917725-晶体学基础-晶体化学基础-课件1
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【优选】晶体学基础(1)PPT资料
固体物质可以按照其组成粒子排列程度分为晶态、准晶态和非晶态。
素。 ２ 晶体结构的对称性内容由结构化学介绍
有些晶体是由许多不同的单晶体以不同的取向聚集而成，称为多晶体。 （1）实际晶体中的微粒数量是有限的；
２、单晶体2、、多晶体点与微晶阵体 结构与点阵：将晶体结构中的每个 结构基元抽象成一个点，将这些点按照周 期性重复的方式排列，就可构成点阵。
称为Frenkel缺陷。 晶体的点缺陷包括空位、杂质原子、间隙原子、错位原子和变价原子。 这些缺陷是指偏离理想的点阵结构情况。 （2）晶体中所有的微粒并非处在晶格中相应位置静止不动，而是在其平衡位置附近不停的振动； 但这种理想晶体在自然界中同一切完全理想的事物一样，是不可能存在的，真正存在的实际晶体，并不具有理想的、完整的、无限的 理想结构，往往存在偏离理想晶体的状况存在。 面缺陷和体缺陷是涉及平面点阵和空间点阵的缺陷。 2）属于平移群的任一向量的一端落在与其对应的点阵点时，其另一端必落在此点阵中的另一点阵点上。 一个点阵点中含有二个或二个以上基本结构的点阵你复合点阵，如石墨晶体。 就物理性质熔点与硬度来看，通常晶体的熔点由结构中最强的键决定，而晶体的硬度则由晶体中最弱的相互作用力来决定。 ２、单晶体、多晶体与微晶体 体缺陷则指在晶体中出现空洞、气泡、包裹物和沉积物等。 晶体在一定温度下原子在振动过程中可能克服其势垒，离开其平衡位置而挤入间隙位置，形成一对空位和间隙原子的缺陷，这类缺陷 称为Frenkel缺陷。 固体物质可以按照其组成粒子排列程度分为晶态、准晶态和非晶态。 结构基元和大小方向为二个要素。 1、理想晶体与实际晶体 1 晶体结构的周期性 因此，点阵、点阵结构及晶体之间存在着一一对应的关系：点阵中每一点阵点对应着点阵结构中的一个结构基元，在晶体中则是一些
实际晶体偏离理想晶体的原因：
素。 ２ 晶体结构的对称性内容由结构化学介绍
有些晶体是由许多不同的单晶体以不同的取向聚集而成，称为多晶体。 （1）实际晶体中的微粒数量是有限的；
２、单晶体2、、多晶体点与微晶阵体 结构与点阵：将晶体结构中的每个 结构基元抽象成一个点，将这些点按照周 期性重复的方式排列，就可构成点阵。
称为Frenkel缺陷。 晶体的点缺陷包括空位、杂质原子、间隙原子、错位原子和变价原子。 这些缺陷是指偏离理想的点阵结构情况。 （2）晶体中所有的微粒并非处在晶格中相应位置静止不动，而是在其平衡位置附近不停的振动； 但这种理想晶体在自然界中同一切完全理想的事物一样，是不可能存在的，真正存在的实际晶体，并不具有理想的、完整的、无限的 理想结构，往往存在偏离理想晶体的状况存在。 面缺陷和体缺陷是涉及平面点阵和空间点阵的缺陷。 2）属于平移群的任一向量的一端落在与其对应的点阵点时，其另一端必落在此点阵中的另一点阵点上。 一个点阵点中含有二个或二个以上基本结构的点阵你复合点阵，如石墨晶体。 就物理性质熔点与硬度来看，通常晶体的熔点由结构中最强的键决定，而晶体的硬度则由晶体中最弱的相互作用力来决定。 ２、单晶体、多晶体与微晶体 体缺陷则指在晶体中出现空洞、气泡、包裹物和沉积物等。 晶体在一定温度下原子在振动过程中可能克服其势垒，离开其平衡位置而挤入间隙位置，形成一对空位和间隙原子的缺陷，这类缺陷 称为Frenkel缺陷。 固体物质可以按照其组成粒子排列程度分为晶态、准晶态和非晶态。 结构基元和大小方向为二个要素。 1、理想晶体与实际晶体 1 晶体结构的周期性 因此，点阵、点阵结构及晶体之间存在着一一对应的关系：点阵中每一点阵点对应着点阵结构中的一个结构基元，在晶体中则是一些
实际晶体偏离理想晶体的原因：
【课件】第1章晶体学基础-1PPT
