晶态结构-1
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准 晶: 有长程的取向序，沿取向序的对称轴方向 有准周期性，但无长程周期性
晶体的分类：
（1）单晶：整个晶体内部原子都是规则排列的，晶格位相完全 一致，且无任何缺陷存在。
（2）双晶：两个单晶按一定规则生长在一起 （3）晶簇：许多单晶以不同取向连在一起 （4）多晶体：由许多小取向不同的单晶体构成的晶体。
４. 晶体具有各向异性:晶体的物理性质如导电、导热、 折光率、膨胀系数、偏振、压电性等物理性质在不 同的方向上是不同的（石墨电导率平行方向是垂直 方向的104倍，云母具解理性能撕成薄片）。
二、几种常见的晶体结构 1. 元素晶体 a. 密堆积：
一维 二维
二维正方结构
二维密排结构
三维密堆积
Up
Down
太原科技大学材料学院研究生课程
材料物理第一章
材料的结构I:晶态结构
田玉明 太原科技大学材料学院 Email: tianyming@
第一章 晶体结构
§1.1 几种常见的晶体结构
一、晶体的定义、分类及特征
晶 体: 组成固体的原子（或离子）在微观上的 排列具有长程周期性结构
非晶体：组成固体的粒子只有短程序，但无长程 周期性
CsCl结构 典型晶体：CsCl、CsBr、CsI
CsCl结构也可以看成正负离子各一套简单立方格子沿 晶胞的体对角线位移1/2体对角线长度套构而成。
闪锌矿结构
结构特征：S2-面心立方排列，Zn2+填 充四面体空隙的1/2。 典型晶体：ZnS、CdS、GaAs、
-SiC
配位数比：4:4
晶棱：晶面的交线称为晶棱。 晶棱的方向称为带轴。
晶带：交线互相平行的晶面构成晶带。
晶体的宏观特性：
1、晶体结构的周期性:晶体中微粒的排列按一定的方式不 断重复出现；即“自范性”
硫
石英
紫水晶 黄铁矿
干冰
金刚石和石墨
食糖晶 体
明矾 晶体
单质 硫
雪花 晶体
食盐 晶体
祖母绿
绿宝石
猫眼石
紫水晶
黄黄水水晶晶
典型晶体：Be、Mg、Zn、Cd、Ti
b. 较松散的堆积
体心立方（body-centered cubic, bcc） 堆积
典型晶体：碱金属（Li、Na、K ）、 难熔金属（V，Nb，Ta，Cr，Mo，W） -Fe （912℃以下的钝铁） 等
简单立方（simple cubic, sc）堆积
hcp
fcc
面心立方（face-centered cubic, fcc）堆积 排列方式： ABCABC (立方密堆积)
典型晶体：Ca、Sr、Al、Cu、Ag、γ-Fe （1394－912℃的 钝铁） 、Pb、Ni、Pt、Pd （钯）、贵金属以及奥氏体不 锈钢等。
密排六方（ hexagonal close-packed, hcp ）结构 排列方式： ABABAB (六方密堆积)
闪锌矿结构也可以看成是 Zn2+和S2-离子各自形成一 套面心立方格子，沿晶胞 的体对角线方向位移1/2体 对角线长度套构而成。
常见的闪锌矿结构有Be、Cd、Hg等的硫化物、硒化物和碲 化物以及CuCl及β -SiC等。
水晶石
2、晶体外形的对称性:晶体 具有整齐、规则的几何外形， 这是晶体最明显的特征。 同一种晶体由于生成条件的 不同，外形上可能差别。 但晶体的晶面角(interfacial anglt)却不会变.
NaCl 晶体的两种外型
３. 晶体的均匀性:一块晶体的各个部分都具有相同的 性质。晶体都有固定的熔点，玻璃在加热时却是先 软化，后粘度逐渐小，最后变成液体.
