晶向与晶面

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在立方结构中若晶面指数和晶向指数的指数和符 号相同,则该晶向与晶面必定是互相垂直。即(hkl) ⊥ [uvw] ,h=u k=v l=w 如:[111] ⊥(111)、 [110] ⊥(110)、[100] ⊥( 100)
六角结构的四指数表示
三指数表示晶向和晶面,原则上适用于任何晶系 ,但用于六角晶系有一个缺点:等效的晶面不具有 相同的指数。例:六棱柱的两个相邻表面,在晶体 学上是等价的,但其密勒指数却分别为(100)和 (110)。
h1 k1 l1 h2 k2 l2
h1 k1 l1 h2 k2 l2
u k1l2 k2l1, v h2l1 h1l2 , w h1k2 h2k1
晶带定律的应用(2)
晶面1 (u1 v1 w1) 晶面2 (u2 v2 w2)
hu + kv + lw=0
晶带轴 晶向 [h k l]
h : k : l v1 w1 : w1 u1 : u1 v1 v2 w2 w2 u2 u2 v2
解决办法:引入第四个坐标轴:
a1,a2,c,不变,a3=-( a1+a2)
引入四指数后,晶体学上等价的 晶面具有类似的指数。
例如: {1010}=(1010),(1100),(0110) {1120}=(1120),(1210),(2110)
指标的不唯一性
在确定六角晶系的晶向、晶面的四轴指标时,会出现 新的问题:指标不唯一。
已知铜具有面心立方结构,其点阵常数为 0.3615nm,计算铜晶体(111),(112)晶 面间距。
(2)晶面夹角
两晶向[u1v1w1]与[u2v2w2]间夹角:
cos
u1u2 v1v2 w1w2
u12 v12 w12 u2 2 v2 2 w2 2
晶面(hkl)与晶向[uvw]间夹角:
思考题
晶体的晶面指数的个数有上限吗?例如 (111,100,1)这样的晶面有吗?
理论上讲,晶面指数的个数是无限的, 只要能找到极端复杂的晶胞。但对实际的一 个晶体,晶面的数目是一定的。
晶面族:
原子排列和分布规律完全相同,仅空间位向不同的一组 晶面属于一个晶面族。用{hkl}表示。常存在对称性( 立方晶系)高的晶体中。
同一晶带轴中的所有晶面的共同特点 :所有晶面的法线都与晶带轴垂直。
晶带轴[u v w]与该晶带的晶面(h k l)之间存在以下 关系
hu + kv + lw=0 ————晶带定律 凡满足此关系的晶面都属于以[u v w]为晶带轴的晶带
如果(h1k1l1)(h2k2l2)(h3k3l3)属于同一 晶带,则(nh1+mh2+jh3 nk1+mk2+jk3 nl1+ml2+jl3)仍属于上述晶带.
的晶面间距应为1/2d001。
dhkl除以2的情况: 对于体心立方,当h+k+L=奇数,间距除以2; 对于面心立方,当h、k、L三个数不全为奇数,或不全为偶
数时,间距除以2; 对于底心立方,当h+k+L=奇数,间距除以2;
例7:
立方晶胞中(111)晶面的晶面间距d111为 2.035Å,求其(320)晶面间距d320。
求法2(两点法)
1. 以晶胞的某一阵点为原点,以晶 轴为坐标轴X、Y、Z,以晶胞的边 长为三坐标轴的长度单位。
2. 确定晶向上任两点的坐标 (x1,y1,z1) (x2,y2,z2)。
3. 计算x2-x1 : y2-y1 : z2-z1 ; 4. 化成最小、整数比u:v:w ; 5. 放在方括号[uvw]中,不加逗号,
晶向与晶面
晶体性质的各向异性,表明晶体结构具有方向性。 一、晶向
晶列 :相互平行的直线系。
晶向的特点
(1)一族平行晶列把所有格点包括无遗。 (2)同族的相邻晶列的间距相等。 (3)通过任一格点有无限多个晶列。 (4 )有无限多族平行晶列。
2.2 晶向指数和晶面指数
晶向——通过晶体中任意两个原子中心连成直线来表 示晶体结构的空间的各个方向。 晶面——晶体结构一系列原子所构成的平面。 晶向指数和晶面指数是分别表示晶向和晶面的符号, 国际上用Miller指数(Miller indices )来统一标定。
三、晶体的对称性 crystalline symmetry symmetrization of crystals
对称性——晶体的基本性质
对称元素(symmetry elements)
回转对称轴(n)1,2,3,4,6
宏观对称性 元素 对称面(m)
对称中心(i) 回转 — 反演轴 1,2,3,4,6
u 2
v2
w2
0
u3 v3 w3
则 三个晶轴同在一个晶面上
晶带定律的应用(4)
晶面1 (h1 k1 l1)
晶面2 (h2 k2 l2)
晶面3 (h3 k3 l3)

h1 k1 l1
h2
k2
l2
0
h3 k3 l3
则 三个晶面同属一个晶带
例:(110)、(311)、(132)是否在同一晶带。
例如:a1轴的指标可以是[1000],也可以是 [2110].