注意： 阵点可以是原子（或分子、离子）的中心，也可 以是彼此等同的原子群或分子群的中心，各点的周围环境相同； 阵点仅具有几何意义，并不真正代表任何质点。
11
由无数阵点在三维空间有规则的周期性重复排列 所形成的几何图形称为空间点阵（Space lattice）， 简称为点阵。
12
空间点阵中的几何要素：
a、b、c（点阵常数） 晶胞
α、β、γ（晶轴间夹角）
阵点ruvw ua vb wc
ruvw 为 从 原 点 到 某 一 阵 点 的 矢 量 ， u,v,w 分 别 表 示 沿 三 个 点 阵 矢 量 的 平移量，也称该阵点的坐标。
由于各阵点的周围环 境相同，空间点阵具有空 间重复性。为此，为了说 明空间点阵的排列规律和 特点，可在点阵中取出一 个具有代表性的基本基元 作为点阵的组成单元，即 晶胞。
16
晶胞：
从空间点阵中取出一个仍能 保持点阵特征（对称性、周期性 ）的最基本单元称为晶胞。晶胞 平行堆积可充满三维空间，形成 空间点阵；两者意义相同，都是 从实际晶体结构中抽象出来、表 示晶体结构周期性规律的一种理 想模型。
对于同一个点阵，因选择方 式不同，可得到不同晶胞。
17
选取晶胞的原则：
了解
Ⅰ)选取的平行六面体应与宏观晶体具有同样的对
称性；
Ⅱ）平行六面体内的棱和角相等的数目应最多；
Ⅲ）当平行六面体的棱角存在直角时，直角数目应
最多；
Ⅳ）在满足上条件，晶胞应具有最小的体积。
18
晶胞类型： 简单正交
体心正交
为了反映晶体的对称性，晶胞中的阵点数可大于1。据 此，晶胞分为：
注意：组成晶体的物质质点不同，排列的规则不 同，或周期性不同，都可形成不同的晶体结构。
11
由无数阵点在三维空间有规则的周期性重复排列 所形成的几何图形称为空间点阵（Space lattice）， 简称为点阵。
12
空间点阵中的几何要素：
a、b、c（点阵常数） 晶胞
α、β、γ（晶轴间夹角）
阵点ruvw ua vb wc
ruvw 为 从 原 点 到 某 一 阵 点 的 矢 量 ， u,v,w 分 别 表 示 沿 三 个 点 阵 矢 量 的 平移量，也称该阵点的坐标。
由于各阵点的周围环 境相同，空间点阵具有空 间重复性。为此，为了说 明空间点阵的排列规律和 特点，可在点阵中取出一 个具有代表性的基本基元 作为点阵的组成单元，即 晶胞。
16
晶胞：
从空间点阵中取出一个仍能 保持点阵特征（对称性、周期性 ）的最基本单元称为晶胞。晶胞 平行堆积可充满三维空间，形成 空间点阵；两者意义相同，都是 从实际晶体结构中抽象出来、表 示晶体结构周期性规律的一种理 想模型。
对于同一个点阵，因选择方 式不同，可得到不同晶胞。
17
选取晶胞的原则：
了解
Ⅰ)选取的平行六面体应与宏观晶体具有同样的对
称性；
Ⅱ）平行六面体内的棱和角相等的数目应最多；
Ⅲ）当平行六面体的棱角存在直角时，直角数目应
最多；
Ⅳ）在满足上条件，晶胞应具有最小的体积。
18
晶胞类型： 简单正交
体心正交
为了反映晶体的对称性，晶胞中的阵点数可大于1。据 此，晶胞分为：
注意：组成晶体的物质质点不同，排列的规则不 同，或周期性不同，都可形成不同的晶体结构。
《晶体学基础》课件
《晶体学基础》ppt课件
CONTENTS
目录
• 晶体学简介 • 晶体结构 • 晶体性质 • 晶体缺陷 • 晶体生长与制备 • 晶体应用
CHAPTER
01
晶体学简介
晶体学定义
晶体学是一门研究晶体材料、 晶体结构和晶体性能的科学。
晶体是由原子、分子或离子按 照一定的规律周期性排列而成 的固体。
晶体学的研究内容包括晶体的 几何结构、物理性质、化学性 质以及晶体生长、相变等。
观结构和应力分布有关。
疲劳强度
断裂韧性是衡量物质抵抗脆性断裂的能力的物理量。 不同晶体的断裂韧性不同，与晶体的缺陷类型和扩散 机制有关。
CHAPTER
04
晶体缺陷
点缺陷
01
晶体中一个或多个原子离开其平 衡位置，形成局部的、小的原子 排列异常。
