结晶学与矿物学-1晶体性质生长规律
第一章1_晶体、矿物的性质讲解
摩斯 压入硬度 硬度 (kg/mm2)
1
47
2
60
3
136
4
200
5
659
6
714
7
1181
8
1648
9
2085
10 6500
研磨 硬度 0.03 1.04 3.75 4.2 5.4 30.8 100 146 833 117000
2、矿物的力学性质
（2）矿物的解理 定义: 当矿物受到外力作用后，能沿晶格 中某一或某些面网发生破裂的固有性质。 因解理而裂成的平面叫做解理面。 表示: 据解理的方向, 用相应的单形符号 来表达
卡氏双晶
（2）交生的类型
文象交生 环带交生 条纹交生
角闪石和普通辉石的交生
5. 晶体的生长习性
晶体生长习性：指单个独立晶体生长的取向。 （1）一向延长
短柱状、长柱状、针状、纤维状、条状。 （2）二向延长
板状、片状、鳞片状。 （3）三向延长
粒状。
晶体习性
三向等长 粒状
柱一 状向 ／延 棒长 状 ／ 针 状
1、晶体的概念 物质内部质点在三维空间按一定规则
呈周期性重复排列而在宏观上又具有一定 几何外形的固体物质。
（二） 晶体
2、晶体的对称性 晶体都是对称的 晶体外形上对称 晶体宏观性质上对称 是晶体的基本性质之一 是晶体科学分类的依据
2、晶体的对称性
（1）对称：物体或图形中相同部分之间有规 律地重复。 对称的基本特点：各自都必须包含或可 被划分为若干个彼此相同的部分；这些相 同部分之间在借助于某种特定的操作后， 使之能有规律地重合。
（2）对称要素和对称操作
ⅳ）旋转反伸轴：一 假想直线和此直线 上的一个定点。相 应的对称操作就是 围绕该直线旋转一 定角度，继之再以 对该直线上定点的 反伸。
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。
结晶学与矿物学课件 1结晶学与矿物学__第一章_晶体及其性质
具有占据最大空间的运动趋势，稳定性差；
液体：流动作用使质点移动，所以其决定于容器的
形状；
非晶质体：质点运动类似晶体，质点处于振动状态，
且质点的相对移动极为困难。但时间加长，这种 运动可以显现出来，在温度较高时，这种运动更 为显著。
本章概要
1.晶体、非晶体 2.空间格子——抽象，难点 3.晶体6个基本性质
头接耳,关手机,作笔记。 总成绩=平时课堂表现30%+实验报告
20%+期末考试50%
第一篇 结晶学 Crystallography
第一章 晶体及结晶学
第一节 结晶学及其发展历史
对象：晶体 （生成和变化、外部形态几何规律、 内部结构、化学成分、物理性质）
地位：地球科学主干课程，专业基础课？
常林钻石
➢3.对称性
晶体相同的性质在不同方向或位 置上作有规律的重复。
宏观对称——晶体相同部位能够在不同的方
向或位置上有规律重复出现的特性，宏观 对称是晶体分类的基础。
微观结构对称——格子状构造本身就是质点
在三维空间呈周期性重复的体现，从这个 意义上说，所以的晶体都是对称的。
➢4 一定的熔点
晶体具有一定的熔点，晶体加热在熔点 温度开始熔化，直到晶体完全融化温度 才继续升高。
玻璃、蔗糖等非晶质则不具有固定的熔 点，熔化过程温度的变化为一条曲线；
➢5.最小内能性
相同热力学条件下，晶体与同种物质的非晶质 体、液体、气体状态相比较，其内能最小。
内能＝动能＋势能
动能——晶体内部质点在平衡点周围作无规则运动所决
定的，与T、P有关。
势能——质点间相互位置所决定的，与质点的排列有关。
第一章 晶体的基本性质
研究表明，数以千计的不同种类晶体 尽管各种晶体的结构各不相同，但都具有 格子状构造，这是一切晶体的共同属性。
与晶体结构相反， 内部质点不作周期 性的重复排列的固 体，即称为非晶质 体。
11
水晶
玻璃
晶体:短(或近)程有序, 长(远)程有序
非晶体:短(或近)程有序, 长(远)程无序
12
二.空间格子的概念与获得
（1）空间格子—是表示晶体内部结构中质点周 期性重复排列规律的几何图形。
（2）等同点或相当点：点的内容(或种类)相同; 点的周围环境相同。
（3）空间格子的获得： ①首先必须找出晶体结构中的相当点； ②按照一定的规则将相当点连接起来，就形 成了空间格子。
13
石盐的晶体结构
14
空间格子的获得：
一维图案
26
五.研究简史及主要分支
研究简史：
★1000多年前，认识了石英和石盐具有规则的外 形； ★ 17世纪中叶前，以外形研究为主 ； ★ 1912年，X射线晶体衍射实验成功，结晶学进入快速发展阶
段； ★ 19世纪中叶开始对晶体内部结构探索，逐渐发展成为一门
独立的学科； ★ 20世纪初, 内部结构的理论探索 。
► 最小内能性: 在相同的热力学条件下，与同种化学成分的气
体、液体及非晶质体相比，以晶体的内能为最小。
内能 = 动能 + 质点在平衡点 周围作无规则 振动的能量
势能 质点间相对 位置所产生 能量
25
