2.1晶体结构

材料科学基础第二章材料的结构结晶学基础知识东华理工大学化生材学院材料科学与工程系Materials Science& Engineering, East China Institute of Technology2011/09/21 Jugong ZHENG Dept. Materials Science&and Engineering, ECIT

本章提要人们使用的材料绝大多数属于固体材料，其中大多数材料中质点的排列具有周期性和规则性，属于晶态材料。不同的晶体，其质点间结合力的本质不同，质点在三维空间的排列方式不同，使得晶体的微观结构各异，反映在宏观性质上，不同晶体具有截然不同的性质。要描述晶体的微观结构，需要具备结晶学方面的基本知识。因此，首先要熟悉材料的结构特征及其描述方法。本章主要内容有：晶体学基础、决定离子晶体结构的基本因素、常见的单质和化合物晶体结构、硅酸盐结构、高分子材料结构。

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本章提要2.1结晶学基础知识 2.2决定离子晶体结构的基本因素 2.3单质晶体结构 2.4无机化合物结构 2.5硅酸盐晶体结构 2.6高分子材料结构结构

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本章提要2.1结晶学基础知识2.1.1晶体结构(crystal structure)的定性描述 1.晶体及其特征 2.空间点阵(空间格子) 3.晶体的宏观对称性 4.晶胞与晶胞参数 5.晶体的微观对称要素 6.空间群 2.1.2晶体结构的定量描述 1.晶体定向 2.整数定律(有理指数定律) 3.结晶符号 4.晶向与晶面的关系2011/09/21 Jugong ZHENG Dept. Materials Science&and Engineering, ECIT

2.1.1晶体结构(crystal structure)的定性描述

1.晶体及其特征(1)什么是晶体？

铬铅矿(Crocoite )2011/09/21 Jugong ZHENG

石英(Quartz)Dept. Materials Science&and Engineering, ECIT

2.1.1晶体结构(crystal structure)的定性描述

电气石(Tourmaline)石膏(Gypsum)钼铅矿(Wulfenite)2011/09/21 Jugong ZHENG Dept. Materials Science&and Engineering, ECIT

2.1.1晶体结构(crystal structure)的定性描述

祖母绿(Emerald Brooch)钻石(Diamond)

金刚石(Diamond)2011/09/21 Jugong ZHENG Dept. Materials Science&and Engineering, ECIT

2.1.1晶体结构(crystal structure)的定性描述

石榴子石(Garnet)火蛋白石(Fire Opals)

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2.1.1晶体结构(crystal structure)的定性描述

软玉 (Nephrite)

紫锂辉石(Kunzite)常林钻石重158.786克拉

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2.1.1晶体结构(crystal structure)的定性描述在一般人的心目中就认为晶体就像水晶和石盐那样，具有规则的几何多面体形状。但是有些晶体因热力学条件不同而几何外形行不同。

图2-l NaCl晶体的晶胞和结

构单元

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。 homogeneous solid containing long-range order in three dimensional space.2011/09/21 Jugong ZHENG Dept. Materials Science&and Engineering, ECIT

2.1.1晶体结构(crystal structure)的定性描述非晶体1.定义：不具格子构造的“固体”。比如玻璃、琥珀、松香等。注意：非晶体严格的说，不是真正的固体，是过冷却的液体，硬化了的液体，内部质点排列杂乱无章。 2.结构特点：在非晶质体中，质点虽然可以是近程有序的，但不存在长程有序。

(a)

(b)

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2.1.1晶体结构(crystal structure)的定性描述晶体与非晶体的转化自发地外界能量

非晶体

晶体

非晶化

晶化或脱玻化

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2.1.1晶体结构(crystal structure)的定性描述准晶体(quasicrystal)其质点的排列是长程有序，但不体现周期重复，即不存在格子构造，称为准晶体。

图具有五次对称轴定向长程有序但无重复周期的图形

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2.1.1晶体结构(crystal structure)的定性描述 (2)晶体的基本性质自限性(自范性)晶体在一定条件下能自发形成几何多面体的形状。●结晶一致性同一晶体的不同部分具有相同的性质。●各向异性晶体性质随方位不同而有差异的特性。●对称性晶体中的晶面、晶棱、角顶、结点及物理化学性质等在不同方向作有规律地重复。●最小内能性在相同热力学条件下，与同种成分的非晶体、液体、气体相比，其内能最小。●2011/09/21 Jugong ZHENG Dept. Materials Science&and Engineering, ECIT

2.1.1晶体结构(crystal structure)的定性描述 2.空间格子 (等同点及空间点阵 )

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2.1.1晶体结构(crystal structure)的定性描述(1)等同点：晶体结构中种类、化学性质及周围的环境、方位完全相同的空间位置。●对NaCl晶体结构，所有Na+点属于一类等同点，所有Cl-点属于另一类等同点。等同点位置不限于质点中心，任何位置能引出一类等同点且构成上图的c图形。

(2)空间点阵：一系列在三维空间重复排列的等同点称为空间点阵。把空间点阵中的等同点或几何点称为阵点或结点。 (3)晶体格子(crystalline lattice):把晶体中质点的中心用直线联起来构成的空间格架即晶体格子，简称晶格。●空间格子是表示晶体构造规律的几何图形，是无限图形。2011/09/21 Jugong ZHENG

空间格子

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2.1.1晶体结

构(crystal structure)的定性描述 (4)空间格子有下列几种要素：●

结点(lattice point):空间格子中的等同点。 lattice ):结点在直线上的排列。

●行列(crystalline

行列中相邻结点间的距离称结点间距。同行列方向上结点间距相等；不同方向的行列，结点间距一般不等。

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2.1.1晶体结构(crystal structure)的定性描述●

面网：结点在平面上的分布。单位面积内结点的数目称面网密度；相邻面网间的垂直距离称面网间距。相互平行的面网间面网密度和面网间距相等；否则一般不等且面网密度大的其面网间距亦大。

面网2011/09/21 Jugong ZHENG Dept. Materials Science&and Engineering, ECIT

2.1.1晶体结构(crystal structure)的定性描述布拉维法则和面角守恒定律●布拉维法则：晶体通常被面网密度大的晶面所包围。●晶面的生长速度与其面网密度一般呈反比关系。

面网密度与晶面生长过程的关系

●生长速度大的BC晶面逐渐变小，甚至消失；生长速度小的AB、CD晶面将逐渐扩展，最后保留下来。2011/09/21 Jugong ZHENG Dept. Materials Science&and Engineering, ECIT

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