8.晶体的各向异性和多晶型性
国科大材料化学复习资料
第二章晶体学终极重点：1、晶体特征，晶体与非晶体区别 2、晶向与晶面指数确定步骤1.晶体的性能特征：均一性，各向异性，自限性，对称性，最小内能性；2.对称操作与对称要素：对称轴，对称面，对称中心，倒转轴；3.晶向指数与晶面指数：确定步骤；4.球体的堆积：六方，面心立方，体心立方5.鲍林规则；6.各种典型晶体构型；7.硅酸盐晶体结构与实例：岛状，链状，层状，架状；8.同质多晶现象：可逆转变，不可逆转变，重建型转变，位移型转变。
1.晶体的性能特征：均一性，各向异性，自限性，对称性，最小内能性(1)晶体的基本特征晶体的性能特征结晶均一性：在晶体内部任意部位上具有相同的性质；各向异性：在晶体不同方向上表现出的性质差异；自限性：能够自发形成封闭的凸几何多面体外形的特性；对称性：晶体中的相同部分（晶面，晶棱，等等）以及晶体的性质能够在不同方向或位置上有规律地重复；最小内能性：在相同的热力学条件下，晶体与同组成的气体、液体及非晶态固体相比具有最小内能，即最为稳定。
(2)对称操作与对称要素：对称操作：使晶体的点阵结构和性质经过一定程序后能够完全复原的几何操作；对称要素：实施对称操作所依赖的几何要素（点，线，面等）；1.旋转操作与对称轴：一个晶体如能沿着某一轴线旋转360 / n（n = 1, 2, 3, 4, 6）后使晶体位置完全回复原状，则该晶体具有n 重对称轴；2.反映操作和对称面：一个晶体中如果存在某一个平面，使平面两边进行反映操作，而令晶体复原，则这个平面称为对称面；3.反演操作和对称中心：一个晶体中央在某一个几何点，使晶体外形所有晶面上各点通过该几何点延伸到相反方向相等距离时，能够使晶体复原的操作。
该几何点称为对称中心。
4.旋转反演操作和对称反轴：旋转之后进行反演使晶体复原的操作；只有4¯是新的独立对称要素。
(3)晶向指数与晶面指数：确定步骤晶向指数：以晶胞的某一阵点O为原点，过原点O的晶轴为坐标轴x，y，z，以晶胞点阵矢量的长度作为坐标轴的长度单位；过原点O作一直线OP，使其平行于待定晶向；在直线OP上选取距原点O最近的一个阵点P，确定P点的3个坐标值；将这3个坐标值化为最小整数u，v，w，加以方括号，[ u v w ]即为待定晶向的晶向指数。
晶体中的各向异性
2 结晶生长的微观描述
如图 1 所示，晶体生长体系的组成从溶液相到晶相经历了三个区间，即液相区、过渡相区与晶相区。在
液相区， 溶质与溶剂以离子水平均匀混合。晶体的
组成原子在溶液中通过彼此之间很强的化学键相互键
合，从而形成众多的生长单元 （ 离子、分子或 团 簇） 。
在过渡相区，生长单元经扩散逐步接近晶体，在靠近晶
（ 1． State Key Laboratory of Rare Earth Resource Utilization，Changchun Institute of Applied Chemistry，Chinese Academy of Sciences， Changchun 130022，China； 2． School of Chemical Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116024，China）
人工晶体学报
JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS
Vol． 41 Supplement August，2012
晶体中的各向异性研究
孙丛婷1，2 ，李克艳2 ，宋术岩1 ，薛冬峰1，2
（ 1． 中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室，长春 130022； 2． 大连理工大学化工学院，大连 116024）
此，有效地设计表面键合环境有利于调节各向异性生
长形态。在 Cu2 O 结晶过程中，EDTA 被证实起到了还 原剂和螯合剂的双重作用 。 ［12，13，20］ EDTA 的浓度决定
了 Cu2 O 生长过程中的控制步骤。在高 Cu（ II） / EDTA
浓度比的结晶条件下，Cu2 O 的结晶习性主要受到反应 图 3 控制，结晶环境中的 EDTA Fig． 1 Schematics of three phase zone
材料科学基础第2章
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2.3.1 固溶体
固溶体(solid solution) ：
合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、 且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。
