晶体学基础知识点小节知识讲解

第一章晶体与非晶体

★相当点（两个条件：1、性质相同，2、周围环境相同。）

★空间格子的要素：结点、行列、面网

★晶体的基本性质：

自限性: 晶体能够自发地生长成规则的几何多面体形态。

均一性:同一晶体的不同部分物理化学性质完全相同。晶体是绝对均一性，非晶体是统计的、平均近似均一性。

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。

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。

最小内能性：晶体与同种物质的非晶体相比，内能最小。

稳定性：晶体比非晶体稳定。

■本章重点总结：本章包括3组重要的基本概念:

1) 晶体、格子构造、空间格子、相当点；它们之间的关系。

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.

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。

第二章晶体生长简介

2.1 晶体形成的方式

★液-固结晶过程:⑴溶液结晶: ①降温法②蒸发溶剂法③沉淀反应法

⑵熔融结晶: ①熔融提拉②干锅沉降③激光熔铸④区域熔融

★固-固结晶过程:①同质多相转变②晶界迁移结晶③固相反应结晶④重结晶⑤脱玻化

2.2 晶核的形成

●思考：怎么理解在晶核很小时表面能大于体自由能，而当晶核长大后表面能小于体自由能？

因为成核过程有一个势垒：能越过这个势垒的就可以进行晶体生长了，否则不行。

★均匀成核：在体系内任何部位成核率是相等的。

★非均匀成核：在体系的某些部位（杂质、容器壁）的成核率高于另一些部位。

●思考：为什么在杂质、容器壁上容易成核？为什么人工合成晶体要放籽晶？

2.3 晶体生长

★层生长理论模型（科塞尔理论模型）

层生长理论的中心思想是：晶体生长过程是晶面层层外推的过程。

★螺旋生长理论模型（BCF理论模型）

●思考：这两个模型有什么联系与区别？

联系：都是层层外推生长；区别：生长新的一层的成核机理不同。

●思考：有什么现象可证明这两个生长模型？

环状构造、砂钟构造、晶面的层状阶梯、螺旋纹

2.4 晶面发育规律

★★布拉维法则(law of Bravais)：晶体上的实际晶面往往平行于面网密度大的面网。

为什么？面网密度大—面网间距大—对生长质点吸引力小—生长速度慢—在晶形上保留—生长速度快—尖灭

★PBC（周期性键链）理论：

晶面分为三类：F面(平坦面，两个Periodic Bond Chain PBC)晶形上易保留。

S面(阶梯面，一个PBC)可保留或不保留。

K面(扭折面，不含PBC),晶形上不易保留。

★居里-吴里弗原理（最小表面能原理）：晶体上所有晶面的表面能之和最小的形态最稳定。

●思考：以上三个法则－理论－原理的联系？

面网密度大－PBC键链多－表面能小

■2.5 影响晶体生长的因素

涡流、温度、杂质、粘度、组分相对浓度、结晶速度

2.6 晶体的溶解与再生

■本章重点总结： 1.成核的条件；

2.晶体生长的两个模型及其相互联系；

3.影响晶体形态的内因：布拉维法则、PBC理论及其相互联系。

第三章晶体的测量与投影

★面角守恒定律：同种矿物的晶体，其对应晶面间角度守恒。

面角守恒定律的意义：结晶学发展的奠基石。

★晶体的投影：将晶面的空间分布转化为平面图。

极射赤平投影、心射极平投影

对于晶体上的对称面我们通常不将之转化为点，而是直接投影成一条弧线。

■本章总结：

1. 面角守恒定律及其意义;

2.晶面的投影过程，

3. 吴氏网的构成与应用，

4. 方位角与极距角的概念，

5. 投影图的解读，即从投影图上点的分布规律能看出晶体上晶面的空间分布规律

第四章晶体的宏观对称

4.1 对称的概念和晶体对称的特点

★概念：对称就是物体相同部分有规律的重复。

★晶体对称的特点：1）由于晶体内部都具有格子构造，通过平移，可使相同质点重复，因此，所有的晶体结构都是对称的。

2）晶体的对称受格子构造规律的限制，因此，晶体的对称是有限的，它遵循“晶体对称定律” 。

3）晶体的对称不仅体现在外形上，同时也体现在物理性质。

由以上可见:格子构造使得所有晶体都是对称的，格子构造也使得并不是所有对称都能在晶体中出现的。4.2 晶体的宏观对称要素对称操作

★使对称图形中相同部分重复的操作，叫对称操作。

★在进行对称操作时所应用的辅助几何要素（点、线、面），称为对称要素。

★对称面—P 操作为反映。可以有多个对称面存在，如3P、6P等.

★晶体中对称面可能出现的位置有：(1)垂直并平分晶面。(2)垂直晶棱并通过它的中点。

(3)包含晶棱。

★对称轴—Ln操作为旋转。其中n 代表轴次，意指旋转360度相同部分重复的次数。

旋转一次的角度为基转角α，关系为：n=360/α。

六次对称轴L660

★晶体中对称轴可能出现的位置有：(1)晶面中心；(2)晶棱中点；(3)角顶。

★晶体的对称定律

由于晶体是具有格子构造的固体物质，这种质点格子状的分布特点决定了晶体的对称轴只有n = 1，2，3，4，6这五种，不可能出现n = 5，n 〉6的情况。

为什么呢？直观形象的理解：垂直五次及高于六次的对称轴的平面结构不能构成面网，且不能毫无间隙地铺满整个空间, 即不能成为晶体结构。

★对称中心—C 操作为反伸。只可能在晶体中心，只可能一个。

★总结：凡是有对称中心的晶体，晶面总是成对出现且两两反向平行、同形等大。

★旋转反伸轴–Li 操作为旋转+反伸的复合操作。

4.3.1 对称要素组合定理

★定理1如果有一个对称面P包含Ln，则必有n个P同时包含此Ln，Ln +P//= Ln nP，且任二相邻的P之间的夹角等于360o／2n。或：Ln +P// →LnnP//（P与P夹角为Ln 基转角的一半）；

★逆定理：两个P相交，其交线必为一Ln，其基转角为P夹角的两倍，并导出其他n 个包含Ln的P。

●思考:两个对称面相交60°,交线处会产生什么对称轴?

★定理2：Ln+L2⊥→LnnL2 (L2与L2的夹角是Ln基转角的一半)

★逆定理：L2与L2相交，在其交点且垂直两L2会产生Ln，其基转角是两L2夹角的两倍。并导出其他n个在垂直Ln平面内的L2。

●思考: 两个L2相交30°,交点处并垂直L2所在平面会产生什么对称轴?

★定理3：Ln +P ⊥→LnP ⊥ C (n为偶数)

★逆定理：Ln +C → LnP ⊥ C (n为偶数) P +C → LnP ⊥ C (n为偶数)

★这一定理说明了L2、P、C三者中任两个可以产生第三者。

★定理4：Lin + P// =Lin ⨯L2 ⊥→Lin n/2 L2 ⊥ n/2 P// （n为偶数）

→Lin n L2 ⊥ nP//（n为奇数）