► 稳定性：在相同的热力学条件下，具有相同化学 成分的晶体和非晶质体相比，晶体是稳定的， 而非晶质体是不稳定的。对于化学成分相同的 物质，以不同的物理状态存在时，其中以结晶 状态最为稳定。这一性质与晶体的内能最小是 吻合的。在没有外加能量的情况下，晶体是不 会自发地向其它物理状态转变的。
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
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第二章 晶体生长模型与面角守恒定律
晶体生长的基本原理与规律
晶体生长的基本原理与规律晶体生长是一种自组装的过程，是物质形态的重要方面。
晶体生长涉及到多种物理过程和化学因素，其基本原理与规律关系到物质科学的许多方面。
晶体是原子、分子或离子的有序排列，构成了空间中确定的结构。
晶体生长是原子、分子或离子从溶液、气相或熔体中组装成确定结构的过程。
晶体生长过程中的物理、化学特性也决定了晶体的形成及晶体的结构特征。
1. 晶体生长的基本原理晶体生长的基本原理与物质的组成、物态、温度、压力、溶液浓度等有关系。
晶体生长的过程中，原子、分子或离子从半无序的状态演化到了高度有序的状态，具有以下几个方面的基本原理：1. 相变物质的相变包括固化、融化、凝固、冷凝等过程，在相变过程中，原子、分子或离子的能量、热力学状态也在变化。
2. 核形成晶体的核形成是晶体生长的最初阶段。
在合适条件下，原子、分子或离子在溶液中或气相中形成临界尺寸的核，然后继续向外生长直到形成晶体。
晶体的核形成涉及到物理因素、化学物质、温度、压力等因素的影响。
3. 晶体生长晶体的生长过程是晶体从核心开始向外扩展，进而变成完整晶体的过程。
晶体生长过程中，原子、分子或离子按照规律排列，逐渐形成完整的晶体。
2. 晶体生长的规律物质状态、热力学、流体力学等多种因素影响晶体生长的规律，晶体生长的规律可以从以下几个方面来说明：1. 晶体的结构决定生长方向晶体结构的不同影响碰撞方向和原子、分子或离子的排布。
晶体结构对生长方向也有重要的影响，不同性质的物质晶体生长方向并不相同。
2. 生长速率与晶体结构有关不同晶体结构形成生长速率也不相同，各自有自己的生长速率规律。
晶面生长速率决定了晶面形貌的缺陷和微观结构的特殊性质。
晶体生长速率的控制是制备高质量晶体的基本问题。
3. 溶液浓度和温度的影响晶体生长在特定温度下发生，温度改变会使溶液饱和度变化，从而影响晶体生长速度和晶体结构的形态。
溶液浓度也是影响晶体生长的重要因素，浓度越高，晶体的生长速率越快。
矿石的晶体学和晶体形貌与生长
晶体生长的基本原理：晶核的形成和生长
晶体生长的条件：温度、压力、溶液浓度等
晶体生长的方式：层状生长、柱状生长、球状生长等
晶体生长的影响因素：杂质、应力、温度梯度等
晶体缺陷与性质
晶体缺陷：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷
点缺陷：空位、替位、杂质
线缺陷：位错、孪晶、滑移
面缺陷：堆垛层错、晶界、孪晶界
体缺陷：晶粒、晶界、孪晶、滑移带
压力控制法：通过控制压力来影响晶体生长
掺杂法：通过添加杂质来影响晶体生长
电场控制法：通过施加电场来影响晶体生长
晶体表面结构与性质
晶体表面结构：原子或分子在晶体表面的排列方式
晶体表面缺陷：空位、替位、杂质等对晶体表面性质的影响
晶体表面反应：吸附、反应、催化等表面过程的研究
晶体表面性质：表面能、表面张力、表面电荷等
资源回收利用：通过矿石晶体生长技术回收废弃物中的有用成分
环境监测与预警：利用矿石晶体生长技术监测环境变化，提前预警环境风险
绿色能源开发：利用矿石晶体生长技术开发清洁能源，减少对化石燃料的依赖
矿石的晶体生长的前景与挑战
前景：矿石的晶体生长在材料科学、电子技术、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
挑战：矿石的晶体生长过程中可能会遇到晶体质量、生长速度、晶体尺寸等方面的挑战。
杂质：影响晶体的纯度和形态
晶体生长界面：影响晶体的生长速度和形状
晶体生长动力学：影响晶体的生长速度和形状
矿石的晶体生长实验与模拟
05
晶体生长实验方法
实验目的：研究矿石晶体的生长过程和机理
实验材料：矿石晶体、生长溶液、容器等
实验结果：记录晶体生长速度和形态，分析晶体生长机理
晶体生长实验设备与材料
结晶学与矿物学总结
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、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科学。
晶体：具有格子构造的固体, 或内部质点在三维空间成周期性平移重复排列而形成格子构造的固体。
非晶质体：是指内部质点在三维空间内不呈周期性平移重复排列而形成格子构造的固体。
