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2晶体和非晶体.pptx
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1、l晶体的定义晶体的定义l空间格子的概念空间格子的概念l十四种布拉维格子十四种布拉维格子l晶胞概念晶胞概念l晶体的基本性质晶体的基本性质l非晶质体非晶质体l准晶体准晶体l主要内容主要内容晶体的初步认识晶体的初步认识 晶体分晶体分单晶体单晶体和和多晶体多晶体,其构成的材料,其构成的材料分别为分别为单晶材料单晶材料和和多晶材料多晶材料。单晶材料有人造半导体材料单晶硅和单晶材料有人造半导体材料单晶硅和锗,金刚石、红宝石等锗,金刚石、红宝石等.多晶材料多晶材料包括金属及陶瓷等。包括金属及陶瓷等。晶体固有的性质对材料的性质具有重晶体固有的性质对材料的性质具有重要的决定作用。要的决定作用。碧碧玺玺常林钻石1
2、58.786克拉绿柱石红宝石和兰宝石月光石 锰锂榴石多晶材料 石英晶体石英晶体 石盐晶体及解理块石盐晶体及解理块第一章第一章 晶体和非晶质体晶体和非晶质体n n1 1 1 1 晶体的共性晶体的共性晶体的共性晶体的共性晶体的外表特征晶体的外表特征晶体的外表特征晶体的外表特征认识晶体认识晶体认识晶体认识晶体 外表特征外表特征外表特征外表特征 内部构造内部构造内部构造内部构造 内部构造的共同规律内部构造的共同规律内部构造的共同规律内部构造的共同规律 晶体定义。晶体定义。晶体定义。晶体定义。绿柱石晶体(祖母绿)绿柱石晶体(祖母绿)刚玉晶体(红宝石)刚玉晶体(红宝石).1.1.1.1 晶体的定义晶体的定
3、义晶体的定义晶体的定义返回目录从外表看,石英晶体有这样一些特征:从外表看,石英晶体有这样一些特征:q是一种固体,有棱有角,有是一种固体,有棱有角,有规则的几何外形规则的几何外形q它是在它是在一定环境下形成一定环境下形成的。的。q它有它自己的基本形态,而且这些形态在多种环境它有它自己的基本形态,而且这些形态在多种环境下保持下保持相对的稳定性相对的稳定性。石英晶体石英晶簇第一章第一章 晶体和非晶体晶体和非晶体l从外表特征描述从外表特征描述,晶体天然具有规则几何外形,晶体天然具有规则几何外形的固体的固体q晶面:晶面:晶体的外表平面晶体的外表平面q晶棱:晶棱:两晶面相交直线两晶面相交直线q角顶:角顶:
4、晶棱汇聚的点晶棱汇聚的点锆石锆石第一章 晶体和非晶体l晶体的本质晶体的本质q晶体内部质点的有序排列晶体内部质点的有序排列决定晶体的外表特决定晶体的外表特征:规则的几何外形征:规则的几何外形q晶体内部质点不同排列晶体内部质点不同排列方式决定晶体外表特方式决定晶体外表特征的差异。征的差异。氯化钠晶体氯化钠晶体氯化钠内部质点排列氯化钠内部质点排列第一章第一章 晶体和非晶体晶体和非晶体l晶体内部质点有序性的证明:晶体内部质点有序性的证明:q19121912年德国科学家劳厄用晶体作光栅,使年德国科学家劳厄用晶体作光栅,使X X射线产生衍射,证明晶体内部质点是有序排射线产生衍射,证明晶体内部质点是有序排列
5、的列的q19141914年英国科学家布拉格父子用各种各样的年英国科学家布拉格父子用各种各样的晶体作大量的衍射实验晶体作大量的衍射实验q三位科学家研究成果揭示了一切晶体皆具有三位科学家研究成果揭示了一切晶体皆具有格子构造的秘密格子构造的秘密第一章第一章 晶体和非晶体晶体和非晶体晶体的共性:晶体的共性:一切晶体,不论外形如何,其内部质点(原子、一切晶体,不论外形如何,其内部质点(原子、离子、离子团或分子)都是有规律排列的。即晶体内离子、离子团或分子)都是有规律排列的。即晶体内部部相同质点在相同质点在三维空间均呈周期性重复三维空间均呈周期性重复。白云母层状结构白云母层状结构石英架状结构石英架状结构第
