第一章 晶体与非晶体
第一章 晶体与非晶体
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第一章 晶体与非晶体
主要教学内容
晶体的概念与特点* 空间格子的概念及组成要素* 晶体的基本性质
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第一章 晶体与非晶体
1.1 结晶学的主要研究内容
主要研究晶体的生长、形貌、内部结 构、化学成分、物理性质及它们之间的 相互关系。
石英晶簇 (SiO2)
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石膏晶体 (CaSO4.2H2O)
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石盐晶体 （NaCl)
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黄铁矿晶体 (FeS2)
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早期的关于晶体的概念: 晶体是天然形成的具有几何多面体外形 的固体。 这个概念显然是表观的和不完善的。
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自然金（111）面上金原子的分布 （原子力扫描隧道显微镜）
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1.3.3 晶体的概念 晶体是内部质点在三维空间周期性重 复排列的固体。
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1.4晶体结构的空间格子规律
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研究结果表明： 所有的晶体，无论是否具有几何多面体 形态，其内部质点都是在三维空间周期 性重复排列，形成格子构造。 只是不同的晶体，质点的种类、排列方 式及重复规律不同而已。
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近代，高分辨率的电子显微镜，可以观 察到晶体结构中原子的排列情况。
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右图为NaC1结构的基本单 元（晶胞），在1mm3的晶 体中大约有7×1017个这样 的单元。它与宏观的尺码相 比非常小，因此，空间格子 被看成是是无限图形。
NaC1晶胞
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1.4.3空间格子要素 ⑴ 结点：空间格子中的点，代表从晶 体结构中选取的相当点。 在实际晶体结构中，结点的位置可以 同种质点所占据，但结点本身只有几 何意义，为几何点。
对结构进行抽象： 首先，在结构中任选一几何点（氯离子 或钠离子的中心，或其它任意一点）； 以此点为标准，把结构中这样的点全找 出来－等同点或相当点。
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NaC1结构一个平面内 Cl- 和Na+以及相当点的分布
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主要研究内容包括 1.晶体的概念与基本性质** 2.晶体生长理论简介 3.几何结晶学*** 4.晶体结构的几何特征* 5.晶体化学基础**
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1.2 结晶学与材料学科的关系
⑴材料制品多是晶体或以结晶相为主。 无机非金属材料
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浩羽（R.J.Hauy,法国晶体学家）认为晶 体是由多面体外形的“分子”构成。
立方体形态的“分子”
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这个理论遇到的困难主要有三方面： ⑴有的晶体，打碎以后的碎块不能堆砌 成完整的晶体。
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1.4.1空间格子概念 是表示晶体结构中质点重复规律的立体 几何图形。
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1.4.2晶体结构中空间格子的选取
以NaC1为例：棱方向：重复周期0.564nm， 面对角线方向：重复周期0.399nm。
NaC1的晶体结构模型
Crystallography Nhomakorabea第一章 晶体与非晶体
单晶材料：多为人工合成的功能晶体材料 多晶材料：陶瓷、耐火材料、水泥熟料等
金属材料：纯金属、合金等都是晶体。
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⑵工业原料－主要组成相是晶体。 天然矿石原料 人造化工原料 工业废渣 工业尾矿
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相当点的条件：
⑴如果原始点选在质点中心，则所有质 点的种类要相同。
⑵相当点周围的环境要相同。即相当点 周围相同方向上要有相同的质点。
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相当点的分布，能够反映晶体结构中 所有质点的重复规律。 相当点在平面内分布，构成平面点阵 （平面格子）；相当点在三维空间分 布，构成空间点阵（空间格子）。
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如萤石的解理块为八面体，仅靠八面体 不能堆砌出完整的晶体。
萤石的八面体解理块
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⑵许多晶体，如石英，不能破碎成几何 多面体。 ⑶最小的平行六面体并不是“分子”。
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惠更斯：认为晶体中质点的有序排列导
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实验
把任意形态的NaCl颗粒，置于它的过饱和溶 液中一段时间后，都可以恢复立方体的几何 外形。 立方体外形的和任意形态的石盐，具有完全 相同的物质组成和物理、化学性质。
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1.3.2晶体概念的发展 规则几何多面体外形只是晶体的一种表 象，晶体的本质是什么呢？ 下面介绍几位科学家对晶体概念由浅入 深的认识。
致晶体具有一定的多面体外形。
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布拉维（A.Bravais） 推导出32种对称型和14种空间格子，提 出晶体结构的空间格子理论。
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劳埃(Max Von Laue)，德国科学家。
发现了晶体的X射线衍射现象； 证实了晶体结构点阵理论的正确性； 为研究晶体结构提供了一种手段； 开创x射线结晶学。
⑶指导新材料的研制和开发应用
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1.3 晶体的概念与性质
1.3.1人类最初对晶体的认识
人类对晶体的认识源于对自然界天然矿物的观 察。在岩石洞穴及裂隙里的石英呈带尖顶的六 方柱，内陆盐湖中的石盐常呈立方体等。
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