准晶体：是指质点的排列符合短程有序，有严格的位置序和自相似分型结构但不体现周期性平移重复即不存在格子构造的一类固体。
对称变换：亦称对称操作，指能够使对称物体(或图形)中的各个相同部分，作有规律重复的变换动作。
对称型：对称型是宏观晶体中所有外部对称要素的集合。
晶体常数：根据晶体宏观对称特点确定的晶体坐标系统的轴率a:b:c和轴角α，β，γ称之为晶体常数。
晶面符号：根据晶面（或晶体中平行于晶面的其他平面）与各结晶轴的交截关系，用简单的数学符号形式来表达他们空间方位的一种结晶学符号。
单形：晶体中彼此间能对称重复的一组晶面的组合，也就是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。
单形符号：亦称形号，指以简单的数字符号的形式来表征一个单形的所有组成晶面及其在晶体上取向的一种结晶学符号。
聚形：两个或两个以上单形的聚合称为聚形。
双晶：亦称孪晶, 指由两个或两个以上互不平行的同种单体，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。
类质同象：在确定的某种晶体的晶格中，某种离子或原子占有的等效位置，部分被性质相似的他种离子或原子所替代占有，共同结晶成均匀的、呈单一相的混合晶体，但不引起键性和晶体结构型式发生质变的现象。
同质多像：同种化学成分的物质(单质或化合物)，在不同的物理化学条件下，形成不同结构晶体的现象，称为同质多象。
多型：一种单质或化合物，能结晶成两种或两种以上不同的层状晶体结构的特性；但组成这些层状结构的结构组元层本身，相互间应当都是相同或基本相同的，不同层状结构间的差异主要只表现在结构基元层堆垛时的重复方式上有所不同。
结晶矿物学
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。
一种晶体结构中的所有质点所构成的空间格子类型是相同的(只有一种)，只是在组成晶体结构时有所平移，但等同点可以有几种。
空间格子：由结点在三维空间作周期性重复排列后构成的无限图形。
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：结点在平面上的分布即构成面网。
强调：空间格子只是用来表征晶体结构中具体质点在空间排列的规律性。
晶体的格子构造只是相对于其内部质点的排列而视为在三维空间无限延伸。
经数学推导，格子常数间的关系有如下7种：（1）a=b=c, α=β=γ=90︒，立方格子（2）a=b=c, α=β=γ≠90︒，三方格子（3）a=b≠c, α=β=γ=90︒，四方格子（4）a=b≠c, α=β=90︒，γ=120︒，六方格子（5）a≠b≠c, α=β=γ=90︒，正交格子（6）a≠b≠c, α=γ=90︒，β>90︒，单斜格子（7）a≠b≠c, α≠β≠γ≠90︒，三斜格子晶体的基本性质自限性 对称性 异向性 均一性 内能最小性最稳定性准晶体与晶体的区别准晶体的规律性是配位多面体呈自相似的定向有序排列,而非周期性重复排列长程有序，短程无序2、晶体的生长理论层生长理论：晶体上存在三种位置，优先占三面凹角。
晶体的生长先长满一层面网，再长相邻的一层，逐层的向外平行推移，当生长停止时，最外层的面网即表现为实际的晶面。
螺旋生长理论：由于晶核中螺旋位错的出现，从而在晶面上形成一个永不消失的阶梯，在临近位错线处，永远存在三面凹角，质点首先将在位错线附近的三面凹角处填补，从而使新的质点面网一层接一层的做螺旋式地生长晶体的对称包括宏观对称和微观对称两种晶体宏观对称：为晶体外部性质亦即外表形态上的对称性表现：相同的晶面、晶棱和角顶作有规律的重复晶体对称的特点所有的晶体都是对称的晶体的对称既包含几何含义，也包含物理含义单形：由对称要素联系起来的一组晶面的总合或晶体中彼此间能对称重复的一组晶面的组合对一个单形的描述，要注意晶面的数目、形状、相互关系、晶面与对称要素的相对位置以及单形的横切面形状等1）整个单形的形状柱、双锥立方体2）单形种晶面数目单面双面四面体3）单形所属的晶系斜方双锥四方四面体4）单形晶面的形状菱面体五角十二面体5）单形横切面的形状四方柱六方柱开形和闭形：根据单形的晶面是否可以自相闭合来划分开形：单形的晶面不能封闭空间闭形：单形的晶面可以封闭空间特殊形和一般形：根据单形晶面与对称要素的相对位置划分特殊形：单形晶面处于特殊位置，即晶面垂直或平行于任何对称要素，或者与相同的对称要素以等角度相交；一般形：是单形晶面处于一般位置。
晶体生长的基本规律
第2章 晶体生长的基本规律
Crystallography
主要教学内容
第2章 晶体生长的基本规律
晶体生长* 晶面的发育* 影响晶体生长的外部因素 晶体生长技术简介
Crystallography
第2章 晶体生长的基本规律
2.1 晶体的形成方式
Crystallography
