第二章晶體結構與常見晶體結構類型第1頁主要內容2.1晶體學基礎2.2元素晶體常見晶體結構2.3二元無機化合物常見晶體結構2.4硅酸鹽晶體結構第2頁10/10/12:00:00AM32.2Crystal&non-crystal非晶體2.1

晶體學基礎2.1.1晶體與非晶體固態(tài)物質原子或分子聚集狀態(tài)不一樣

晶體第3頁10/10/12:00:00AM4Concepts長程有序Long-rangeorder晶體非晶體原子或原子團、離子或分子在空間按一定規(guī)律呈周期性地排列組成原子、分子或離子無規(guī)則地堆積在一起所形成長程無序Long-rangedisorder短程有序short-rangeorder第4頁晶體Vs非晶體結構差異造成性質不一樣1.晶體：最小內能、熱力學穩(wěn)定非晶體自發(fā)→晶體2.晶體：固定熔點3.晶體：各向異性不一樣結晶學方向：周期性排列差異所致力學、光學、電學性能如：石墨晶體：c軸電導率為a軸、b軸方向106倍/10/105

玻璃窗花：自發(fā)析晶所致石墨結構第5頁4.晶體：均勻性晶體不一樣部位性質相同，如：密度質點分布規(guī)律性、晶胞→晶體5.晶體：自范性－自發(fā)形成規(guī)則幾何多面體外形/10/106石英晶體(水晶SiO2)螢石晶體晶體大都含有規(guī)則幾何外形雪花水分子晶體食鹽晶體第6頁6.晶體：對稱性內部結構、外形、性質－對稱性點陣結構、晶胞結構外部表達7.晶體：衍射效應

周期性點陣結構、面網結構使波長相當X射線、電子流、中子流衍射效應非晶體－X射線散射/10/107第7頁10/10/12:00:00AM8ComparisonComparison方石英石英玻璃石英凝膠2θ(°)衍射強度CurveofX-rayDiffraction第8頁非晶態(tài)晶態(tài)透射電鏡第9頁2、怎樣區(qū)分多晶與單晶？晶粒：從液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)晶體結晶過程首先要成核，然后生長，這個過程叫晶粒成核長大。晶粒內分子、原子都是有規(guī)則地排列–晶體多晶：多個晶粒，晶界；每個晶粒大小和形狀不一樣,而且取向也是凌亂,沒有顯著外形,也不表現各向異性,是多晶單晶：整塊物質由一個晶粒組成，無晶界，各向異性第10頁第11頁晶體電子衍射3類:(a)單晶體衍射譜由規(guī)則排列點陣組成;(b)多晶體衍射譜由同心圓環(huán)組成;(c)非晶體衍射譜由彌散同心環(huán)組成。依據譜形狀，很輕易確定所觀察區(qū)域是單晶體多晶體還是非晶體第12頁電子衍射圖單晶【111】方向單晶非晶態(tài)----暈晶態(tài)結構第13頁第14頁10/10/12:00:00AM152.2.2TransformationTransformationJ晶態(tài)非晶態(tài)？第15頁10/10/12:00:00AM16晶態(tài)與非晶態(tài)之間轉變非晶態(tài)所屬狀態(tài)屬于熱力學亞穩(wěn)態(tài)，所以非晶態(tài)固體總有向晶態(tài)轉化趨勢，即非晶態(tài)固體在一定溫度下會自發(fā)地結晶，轉化到穩(wěn)定性更高晶體狀態(tài)。通常呈晶體物質假如將它從液態(tài)快速冷卻下來也可能得到非晶態(tài)。第16頁思索題常見金屬基本上都是晶體,但為何不顯示各向同性?多晶中各個晶粒往往取向不一樣，所以多個晶粒集合在一起在任一方向上都顯示不出某一個晶向特征來。

第17頁10/10/12:00:00AM182.1.2

空間點陣與晶胞晶體結構幾個基本概念周期性：同一個質點在空間排列上 每隔一定距離重復出現。周期：任一方向排在一直線上相 鄰兩質點之間距離。晶格（lattice）：把晶體中質點中心用直線聯(lián)起來組成 空間格架。結點（latticepoints）：質點中心位置。空間點陣（spacelattice）：由這些結點組成空間總體。晶胞（unitcell）：組成晶格最基本幾何單元。第18頁19結點結點Chapter2StructureofMaterials結點能夠是原子、分子、離子或原子團