6、一章 晶体和非晶体NaCl的晶体结构 在在1mm1mm3 3的石盐内,就包的石盐内,就包含了大约含了大约7107101717个这样个这样的立方体小块。的立方体小块。在棱的方向,在棱的方向,ClCl和和NaNa+以相等的间隔交替排列,以相等的间隔交替排列,每隔每隔5.6285.628重复一次,重复一次,在对角线方向上在对角线方向上ClCl或或NaNa+各自均以各自均以3.978 3.978 的相等间的相等间隔连续排列。隔连续排列。第一章 晶体和非晶体晶体定义 从从NaCl的晶体结构可知,的晶体结构可知,Cl和和Na+在三维空间均成周期性重复的规则排列而在三维空间均成周期性重复的规则排列而构成一种
7、格子状的构造。构成一种格子状的构造。对于其它任何一种晶体而言,情况都是完全对于其它任何一种晶体而言,情况都是完全类同的。所不同的仅仅是,不同的晶体,其质点类同的。所不同的仅仅是,不同的晶体,其质点种类不同,排列的方式和间隔大小不同罢了。种类不同,排列的方式和间隔大小不同罢了。晶体是内部质点在三维空间作周期性重复排晶体是内部质点在三维空间作周期性重复排列的固体。列的固体。第一章 晶体和非晶体整整个个晶晶体体就就是是由由晶晶胞胞周周期期性性的的在在三三维维空空间间并并置置堆堆砌而成的。砌而成的。第一章 晶体和非晶体1.2.1 1.2.1 1.2.1 1.2.1 空间格子的概念空间格子的概念空间格子
8、的概念空间格子的概念q空间格子:空间格子:空间格子:空间格子:表示晶体内表示晶体内表示晶体内表示晶体内部结构中质点重复规律的部结构中质点重复规律的部结构中质点重复规律的部结构中质点重复规律的几何图形几何图形几何图形几何图形q同类质点排列规律的归同类质点排列规律的归同类质点排列规律的归同类质点排列规律的归纳:纳:纳:纳:抛开物质意义,就内部质抛开物质意义,就内部质抛开物质意义,就内部质抛开物质意义,就内部质点排列方式分析,找出各种晶点排列方式分析,找出各种晶点排列方式分析,找出各种晶点排列方式分析,找出各种晶体格子都遵循的共同规律体格子都遵循的共同规律体格子都遵循的共同规律体格子都遵循的共同规律
9、qq以食盐晶体格子为例以食盐晶体格子为例以食盐晶体格子为例以食盐晶体格子为例,2,2,2,2 空间格子空间格子空间格子空间格子返回目录空间格子空间格子空间格子空间格子:相当点在三:相当点在三:相当点在三:相当点在三维空间作格子状排列所维空间作格子状排列所维空间作格子状排列所维空间作格子状排列所构成的图形。构成的图形。构成的图形。构成的图形。氯化钠晶体中,任选一氯化钠晶体中,任选一氯化钠晶体中,任选一氯化钠晶体中,任选一个点,然后在结构中找个点,然后在结构中找个点,然后在结构中找个点,然后在结构中找出与此点完全相同的全出与此点完全相同的全出与此点完全相同的全出与此点完全相同的全部几何点,就构成了
10、上部几何点,就构成了上部几何点,就构成了上部几何点,就构成了上图的形状图的形状图的形状图的形状第一章 晶体和非晶体氯离子氯离子氯离子氯离子钠离子钠离子钠离子钠离子5.6285.6285.6285.628埃埃埃埃5.6285.6285.6285.628埃埃埃埃等同点等同点晶晶体体结结构构中中在在同同一一取取向向上上几几何何环环境境和和物物质质环环境境皆皆相相同同的的点点称称为为等等同同点点。在在同同一一晶晶体体中中可可以以找找出出无无穷穷多多类类等等同同点点,但但每每一一类类等等同同点点集集合合而而成成的的图图形形都都呈呈现现如图如图1-21-2所示的相同图形。所示的相同图形。Na+Cl-结点空
11、间点阵空间点阵 表示晶体结构中等同表示晶体结构中等同点排列规律的几何图形称点排列规律的几何图形称为为空间点阵空间点阵。空空间间格格子子表表明明了了晶晶体体物物质质在在三三维维空空间间质质点点作作周周期期性性重重复复排排列列这这一一根根本本的的性性质质,因因此此,晶晶体体可可定定义义为为:晶晶体体是是具具有有格格子子构构造的固体造的固体。第一章 晶体和非晶体1.2.2空间格子的特点空间格子的特点l结点结点:空间点阵中的等同点:空间点阵中的等同点l行列行列:分布在同一直线上的结:分布在同一直线上的结点构成一个行列。点构成一个行列。l面网面网:分布在同一平面上的结:分布在同一平面上的结点构成一个面网