⑵提拉法(Czochralski Process )
又称丘克拉斯基法。主要用来生长高质量的晶体。 半导体单晶：单晶Si、单晶Ge； 固体激光器的核心材料：红宝石(Al2O3)、掺钕钇
铝榴石(Nd:Y3Al5O12) 重要的压电材料：钛酸钡(BaTiO3)、钽酸锂
(LiTaO3)； 热释电材料：铌酸锂(LiNbO3)，用于红外探测和
CaNO3+Na2CO3=CaCO3 ↓ + NaNO3 Ca(OH)2+H3PO4= Ca5(PO4)3(OH) ↓ +H2O
Crystallography
第2章 晶体生长的基本规律
②从熔体中结晶 条件：熔体过冷却 △T = Tf – T ； Tf ：熔点； T ：熔体温度； △T： 绝对过冷度，
原理 在高温高压条件下， 组分在封闭的高压釜 中较热的部位溶解， 然后在较冷部位的籽 晶片上结晶。
设备
第2章 晶体生长的基本规律
Crystallography
Crystallography
第2章 晶体生长的基本规律
从 高 压 釜 中 取 出 合 成 水 晶
第2章 晶体生长的基本规律
复习与思考： 1.晶体的形成经历了那三个阶段？ 2.层生长理论的基本要点。 3.布拉维法则
晶体生长的基本规律PPT参考课件
缺点：组分多，影响因素多，生长速度慢，周期长。
具体方法很多，比如降温法，蒸发法。
43
2、高温溶液法
• 原理：高温下从溶液或熔融盐溶剂中生长晶体，可以使 溶质相在远低于熔点的温度下进行。
• 优点(1)适用性强。只要找到适当的助熔剂，就能生长 晶体。
• （2）许多难熔化合物或在熔点极易挥发或高温有相变， 不能直接从熔体中生长优质单晶，助熔剂法由于温度低， 显示出独特的能力。
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• 缓冷法 高温下，在晶体材料 全部熔融于助熔剂后， 缓慢降温冷却，使晶 体从饱和熔体中自发 成核并逐渐成长的方 法。
46
3、熔融法
• 从熔体中生长晶体是制备大单晶和特定形状单晶 最常用和最重要的一种方法。
• 原理：将生长晶体的原料熔化，在一定条件下使 其凝固，变成单晶。
• 优点：具有生长速度快，晶体的纯度和完整性高 等特点。
4)重结晶－小晶体长大的过程，有液体参与
5)脱玻化－非晶体自发地转化成晶体
6
§2.2晶核的形成
晶体形成的一般过程是先生成晶核，而后再逐渐长大。
晶核：从结晶母相中析出，并达到某个临界大 小，从而得以继续成长的结晶相微粒。
成核作用：形成晶核的过程。
7
以过饱和溶液情况为例，说明成核作用的过程
晶体成核过程示意图
饱和比等。 • 主要分为： • 物理气相沉积：用物理凝聚的方法将多晶原料经过气相转
为单晶，如升华法。 • 化学气相沉积：通过化学过程将多晶原料经过气相转为单
晶，气体合成法。
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• 升华法： • 在高温区将材料升华，
然后输送到冷凝区成为 饱和蒸气，经过冷凝成 晶体。 • 升华法生长速度慢，应 用于生长小块晶体，薄 膜或晶须。
《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。
第二章 晶体生长的基本规律
CaNO3+Na2CO3=CaCO3 ↓ + NaNO3
Ca(OH)2+H3PO4= Ca5(PO4)3(OH) ↓ +H2O
School of Materials Science and Engineering
第2章 晶体生长的基本规律
⑵ 液-固结晶作用
② 从熔体中结晶 当温度低于熔点时，晶体开始析出，也就是说， 只有当熔体过冷却时晶体才能发生。如水在温度低 于零摄氏度时结晶成冰；金属熔体冷却到熔点以下 结晶成金属。
School of Materials Science and Engineering
第2章 晶体生长的基本规律
盐溶液的结晶实验
Swirl the flask to dissolve the solid.
Place the flask on the steam bath to keep the solution warm.
C
②
D
面网密度AB>CD>BC
School of Materials Science and Engineering
第2章 晶体生长的基本规律
⑴ 布拉维法则 面网密度大，生长速度慢；
面网密度小，生长速度快。 生长速度最快的面网消缩最快。
• 布拉维法则以简化条件为前提，没有考虑温度、
压力、浓度、杂质等对晶面生长速度产生影响。
第2章 晶体生长的基本规律
⑶ 晶体的螺旋状生长
石墨底面上的生长螺纹
School of Materials Science and Engineering
第2章 晶体生长的基本规律
2.3 晶面的发育
School of Materials Science and Engineering