解决方法:加限制条件:前三个指标之和为0 例如:晶向指标为[u v t w],则u+v+t=0,故a1轴的指
标应选[2110].
六方晶系一些晶面的指数
a3 =-(a1+a2)
六方晶系的晶面指数与晶向指数
2.3 晶面间距、晶面夹角和晶带定理
例:(110)、(311)在同一晶带, (421)是否也属于同一晶带
晶带定律的应用(1)
晶向1 [h1 k1 l1] 晶向2 [h2 k2 l2]
hu + kv + lw=0
晶面 (u v w)
u : v : w k1 l1 : l1 h1 : h1 k1 k2 l2 l2 h2 h2 k2
u vw u vw
是以原点为对称中心,且相互平行的晶面。如 (110)和(110)互相平行。
立方晶系几组晶面及其晶面指标。
(100)晶面表示晶面与a轴相截与b轴、c轴平行; (110)晶面表示与a和b轴相截,与c轴平行; (111)晶面则与a、b、c轴相截,截距之比为1:1:1
(100) (110) (111) 在点阵中的取向
x
晶面指数的例子
Z
(010)
(100)
(120)
(102)
Y
(111)
(321)
X
立方点阵中一些晶面的面指数
例4:晶面指数的标注
截距——取倒数——化整数
例5:在一个面心立方晶胞中画出(012)和(122)晶面。
z
(012) z3
z3
y4 O3
z4 (122)
O4 y y3
X3 x4 x
(1)晶面间距 两相邻近平行晶面间的垂直距离—晶面间距,用dhkl表示 ,从原点作(h k l)晶面的法线,则法线被最近的(h k l )面所交截的距离即是。
通常,低指数的面间距 较大,而高指数的晶面 间距则较小
晶面间距愈大,该晶面 上的原子排列愈密集; 晶面间距愈小,该晶面 上的原子排列愈稀疏。
晶面间距公式的推导
(1)晶向指数----[uvw]
求法1(平移法) 1) 确定坐标系 2) 过坐标原点,作直线 (OP)与待求晶向平行; 3) 在该直线上取点(距原 点最近),并确定该点P的 坐标(x,y,z) 4)该值乘最小公倍数化成 最小整数u,v,w并加以方 括号[u v w]即是。
设坐标,求坐标,化整数,列括号
<111>晶向族如右图。
(2)晶面指数-------(hkl)
例3:
(1)截距r、s、t分别为3,3,5
z
(2)1/r : 1/s : 1/t = 1/3 : 1/3 : 1/5
(3)最小公倍数15,
(4)于是,1/r,1/s,1/t分别
c
乘15得到5,5,3,
ab
y
因此,晶面指标为(553)。
OA为X轴,OB为Y轴,OC为Z轴;长度单位 a=b=c=1。
确定OD的晶向指数:
将坐标原点选在待定晶向上(O点),晶向指数 为[111]。
确定CE的晶向指数[11 1]
例1:立方晶系晶向指数的标注
正交晶系一些重要晶向的晶向指数
A B
D C
E F
0
G
例2:在一个面心立方晶胞中画出[012]和[123]晶向。
微观对称性
元素
滑动面 螺旋轴
a,b,c,n,d 21;31,32;41,43,42;61,65,62,64,63
点群(point group)—晶体中所有点对称元素的集合 根据晶体外形对称性,共有32种点群 空间群(space group)—晶体中原子组合所有可能方式 根据宏观、微观对称元素在三维空间的组合,可能存在 230种空间群(分属于32种点群)
(012)和(123)晶面的确定
例6:立方晶系晶面指数的标注
几点说明:
1.hkl分别对应xyz上的截距,不可互换; 2.若晶面与对应坐标平行,则截距为∞,在该坐标上
的指数为0. 晶面指数规律: (1)某一晶面指数代表了一组相互平行且无限大的
晶面。 (2) 若晶面指数相同,但正负符号相反,则两晶面
利用:
dhkl
a h2 k2 l2
求得: a d111 111 2.035 * 3 3.525 Å
于是:
d320
3.525 0.977 Å 32 22 02
立方晶系中,某一晶面包含(000)、(1/2 0 1/4)、(1/2 0 1/2)三点,画出此晶面, 标注其密勒指数。
作图表示六方晶系中[1213],(1120).
