晶体基本概念

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。
§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。
辰砂
黄铁矿
辉锑矿
铝土矿
软锰矿
萤石
柴状玛瑙石
主要内容
? 1.1 空间点阵 ? 1.2 空间点阵几何元素表示法—
点、线、面指数和原子坐标 ? 1.3 晶带 (晶面与晶向的关系)
1.1 空间点阵
1.1.1 晶体与非晶体宏观性质上的区别 1.1.2 晶体的定义 1.1.3 等同点----等同点系 1.1.4 空间点阵 1.1.5 结构基元 1.1.6 晶体结构=点阵+基元 1.1.7 晶体点阵的实验证明 1.1.8 空间点阵中的几何要素
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
？ 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。
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”。
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。
最小内能 在相同的热力学条件下，
晶体与同种物质的非晶质体相比较， 其内能最小。
稳定性 晶体具有最小内能，因而结晶态是
一个相对稳定的状态。 这种稳定性可由质点的运动状态来说明：
?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
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)
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
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。
Βιβλιοθήκη Baidu 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.
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。
? Non dense, random packing
? Dense, regular packing
Dense, regular-packed structures tend to have lower energy.
2
1.1.2 晶体的定义
晶体是内部质点在三维空间 作周期性重复排列的固体。
1.1.3 等同点----等同点系
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 .