《结晶学与矿物学》-第一章-三-晶体的基本性质
下面的晶体形态是对称的：
思考：对称性与异向性有什么联系？ 晶体的对称同种物质的非晶体相比，内能最小。
为什么？
另外，晶体具有固定的熔点：
温度
温度
熔 点
时间
时间
6.稳定性：晶体比非晶体稳定。晶体的稳定性是晶体具有最小 内能性的必然结果。
所有的这些基本性质都与格子构造有关，要学会用格子构造 规律解释这些基本性质！
三、晶体的基本性质
晶体具有格子构造，因此也就具有由格子构造所决 定的、区别于非晶体物质的特有性质。
1. 自限性： 晶体能够自发地生长成规则几何多面体 形态的性质。
为什么？用格子构造解释。
2. 均一性：同一晶体的不同部分，物理化学性质完全相同。 但是，非晶体也有均一性，晶体是绝对均一性，而非晶体是统计
的、平均近似均一性。 为什么？用格子构造解释。
3. 异向性：同一晶体不同方向具有不同的物理性质。例如： 蓝 晶石的不同方向上硬度不同。
为什么？用格子构造解释。
思考： 均一性与异向性有矛盾吗？ 异向性与自限性有什么联系？
蓝晶石不同方向硬度不同
4. 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 地重复出现。
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。
结晶学与矿物学名词解释
1晶体基本性质：自限性，均一性，异向性，对称性，最小内能性，稳定性2晶体：内部质点在三维空间呈周期性平移重复排列形成的具有格子构造的固体。
或具有格子状构造的固体。
晶体习性：在一定的外界条件下，矿物晶体常常生长出的习见形态，称为晶体习性。
非晶质体：内部质点在三维空间不呈规律性重复排列的固体或不具有格子状构造的固体。
准晶体：质点的排列符合短程有序但不体现周期平移重复，即不存在格子构造。
结晶习性：在一定的条件下，矿物晶体趋向于按照自己内部结构的特点自发形成某些特定的形态。
3聚形纹：不同单形交替生长而使它们的晶面规律性交替出现进而在晶体的某些晶面上形成的一系列直线状平行条纹聚片双晶纹：双晶结合面的痕迹，晶体内外均可见4空间群：晶体结构中对称要素的组合称为空间群。
5赋存水状态：吸附水，层间水，沸石水，结晶水，结构水6矿物七大类：自然元素矿物大类，金属互化物，硫化物及其类似化合物，氧化物和氢氧化物，含氧盐矿物，卤化物，有机矿物及准矿物8布拉维法则：实际晶体的面网常常是由晶体格子构造中面网密度大的面网发育成的。
9面角恒等定律：同种物质的晶体，其对应晶面间的夹角守恒。
10晶体对称定律：晶体中只存在1次、2次、3次、4次和6次对称轴，不会出现5次以及6次以上的对称轴。
11晶带定律：晶体上任一晶面至少属于两个晶带。
或：任意两晶面相交必决定一个可能晶带，任意两晶带相交必决定一个可能晶面。
13显晶集合体：是肉眼或借助于放大镜即能分辨出矿物各单体的集合体。
隐晶集合体、只在显微镜的高倍镜下才可分辨矿物单体的集合体14矿物的光学性质：颜色，条痕，光泽，透明度。
15自色、他色与假色自色：是矿物本身固有化学成分和晶体结构决定的对自然光选择性吸收、折射和反射而表现出来的颜色，是光波与晶格中的电子相互作用的结果。
他色：矿物因含外来的带色杂质所形成的颜色。
假色：自然光照射到矿物表面或内部，受到某种物理界面的作用而发生干涉、衍射、散射等所产生的颜色。
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•第一章 晶体与晶体的基本性质
crystal and the ultimate properties of crystal
第三节 空间格子-space lattice
1.空间格子的导出
相当点：环境、方位相同——几何点，空间意义
CsCl晶体结构
空间格子
空间格子：就是表示晶体内部质点在三维空间做周期
crystal and the ultimate properties of crystal
•第二节 晶体、非晶体与准晶体的概念
•1.晶体与非晶质体
•
• 晶体crystal ：
• 内部质点在三维空间呈周期性平移重复排列形成的具有格子
构造的固体。
••短程短有程序有序：＋质长点程在有三序（维s空ho间rt+排lo布ng的ra局ng部e o的rd规er）律性，叫做近程规律
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结晶学与矿物学-1晶体性质生长规律
第二章 晶体生长模型与面角守恒定律
l 第一节 晶体生长的途径
l 3 固相----晶体
非晶体—晶体：火山玻璃－石英长石雏晶 晶体—晶体：同质多相：β石英－ α石英
固溶体分离 再结晶：变质作用
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结晶学与矿物学-1晶体性质生长规律