鎂橄欖石Mg2SiO4理想結構碘分子晶體第19頁10/10/12:00:00AM20a、b、c:確定晶胞大小、、:確定晶胞形狀晶格常數晶胞UnitCell晶胞三條棱長度a、b和c就是點陣沿這些方向周期，這三條棱就稱為晶軸。第20頁10/10/12:00:00AM21Lattice&actualcrystalstrcture空間點陣和實際晶體結構之間關系（a）、（c）為空間點陣（b）、（d）為實際晶體第21頁圖空間點陣第22頁（1）晶胞幾何形狀能夠充分反應空間點陣對稱性；（2）平行六面體內相等棱和角數目最多；（3）當棱間呈直角時，直角數目應最多；（4）滿足上述條件，晶胞體積應最小。圖晶胞選取1.晶胞選取標準第23頁晶胞尺寸和形狀可用點陣參數來描述，它包含晶胞各邊長度和各邊之間夾角。圖晶胞、晶軸和點陣參數2.描述晶胞六參數第24頁10/10/12:00:00AM252.1.3

晶系和布拉菲點陣晶系特征空間點陣對稱元素三斜Triclinicabc簡單三斜(無轉軸)既無對稱軸也無對稱面單斜Monoclinicabca==90°;90°簡單單斜;底心單斜一個二次旋轉軸,鏡面對稱正交（斜方）Orthorhombicabca===90°簡單正交;底心正交;體心正交;面心正交三個相互垂直二次旋轉軸菱方（三方）Rhombohedrala=b=ca==

90°簡單三方一個三次旋轉軸四方(正方）Tetragonala=bca===90°簡單四方;體心四方一個四次旋轉軸六方（六角)Hexagonala=bca==90°;=120°簡單六方一個六次旋轉軸立方Cubica=b=ca===90°簡單立方;體心立方;面心立方四個三次旋轉軸7個晶系和14種空間點陣類型第25頁簡單菱方（簡單三方）簡單立方簡單六方簡單四方第26頁底心單斜簡單單斜簡單三斜第27頁簡單正交面心立方面心正交第28頁體心立方體心四方體心正交第29頁/10/1030體對角線拉伸單軸向拉伸軸向拉伸擠壓a、b軸成60度推a、c軸至大于90度對稱性最差對稱性最高第30頁思索題體心單斜點陣是不是一個新點陣？體心單斜點陣晶胞為ABCD-EFHG。能夠連成底心單斜點陣，其晶胞為JABD-KEFG。第31頁晶體結構和空間點陣區(qū)分空間點陣是晶體中質點排列幾何學抽象，用以描述和分析晶體結構周期性和對稱性，因為各陣點周圍環(huán)境相同，它只能有14種類型晶體結構則是晶體中實際質點（原子、離子或分子）詳細排列情況，它們能組成各種類型排列，所以，實際存在晶體結構是無限。第32頁圖結構相同不一樣點陣第33頁（a)(b)(c)圖幾個晶體結構點陣分析(a)γ-Fe(b)NaCl(c)CaF2(d)

ZnS(d)第34頁2.1.4晶體對稱性對稱性——晶體基本性質

對稱元素（symmetryelements）

宏觀對稱性元素

第35頁點群（pointgroup）—晶體中全部點對稱元素集合依據晶體外形對稱性，共有32種點群空間群（spacegroup）—晶體中原子組合全部可能方式依據宏觀、微觀對稱元素在三維空間組合，可能存在230種空間群（分屬于32種點群）微觀對稱性第36頁晶面（crystallographicplanes）：——晶體點陣在任何方向上分解為相互平行結點平面稱為晶面，即結晶多面體上平面。晶向（crystallographicdirections）：——點陣可在任何方向上分解為相互平行直線組（晶列），晶列所指方向就是晶向。國際上通用米勒指數標定晶向和晶面。WilliamH.Miller礦物學家（1801-1880，英國）2.1.5晶面指數和晶向指數

