结晶矿物学第一章晶体和非晶体
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2018年学习晶体与非晶体教材课件PPT页数:12
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《结晶学与矿物学》课程笔记
《结晶学与矿物学》课程笔记第一章：晶体及结晶学一、引言1. 晶体的定义- 晶体是一种固体物质，其内部原子、离子或分子在三维空间内按照一定的规律周期性重复排列，形成具有长程有序结构的物质。
- 晶体的特点是在宏观上表现出明确的几何外形和物理性质的各向异性。
2. 结晶学的定义- 结晶学是研究晶体的形态、结构、性质、生长和应用的科学。
- 它是固体物理学、化学和材料科学的一个重要分支。
3. 晶体与非晶体的区别- 晶体：具有规则的内部结构和外部几何形态，物理性质各向异性。
- 非晶体（如玻璃）：内部结构无规则，没有长程有序，物理性质各向同性。
二、晶体的基本特征1. 几何外形- 晶体通常具有规则的几何外形，如立方体、六方柱、四方锥等。
- 几何外形是由晶体的内部结构决定的。
2. 晶面、晶棱和晶角- 晶面：晶体上平滑的平面，由晶体内部的原子平面构成。
- 晶棱：晶面的交线，由晶体内部的原子线构成。
- 晶角：晶棱之间的夹角，由晶体内部的原子角构成。
3. 晶面指数、晶棱指数和晶角指数- 晶面指数：用来表示晶面在晶体中的位置和方向的符号。
- 晶棱指数：用来表示晶棱在晶体中的位置和方向的符号。
- 晶角指数：用来表示晶角的大小和方向的符号。
4. 物理性质各向异性- 晶体的物理性质（如电导率、热导率、折射率等）随方向的不同而变化。
- 这是因为晶体内部原子的排列在不同方向上有所不同。
三、晶体的分类1. 天然晶体与人工晶体- 天然晶体：在自然界中形成的晶体，如矿物、岩石等。
- 人工晶体：通过人工方法在实验室或工业生产中制备的晶体。
2. 单晶体与多晶体- 单晶体：整个晶体内部原子排列规则一致，具有单一的晶格结构。
- 多晶体：由许多小晶体（晶粒）组成的晶体，晶粒之间排列无序。
3. 完整晶体与缺陷晶体- 完整晶体：内部结构完美，没有缺陷的晶体。
- 缺陷晶体：内部存在点缺陷、线缺陷、面缺陷等结构缺陷的晶体。
四、晶体的生长1. 晶体生长的基本过程- 成核：晶体生长的起始阶段，形成晶体的核。
《晶体与非晶体》课件
2 信息技术
非晶体存储介质用于高密度数据存储和信息技术领域。
3 生物医学
非晶体中的玻璃状物质在生物医学中用于制备医用材料和药物传递系统。
晶体与非晶体的比较
物理性质
晶体具有周期性结构，而非晶 体没有。
制备方法
晶体通过晶体生长，非晶体通 过玻璃化或凝固法制备。
应用方向
晶体广泛应用于电子学和光电 学，而非晶体主要用于材料科 学、信息技术和生物医学。
按照结构
共价晶体、离子晶体、金属体。
晶体的物理性质
光学性质
晶体对不同波长的光有特殊的 折射、偏振、吸收和散射效应。
热学性质
晶体具有热膨胀、热导率和热 稳定性等特性。
电学性质
晶体对电场的响应和导电性能 因晶体结构和成分的不同而异。
晶体的应用
1 电子学
晶体管、半导体器件和集成电路等领域的关 键组件。
按照制备方法
熔融法、溶胶-凝胶法和蒸发法等。
按照成分
无机非晶体和有机非晶体。
非晶体的物理性质
热学性质
非晶体具有低热膨胀系数和高 热稳定性。
电学性质
非晶体的导电性取决于成分和 结构。
机械性质
非晶体具有高强度和良好的抗 划伤性能。
非晶体的应用
1 材料科学
非晶体在材料领域中用于改变材料性能和提高材料强度。
2 光电学
用于激光、光纤通信和显示器等光学器件。