12、。点构成一个面网。l平行六面体平行六面体:空间点阵中由八:空间点阵中由八个结点连成的中空的平行六面体个结点连成的中空的平行六面体第一章 晶体和非晶体2 2 2 2 空间格子要素空间格子要素空间格子要素空间格子要素A A A A 结点:结点:结点:结点:定义定义定义定义:空间格子中的点空间格子中的点空间格子中的点空间格子中的点代表晶体结构中的相当点。结点的位置可为同种质点所占据。代表晶体结构中的相当点。结点的位置可为同种质点所占据。代表晶体结构中的相当点。结点的位置可为同种质点所占据。代表晶体结构中的相当点。结点的位置可为同种质点所占据。性质性质性质性质:不代表任何质点,:不代表任何质点,:不代
13、表任何质点,:不代表任何质点,它只具几何意义。它只具几何意义。它只具几何意义。它只具几何意义。第一章 晶体和非晶体B B B B 行列行列行列行列定义定义定义定义:结点在直线上的排列称为行列。空间格子中任结点在直线上的排列称为行列。空间格子中任结点在直线上的排列称为行列。空间格子中任结点在直线上的排列称为行列。空间格子中任何两结点联结起来就是一条行列的方向何两结点联结起来就是一条行列的方向何两结点联结起来就是一条行列的方向何两结点联结起来就是一条行列的方向结点间距:结点间距:结点间距:结点间距:行列中相邻两结点之间的距离行列中相邻两结点之间的距离行列中相邻两结点之间的距离行列中相邻两结点之间的
14、距离性质性质性质性质:同一行列中结点间距相等,在平行行列中结点间距不同一行列中结点间距相等,在平行行列中结点间距不同一行列中结点间距相等,在平行行列中结点间距不同一行列中结点间距相等,在平行行列中结点间距不变变变变第一章 晶体和非晶体C C C C 面网面网面网面网结点在平面上的分布结点在平面上的分布结点在平面上的分布结点在平面上的分布空间格子中不在同一行列上的三个结点可构成一面网。任意空间格子中不在同一行列上的三个结点可构成一面网。任意空间格子中不在同一行列上的三个结点可构成一面网。任意空间格子中不在同一行列上的三个结点可构成一面网。任意两相交行列决定一个面网。两相交行列决定一个面网。两相交
15、行列决定一个面网。两相交行列决定一个面网。qq面网密度面网密度面网密度面网密度:面网单位面积内的结点数。:面网单位面积内的结点数。:面网单位面积内的结点数。:面网单位面积内的结点数。qq面网间距面网间距面网间距面网间距:一个空间格子中任意两相邻:一个空间格子中任意两相邻:一个空间格子中任意两相邻:一个空间格子中任意两相邻平行面网之间的垂直距离。平行面网之间的垂直距离。平行面网之间的垂直距离。平行面网之间的垂直距离。qq在一个空间格子中在一个空间格子中在一个空间格子中在一个空间格子中平行面网的面网密度平行面网的面网密度平行面网的面网密度平行面网的面网密度与面网间距相等与面网间距相等与面网间距相等
16、与面网间距相等。qq而不平行的面网之间,面网间距和面网而不平行的面网之间,面网间距和面网而不平行的面网之间,面网间距和面网而不平行的面网之间,面网间距和面网密度一般不等。面网间距较大者面网密度密度一般不等。面网间距较大者面网密度密度一般不等。面网间距较大者面网密度密度一般不等。面网间距较大者面网密度也较大。也较大。也较大。也较大。第一章 晶体和非晶体D D D D 平行六面体平行六面体平行六面体平行六面体:空间格子的最小单位,又叫单位密度空间格空间格子的最小单位,又叫单位密度空间格空间格子的最小单位,又叫单位密度空间格空间格子的最小单位,又叫单位密度空间格子。子。子。子。平行六面体由六个两两平
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