典型晶体：NaCl、LiF、 KBr
11 3
1
42 4
4
3
1
4
1
3
4 14
2
2
1
3
1
4
4
4
1 2
NaCl晶体结构
NaCl结构中的八面体位置
NaCl结构沿三维方向的键力比较均匀，因 此其结构无明显解理性，破碎后其颗粒呈多面 体形状。
常见的NaCl结构是碱土金属氧化物和过渡 金属的二价氧化物，其化学式为MO,其中M2+为 二价金属离子。结构中M2+离子和O2-离子分别 占据Na+和Cl-离子的位置。这些氧化物有很高 的熔点，尤其是MgO(方镁石)，其熔点高达 2800 ℃,是碱性耐火砖中的主要晶相。
典型晶体：α-Po
金刚石结构
0
1 2
0
3
1
4
4
1 2
0
1 2
1
3
440源自1 20典型晶体：金刚石、Si、Ge
配位数：一个原子周围最近邻原子的数目
如：对于密堆积（hcp和fcc）配位数为12； 对于体心立方（bcc）配位数为8 等。
常见晶胞中微粒数的计算
六方晶胞：在六方体顶点的微粒 为6个晶胞共有，在面心的为2个 晶胞共有，在体内的微粒全属于 该晶胞。 微粒数为：12×1/6 + 2×1/2 + 3 = 6
2. 简单化合物晶体 （1）AB型化合物结构
AB型化合物结构主要有NaCl、CsCl、ZnS、NiAs等类型的结构， 其键性主要是离子键，其中NaCl、CsCl是典型的离子晶体， NaCl晶 体是一种透红外材料； ZnS带有一定的共价键成份，是一种半导体 材料； NiAs晶体的性质接近金属。
NaCl结构
面心立方：在立方体顶点的微粒 为8个晶胞共有，在面心的为2个 晶胞共有。 微粒数为：8×1/8 + 6×1/2 = 4
体心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处 于体心的金属原子全部属于该晶胞。
微粒数为：8×1/8 + 1 = 2
长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献： 顶 ----1/8 棱----1/4 面----1/2 心----1
晶体的分类：
（1）单晶：整个晶体内部原子都是规则排列的，晶格位相完全 一致，且无任何缺陷存在。
（2）双晶：两个单晶按一定规则生长在一起 （3）晶簇：许多单晶以不同取向连在一起 （4）多晶体：由许多小取向不同的单晶体构成的晶体。
４. 晶体具有各向异性:晶体的物理性质如导电、导热、 折光率、膨胀系数、偏振、压电性等物理性质在不 同的方向上是不同的（石墨电导率平行方向是垂直 方向的104倍，云母具解理性能撕成薄片）。
二、几种常见的晶体结构 1. 元素晶体 a. 密堆积：
一维 二维
二维正方结构
二维密排结构
三维密堆积
Up
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太原科技大学材料学院研究生课程
材料物理第一章
材料的结构I:晶态结构
田玉明 太原科技大学材料学院 Email: tianyming@
第一章 晶体结构
§1.1 几种常见的晶体结构
一、晶体的定义、分类及特征
晶 体: 组成固体的原子（或离子）在微观上的 排列具有长程周期性结构
非晶体：组成固体的粒子只有短程序，但无长程 周期性
CsCl结构 典型晶体：CsCl、CsBr、CsI
CsCl结构也可以看成正负离子各一套简单立方格子沿 晶胞的体对角线位移1/2体对角线长度套构而成。
闪锌矿结构
结构特征：S2-面心立方排列，Zn2+填 充四面体空隙的1/2。 典型晶体：ZnS、CdS、GaAs、
-SiC
配位数比：4:4
晶棱：晶面的交线称为晶棱。 晶棱的方向称为带轴。
晶带：交线互相平行的晶面构成晶带。
晶体的宏观特性：
1、晶体结构的周期性:晶体中微粒的排列按一定的方式不 断重复出现；即“自范性”
硫
石英