02
点缺陷的形成与温度、压力、杂 质等因素有关。在晶体中，点缺 陷可以移动、聚集和消失，对晶 体的物理性质产生影响。
线缺陷
晶体中沿某一特定方向，原子排列出 现异常。
线缺陷通常表现为晶体的裂纹或位错 ，对晶体的力学性质有显著影响。位 错是晶体中常见的线缺陷，其运动和 相互作用会影响材料的加工和性能。
面缺陷
晶体中沿某一平面的原子排列出现异常。
面缺陷包括晶界、相界和表面等。晶界是晶体内部不同晶粒之间的界面，相界是 晶体中不同相之间的界面。这些面缺陷会影响晶体的光学、电学和热学性质。
19世纪，X射线和电子显微镜的发明 为晶体学的研究提供了新的手段，推 动了晶体学的发展。
17世纪，随着显微镜技术的发展，人 们开始对晶体进行更深入的研究，发 现了晶体的对称性和空间格子。
21世纪，随着计算机技术和材料科学 的快速发展，晶体学在理论和实验方 面都取得了重要进展，为新材料的研 发和应用提供了有力支持。
CONTENTS
目录
• 晶体学简介 • 晶体结构 • 晶体性质 • 晶体缺陷 • 晶体生长与制备 • 晶体应用
CHAPTER
01
晶体学简介
晶体学定义
晶体学是一门研究晶体材料、 晶体结构和晶体性能的科学。
晶体是由原子、分子或离子按 照一定的规律周期性排列而成 的固体。
晶体学的研究内容包括晶体的 几何结构、物理性质、化学性 质以及晶体生长、相变等。
观结构和应力分布有关。
疲劳强度
断裂韧性是衡量物质抵抗脆性断裂的能力的物理量。 不同晶体的断裂韧性不同，与晶体的缺陷类型和扩散 机制有关。
CHAPTER
04
晶体缺陷
点缺陷
01
晶体中一个或多个原子离开其平 衡位置，形成局部的、小的原子 排列异常。
02
点缺陷的形成与温度、压力、杂 质等因素有关。在晶体中，点缺 陷可以移动、聚集和消失，对晶 体的物理性质产生影响。
线缺陷
晶体中沿某一特定方向，原子排列出 现异常。
线缺陷通常表现为晶体的裂纹或位错 ，对晶体的力学性质有显著影响。位 错是晶体中常见的线缺陷，其运动和 相互作用会影响材料的加工和性能。
面缺陷
晶体中沿某一平面的原子排列出现异常。
面缺陷包括晶界、相界和表面等。晶界是晶体内部不同晶粒之间的界面，相界是 晶体中不同相之间的界面。这些面缺陷会影响晶体的光学、电学和热学性质。
19世纪，X射线和电子显微镜的发明 为晶体学的研究提供了新的手段，推 动了晶体学的发展。
17世纪，随着显微镜技术的发展，人 们开始对晶体进行更深入的研究，发 现了晶体的对称性和空间格子。
21世纪，随着计算机技术和材料科学 的快速发展，晶体学在理论和实验方 面都取得了重要进展，为新材料的研 发和应用提供了有力支持。
晶体化学基本原理PPT课件
界半径比（r+/r-）有关.
60
例：以NaCl晶体为例，求八面体配位时的r+/r-
.
61
阳离子的配位数与阴阳离子半径比 的关系：
干冰CO2 B2O3
.
62
（三）离子极化
离子极化是指离子在外电场作用下，改 变其形状和大小的现象。
静电键S强＝正度离子电＝荷Z数
正离子配位n 数
.
63
1、极化过程
被极化：自身被极化
这样才能形成极性分子和一个裸露的质子15晶体中亓种键型的比较离子键共价键金属键静电库仑力共用电子对静电库仑力分子间力特点无方向性无饱和性方向性饱和性无方向性无饱和性无方向性无饱和性饱和性方向性晶体性质离子晶体nacl共价晶体clsio金属晶体cufe分子晶体干冰co2h2o熔点高硬度大导电性能差膨胀系数熔点高硬度大导电性能差良好的导电性导热性延展性塑混合键在材料中单一结合键的情况并丌是很多大部分材料的原子结合键往往是丌同键的混合
.
45
5）空间利用率（堆积系数、堆积密度、致密度）
一般采用空间利用率（堆积系数）来表征 密堆系统总空隙的大小。其定义为：晶胞中原 子体积与晶胞体积的比值。
堆积系数V V0
Z 4r3
3 a03
例：求面心立方紧密堆积时的致密度。
.