3 化学
晶体结构对于化学反应的速率和选择性具有 重要影响。
4 材料科学
用于发展新材料和研究材料性质与结构之间 的关系。
什么是非晶体？
• 非晶体是没有长程有序结构的固体。 • 非晶体缺乏规则的几何形状。 • 非晶体结构缺乏周期性重复的单元。
非晶体存储介质用于高密度数据存储和信息技术领域。
3 生物医学
非晶体中的玻璃状物质在生物医学中用于制备医用材料和药物传递系统。
晶体与非晶体的比较
物理性质
晶体具有周期性结构，而非晶 体没有。
制备方法
晶体通过晶体生长，非晶体通 过玻璃化或凝固法制备。
应用方向
晶体广泛应用于电子学和光电 学，而非晶体主要用于材料科 学、信息技术和生物医学。
按照结构
共价晶体、离子晶体、金属体。
晶体的物理性质
光学性质
晶体对不同波长的光有特殊的 折射、偏振、吸收和散射效应。
热学性质
晶体具有热膨胀、热导率和热 稳定性等特性。
电学性质
晶体对电场的响应和导电性能 因晶体结构和成分的不同而异。
晶体的应用
1 电子学
晶体管、半导体器件和集成电路等领域的关 键组件。
按照制备方法
熔融法、溶胶-凝胶法和蒸发法等。
按照成分
无机非晶体和有机非晶体。
非晶体的物理性质
热学性质
非晶体具有低热膨胀系数和高 热稳定性。
电学性质
非晶体的导电性取决于成分和 结构。
机械性质
非晶体具有高强度和良好的抗 划伤性能。
非晶体的应用
1 材料科学
非晶体在材料领域中用于改变材料性能和提高材料强度。
2 光电学
用于激光、光纤通信和显示器等光学器件。
3 化学
晶体结构对于化学反应的速率和选择性具有 重要影响。
4 材料科学
用于发展新材料和研究材料性质与结构之间 的关系。
什么是非晶体？
• 非晶体是没有长程有序结构的固体。 • 非晶体缺乏规则的几何形状。 • 非晶体结构缺乏周期性重复的单元。
矿物岩学基础知识(晶体的基础知识)
第一章晶体的基础知识第一节晶体及其基本性质一、晶体、非晶质体、准晶质体的概意晶体的分布十分广泛。
可以毫不夸张地说，人类就是生活在晶体的世界之中。
自然界的固体物质，绝大多数都是晶体。
我们日常吃的食盐、食糖，用的金属、陶瓷、在泥，一直到组成生命有机体的蛋白质等，莫不都是晶体。
那么，晶体的定义是什么呢？20世纪以前，人们把具规则几何多面体外形的固体称为)等(图1-1)。
晶晶体。
如常见的石盐、方解石、水晶(具规则几何多面体形态的石英SiO2体的这种定义，显然是不正确的。
例如，同样是一种物质石英，它既可以呈多面体形态的水晶，也可以呈外形不规则的颗粒而生成于岩石之中。
这两种形态的石英，本质是一样的。
所以规则几何多面体的外形并不是晶体的本质，而只是晶体在一定条件下的外在表现。
晶体的本质必须从它的内部去寻找。
1912年德国物理学家劳埃用X射线研究晶体，发现了晶体的根本特性：晶体内部质点(原子、离子或分子)在三维空间周期性地重复排列。
这种质点在三维空间周期性地重复排列也称格子构造。
所以晶体的正确定义是：晶体是具有格子构造的固体。
正是由于晶体内部质点是规则排列的，所以在一定的条件下，晶体能自发形成几何多面体的外形。
非晶体是指内部质点在三维空间不作周期性地重复排列，即不具格子构造的固体物质。
由于原子或离子空间分布的无规律性，所以非晶体在任何情况下都不可能自发形成几何多面体的外形，因而也被称为无定形体。
非晶体的种类远不如晶体那么繁多。
常见的有蛋白石、沥青、松香、玻璃等。
晶体与非晶体在一定条件下是可以互相转化的。
例如，蛋白石在漫长的地质年代中，其内部质点进行着很缓慢的扩散、调整，趋于规则排列，即由非晶态转化为晶态，这一过程称为晶化。
晶体也可因内部质点的规则排列遭到破坏而转化为非晶态，这个过程称为非晶化。