在材料科學中，討論晶體生長、變形和固態(tài)相變等問題時，常要包括到晶體一些方向（晶向）和一些平面（晶面）。第37頁10/10/12:00:00AM38晶向指數與晶面指數：國際上統(tǒng)一采取密勒指數（Millerindices）來進行標定。將坐標原點選在OP任一結點O點，把OP另一結點P坐標經等百分比化簡后按X、Y、Z坐標軸次序寫在方括號[]內，則[uvw]即為OP晶向指數。晶向指數（crystallographicdirectionindices）確定：第38頁(1)建立以晶軸a，b，c為坐標軸坐標系，各軸上坐標長度單位分別是晶胞邊長a，b，c，坐標原點在待標晶向上；(2)確定該晶向上距原點最近一個陣點P三個坐標值(xa，yb，zc)；(3)將x，y，z化成最小簡單整數比u，v，w，且u∶v∶w=x∶y∶z；(4)將u，v，w三數置于方括號內就得到晶向指數[uvw]。晶體中點陣方向指數，由晶向上陣點坐標值決定。1晶向指數標定第39頁10/10/12:00:00AM40A:[110]B:[111]C:？第40頁PROBLEM:Drawthefollowingdirection vectorsincubicunitcells:a.[100]and[110]b.[112]c.d.a第41頁

第42頁a.指數意義：代表相互平行、方向一致全部晶向。b.負值：標于數字上方，表示同一晶向相反方向。c.晶向族：晶體中原子排列情況相同但空間位向不一樣一組晶向，用<uvw>表示。數字相同，但排列次序不一樣或正負號不一樣晶向屬于同一晶向族。eg：立方晶系中八個晶向是立方體中四個體對角線方向，其原子排列完全相同，屬同一晶向族，故用<111>表示。晶向指數說明：第43頁(1)建立一組以晶軸a，b，c為坐標軸坐標系。(2)求出待標晶面在a，b，c軸上截距xa，yb，zc。如該晶面與某軸平行，則截距為∞。(3)取截距倒數1/xa，1/yb，1/zc。(4)將這些倒數化成最小簡單整數比h，k，l，使h∶k∶l=1/xa∶1/yb∶1/zc。(5)如有某一數為負值，則將負號標注在該數字上方，將h，k，l置于圓括號內，寫成(hkl)，則(hkl)就是待標晶面晶面指數。晶體中點陣平面指數，由晶面與三個坐標截距值所決定。2晶面指數標定第44頁10/10/12:00:00AM45晶面指數（crystallographicplaneindices）確定：用（hkl）來表示一組平行晶面，稱為晶面指數。數字hkl是晶面在三個坐標軸（晶軸）上截距（r,s,t)倒數互質整數比。第45頁晶面A：x、y、z=1、1、1，其倒數為1、1、1，則晶面指數記為（111）晶面B，x、y、z=1、2、，其倒數為1、1/2和0，化為互質整數比為2:1:0，則晶面指數記為（210）晶面C：晶面過原點（0，0，0），沿y軸平移一個晶格參數（平移后代表同一晶面）使其在y軸截距為-1，則x、y和z分別為、-1和，其倒數為0、-1和0，則晶面指數記為，其中負號寫在數字上面。第46頁圖晶面指數標定第47頁48應該是(632)晶面指數示例Chapter2StructureofMaterials第48頁？1/r=3,1/s=3/2,1/t=1截距倒數r=1/3,s=2/3,t=1截距互質整數6,3,2(632)晶面指數第49頁晶面指數所代表不但是某一晶面，而是代表著一組相互平行晶面a.指數意義：代表一組平行晶面；b.0意義：面與對應軸平行；c.平行晶面：指數相同，或數字相同但正負號相反；d.晶面族：晶體中含有相同條件（原子排列和晶面間距完全相同），空間位向不一樣各組晶面，用{hkl}表示。e.若晶面與晶向同面，則hu+kv+lw=0;f.若晶面與晶向垂直，則u=h,k=v,w=l。晶面指數說明：第50頁{110}晶面族第51頁六方晶系晶向指數和晶面指數一樣能夠應用上述方法標定，這時取a1，a2，c為晶軸，而a1軸與a2軸夾角為120度，c軸與a1，a2軸相垂直。但這種方法標定晶面指數和晶向指數，不能顯示六方晶系對稱性，同類型晶面和晶向，其指數卻不相雷同，往往看不出他們等同關系。3.六方系晶面和晶向指數標定第52頁依據六方晶系對稱特點，對六方晶系采取a1，a2，a3及c四個晶軸，a1，a2，a3之間夾角均為120度，這么，其晶面指數就以(hkil）四個指數來表