➢ 固溶体的最大特点是保持溶剂的晶体结构。
➢ 与固溶体晶格相同的组元为溶剂，一般在合金中 含量较多；另一组元为溶质，含量较少。
✓ 各向异性：由于在不同方向上的原子排列的紧密程 度不同使晶体在不同方向上的物理、化学和力学性 能不同。而一般整个晶体不显示各向异性，称为伪 等向性。
✓ 晶粒：组成晶体的结晶颗粒。 ✓ 多晶体：凡由两颗以上晶粒组成的晶体一般金属都
是多晶体。。
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4
晶粒
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5
Байду номын сангаас
多相合金
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(3)按溶质原子在溶剂中的分布特点分类 无序固溶体：溶质原子在溶剂中任意分布, 无规律性。
有序固溶体：溶质原子按一定比例和有规 律分布在溶剂晶格的点阵或间隙里。
(4)按基体类型分类： 一次固溶体：以纯金属为基形成的固溶体。
二次固溶体：以化合物为基形成的固溶体。
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固溶体的两种类型（置换和间隙）
中间相可以用分子式来大致表示其组成。
合金相的性质由以下三个因素控制: （1）电化学因素(电负性或化学亲和力因素)
电负性—化学亲和力越大越容易形成化合物，电负性 相近的元素容易形成固溶体。
（2）原子尺寸因素 △r=（rA－rB)/rA △r越大，越易形 成中间相。 △r越小，越易形成固溶体
（3）原子价因素(电子浓度因素): C电子=[A(100－x) ＋Bx]/100 C越大，越易形成
材料科学基础名词解释
材料科学基础名词解释第一章固体结构1、晶体 :原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、各向异性。
非晶体 :原子没有长程的周期排列，无固定的熔点，各向同性等。
2、中间相 : 两组元 A 和 B 组成合金时，除了形成以 A 为基或以 B 为基的固溶体外，还可能形成晶体结构与 A，B 两组元均不相同的新相。
由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。
3、晶体点阵：由实际原子、离子、分子或各种原子集团，按一定几何规律的具体排列方式称为晶体结构或晶体点阵。
4、配位数 :晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。
5、晶格：描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。
6、晶胞 :在点阵中取出一个具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。
7、空间点阵：由周围环境相同的阵点在空间排列的三维列阵成为空间点阵。
8、晶向：在晶格中，穿过两个以节点的任一直线，都代表晶体中一个原子列在空间的位向，称为晶向。
9、晶面：由节点组成的任一平面都代表晶体的原子平面，称为晶面。
10、晶向指数（晶面指数）：为了确定晶面、晶向在晶体中的相对取向、就需要一种符号，这种符号称为晶面指数和晶向指数。
国际上通用的是密勒指数。
一个晶向指数并不是代表一个晶向，二十代表一组互相平行、位向相同的晶向。
11、晶向族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶向称为晶向族，以<uvw>表示。
12、晶面间距：相邻两个平行晶面之间的垂直距离。
低指数晶面的面间距较大，而高指数晶面的面间距较小。
晶面间距越大，则该晶面上原子排列越紧密，该原子密度越大。
13、配位数：每个原子周围最近邻且等距离的原子数目，称为配位数。
14、多晶型性：有些金属固态在不同温度或不同压力范围内具有不同的晶体结这种性质构，称为晶体的多晶型性。
15、多晶型性转变：具有多晶型性的金属在温度或压力变化由一种结构转变为另一种结时，构的过程称为多晶型性转变，也称为同素异构转变。
1-2 金属的晶体结构
c
a3
a1
a2
六方晶系晶向指数的确定
解析法： 用三轴坐标先求出待标晶向的三个指数U,V,W, 再利用下列三轴与四轴坐标系晶向指数的关系， 换算出四周坐标系的晶向。
1 u 2U V 3 1 v 2V U 3 t (u v ) w W
3种典型金属的晶体结构
刚球模型 晶胞原子数 原子半径 配位数和 原子堆垛顺序 致密度
体心 立方
CN=8 k=0.68