46
（3）体心立方堆积
体心立方堆积比较简单、对称性高， 是金属中常见的三近种似密原排子面堆为积：方（式11之0）一面。
空隙C
.
38
.
39
6n 6
.
40
.
41
.
42
.
43
2）空隙分布
每个球周围有8个 四面体空隙；
材料化学第一章晶体学基础精品ppt资料
• 17-19世纪:
外形——内部结构的关系
•
1669年 丹麦 N. Steno
面角守恒定律
斯丹诺定律
• 律
1801年 法国 R. J. Hauy
晶面整数定
•
1806年 德国 C. S. Weiss
晶带定律推出六大晶系
对称定律、
•
1830年 德国 I. F. C. Hessel 晶体外形对
1895年 德国 伦琴 20世纪: 1912年 德国 劳厄
• 2.直线点阵(或晶棱)指标, [u, v, w]: • 用与直线点阵平行的向量表示, 说明该直
线点阵的取向.
互质整数[uvw] 也即晶向指数，假设其中有 负数，那么在数字上加一横线。
3.平面点阵(晶面)指标(h k l):
• 晶面指标的解释：
•
1.在分析晶体平面时，其平面指数常带有公因
子如〔220〕、〔422〕，其对应的点阵晶面指标却
为〔110〕、〔211〕，它所代表的是一组互相平行
的晶面；
•
2.当点阵面和某轴平行时，那么它和这一轴的
截距为∞，其倒数为0。
• 解释：晶面指标数值越大的晶面，其相 邻点阵面间距离越小，而且各点阵面中
点阵点的密度也较小，在晶体生长过程
中出现的时机也较小。实际晶体指标超 过10的极为罕见，超过5的也很少，一 般常见的大多是1、2、3等较小指数。
• 稳定性： 晶体内部粒子的规那么排列是粒子间
1.1 晶体结构的周期性
1.1.1 晶体结构的周期性与点阵 1. 晶体结构的周期性
晶体是一种内部粒子〔原子、分子、离子〕或粒 子集团在空间按一定规律周期性重复排列而成的固体。
两个重要的因素： 周期性重复的内容 第一要素 结构基元 周期性重复的方式 第二要素 重复周期的
晶体学基础PPT课件
➢ 单位格子：只包含一 个点阵点的格子叫单 位格子 。
➢ 复单位：即每一个格 子单位分摊到一个以 上的点阵点。
点阵
图1-4 平面点阵单位 上图所示，平行四边形I和II都 只分摊到一个点阵点，故它们 都是单位格子；平行四边形III 分摊到两个点阵点，故它是复 单位。
点阵
3.三维点阵(空间点阵)
➢分布在三维空间的点阵叫空间点阵。 ➢空间点阵对应的平移群可用下式表示：
T m n m p n a p b ,m c ,n ,p 0 , 1 , 2 (1 .
图1-5 空间点阵单位
点阵
➢空间格子：空间点阵按确定的 平行六面体单位划分后所形成 的格子称为空间格子 。
➢基本单位：每个平行六面体格 子单位只分摊到1个点阵点， 称为空间点阵的基本单位 。
我们把所有阵点可用位矢(1.1)、(1.2)或(1.3) 来描述的点阵称为布拉菲点阵。
➢ 点阵的这两条基本性质也正是判断一组点是否 为点阵的依据。
点阵
三.直线点阵、平面点阵与空间点阵
点阵和平移群
➢ 能使一个点阵复原的全部平移矢量组成 的一个平移群(它符合数学上群的定义) 称为该点阵对应的平移群。
➢ 点阵和平移群有一一对应的关系。一个 点阵所对应的平移群能够反映出该点阵 的全部特征。
第一章 晶体学基础
内容提要
晶体的基本性质 晶体结构几何理论的历史发展简况 点阵 平面点阵与空间点阵的性质 晶体的点阵结构 晶胞 典型晶体结构举例 晶向指数与面指数 晶体结构的对称性
第一节 晶体的基本性质
一.晶体与非晶体在宏观性质上的区别
➢晶体具有固定的外形，各向异性，固定 的熔点。 • 微细单晶体的集合体，称为多晶体 • 取向杂乱的单晶体集合成的多晶体， 显示出各向同性 • 择优取向的多晶体呈现出各向异性
➢ 复单位：即每一个格 子单位分摊到一个以 上的点阵点。
点阵
图1-4 平面点阵单位 上图所示，平行四边形I和II都 只分摊到一个点阵点，故它们 都是单位格子；平行四边形III 分摊到两个点阵点，故它是复 单位。
点阵
3.三维点阵(空间点阵)
➢分布在三维空间的点阵叫空间点阵。 ➢空间点阵对应的平移群可用下式表示：
T m n m p n a p b ,m c ,n ,p 0 , 1 , 2 (1 .