在实际晶体中,立方晶系最为普遍,因此晶带 定理有非常广泛的应用。
(1)可以判断空间两个晶向和两个晶面是否垂直;(θ=90°) (2)可以判断某一晶向是否在某一晶面上(或平行于该晶面);(晶 向与晶面法线间θ=90°或 hu + kv + lw=0 ) (3)若已知晶带轴,可以判断哪些晶面属于该晶带;(hu + kv + lw=0 ) (4)若已知两个晶带面为(h1k1l1)和(h2k2l2),则可用晶带定理 求出晶带轴(应用1); (5)已知两个不平行的晶向,可求出过这两个晶向的晶面(应用2) ; (6)已知一晶面和晶面上的任一晶向,可求出该面上与该晶向垂直 的另一晶向;(联合方程组) (7)已知一晶面及其在面上的任一晶向,可求出过该晶向且垂直于 该晶面的另一晶面。 (联合方程组)
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sin
hu kv lw
h2 k 2 l 2 u2 v2 w2
例:立方(111)与 [100]间夹角?
(111)与 (320)间夹角?
[111]与 [112]间夹角?
(3)晶带定理
相交于同一直线(或平行于同一直线 )的所有晶面的组合称为晶带,晶带 中的晶面称为共带面,该直线称为晶 带轴。
z [123] P1[012]
P2
O1 x
O2 y
晶向指数还有如下规律:
(1)某一晶向指数代表一组在空间相互平行且方向一致的 所有晶向。 (2)若晶向所指的方向相反,则晶向数字相同符号相反。
仅对立方晶系适用!
立方系中OA、OB、OC边的晶向指数[100]、[010] 、[001]、[100]、[010]、[001]等六个晶向,由于 对称关系,它们的性质完全相同,用<100>表示。
dhkl
a h
cos
b k
cos
c l
cos
d2 hkl
h a
2
k b
2
l c
2
cos2
cos2
cos2
晶面位向
晶面指数确定了晶面的位向和间距。 晶面的位向是用晶面法线的位向来表示的; 空间任意直线的位向可以用它的方向余弦来表示。 对立方晶系
h : k : l cos : cos : cos
负号记在上方 [uv w] 。
1、红线代表的晶向由两个结点的坐标之差确定
2、晶向指数同乘、除一个数,晶向不改变。 如[012]---[0 ½ 1]
▪ 如图为立方晶系: X轴、Y轴、
Z轴;长度单位a=b=c=1。
▪例: OD为[101];
▪ Om为:坐标1/2、1、1/2;化
简后[121];
▪EF为:[111]
hk l
hk l
u1 v1 w1 u2 v2 w2
u1 v1 w1 u2 v2 w2
h v1w2 v2 w1, k w1u2 w2u1, l u1 v2 u2v1
晶带定律的应用(3)
晶轴1 [u1 v1 w1] 晶轴2 [u2 v2 w2] 晶轴3 [u3 v3 w3]

u1 v1 w1
cos2 cos2 cos2 1
d2 hkl
h a
2
k b
2
l c
2
cos2
cos2
cos2
必须注意:
按以上这些公式所算出的晶面间距是对简单晶胞而言的,如 为复杂晶胞(体心立方、面心立方),在计算时应考虑到晶 面层数增加的影响。例如在体心立方或面心立方晶胞中,上 下底面(001)之间还有一层同类型的晶面(002)故,实际
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