ABABAB…
面心 立方
CN=12 k=0.74
ABCABC…
密排 六方
CN=12 k=0.74
ABABAB…
四、晶向指数和晶面指数
晶面——晶体结构中，由一系列原子所构成的平面。
晶向——晶体中任意两个原子中心之间连线所指的
八面体间隙rB=0.414rA 有6个 四面体间隙rB=0.225rA 有12个
描述晶胞从以下几个方面： 晶胞中原子的排列方式 (原子所处的位置) 点阵参数 (晶格常数和晶轴间夹角) 晶胞中原子数 原子半径 R(原子的半径)(和点阵常数关系) 配位数 和致密度 密排方向和密排面 晶体结构中间隙 (大小和数量) 原子的堆垛方式
1 1 x , y ,z 1 2 2
[1 1 2]
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。 将三坐标值化为最小整数加方括弧得[234]。
[234]
例二、已知晶向指数为[110],
画出该晶向。
找出1、1、0坐标点,连接 原点与该点的直线即所
为什么单晶体具有各向异性
为什么单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示各向异性？答：在单晶体中不同晶面和晶向上的原子密度不同，原子间的结合力就不同，因而晶体在不同方向上性能各异。
而多晶体是由许多位向不同的单晶体组成的，各个晶粒在整块金属内的空间位向是任意的，整个晶体各个方向上的性能则是大量位向各不相同的晶粒性能的均值，所以一般不显示各向异性。
综述晶体缺陷对金属强度的作用和机理。
答：①空位、置换原子、间隙原子均提高材料强度（固溶强化）。
点缺陷造成晶格畸变，与位错相互作用，增大了位错运动阻力。
间隙原子的作用最大，置换原子次之，空位的作用最小。
②当位错密度非常低时，位错降低强度，因为位错破坏了晶体的完整性，通过位错滑移比完整晶体的滑移更容易进行。
但当位错密度较高时，随位错密度的增大强度提高，因为位错与位错交割时增大了位错阻力。
③位错不能直接通过大角度晶界、相界、孪晶界，所以提高强度（细晶强化），小角度晶界对位错运动也有一定阻碍作用也能提高强度，但效果很小。
1．假设过冷液体中出现一个立方体晶胚，证明形核功ΔGc=1/3Ac σ(Ac 为临界晶核表面积)。
说明形核功和临界晶核尺寸的意义。
证明：设晶核边长为a ，则 σ⨯⨯+∆=∆236a G a G vσσσσσσσσσσc c v v v c v c c vv c v A a G G G a G a G G G a a G a daG d 312)(32)(96)(64643120123222323232==∆=∆+∆-=+∆=∆∆-=∆-==+∆=∆得： 3．简述湿润角θ，杂质粒子的晶体结构和表面形态对异质形核的影响。
答：①θ角越小，形核率越大。
②杂质粒子的晶体结构与固相晶体结构越相似，形核率越大。
③凹面比凸面形核率大。
4．根据形核理论说明变质处理细化晶粒的机理。
答：根据形核理论，形核需要一定的形核功，变质处理减小了形核功，因而更容易形核，提高了形核率，或者降低长大速度，增大形核率与长大速率的比值，使晶粒细化，从而使铸件的晶粒细化。
8.晶体的各向异性和多晶型性
五，晶体的各向异性晶体具有各向异性的原因是由于在不同品向上的原子紧密程度不同所致。
原子的紧密程度不同，意味着原子之间的距离不同，则导致原子间结合力不同，从而使晶体在不同晶向上的物理，化学和力学性能不同具体性能即无论是弹性模量、断裂抗力，屈服强度，还是电阻率、磁导率、线膨胀系数以及在酸中的溶解度等方面都表现出明显的差异例如具有体心立方晶格的Fe -α单晶体100晶向的原子密度即单位长度的原子数为a 1，110晶向为a7.0，而111晶向为a16.1，所以111为最大原子密度晶向，其弹性模量GPa E 290=，100晶向的GPa E 135=，前者是后者的两倍多。
同样，沿原子密度最大的晶向的屈服强度，磁导率等性能，也显示出明显的优越性。
在工业用的金属材料中通常却见不到这种各向异性特征如上述Fe -α的弹性模量不论方向如何其弹性模量E 均在GPa 210左右这是因为，一般固态金属均是由很多结晶颗粒所组成，这些结晶颗粒称为晶粒。
由于多晶体中的晶粒位向是任意的，晶粒的各向异性被互相抵消，因此在一般情况下整个晶体不显示各向异性，称之为伪等向性一般固态金属均是由很多结晶颗粒所组成这些结晶颗粒称为晶粒图1-27为纯铁的显微组织图1-28为纯铜的显微组织图中的每一颗晶粒由大量的位向相同的晶胞组成晶粒与晶粒之间存在着位向上的差别如图1.29所示凡由两颗以上晶粒所组成的晶体称为多晶体一般金属都是多晶体只有用特殊的方法才能获得单个的晶体即单晶体特殊的加工工艺获得各向异性已在工业生产中得到了应用：如果用特殊的加工处理工艺，使组成多晶体的每个晶粒的位向大致相同，那么就将表现出各向异性，这点已在工业生产中得到了应用用特殊的工艺可以制备单个的晶体即单晶体少数金属以单晶体形式使用单晶铜：伸长率高电阻率低和极高的信号传输性能，可作为生产集成电路微型电子器件及高保真音响设备所需的高性能材料六，多晶型性多晶型性和同素异构转变：● 大部分金属只有一种晶体结构，但也有少数金属如Sn Be Ti Mn Fe ,,,,等具有两种或几种晶体结构，即具有多晶型。