图1-2是晶体与玻璃的平面结构特点示意图。
由图可见，晶体的内部质点排列是规则的，具有格子构造，非晶体的内部结构是不规则的，不具格子构造。
结晶学与矿物学课件 1结晶学与矿物学__第一章_晶体及其性质
气体：扩散作用使质点作直线运动，不改变方向，
具有占据最大空间的运动趋势，稳定性差；
液体：流动作用使质点移动，所以其决定于容器的
形状；
非晶质体：质点运动类似晶体，质点处于振动状态，
且质点的相对移动极为困难。但时间加长，这种 运动可以显现出来，在温度较高时，这种运动更 为显著。
本章概要
1.晶体、非晶体 2.空间格子——抽象，难点 3.晶体6个基本性质
头接耳,关手机,作笔记。 总成绩=平时课堂表现30%+实验报告
20%+期末考试50%
第一篇 结晶学 Crystallography
第一章 晶体及结晶学
第一节 结晶学及其发展历史
对象：晶体 （生成和变化、外部形态几何规律、 内部结构、化学成分、物理性质）
地位：地球科学主干课程，专业基础课？
常林钻石
➢3.对称性
晶体相同的性质在不同方向或位 置上作有规律的重复。
宏观对称——晶体相同部位能够在不同的方
向或位置上有规律重复出现的特性，宏观 对称是晶体分类的基础。
微观结构对称——格子状构造本身就是质点
在三维空间呈周期性重复的体现，从这个 意义上说，所以的晶体都是对称的。
➢4 一定的熔点
晶体具有一定的熔点，晶体加热在熔点 温度开始熔化，直到晶体完全融化温度 才继续升高。
玻璃、蔗糖等非晶质则不具有固定的熔 点，熔化过程温度的变化为一条曲线；
➢5.最小内能性
相同热力学条件下，晶体与同种物质的非晶质 体、液体、气体状态相比较，其内能最小。
内能＝动能＋势能
动能——晶体内部质点在平衡点周围作无规则运动所决
定的，与T、P有关。
势能——质点间相互位置所决定的，与质点的排列有关。
具有占据最大空间的运动趋势，稳定性差；
液体：流动作用使质点移动，所以其决定于容器的
形状；
非晶质体：质点运动类似晶体，质点处于振动状态，
且质点的相对移动极为困难。但时间加长，这种 运动可以显现出来，在温度较高时，这种运动更 为显著。
本章概要
1.晶体、非晶体 2.空间格子——抽象，难点 3.晶体6个基本性质
头接耳,关手机,作笔记。 总成绩=平时课堂表现30%+实验报告
20%+期末考试50%
第一篇 结晶学 Crystallography
第一章 晶体及结晶学
第一节 结晶学及其发展历史
对象：晶体 （生成和变化、外部形态几何规律、 内部结构、化学成分、物理性质）
地位：地球科学主干课程，专业基础课？
常林钻石
➢3.对称性
晶体相同的性质在不同方向或位 置上作有规律的重复。
宏观对称——晶体相同部位能够在不同的方
向或位置上有规律重复出现的特性，宏观 对称是晶体分类的基础。
微观结构对称——格子状构造本身就是质点
在三维空间呈周期性重复的体现，从这个 意义上说，所以的晶体都是对称的。
➢4 一定的熔点
晶体具有一定的熔点，晶体加热在熔点 温度开始熔化，直到晶体完全融化温度 才继续升高。
玻璃、蔗糖等非晶质则不具有固定的熔 点，熔化过程温度的变化为一条曲线；
➢5.最小内能性
相同热力学条件下，晶体与同种物质的非晶质 体、液体、气体状态相比较，其内能最小。
内能＝动能＋势能
动能——晶体内部质点在平衡点周围作无规则运动所决
定的，与T、P有关。
势能——质点间相互位置所决定的，与质点的排列有关。
矿物岩石之晶体与非晶体概念介绍
Байду номын сангаас
04
晶体具有特定 的对称性，而 非晶体则没有。
非晶体的性质
1
2
3
4