第二章 晶体生长模型与面角守恒定律
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第二章 晶体生长模型与面角守恒定律
l 第一节 晶体生长的途径
The ways of crystal formation
1. 气相----固相
如火山喷气S，窗花等凝华作用
2. 液相---固相
熔体中结晶，如岩浆岩，金属晶体 溶液中结晶，如温度降低，水分蒸发，化学反应
•或非短晶程体有n序on。crystal ：
••长程仅有短序程：有序质点排布方式在整个晶体中贯穿始终的规律称为长程 •规律或长程有序（long range order）。
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晶体
非晶体
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•SiO2
结晶学与矿物学-1晶体性质生长规律
•第一章 晶体与晶体的基本性质
•晶面数 角顶数 晶棱数
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•矿物均一性
•石 英
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•F（x）＝F（x＋x’）
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矿物异向性
•蓝晶石
•菱 •猛 •矿
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•矿物对称性
•石 •榴 •子 •石
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• 2. 螺旋生长理论
•
晶面上的螺旋纹
•
•
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2. 螺旋生长理论 spiral growth
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•螺旋位错
•凹 角
•F.C.Frank,W.K.Burton 等人提出。 •位错—凹角—堆积—螺 旋生长
结晶学与矿物学-1晶体性质生长规律
l
方向上
l 4 对称性 –symmetry
l 5 最小内能 —minimum internal energy
l
结晶时放热、熔融吸热
l 6 稳定性 —stability
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矿物自限性
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矿物自限性
•F ＋ V ＝ E ＋ 2 （欧拉定律）
l 第二节 晶体的层生长和螺旋生长
l
晶体生长的二个重要理论，晶体生长模型
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：
•二面凹角
• （1）1 ＞ 2 ＞ 3
•一般位置 • （2）质点 行列 面
三 面
网
凹
角
• （3）层层向外
•
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spacing） （3）面网-net 面网密度、面网间距 （4）平行六面体-parallel hexahedron 实际晶体单位晶胞
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•第一章 晶体与晶体的基本性质
crystal and the ultimate properties of crystal
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结晶学与矿物学-1晶体性质生长规律
第一篇 结晶学
第一章 晶体与晶体的基本性质
crystal and the ultimate properties of crystal
本章概要
1.晶体、非晶体 2.空间格子——抽象，难点 3.晶体6个基本性质
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结晶学与矿物学-1晶体性质生长规律
第四节 晶体的基本性质 -the ultimate properties of crystal
l 1 自限性 — self- confinement，
l
形态，晶面—面网、晶棱—行列、角顶—结点
l 2 均一性 –homogeneity
l
各部分完全相等；非晶体统计学意义相等
l 3 异向性 –anisotropy
结晶学与矿物学-1晶体性质生长规律