金属的晶体结构
引言金属学是研究金属及合金的成分、组织、结构与力学性能之间关系的科学。
所谓力学性能主要指材料的强度、硬度和塑性。
通常用来承受载荷的零件要求材料具有一定的力学性能，我们称这类材料为结构材料。
与结构材料对应的另一类材料是功能材料，它一般不要求承受载荷，主要使用它的物理性能，如光、电、磁性能等。
功能材料利用它对光、电、磁的敏感特性制作各类传感器。
金属学只讨论金属材料的力学性能，不涉及物理性能。
固态金属通常是晶体，金属学研究的最小结构单元是原子。
原子通过不同的排列可构成各种不同的晶体结构，产生不同的性能。
原子结构不是金属学研究的范畴。
第1章金属的晶体结构1-1金属及金属键金属的定义根据学科的不同有多种划分方法。
本人倾向按结合键的性质来划分，即金属是具有金属键的一类物质。
这种分类的好处是有利于解释与金属力学性能相关的现象。
例如，为什么金属具有较好的塑性？什么是金属键、离子键、共价键我们早就熟知，金属键的最大特点是无饱和性、无方向性。
以后我们将会看到，正是这些特点使金属具有较好的塑性。
研究表明，固态金属通常是晶体，且其结构趋于密堆积结构。
这是为什么？下面我们用双原子模型来说明。
当两个原子相距很远时，它们之间不发生作用。
当它们逐渐靠近时，一个原子的原子核与另一个原子的核外电子之间将产生引力；而两原子的原子核及电子之间产生斥力。
研究表明，引力是长程力，斥力是短程力，即距离较远时，引力大于斥力，表现为相互吸引。
随着原子距离的减小，斥力增加的速度逐渐大于引力增加的速度。
显然这样作用的结果必然存在一个平衡距离d0，此时，引力等于斥力，偏离这一距离时，都将受到一个恢复力，如P3图2。
d c对应最大恢复引力，即最大结合力，它对应着金属的理论抗拉强度。
下面，我们从能量的角度来考虑系统的稳定性。
在引力作用下原子移近所做的功使原子的势能降低，所以吸引能是负值。
相反，排斥能是正值。
吸引能和排斥能的代数和是结合能。
由P3图2可以看出，当原子移至平衡距离d0时，其结合能达到最低值，此时系统的势能最低，状态最稳定。
材料科学基础第一章部分知识点
1. 晶体及其特征晶体：晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体，即晶体是具有格子构造的固体。
特征：1) 自范性:晶体具有自发地形成封闭的凸几何多面体外形能力的性质,又称为自限性.2) 均一性:指晶体在任一部位上都具有相同性质的特征.3) 各向异性:在晶体的不同方向上具有不同的性质.4) 对称性:指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.5) 最小内能和最大稳定性2. 晶体结构与空间点阵⏹晶体格子：把晶体中质点的中心用直线联起来构成的空间格架即晶体格子，简称晶格。
⏹结点：质点的中心位置称为晶格的结点。
⏹晶体点阵：由这些结点构成的空间总体称为晶体点阵（空间格子或空间点阵）。
结点又叫阵点。
点阵中结点仅有几何意义，并不真正代表任何质点。
晶体中质点排列具有周期性和对称性晶体的周期性：整个晶体可看作由结点沿三个不同的方向按一定间距重复出现形成的，结点间的距离称为该方向上晶体的周期。
同一晶体不同方向的周期不一定相同。
可以从晶体中取出一个单元，表示晶体结构的特征。
取出的最小晶格单元称为晶胞。
晶胞是从晶体结构中取出来的反映晶体周期性和对称性的重复单元。
3. 晶胞与晶胞参数晶胞—晶体中的重复单元，平行堆积可充满三维空间，形成空间点阵⏹晶胞类型：❑固体物理学原胞：仅反映周期性最小的❑结晶学原胞：反映周期性和对称性，不一定是最小的。
⏹不同晶体的差别：不同晶体的晶胞，其形状、大小可能不同；围绕每个结点的原子种类、数量、分布可能不同。
选取结晶学晶胞的原则：1.单元应能充分表示出晶体的对称性；2.单元的三条相交棱边应尽量相等，或相等的数目尽可能地多；3.单元的三棱边的夹角要尽可能地构成直角；4.单元的体积应尽可能地小。
二、晶体结构的定量描述—晶面指数、晶向指数⏹晶面、晶向及其表征❑晶面：晶体点阵在任何方向上分解为相互平行的结点平面称为晶面，即结晶多面体上的平面。
❑晶向：点阵可在任何方向上分解为相互平行的直线组，位于一条直线上的结点构成一个晶向。
