的六个面的中心和顶点。
面心立方结构的晶体具有较好的密度和变形性能，常见于铜、铝、银、金等金属中。
4. 体心立方结构（BCC）体心立方结构是一种典型的金属晶体结构类型，其中晶格点位于立方体的顶点和中心。
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非晶体
与晶体相对应的是非晶体。其特点是内部结 构不具有周期性(格子构造)。如玻璃、琥珀、松 香、树脂、沥青、大部分塑料等。 内部质点不 作规则排列，不具格子构造的物质，称为非晶质 或非晶体。它的物理性质在各个方向上是相同的， 叫“各向同性”。它没有固定的熔点。所以有人 把非晶体叫做“过冷液体”或“流动性很小的液 体”。
带的其它晶面
晶带定律的应用（1）
晶面1 (h1 k1 l1) 晶面2 (h2 k2 l2)
晶带轴 (u v w)
u : v : w k1 l1 : l1 h1 : h1 k1 k2 l2 l2 h2 h2 k2
u vw h1 k1 l1 h2 k2 l2
晶带定律的应用（2）
晶向1 (u1 v1 w1) 晶向2 (u2 v2 w2)
• ② 点阵列： 分布在同一直线上的阵点 构成一个点阵列,空间点阵中任意两个阵 点联结起来就是一条行列的方向。 行列中相邻结点间的距离称为该行 列的结点间距,例如下图中的a.
③ 点阵面：分布在同一平面上的阵点构成一个点阵面 网。空间格子中不在同一行列上的任意三个结点就 可以决定一个面网的方向，或者说任意两个相交的 行列就可决定一个面网。 面网上单位面积内结点的密度称为面网密度。
1.1.5 结构基元
与晶体空间点阵中的阵点对应 的物理实体(离子、原子或 分子）称为结构基元。
同一晶体中所有基元的化学组 成、空间结构均相同。
1.1.6 晶体结构 = 点阵 + 基元
LATTICE = An infinite array of points in space, in which each point has identical surroundings to all others.
§1.1 空间点阵 1.1.1晶体与非晶体宏观性质上的区别
1. 晶体 晶体及其基本性质 古代，无论中外都把具有规则多面体形态 的水晶称为晶体。后来扩展为用晶体称呼 那些天然就具有规则多面体形态的固体,如 食盐、水晶，方解石、黄铁矿、绿柱石等。 晶体：是内部质点在三维空间呈周期性 重复排列的固体。或者说晶体是具有格子 构造的固体。具有长程取向有序和长程周 期性平移有序。
• 自限性: 自发形成封闭几何多面体外形. • 均一性: • 异向性: • 对称性: • 最小内能和最大稳定性:
晶体有确定的熔点
？
微观结构不同
自限性 自限性是指晶体在适当条件下可以自发地形成几何多面体
的性质。由图中可以看出晶体为平的晶面所包围，晶面相交成 直的晶棱，晶棱会聚成尖的角顶。
图1-1-1 晶面、晶棱、角顶与 面网、行列、阵点的关系 示意图
？ 下列材料在微观结构上有何区别
1.单晶 与多晶？ 2. 晶体与非晶体 ？ 3. 晶体与准晶体 ？
第一章 晶体的基本概念
• 要解决的问题： 如何描述晶体的本质特征
－周期性？
晶体与材料
晶体可以有单晶体和多晶体，其构成的材料 分别为单晶材料和多晶材料。单晶材料有人造半导 体材料单晶硅和锗，金刚石、红宝石等，多晶材料 包括金属及陶瓷等。晶体固有的性质对材料的性质 具有重要的决定作用。
.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
22-T-hTetah, deegta, deg x 10
X10E 1
1.1.8 空间点阵中的几何要素
①阵点：空间点阵中的几何点
阵点矢量：r = ua + vb + wc (1) 当a、b、c为基矢量， u 、v 、w为整数。 阵点指数：[ [u v w] ]
练习 1, 2, 3, 4
• Fish • 双面心 • Cu3Au • Cu2O
§1.2 空间点阵几何元素表示法— 点、线、面指数和原子坐标
• 先建立坐标系：以阵胞轴矢为坐标轴，以 轴矢长为单位，坐标系可以平移，但不能 转动。
• 采用右手系。
（1）阵点指数
[[ m1m2m3]]
R m= m1a+m2b+m3c 原子分数坐标: x, y, z
准晶体
• 准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准 晶具有长程取向有序的结构，然而不具有晶体 所应有的长程周期性平移有序，它具有特殊的 长程准周期性平移有序，因而可以具有晶体所 不允许的宏观对称性，例如5、8、12次对称性。
• 准晶体的发现，是20世纪80年代晶体学研究中 的一次突破。
ENERGY AND PACKING
Diffraction image from a powder
/Convert 2.10 for MS Windows 3.1x Scan no. = 1 Lambda1,lambda2 = 1.540 Observed Profile