图1-5 空间点阵单位
点阵
➢空间格子：空间点阵按确定的 平行六面体单位划分后所形成 的格子称为空间格子 。
➢基本单位：每个平行六面体格 子单位只分摊到1个点阵点， 称为空间点阵的基本单位 。
我们把所有阵点可用位矢(1.1)、(1.2)或(1.3) 来描述的点阵称为布拉菲点阵。
➢ 点阵的这两条基本性质也正是判断一组点是否 为点阵的依据。
点阵
三.直线点阵、平面点阵与空间点阵
点阵和平移群
➢ 能使一个点阵复原的全部平移矢量组成 的一个平移群(它符合数学上群的定义) 称为该点阵对应的平移群。
➢ 点阵和平移群有一一对应的关系。一个 点阵所对应的平移群能够反映出该点阵 的全部特征。
第一章 晶体学基础
内容提要
晶体的基本性质 晶体结构几何理论的历史发展简况 点阵 平面点阵与空间点阵的性质 晶体的点阵结构 晶胞 典型晶体结构举例 晶向指数与面指数 晶体结构的对称性
第一节 晶体的基本性质
一.晶体与非晶体在宏观性质上的区别
➢晶体具有固定的外形，各向异性，固定 的熔点。 • 微细单晶体的集合体，称为多晶体 • 取向杂乱的单晶体集合成的多晶体， 显示出各向同性 • 择优取向的多晶体呈现出各向异性
11晶体的基本概念和性质PPT课件
28
空间格子表 明了晶体物质在 三维空间质点作 周期性重复排列 这一根本的性质， 由此，晶体可定 义为：晶体是具 有格子构造的 固体。
29
3、 空间格子的要素
1）节点： 空间格子中的点称
为节点。从一立方毫 米的氯化钠晶体中可 抽象出1027-28个节点。 空间格子为无限的三 位点阵模型。
第一章 结晶学基础
本章重点掌握的学习内容： 晶体的定义和晶体的基本性质 空间格子理论 晶体的对称性、各种对称要素和晶体的分类 晶体定向原则和晶体符号 十四种空间格子和晶体的微观对称规律 六方密堆和立方密堆及四面体空隙和八面体空隙 配位数和配位多面体 鲍林规则
1-1晶体的基本概念和性 质
1914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。
三位科学家研究成果揭示了一切晶体皆
具有内布质点周期性重复排列构造的秘密。
单晶硅(110)晶面的结构像
上个世纪 50年代以后， 用透射电子 显微镜观察 也证实了晶 体的内部具 有规则排布 的特点。
非晶体
固体物质的内 部质点在三维空 间不做规律的排 列，称为非晶体 或非晶态固体。 例如，玻璃、塑 料、沥青等。
30
3、 空间格子的要素
2） 行列：
连接空间格子中任 意两个节点就决定了一 条行列。每一行列都有 一个最小的结点重复周 期，它等于行列上两个 相邻结点间的距离，简 称结点间距。在空间格 子中，有无数不同方向 的行列。平行的各个行 列上结点间距相等，不 平行的行列，其上的结 点间距一般不等。
31
如果把氯离子和 钠离子缩小，分别用 黑点和白圈代表C1与Na+离子，并用直 线将它们连接起来， 这样，就可以得出一 个如左图所示内部质
点排布的立体图形。
空间格子表 明了晶体物质在 三维空间质点作 周期性重复排列 这一根本的性质， 由此，晶体可定 义为：晶体是具 有格子构造的 固体。
29
3、 空间格子的要素
1）节点： 空间格子中的点称
为节点。从一立方毫 米的氯化钠晶体中可 抽象出1027-28个节点。 空间格子为无限的三 位点阵模型。
第一章 结晶学基础
本章重点掌握的学习内容： 晶体的定义和晶体的基本性质 空间格子理论 晶体的对称性、各种对称要素和晶体的分类 晶体定向原则和晶体符号 十四种空间格子和晶体的微观对称规律 六方密堆和立方密堆及四面体空隙和八面体空隙 配位数和配位多面体 鲍林规则
1-1晶体的基本概念和性 质
1914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。
三位科学家研究成果揭示了一切晶体皆
具有内布质点周期性重复排列构造的秘密。
单晶硅(110)晶面的结构像
上个世纪 50年代以后， 用透射电子 显微镜观察 也证实了晶 体的内部具 有规则排布 的特点。
非晶体
固体物质的内 部质点在三维空 间不做规律的排 列，称为非晶体 或非晶态固体。 例如，玻璃、塑 料、沥青等。
30
3、 空间格子的要素
2） 行列：