各向异性
各向异性科技名词定义中文名称：各向异性英文名称：anisotropy定义：材料在各方向的力学和物理性能呈现差异的特性。
简介晶体的各向异性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，这就是晶体的各向异性。
晶体的各向异性具体表现在晶体不同方向上的弹性模量、硬度、断裂抗力、屈服强度、热膨胀系数、导热性、电阻率、电位移矢量、电极化强度、磁化率和折射率等都是不同的。
各向异性作为晶体的一个重要特性具有相当重要的研究价值。
常用密勒指数来标志晶体的不同取向。
木材各向异性木材因含水量减少引起体积收缩之现象叫作干缩，干缩也叫作“木材各向异性”例如从纤维饱和点降到含水率0%时，顺纹干缩甚小，为0.1~0.3%，横纹径向干缩为3.66%，弦向干缩最大竟达9.63%，体积干缩为13.8%，所以当木材纹理不直不匀，表面和内部水分蒸发速度不一致，各部分干缩程度不同时，就出现弯、扭等不规则变形、干缩不匀就会出现裂缝。
形态特点质地不均匀，各方面强度不一致。
木材沿树干方(习惯叫顺纹)之强度较垂直树干之横向(横纹)大得多。
例图为松木与杂木三方向之抗压强度。
各方面强度之大小，可以从管形细胞之构造、排列之方面找到原因。
木纤维纵向联结最强，故顺纹抗拉强度最高。
木材顺纹受压，每个细胞都好像一根管柱，压力大到一定程度细胞壁向内翘曲然后破坏。
故顺纹抗压强度比顺纹抗拉强度小。
横纹受压，管形细胞容易被压扁，所以强度仅为顺纹抗压强度之1/8左右，弯曲强度介于抗拉，抗压之间。
性质表现各向异性，亦称“非均质性”。
物体的全部或部分物理、化学等性质随方向的不同而各自表现出一定的差异的特性。
即在不同的方向所测得的性能数值不同。
地球物理学中的各向异性anisotropy物理性质随测量方向而变化的特性。
地球物理应用各向异性有时仅限于“视各向异性”，以与品体历具有的点各向异性相区别。
A、在各向异性介质中应力与应变的弹性张量包含21个独立常数。
晶体结构基本知识
固 体 可 分 为 晶 体 (crystal) 和 非 晶 体 (noncrystal)两大类。
晶体物质的质点（分子、原子、离子）做
有规则的排列，而无定形态物质的质点呈混乱 分布。
非晶体
固体
单晶：单一的晶体多面体；
晶体
依晶体的凸多 面体的数目对 晶体的分类：
双晶：两个体积大致相当的单 晶按一定规则生长； 晶簇：单晶以不同取向连在一起；
（a）面心立方（A1型）74.05%
面心立方结构
常见面心立方的金属有Au、Ag、Cu、Al、-Fe Sr、Ca、Ni等，晶格结构中原子坐标分别为[0,0,0]，
[0,1/2,1/2]，[1/2,0,1/2]，[1/2,1/2,0]。晶胞中所
含原子数为4。8 1 6 1 4 82
常见的单原子离子半径数据：
哥儿智密特半径、泡林半径、夏农半径。
多原子离子的热化学半径：151页表3-5。
原子半径与离子半径的关系：
阳离子半径小于其原子半径，阴离子半径大于其原 子半径。
3-5-2 离子键 定义：阴阳离子通过静电作用力形成的化 学键。
1、离子键的特点： a、离子键的本质是静电作用力； b、离子键没有方向性； c、离子键没有饱和性。 离子的配位数：离子周围相反电荷的离子 数目。
晶面夹角不变定律：确定的晶面之间二面角— —“晶面夹角”是不变的.
小结：
1.晶体的本质特征是“自范性”，即：晶体 能够自发地呈现封闭的规则凸多面体的外形。
2.晶面夹角不变定律：确定的晶面之间二面 角——“晶面夹角”是不变的。
3.晶体的宏观特征：自范性､对称性､均一性 和各向异性。
3-1-2 晶体的微观特征——平移对称性
六方最密堆积的配位数为12 空间占有率=74.05%
晶体中的各向异性
人工晶体学报
JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS
Vol． 41 Supplement August，2012
晶体中的各向异性研究
孙丛婷1，2 ，李克艳2 ，宋术岩1 ，薛冬峰1，2
（ 1． 中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室，长春 130022； 2． 大连理工大学化工学院源自大连 116024）1引 言
组成晶体的原子在空间呈周期性重复排列，然而在同一晶体格子中，在不同的方向上质点的排列一般是 不相同的，因此晶体的性质也随方向的不同而有所差异，由此晶体表现出异向性［1-3］。基于晶体的这种不同 方向上的结构特征，其物理化学性质随观测方向而变化，从而表现出晶体材料性能的各向异性。晶体的很多 性质表现为各向异性，如硬度、压电性质、光学性质、磁学性质及热学性质等。例如，沿晶体不同方向测石墨 的硬度和电导率，石墨不同结晶方向上的硬度和电导率数值不同。同时，晶体材料表现出规则的宏观几何外 形，结晶形态由微观晶体结构和生长环境共同决定［1-3］。在材料的结晶过程中，生长表 / 界面的化学键合结构 是决定其生长速度的关键因素，因此，晶体的几何外形亦具有各向异性的特征。近年来，具有各向异性形貌