2. 周期键链（PBC）理论 periodic bond chain
结晶学与矿物学
crystallography and mineralogy
第一篇 结晶学基础（50%学时）
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
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晶体与晶体的基本性质 晶体生长模型与面角恒等定律 晶体的测量与投影 晶体的外部对称 晶体定向与晶体符号 单形与聚形 晶体的规则连生 晶体结构 晶体化学
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l 1. 层生长理论
l
•石英的环带结构
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l 1. 层生档演模板
结晶学与矿物学-1晶体性质生长规律
l 1. 层生长理论
•面角守恒定律：同种物质的晶体上对应晶面间的夹
角不变。
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•第二节 晶体、非晶体与准晶体的概念
•
玻璃化、非晶化
•晶体
非晶体
•
脱玻化、晶化
•问：稳定性？火山玻璃－雏晶，放射性蜕变
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•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）
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•晶体？
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非晶体？
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•第一章 晶体与晶体的基本性质
•第二节 晶体、非晶体与准晶体的概念
•2.准晶体 quasicrystal ：
• • 质点的排列符合短程有序但不体现周期平移重复， 即不存在格子构造。
• •准晶体：有严格的位置序和自相似分行结构 •非晶体
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•短程有序
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具五次对称轴，无格子构造
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•螺旋生长模型
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第二章 晶体生长模型与面角守恒定律
l 第三节 晶面发育的二个理论
l
布拉维法则和周期键链理论
何种面网发育成晶面？
l
1.布拉维法则
--法国结晶学家A.bravis 提出：实际晶体的面网常 常是由晶体格子构造中面网密度大的面网发育成的。
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结晶学与矿物学-1晶体性质生长规律
•结晶学与矿物学
crystallography and mineralogy
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结晶学与矿物学-1晶体性质生长规律
•结晶学与矿物学
crystallography and mineralogy
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结晶学与矿物学-1晶体性质生长规律
性平移重复排列的几何图形。
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•第一章 晶体与晶体的基本性质
crystal and the ultimate properties of crystal
第三节 空间格子-space lattice
2.空间格子要素及基本规律
（1） 结点-node,代表相当点，几何点，几何意义 （2） 行列-row，任意二结点，结点间距（row-
l 本章思考题及习题：
1.晶体、非晶质体、准晶体有何区别？ 2.结点间距、面网密度、面网间距之间有何联系？ 3.如何根据晶体的格子构造解释其基本性质？ 4.晶体不一定呈规则的几何多面体外形，这是否与晶体的自限性矛盾？ 5.某些固体生长时可以自发地形成规则的几何多面体外形，这些固体肯
定是晶体吗？为什么？ 6.为什么晶体具有确定的熔点而非晶体不具有确定的熔点？
结晶学与矿物学-1晶体性质生长规律
晶面生长速度与面网密度关系
•面网密度小
•
•生长速
度