《晶体的概念》PPT课件.ppt

1.晶体、非晶体和准晶体,0.什么是结晶学(Crystallography)?1.晶体的概念2.晶体的空间格子规律3.空间格子的基本类型4.非晶质体和准晶体5.晶体的基本性质6.晶体的层生长理论,结晶学与矿物学,1-0.什么是结晶学?(1),结晶学(crystallography)是以晶体(crystal)为研究对象的一门自然科学。研究简史19世纪中叶以前:外形研究为主20世纪初:内部结构的理论探索1912年:X射线衍射应用于晶体学研究研究意义是矿物学的基础是材料科学的基础是生命科学的基础,结晶学与矿物学,1-0.什么是结晶学?(2),结晶学的分支晶体生成学(crystallogeny):研究天然及人工晶体的发生、成长和变化的过程与机理,以及控制和影响它们的因素;几何结晶学(geometrical crystallography):研究晶体外表几何多面体的形状及其间的规律性;晶体化学(crystallochemistry):亦称结晶化学,研究晶体的化学组成与晶体结构以及晶体的物理、化学性质间关系的规律性;晶体物理学(crystallophysics):研究晶体的各项物理性质及其产生的机理。,结晶学与矿物学,1.1.晶体的概念,晶体具有格子构造的固体,或内部质点在三 维空间成周期性重复排列的固体。如何理解?格子构造是什么?,结晶学与矿物学,Kyanite,Quartz in cluster from Toi Village,Waziristan,Pakistan!Measures 4.5 cm by 2.7 cm in size.,Dramatic,yet gracefully beautiful Tourmaline cluster on Lepidolite（锂云母）and Cleavelandite blades!Another breathtaking specimen from the famous Pederneira Mine in Minas Gerais,Brazil.This specimen has two repairs which is actually quite exceptional for Pederneira Mine pieces which are commonly repaired many times over.Both are invisible and do not detract from the specimen at all!A remarkably aesthetic Tourmaline combo!Measures 8 cm by 6.5 cm in size.Price$2750,R3m,Large plate of violet tipped Quartz var.Amethyst crystals on matrix!What a beauty this plate is!I looked for damage points but couldnt find any to speak of.From Piedra Parada,Las Vigas,Veracruz,Mexico.Measures 14 cm by 19 cm in size!Price$485,P3221P3121,NaCl 的晶体结构,大球Cl,小球Na,结晶学与矿物学,石盐晶体结构中等同点的分布（A）和由此倒出的点阵（B）,NaCl 的晶体结构,结晶学与矿物学,1.2.晶体的空间格子规律,结晶学与矿物学,空间格子的面网,平行六面体,1.2.晶体的空间格子规律,结晶学与矿物学,NaCl 的晶体结构,结晶学与矿物学,1.2.晶体的空间格子规律,结晶学与矿物学,1.2.晶体的空间格子规律,基本术语质点阵点(lattice point)或结点(node)行列(row)和结点间距(row-spacing)面网(net),面网密度(reticular density)和面网间距(interplanar spacing)空间格子或空间点阵(space lattice)平行六面体和单位晶胞(unit cell),结晶学与矿物学,晶体概念总结,晶体具有格子构造的固体,或内部质点在三维空间 成周期性重复排列的固体。即晶体内部的原子排列具有周期性(长程有序,long-range order);在原子近邻具有的周期性,叫短程有序(short-range order),液体具有短程有序;气体既无长程,也无短程有序。晶体是固体,非液体或气体,结晶学与矿物学,结晶学与矿物学,1.3.空间格子的基本类型,晶胞(cell):晶体结构中的平行六面体单位，其形状大小与对应的空间格子中的平行六面体一致;单位晶胞:晶体结构中最小的重复单位晶胞参数a,b,c,a,b,g晶胞和平行六面体的区别空间格子中的平行六面体是由不具任何物理、化学特性的几何点构成的，而晶体结构中的晶胞则由实在的具体质点所组成,结晶学与矿物学,单位平行六面体(unit parallelepipedon)从空间格子规律已知，由三组不共面的行列就可以决定一个空间格子。此时，整个空间格子将被划分成无数相互平行叠置的平行六面体，而上述三组相交行列便是这一些平等六面体的棱。由结点分割的最小的平行六面体称为单位平行六面体.点阵参数:结点间距a,b,c及其相互之间的交角a,b,g选择平行六面体的规则:(1)应符合整个空间点阵的对称性；(2)应选择棱与棱之间直角关系为最多的平行六面体；(3)所选择平行六面体之体积应为最小；(4)应选择结点间距小的行列作为平行六面体的棱，且棱间交角接近于直角的平行六面体。,1.3.空间格子的基本类型,结晶学与矿物学,14种布拉维空间格子从格子的对称性上:相对于7个晶系,分别有7种格子类型:立方格子,四方格子,斜方格子,单斜格子,三斜格子,三六方格子和菱面体格子。(参考点阵参数)从格子的结点分布上:有五种:原始格子(P),底心格子(C)、菱面体格子(R),体心格子(I),面心格子(F),综合上述两种情况,划分出14种布拉维格子:参见P108，表71,1.3.空间格子的基本类型,结晶学与矿物学,1.3.空间格子的基本类型,1.4.非晶体和准晶体,非晶体(non-crystal):内部质点在三维空间不成周期 性重复排列的固体。准晶体(quasi-crystal):具有准周期格子构造的固体。准周期构造不同于晶体中的平移周期,但具有自相似性(放大或缩小)。准晶体的质点排列虽具有长程有序，但不体现平移的周期重复，即不存在格子构造。,结晶学与矿物学,1.4.非晶体和准晶体,结晶学与矿物学,1.4.非晶体和准晶体,具有5次对称的二维准晶图形,具有5次对称的C60结构,结晶学与矿物学,1.4.非晶体和准晶体,目前推导的准晶体点群共28种,单形42个,5个晶系。,结晶学与矿物学,1.5.晶体的基本性质,结晶学与矿物学,自范(自限)异向性:(self confinement)是指晶体在适当条件下可以自发地形成几何多面体外形的性质。,1.5.晶体的基本性质,异向性(heterogeneity):晶体的几何量度和物理性质与其方向性有关。即：晶体的几何量度和物理性质随方向的不同而有所差异。,结晶学与矿物学,1.5.晶体的基本性质,均一性(homogeneity):晶体内部任意两个部分的化学组成和物理性质是等同的。对称性(symmetry):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。这种相同的性质在不同的方向或位置上作有规律地重复，就是对称性。,结晶学与矿物学,1.5.晶体的基本性质,最小内能性:(minimum internal energy)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。,结晶学与矿物学,1.5.晶体的基本性质,稳定性(stability):在相同的热力学条件下，晶体比具有相同化学成分的非晶体稳定，非晶质体有自发转变为晶体的必然趋势，而晶体决不会自发地转变为非晶质体。这就是晶体的稳定性。,结晶学与矿物学,结晶学与矿物学,1.6.晶体的层生长理论,晶体生长过程的第一步，就是形成晶核。成核的内因：晶体的最小内能成核的外因：过冷却度与过饱和均匀成核(homogeneous nucleation)：在体系内任何部位成核率是相等的。非均匀成核(heterogeneous nucleation)：在体系的某些部位的成核率高于另一些部位。,结晶学与矿物学,1层生长理论模型,1.6.晶体的层生长理论,结晶学与矿物学,2.螺旋生长理论模型,3.布拉维法则,晶体上的实际晶面平行于面网密度大的面网，这就是布拉维法则(law of Bravais)。,1.6.晶体的层生长理论,结晶学与矿物学,