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人工晶体学报
第 41 卷
的单晶受到人们的广泛关注，尤其是一维针 / 线状、二维片状的高宽比且具有特定结晶学方向的单晶材料在 电子元器件、功能陶瓷、薄膜材料领域有着广泛的应用［4，5］。例如，具有折叠结构的二维石墨烯片层堆叠的 石墨烯纸由于其为锂离子的扩散提供了大量通道成为了很好的锂离子电池的负极材料［6］。一维 Nb2 O5 纳 米管和二维的 NaNbO3 片组成的异质结构则具有铁电 / 半导体特性［7］。如何定量地设计合成具有预期功能 的各向异性晶体形态成为目前研究热点之一［8-11］。由于不同结晶方向上的结构的显著差异，使用表面添加 剂被证明是一种有效的途径来调节各向异性生长形态［12］。此外，结晶过程中定量进行反应或传质控制亦可 以达到有效调节表面键合行为，从而控制不同晶向的生长速度［13］。对于具有各向同性的晶体结构的材料， 选择性合成具有预期的各向异性形态的前驱体成为了主要的设计手段［4，5，14］。
关于药物多晶型的专述
关于药物多晶型的专述关于药物多晶型的专述内容提要对于固体制剂、半固体制剂、混悬剂等剂型，应注意药物是否存在多晶型。
因为同一固体药物可因结晶条件、制备工艺不同而得到不同晶型的晶体。
由于药物晶型的不同，其物理化学性质也不同，直接影响药物的质量与药效，因此在新药申报生产过程中，需要进行实验研究。
为此，本章在介绍晶体基本概念与基本规律的基础上，重点阐述药物多晶型的产生与分类、多晶型的制备与鉴定方法、多晶型转变条件与控制、多晶型的理化性质变化、多晶型与药物制剂工艺、生物利用度的关系，为研究药物多晶型奠定理论与实验基础。
第一节药物晶体特性与点阵结构一、药物晶体特性（一）晶体与非晶体固体药物从内部结构质点排列状态可分为晶体与无定形体。
晶体（crystal）是固体药物内部结构中的质点（原子、离子、分子）在空间有规律的周期性排列。
质点排列有规律性反映在三个方面：质点间距离一定、质点在空间排列方式上一定、与某一质点最邻近的质点数（配位数）一定。
质点排列的周期性是指在一定方向上每隔一定距离就重复出现相同质点的排列。
固体药物内部结构中质点无规则排列的固态物质称无定形体（amorphism），或称非晶体。
如图2-1。
(a)晶体（b）非晶体图2-1 晶体与非晶体（二）晶体的特性1.晶体的自范性晶体具有自发地生长成为一个结晶多面体，即以平面作为与周围介质的分界面，称此性质为晶体的自范性。
因此晶体的外表具有整齐、规则的几何外形,无定形体则无此种特征。
2.晶体的各向异性与均匀性（1）各向异性由于晶体内部质点在各个方向上排列的距离不同，其性质也表现出差异。
例如晶体的光学性质如折射率、电学性质如导电系数、力学性质如弹性系数等在不同方向上具有不同的数值，称此为晶体的各向异性。
无定形体是各向同性。
（2）均匀性在宏观情况下，晶体中每一点上的物理性质与化学组成均是一致的。
例如各部分的密度，微观结构上的基本单位（晶胞）在空间排列的规律也是一致的。
《金属学与热处理》名词解释汇总
金属学与热处理名词解释汇总1.金属：具有正的电阻温度系数的物质，具有良好的导电性、导热性、延展性和金属光泽。
2.金属键：金属原子贡献出价电子，形成正离子，沉浸在电子云中，他们依靠运动于其中的公有化的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称之为金属键3.晶体：原子在三维空间作有规则的周期性重复排列的物质。
4.晶体结构：晶体中原子在三维空间有规律的周期性的具体排列方式。
5.空间点阵：将构成晶体的原子或原子团抽象成纯粹的几何点，由这些几何点有规则地周期性重复排列形成的三维空间阵列。
6.晶格：用一系列平行直线将阵点连接起来所形成的三维空间格架。
7.晶胞：从晶格中选取的能够反映晶格特征的最小几何单元。
8.配位数：晶体结构中与任一原子最近邻、等距离的原子数目。
9.致密度：晶胞中原子所占体积与晶胞体积的比值，用来表示原子排列的紧密程度。
10.晶向：在晶体中，任意两原子之间的连线所指的方向称为晶向。
11.晶向族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶向。
12.晶面：在晶体中，由一系列原子所组成的平面称为晶面。