powder
3. 0
X10E 5
2. 0
x 105
1. 0
CoCuntosunts
2D LATTICES
e.g. the hexagonal pattern of a single layer of GRAPHITE
石墨原子面 石墨的2D点阵
Counting Lattice Points/Atoms in 2D Lattices
•Unit cell is Primitive (1 lattice point) but contains TWO atoms in the Motif •Atoms at the corner of the 2D unit cell contribute only 1/4 to unit cell count •Atoms at the edge of the 2D unit cell contribute only 1/2 to unit cell count •Atoms within the 2D unit cell contribute 1 (i.e. uniquely) to that unit cell
1.1.7 晶体点阵的实验证明
金的AFM 照片
DNA的衍射 照片
LB膜热解法制备的SiC薄膜的劳厄像
4H-SiC单晶纳米线 - 宁吉强硕士
碳化还原法，400℃
17nm x 1.5μm
4H-SiC纳米线电子衍射图
Chemical crystallography – powder analysis
晶面指数举例
例如，有一单斜晶系晶体的
晶面ABC在X、Y、Z轴上的截距 分别为3a、2b、6c（如图）。其 晶面指数求解过程为：
X、Y、Z三晶轴的单位分别为a、 b、c，
其截距:
3、2、6，
其倒数比：
2︰3︰1，
其晶面指数: （ 2 3 1 ）。
(1/3 1/2 1/2) = (233)
x=3
z=2 y=2
CRYSTAL STRUCTURE = The periodic arrangement of atoms in the crystal.
It can be described by associating with each lattice point a group of atoms called the MOTIF (BASIS)
1.3 晶带 (晶面与晶向的关系)
• (1) 定义: 所有平行或相交于同一直线的晶面构成一 个晶带，此直线称为晶带轴。属此晶带的 晶面称为晶带面。
例: (112)、（113）、（111）、（001）都 平行于AB [110], 它们都属于 [110]晶带.
(2) 晶带定律
“每一个晶面至少 同时属于两个晶带.”
同一晶体中各套等同点系的重复规律是 相同的,抽出任一套等同点系,都可代表
该晶体中各套质点的重复规律
作人为抽象的工作:
等同点 等同点系 (有物质内容)
阵点 点阵 (几何点的阵列)
1.1.4 空间点阵
点在空间周期性规则排 列且其中每个点有完全相 同的环境，这种几何图形 称为空间点阵。
空间点阵表明了晶体内 部质点在三维空间作周期 性重复排列这一根本的性 质，因此，晶体又可定义 为：晶体是具有空间点阵 构造的固体。
图1-1-2 蓝晶石晶体的硬度 A A- B B方向硬度不同
均一性
因为晶体是具有点阵构造的固体，在 同一晶体的各个不同部分，质点的分布 是一样的，所以晶体的各个部分的物理 性质与化学性质也是相同的，这就是晶 体的均一性。
异向性 晶体结构中不同方向上的质点种类和排列
方式不同，导致晶体的各种物理和化学性质随 方向不同而异，这就是晶体的异向性。 例如：蓝晶石的硬度，石墨的导电性等随方向 的差异很大。
晶体结构中几何环境和物质环境皆相同的点称为等同点, 由等同 点组成的点系称为等同点系.在同一晶体中可以找出无穷多套等 同点系，它们具有相同的周期重复规律.
C l- Na+
阵点
金刚石中同是碳原子由于其几何环境不同而 产生的两类等同点.
同一晶体中各套等同点系的重复规律是相 同的,抽出任一套等同点系,都可代表该晶体中 各套质点的重复规律.
对于一个单位平行六面体，以交于一 点、不在一个平面上的三个棱作为三 个坐标轴，棱长a、b、c为坐标刻度， 彼此的夹角为α、β、γ。即可表示 出它的形状。
a、b、c及α、β、γ 合称为点阵（格子）参数， 对于实际晶体则称之为晶胞参 数。
④ 点阵单胞(阵胞)：空间点阵的重复单元 (平行六面体)。
对于一个单位平行六面体， 以交于一点、不在一个 平面上的三个棱作为三个坐标轴， 棱长a、b、c为坐标刻度， 彼此的夹角为α、β、γ。 即可表示出它的形状。 a、b、c及α、β、γ称为点阵参数， 对于实际晶体则称之为晶胞参数。
对称性 晶体具异向性，但这并不排斥在某些特定
的方向上具有“相同的性质”。在晶体的外形 上，也常有相等的晶面、晶棱和角顶重复出现。