紫水晶 黄铁矿
干冰
金刚石和石墨
食糖晶 体
明矾 晶体
单质 硫
雪花 晶体
食盐 晶体
祖母绿
绿宝石
猫眼石
紫水晶
黄黄水水晶晶
典型晶体：Be、Mg、Zn、Cd、Ti
b. 较松散的堆积
体心立方（body-centered cubic, bcc） 堆积
典型晶体：碱金属（Li、Na、K ）、 难熔金属（V，Nb，Ta，Cr，Mo，W） -Fe （912℃以下的钝铁） 等
简单立方（simple cubic, sc）堆积
hcp
fcc
面心立方（face-centered cubic, fcc）堆积 排列方式： ABCABC (立方密堆积)
典型晶体：Ca、Sr、Al、Cu、Ag、γ-Fe （1394－912℃的 钝铁） 、Pb、Ni、Pt、Pd （钯）、贵金属以及奥氏体不 锈钢等。
密排六方（ hexagonal close-packed, hcp ）结构 排列方式： ABABAB (六方密堆积)
闪锌矿结构也可以看成是 Zn2+和S2-离子各自形成一 套面心立方格子，沿晶胞 的体对角线方向位移1/2体 对角线长度套构而成。
常见的闪锌矿结构有Be、Cd、Hg等的硫化物、硒化物和碲 化物以及CuCl及β -SiC等。
水晶石
2、晶体外形的对称性:晶体 具有整齐、规则的几何外形， 这是晶体最明显的特征。 同一种晶体由于生成条件的 不同，外形上可能差别。 但晶体的晶面角(interfacial anglt)却不会变.
NaCl 晶体的两种外型
３. 晶体的均匀性:一块晶体的各个部分都具有相同的 性质。晶体都有固定的熔点，玻璃在加热时却是先 软化，后粘度逐渐小，最后变成液体.
典型晶体：NaCl、LiF、 KBr
11 3
1
42 4
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NaCl晶体结构
NaCl结构中的八面体位置
NaCl结构沿三维方向的键力比较均匀，因 此其结构无明显解理性，破碎后其颗粒呈多面 体形状。
常见的NaCl结构是碱土金属氧化物和过渡 金属的二价氧化物，其化学式为MO,其中M2+为 二价金属离子。结构中M2+离子和O2-离子分别 占据Na+和Cl-离子的位置。这些氧化物有很高 的熔点，尤其是MgO(方镁石)，其熔点高达 2800 ℃,是碱性耐火砖中的主要晶相。
典型晶体：α-Po
金刚石结构
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1 2
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440源自1 20典型晶体：金刚石、Si、Ge
配位数：一个原子周围最近邻原子的数目
如：对于密堆积（hcp和fcc）配位数为12； 对于体心立方（bcc）配位数为8 等。
常见晶胞中微粒数的计算
六方晶胞：在六方体顶点的微粒 为6个晶胞共有，在面心的为2个 晶胞共有，在体内的微粒全属于 该晶胞。 微粒数为：12×1/6 + 2×1/2 + 3 = 6
2. 简单化合物晶体 （1）AB型化合物结构
AB型化合物结构主要有NaCl、CsCl、ZnS、NiAs等类型的结构， 其键性主要是离子键，其中NaCl、CsCl是典型的离子晶体， NaCl晶 体是一种透红外材料； ZnS带有一定的共价键成份，是一种半导体 材料； NiAs晶体的性质接近金属。
NaCl结构
面心立方：在立方体顶点的微粒 为8个晶胞共有，在面心的为2个 晶胞共有。 微粒数为：8×1/8 + 6×1/2 = 4
体心立方：在立方体顶点的微粒为8个晶胞共享，处 于体心的金属原子全部属于该晶胞。
微粒数为：8×1/8 + 1 = 2
长方体晶胞中不同位置的粒子对晶胞的贡献： 顶 ----1/8 棱----1/4 面----1/2 心----1