13.晶面族：原子排列情况完全相同的所有晶面。
14.各向异性：不同方向上晶体的各性能（导电性、导热性、强度等）不相同的特性。
15.多晶型性：某些金属在不同条件下具有不同晶体结构的特性。
16.多晶型转变（同素异构转变）：当外部条件（温度或压强）改变时，金属内部由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变。
17.强度：指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力。
18.硬度：金属材料抵抗其它更硬物体压入表面的能力。
19.塑形：指材料在载荷作用下发生不可逆永久变形的能力。
20.冲击韧性：材料在外加冲击载荷作用下断裂时消耗能量大小的特性。
21.晶体缺陷：在实际的金属材料中存在的一些原子偏离规则排列的不完整性区域。
22.点缺陷：在三个方向上尺度都很小，相当于原子尺寸，如空位、间隙原子、置换原子。
23.线缺陷：在两个方向上尺度很小，另一个方向上尺度很大，主要是位错。
晶体化学
绪论结晶化学的研究对象结晶化学的研究对象是晶体的化学组成与其内部结构的关系，晶体结构与晶体性质的关系。
晶体的性质，是由晶体的结构所决定的，晶体具有怎样的结构，就会表现出怎样的性质。
结构发生了变化，性质也就随之而变。
根据晶体所表现的性质，就可推求或测定晶体的内部结构。
知道了晶体结构就能解释晶体为什么具有这种性质而不具有另一种性质；知道了晶体结构，就能推测该晶体应该还具有些什么性质是人们尚未知道的。
但是，晶体的结构，又紧密地与晶体的化学组成相联系着，在化学上，人们遇到的物质非常繁多，因此所遇到的晶体结构情况也就非常复杂。
甚至还有多晶型现象，即一种物质在不同的物理化学条件下，具有不同的晶体结构，这样，在研究晶体结构，即研究原子、分子等微粒在空间如何排列及真相互作用时，就必然与物质的化学组成密切有关。
学习结晶化学的意义结晶化学对于生产实践及科学研究活动有些什么意义呢？现在简略他说明如下。
在生产实践中，涉及结晶化学的问题很多。
例如新的科学技术的发展，要求人工培养出大粒的单晶体，作为超声波发生器的基本元件。
培养单晶体，是一门综合性的技术，必须具有结晶化学的知识。
半导体的性能、催化剂的性能，皆与晶体结构密切有关。
晶体结构中杂质原子的存在及晶格的某些缺陷，对半导体的导电性能有着极大的影响。
催化剂中晶粒的大小，晶格的类型，微粒间的键型等也都会大大地影响催化效果。
工业上，金属材料的强度直接与晶体结构内部的缺陷有关。
要试制特殊性能的合金，也必须以一定的结晶化学知识作为基础。
结晶化学的发展，与生产实践及其他科学如矿物学、物理学金属学等分不开。
结晶化学对于其他科学部门的发展，也起了促进作用。
例如矿物学的发展，促进了结晶学、结晶化学的发展。
而结晶化学又使矿物学不再停留在矿物晶体的外形研究上，而深入到矿物的内部结构里去，使矿物的组成、结构和性质三者更好地统一起来。
结晶化学的知识对于研究地球构造及其发展历史，提供了很多根本的数据资料，发展成了一门新兴的科学——地球化学。
多晶体是各向同性吗
多晶体是各向同性吗
⼀般来说多晶体是各向同性的，但单个⼩晶体仍是各向异性。
⾃然界中物质的存在状态有三种：⽓态、液态、固态（此处指⼀般物质，未包括“第四态”等离⼦体）。
固体⼜可分为两种存在形式：晶体和⾮晶体。
晶体是经过结晶过程⽽形成的具有规则的⼏何外形的固体；晶体中原⼦或分⼦在空间按⼀定规律周期性重复的排列。
晶体是经过结晶过程⽽形成的具有规则的⼏何外形的固体；晶体中原⼦或分⼦在空间按⼀定规律周期性重复的排列。
⾮晶是⽆规则排列，⽆周期⽆对称特征，原⼦排列⽆序，没有⼀定的晶格常数，描叙结构特点的只有径向分布函数，这是个统计的量。
我们不知道具体确定的晶格常数，但可以知道⾯间距的统计分布情况。
⾮晶有很多诱⼈的特性，因为它的应⼒应变曲线很特别。
前⾯说了，从液态到到固态有个成核长⼤的过程，若不让它成核，直接到固态，得到⾮晶，这需要很快的冷却速度。
所以研究⼀⽅⾯致⼒提⾼冷却速度，⼀⽅⾯在不断寻找新的合⾦配⽅，因为不同的合⾦配⽅有不同的⾮晶形成能⼒，通常有Tg参数表征，叫玻璃化温度。
⾮晶没有晶粒，也就没有晶界⼀说。
也有⼈曾跟我说过⾮晶可以看成有晶界组成。
那么另⼀⽅⾯，让若它成核，不让它长⼤，就成了纳⽶晶。
晶体常见计算
《晶体的类型和性质》练习题1．晶体具有各向异性。
如蓝晶石（Al 2O 3·SiO 2）在不同方向上的硬度不同；又如石墨在与层垂直的方向上的导电率与层平行的方向上的导电率1∕104。
晶体的各向异性主要表现在是（ ）①硬度 ②导热性 ③导电性 ④光学性质A ．①③B ．②④C ．①②③D ．①②③④2．组成晶体的质点(分子、原子、离子)以确定的位置在空间作有规则排列，具有一定几何形状的空间格子，称为晶格，晶格中能代表晶体结构特征的最小重复单位称为晶胞。