连接空间格子中任 意两个节点就决定了一 条行列。每一行列都有 一个最小的结点重复周 期，它等于行列上两个 相邻结点间的距离，简 称结点间距。在空间格 子中，有无数不同方向 的行列。平行的各个行 列上结点间距相等，不 平行的行列，其上的结 点间距一般不等。
31
如果把氯离子和 钠离子缩小，分别用 黑点和白圈代表C1与Na+离子，并用直 线将它们连接起来， 这样，就可以得出一 个如左图所示内部质
点排布的立体图形。
晶体学基础第1章-课件1
晶体学基础绪论刘彤固体中的晶体气态：内部微粒（原子、分子、离子）无规运动液态：内部微粒（原子、分子、离子）无规运动固态：内部微粒（原子、分子、离子）振动自然界中绝大多数固体物质都是晶体。
如：食盐、冰糖、金属、岩石等。
¾单质金属和合金在一般条件下都是晶体。
¾一些陶瓷材料是晶体。
¾高聚物在某些条件下也是晶体。
“德里紫蓝宝石”如何在千姿百态的晶体中发现其规律？熔体凝固液相结晶晶体并非局限于天然生成的固体人工单晶飞机发动机叶片飞机发动机晶体的共同规律和基本特征?水晶石英晶体具有规则的凸多面体外形。
α石英的内部结构大球代表小球代表晶体的概念NaCl的晶体结构晶体（crystal）：其内部质点（原子、分子或离子）在3维空间周期性重复排列的固体。
也称具有格子构造的固体。
晶体材料：单晶，多晶¾在一个单晶体的范围内，晶格中的质点均呈有序分布。
多晶体内形成许多局限于每个小区域内的有序结构畴，但在畴与畴之质点的分布是无序的或只是部分有序的。
晶界（晶体缺陷）Be 2O 3非晶体Be 2O 3 晶体分子晶体（范德华力）晶体学的发展历史¾有文字记载以前，人们对矿物晶体瑰丽的色彩和特别的多面体外形引起了的注意，开始观察研究晶体的外形特征。
¾17世纪中叶，丹麦学者斯丹诺（steno）1669年提出面角守恒定律，这可以说是晶体学作为一门正式科学的标志，它找出了晶体复杂外形中的规律性，从而奠定了几何晶体学的基础。
¾1801年，法国结晶学家阿羽依（Haüy）基于对方解石晶体沿解理面破裂现象的观察，发现晶体学基本定律之一的整数定律。
¾1805-1809年，德国学者魏斯(Weiss)发现晶带定律以及晶体外形对称理论。
几何晶体学发展到了相当高的程度。
¾1830年，德国学者赫塞尔（Hessel)推导出描述晶体外形对称性的32种点群。
¾1837年，英国学者米勒（Miller）提出晶面在三维空间位置的表示方法---米勒指数。
结构化学晶体学基础ppt课件
晶体学基础
气态
物质的三种聚集态 液态 晶体
固态 准晶体 非晶体
晶体学基础
• 非晶体
在它们内部原子或分子的排列没有周期性的结构 规律，像液体那样杂乱无章地分布，可以看作过冷 液体，称为玻璃体、无定形体或非晶态物质。
玻璃体的结构特点
晶体学基础
• 准晶体
准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶具有 完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的平移对称性， 因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。准晶体的发现， 是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。
金刚石中的滑移面
晶体的微观对称性
7.3.2 230个空间群 空间群符合一般用熊夫利和国际符号联合表示
晶体结构的周期性和点阵理论
3 晶体具有确定的熔点
晶体结构的周期性和点阵理论
4 晶体的对称性和对X射线的衍射
晶体的理想外形具有特定的对称性，这是内 部结构对称性的反映。晶体结构的周期大小和X 射线的波长相当，使它成为天然的三维光栅，能 够对X射线产生衍射。而晶体的X射线衍射，成 为了解晶体内部结构的重要实验方法。
晶胞
• 晶胞的两个基本要素：
晶胞
• 分数坐标
OP = xa + yb + zc
x, y, z为P原子的分数坐标。 x, y, z为三个晶轴方向单位 矢量的个数(是分数)(晶轴 不一定是相互垂直)。 x, y, z一定为分数
晶胞
• 凡不到一个周期的原子的坐标都必须标记，分 数坐标，即坐标都是分数，这样的晶胞并置形 成晶体。
点阵结构
2. 从晶体点阵结构中抽象出点阵 例1. 等径圆球排列形成的一密置列直线点阵
一个点阵点代表一个球 重复周期为a a = 2r
