第一章晶體學基礎第一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四現代科學技術賴以發展的各種光學、電學、磁學材料，主要的存在形式是固體物質。固體物質可以按照其組成粒子排列程度分為晶態、準晶態和非晶態。晶態固體具有長程有序的點陣結構，即其中組成單元是處于一定格式空間排列的狀態。非晶態固體的內部結構類似液體，只在幾個原子間距的范圍內或者在短程范圍內處于有序狀態，而長程范圍原子的排列沒有一定的格式。第二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四1.1晶體結構的周期性1.1.1晶體結構的周期性與點陣1、晶體的周期性：晶體是一種內部粒子或粒子集團在空間按一定規律周期性重復排列而成的固體。結構基元和大小方向為二個要素。2、點陣結構與點陣：將晶體結構中的每個結構基元抽象成一個點，將這些點按照周期性重復的方式排列，就可構成點陣。第三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四3、點陣的基本性質：凡是能夠抽取出點陣的結構可稱為點陣結構；點陣結構可以被與它相對應的平移群所重復。第四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四第五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四第六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四一個點陣點中只有一個基本結構的點陣稱為素單元點陣。如上述直線點陣。一個點陣點中含有二個或二個以上基本結構的點陣你復合點陣，如石墨晶體。第七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四第八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四3.點陣的基本性質：按連接任意兩點所得的向量平移拮能夠復原的一組點為點陣。點陣的二個必要條件：（1）點數無限多；（2）各點所處環境完全相同。第九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四點陣和平移群之間的聯系：1）連接任意兩點陣點所得的向量必屬于平移群；2）屬于平移群的任一向量的一端落在與其對應的點陣點時，其另一端必落在此點陣中的另一點陣點上。因此，點陣、點陣結構及晶體之間存在著一一對應的關系：點陣中每一點陣點對應著點陣結構中的一個結構基元，在晶體中則是一些組成晶體的實物微粒，即原子、分子或離子等，或是這些微粒的集團；空間點陣中的基本單位是一個個小的平行六面體，在點陣結構中就是把每個點陣點恢復了它代表的結構基元后的實體單位，在晶體中即為晶胞。相應的，素單位和復單位則分別對應著素晶胞和復晶胞。第十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四1.1.2晶體的結構參數第十一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四1.1.3晶體缺陷1、理想晶體與實際晶體晶體的基本特征是具有周期性的點陣結構。因此可以認為，按照點陣式的周期性在空間無限伸展的晶體就是理想晶體。但這種理想晶體在自然界中同一切完全理想的事物一樣，是不可能存在的，真正存在的實際晶體，并不具有理想的、完整的、無限的理想結構，往往存在偏離理想晶體的狀況存在。第十二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四實際晶體偏離理想晶體的原因：（1）實際晶體中的微粒數量是有限的；（2）晶體中所有的微粒并非處在晶格中相應位置靜止不動，而是在其平衡位置附近不停的振動；（3）實際晶體中多少存在一定的缺陷。這些缺陷是指偏離理想的點陣結構情況。晶體的結構缺陷包括點缺陷、線缺陷、面缺陷和體缺陷等情況。第十三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四第十四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四晶體的點缺陷包括空位、雜質原子、間隙原子、錯位原子和變價原子。晶體在一定溫度下原子在振動過程中可能克服其勢壘，離開其平衡位置而擠入間隙位置，形成一對空位和間隙原子的缺陷，這類缺陷稱為Frenkel缺陷。而一對正負離子同時離開其平衡位置在而遷移到晶體表面，出現了正負離子空位并存的現象稱為Schottky缺陷。晶體中含有微量雜質原子時，當雜質原子取代了正常原子的位置時，則形成雜質原子缺陷。第十五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四晶體的線缺陷的主要形式是各種形式的位錯。從而導致晶體中點陣結構的不嚴格。線缺陷嚴重時可使實際晶體變為多晶，即晶體是由許多微小的晶塊組成。面缺陷和體缺陷是涉及平面點陣和空間點陣的缺陷。面缺陷是指晶體中可能缺少某一層的粒子，形成了層錯現象。體缺陷則指在晶體中出現空洞、氣泡、包裹物和沉積物等。第十六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四層錯現象第十七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四

在實際晶體中缺陷和畸變的存在使正常的點陣結構受到了一定程度的破壞或擾亂，對晶體的生長，晶體的力學性能、電學性能、磁學性能和光學性能等到都有很大的影響，在生產和科研中非常重要，是固體物理、固體化學和材料科學等領域的重要內容。第十八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四２、單晶體、多晶體與微晶體

若一個固體基本上為一個空間點陣結構所貫穿，則稱之為單晶；同一種晶體中的兩部分或幾部分相互之間不是由同一點陣所貫穿，但它們卻是規則地連生在一起而形成晶體，稱為雙晶，又稱孿晶。有些晶體是由許多不同的單晶體以不同的取向聚集而成，稱為多晶體。最常見的多晶體就是金屬及合金。第十九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四３、同質多晶和類質多晶一些組成固定的化合物，由于其內部微?？梢砸圆煌姆绞蕉逊e，因而產生不同種類的晶體，我們把這種同一化合組成存在兩種或兩種以上晶體結構形式的現象為同質多晶現象。

同種化合物的不同晶型，在其物理、化學性質上可能差別很大，如金剛石與石墨。就物理性質熔點與硬度來看，通常晶體的熔點由結構中最強的鍵決定，而晶體的硬度則由晶體中最弱的相互作用力來決定。第二十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四

在兩個或多個化合物中，如果化學式相似，晶體結構形式相同，并能互相置換的現象，我們稱之為類質同晶現象。１.２晶體結構的對稱性內容由結構化學介紹第二十一頁，