在冰晶石(Na 3AlF 6)晶胞中，AlF 63-占据的位置相当于NaCl 晶胞中C1-占据的位置，则冰晶石晶胞中含有的原子数与食盐晶胞中含有的原子数之比为（ ）A ．2:1B ．3:2C ．5:2D ．5:13．SiCl 4的分子结构与CCl 4类似，对其做出如下推断：①SiCl 4晶体是分子晶体；②常温常压SiCl 4不是气体；③SiCl 4分子是由极性键构成的非极性分子；④SiCl 4熔点高于CCl 4。
其中正确的是（ ） A ．只有① B ．只有①② C ．只有②③ D ．①②③④4．下列物质的熔、沸点高低顺序正确的是（ ）A ．金刚石，晶体硅，二氧化硅，碳化硅B ．CI 4>CBr 4>CCl 4>CH 4C ．MgO>H 2O>O 2>N 2D ．金刚石>生铁>纯铁>钠5．科学家最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子，如右上图所示：图中顶角和面心的原子都是钛原子，棱的中心和体心的原子都是碳原子。
该分子的化学式是（ ） A ．Ti l3C 14 B ．Ti 14C 13 C ．Ti 4C 5 D ．TiC6．下图是从NaCl 或CsCl 晶体结构图中分割出来的部分结构图，其中属于从NaCl 晶体中分割出来的结构图是（ ）A ．图(1)和图(3)B ．图(2)和图(3)C ．图(1)和图(4)D ．只有图(4)7．朱经武(Paul Chu)教授等发现钇钡铜氧化合物在90K 温度下即具有超导性，该化合物的结构如图所示。
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五，晶体的各向异性
晶体具有各向异性的原因
是由于在不同品向上的原子紧密程度不同所致。
原子的紧密程度不同，意味着原子之间的距离不同，则导致原子间结合力不同，从而使晶体在不同晶向上的物理，化学和力学性能不同
具体性能
即无论是弹性模量、断裂抗力，屈服强度，还是电阻率、磁导率、线膨胀系数以及在酸中的溶解度等方面都表现出明显的差异
例如具有体心立方晶格的Fe -α单晶体
100晶向的原子密度即单位长度的原子数为a 1，110晶向为a
7.0，而111晶向为a
16.1，所以111为最大原子密度晶向，其弹性模量GPa E 290=，100晶向的GPa E 135=，前者是后者的两倍多。
同样，沿原子密度最大的晶向的屈服强度，磁导率等性能，也显示出明显的优越性。
在工业用的金属材料中通常却见不到这种各向异性特征如上述Fe -α的弹性模量不论方向如何其弹性模量E 均在GPa 210左右
这是因为，一般固态金属均是由很多结晶颗粒所组成，这些结晶颗粒称为晶粒。
由于多晶体中的晶粒位向是任意的，晶粒的各向异性被互相抵消，因此在一般情况下整个晶体不显示各向异性，称之为伪等向性
一般固态金属均是由很多结晶颗粒所组成这些结晶颗粒称为晶粒
图1-27为纯铁的显微组织图1-28为纯铜的显微组织
图中的每一颗晶粒由大量的位向相同的晶胞组成
晶粒与晶粒之间存在着位向上的差别如图1.29所示
凡由两颗以上晶粒所组成的晶体称为多晶体
一般金属都是多晶体
只有用特殊的方法才能获得单个的晶体即单晶体
特殊的加工工艺获得各向异性已在工业生产中得到了应用：
如果用特殊的加工处理工艺，使组成多晶体的每个晶粒的位向大致相同，那么就将表现出各向异性，这点已在工业生产中得到了应用
用特殊的工艺可以制备单个的晶体即单晶体
少数金属以单晶体形式使用
单晶铜：
伸长率高电阻率低和极高的信号传输性能，可作为生产集成电路微型电子器件及高保真音响设备所需的高性能材料
六，多晶型性
多晶型性和同素异构转变：
● 大部分金属只有一种晶体结构，但也有少数金属如Sn Be Ti Mn Fe ,,,,等具有两
种或几种晶体结构，即具有多晶型。
● 当外部条件（如温度和压强）改变时，金属内部由一种晶体结构向另一种晶
体结构的转变称为多晶型转变或同素异构转变。
● 如Fe 在912度以下为体心立方晶格称为Fe -α，在912~1394时具有面心立方
晶格称为Fe -γ，而从1394至熔点，又转变为体心立方晶格称为Fe -δ。
同素异构转变或多晶型转变时的体积变化：
由于不同的晶体结构具有不同的致密度，因而当发生多晶型转变时，将伴有比容或体积的突变。
图1-30为纯铁加热时膨胀曲线
Fe -α的致密度小，Fe -γ的致密度大，Fe -δ的致密度又小，所以在912度由Fe -α转变为Fe -γ时体积突然减小，而Fe -γ在1394度转变为Fe -δ时体积又突然增大，在曲线上出现了明显的转折点。
其他：
除体积变化外，多晶型转变还会引起其它性能的变化。