气态
物质的三种聚集态 液态 晶体
固态 准晶体 非晶体
晶体学基础
• 非晶体
在它们内部原子或分子的排列没有周期性的结构 规律，像液体那样杂乱无章地分布，可以看作过冷 液体，称为玻璃体、无定形体或非晶态物质。
玻璃体的结构特点
晶体学基础
• 准晶体
准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶具有 完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的平移对称性， 因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。准晶体的发现， 是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。
金刚石中的滑移面
晶体的微观对称性
7.3.2 230个空间群 空间群符合一般用熊夫利和国际符号联合表示
晶体结构的周期性和点阵理论
3 晶体具有确定的熔点
晶体结构的周期性和点阵理论
4 晶体的对称性和对X射线的衍射
晶体的理想外形具有特定的对称性，这是内 部结构对称性的反映。晶体结构的周期大小和X 射线的波长相当，使它成为天然的三维光栅，能 够对X射线产生衍射。而晶体的X射线衍射，成 为了解晶体内部结构的重要实验方法。
晶胞
• 晶胞的两个基本要素：
晶胞
• 分数坐标
OP = xa + yb + zc
x, y, z为P原子的分数坐标。 x, y, z为三个晶轴方向单位 矢量的个数(是分数)(晶轴 不一定是相互垂直)。 x, y, z一定为分数
晶胞
• 凡不到一个周期的原子的坐标都必须标记，分 数坐标，即坐标都是分数，这样的晶胞并置形 成晶体。
点阵结构
2. 从晶体点阵结构中抽象出点阵 例1. 等径圆球排列形成的一密置列直线点阵
一个点阵点代表一个球 重复周期为a a = 2r
第三章 晶体学基础优秀课件
晶体： 周期性有序排列 （金属、大部分无机非金属）
非晶体： 进程有序、远程无序 （玻璃、树脂、塑料）
晶体的几何多面体形态，是其格子构造在外形上的直接反映！
5、单晶与多晶
晶体
晶体
金 刚石
同样是晶体材料
单晶：在整块材料中，原子都 是规则地、周期性的重复排列 的，一种结构贯穿整体。
特点：规则的几何外形 各向异性
面网
平行六面体
❖ 晶面：可将晶体点阵在任意方向上分解 为相互平行的节点平面。
❖ 晶面族：对称性高的晶体中，不平行的 两组以上的晶面，它们的原子排列状况 是相同的，这些晶面构成一个晶面族。
❖ 晶向：也可将晶体点阵在任意方向上分 解为相互平行的节点直线组，质点等距 离的分布在直线上。
❖ 晶向族：晶体中原子排列周期相同的所 有晶向为一个晶向族。
紧密堆积中球数和两种空隙间的关系：
八面体空隙 由6个球组成
四面体空隙 由4个球组成
晶格常数a与原子/离子半径R的关系
以面心立方例： 2Ra2/4/3R42/3R3/820.8 R
则有：4R=晶体 R=晶体
晶体结构 基本概念
堆积类型
a面心立方最密堆积
六方最密堆积
最密堆积
体心立方密堆积 非最密堆积
α=β=90°γ=120° α=β=γ≠90°
α≠β≠γ≠90°
❖ 举例
区别几何要素与实际晶体结构
❖ 阵点 行列 网面 平行六面体 空间点阵（格子） ❖ 基元 晶向 晶面 晶胞 晶格
2、 结晶学指数
❖ （1）晶向指数
❖ 表示晶向（晶棱）在空间位置的符号。 晶向符号只规定晶向而不涉及它具体的位置， 因而任何晶向（棱）都可平移到坐标0点， 故确定的步骤为： ● 选定晶轴X、Y、Z和a、b、c为轴单位；
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从晶系到空间群
7个晶系 （按照晶胞的特征对称元素分类）
反映，旋转，反演，旋转反演
平移
14种布拉菲格子
32个点群
螺旋轴，滑移面
230个空间群
• 空间群常用简略Herman-Mauguin符号来指定，其中包含能 产生所有其余对称元素所必需的最少对称元素。
• 由此可确定晶系、Bravais点阵、点群和对称元素和取向。
P21/c表示简单单斜结构，在b周方向 有一个c滑移面垂直于21螺旋轴。
I41md表示体心四方结构，在c轴方向存在41螺旋轴， a轴 方向存在对称面，面对角线（a+b）方向存在d滑移面。
Fm3m表示面心立方结构，在c轴方向存在对称面，体对角 线方向存在3次轴，面对角线方向存在对称面。
空间群
空间群的国际符号 格子类型
晶系
P n m a (#62)
1 [001] [001] [100] [010] 2 [111] [100] [010] 3 [110] [110] [001]
1
2 3
三个位所表示的方向(依次列出) 1 2 3 a+b a+b c
a+b+c c 立方 c a 四方 a b 斜方 b 单斜 三斜 任意方向 a 三、六方 c 3轴定向！
2a+b
任意方向 [001] [100]
[210]
从空间群符号确定点群
点群类型可以从简略H-M符号变换得出： 1. 把所有滑移面全部转换成镜面； 2. 把所有螺旋轴全部转换成旋转轴。
例如： • 空间群= Pnma →点群= mmm •空间群= P42/n →点群= 4/m
第五章
晶体化学基础
¾ 原子结构与元素周期表 ¾ 原子半径和离子半径 ¾ 密堆积原理 ¾ 配位数和配位多面体 ¾ 化学键和晶格类型
晶体化学
晶体化学：研究晶体结构和晶体化学组成与其性质之间
的关系和规律性的分支学科。
材料科学：
晶体结构=空间点阵+基元
Na+ Cl-
•晶体结构中的质点（阵点或基元）可以是原子、离子 或分子。
•晶体化学主要阐述这些质点的特性：离子类型、离子 和原子半径等； •讨论质点在组成晶体结构时的相互作用和规律：离子 或原子相互结合时的堆积方式和配位形式、键和晶格 类型。
解释α粒子散射使遇到困难。
电子
正电荷汤姆孙的原子模型
“西瓜模型”或“枣糕模型”
•道尔顿首先发现原
子，认为其不能再分。
•1897年，汤姆孙对
阴极射线研究时发现
了电子，说明原子是
可再分的，原子是中
性的，并推断出原子
中还有带正电的物质。
•汤姆逊的原子模型：原子是一个球
体，正电荷均匀分布在整个球体内，
电子镶嵌其中。
卢瑟福提出原子的核式结构模型1909～1911年，英国物理学家卢瑟福进行了α粒子散射实验。
提出在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核。
原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里。
带负电的电子在核外空间绕着核旋转。
汤姆逊（电子）卢瑟福（质子）查德威克（中子）科学的传承
William Thomson Ernest Rutherford
James
Chadwick
提出原子结构模型
David Bohr 玻尔
原子结构图
x
z
y
y
x
z
z
y
x
p
x
p y p z
y
x
z
d x 2-y 2
z
x
y
d xz
z
y
x
d xy
x
y
z
d yz
z
y
x
d z 2
原子的电子构型和周期表：
（1）元素所处周期数，等于原子中电子的主量子数；
（2）每一周期所含元素的数目，等于填满相应能级组轨道所需要的电子数；（3）每一周期的最后一个元素（稀有气体元素）的最外层电子数是8（第一周期是2）——8电子稳定结构。
元素的原子半径和共价半径
元素的原子半径和共价半径
•密堆结构：由2维密排原子面以最密排的方式堆积而得。
密排面堆积方式-面心立方结构•密排面中每个球与6个球相切，周围有6个间隙。
面心立方结构：
{111}面
按…ABCABC …
顺序排列
A A A sites
B sites
B B B B B B B 2D Projection
C sites C C C A B C
面心立方晶胞
•金属键无饱和性和方向性，使其晶
体结构倾向于最紧密堆垛。
•将原子看作刚性球，构成相互接触
圆球模型，更确切表示原子排列。
•面心原子shared by
2 cells: 6 x 1/2 = 3
•顶角原子shared by
8 cells: 8 x 1/8 = 1
面心立方结构金属：γ-Fe, Al, Cu, Ni, Au, Ag 和Pt 等。
面心立方结构
•结构符号A1，
Pearson 符号c F4。
•每个晶胞含4个原子。
(0,1/2,1/2)●(0,0,0)●(1/2,1/2,0)●●(1/2,0,1/2)
•致密度η是衡量原子堆垛紧密程度的，为晶胞中原子所
密排面
{111}密排方向
<110>
A2
A4。