无固定熔点：非晶 体在加热过程中逐 渐软化，最后熔化
无固定形状：非晶 体在凝固过程中可
以形成各种形状
光学性质：非晶体 的光学性质不均匀，
无固定折射率
各向同性：非晶体 在不同方向上的物
理性质相同
晶体与非晶体的共性与差异
共性：都是固体物 质，具有一定的物 理性质和化学性质。
01
晶体在电子工业中的应用： 晶体管、集成电路、太阳能 电池等
02
非晶体在光学领域的应用： 玻璃、塑料等光学材料
03
晶体在生物医学领域的应用： X射线晶体学、药物研发等
04
非晶体在材料科学领域的应 用：非晶合金、纳米材料等
05
晶体在能源领域的应用：太 阳能电池、燃料电池等
06
非晶体在环境科学领域的应 用：土壤、水、大气等非晶 体污染物检测
差异：晶体具有规 则的几何形状，而 非晶体没有规则的
几何形状。
晶体具有各向异性， 而非晶体具有各向
同性。
晶体具有特定的对 称性，而非晶体没 有特定的对称性。
晶体具有固定的熔 点，而非晶体没有
固定的熔点。
3
晶体的应用
01
电子设备：晶体管、集成电 路等电子元件
03
太阳能电池：利用晶体的光电 效应进行能量转换
非晶体的应用
非晶体材料广泛应用于 电子、光学、机械、化
工等领域。
非晶体材料具有优良的机 械性能，如高强度、高硬
度、高耐磨性等。
非晶体材料具有优良的 电性能，如高导电性、
04
晶体具有特定 的对称性，而 非晶体则没有。
非晶体的性质
1
2
3
4
无固定熔点：非晶 体在加热过程中逐 渐软化，最后熔化
无固定形状：非晶 体在凝固过程中可
以形成各种形状
光学性质：非晶体 的光学性质不均匀，
无固定折射率
各向同性：非晶体 在不同方向上的物
理性质相同
晶体与非晶体的共性与差异
共性：都是固体物 质，具有一定的物 理性质和化学性质。
01
晶体在电子工业中的应用： 晶体管、集成电路、太阳能 电池等
02
非晶体在光学领域的应用： 玻璃、塑料等光学材料
03
晶体在生物医学领域的应用： X射线晶体学、药物研发等
04
非晶体在材料科学领域的应 用：非晶合金、纳米材料等
05
晶体在能源领域的应用：太 阳能电池、燃料电池等
06
非晶体在环境科学领域的应 用：土壤、水、大气等非晶 体污染物检测
差异：晶体具有规 则的几何形状，而 非晶体没有规则的
几何形状。
晶体具有各向异性， 而非晶体具有各向
同性。
晶体具有特定的对 称性，而非晶体没 有特定的对称性。
晶体具有固定的熔 点，而非晶体没有
固定的熔点。
3
晶体的应用
01
电子设备：晶体管、集成电 路等电子元件
03
太阳能电池：利用晶体的光电 效应进行能量转换
非晶体的应用
非晶体材料广泛应用于 电子、光学、机械、化
工等领域。
非晶体材料具有优良的机 械性能，如高强度、高硬
度、高耐磨性等。
非晶体材料具有优良的 电性能，如高导电性、
《晶体和非晶体》课件
第1节 晶体和非晶体
第2章：固体
一、固体分类
你知道固体有晶体和非晶体之分吗？能否举例说明？
胆矾 明矾晶体
冰糖晶体 水晶
水晶石
祖 母 绿
绿宝石
猫 眼 石
紫水晶
黄 水 晶
NaCl晶体结构示意图：
Cl-
Na+
结构示意图
金刚石晶体
干冰晶体结构
NaCl晶体结构和晶胞
非晶体——没有规则几何外形的固体
定义：晶体——具有规则几何外形的固体
晶体有自范性（几何外形和内 部质点排 列的高度有序性，非晶体没有） 晶体具有各向异性（非晶体不具有各向异性） 晶体具有固定的熔点（非晶体不具有固定的熔点）
特点和性质：
4、晶体形成的途径：
熔融态物质凝固. 气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华). 溶质从溶液中析出.
无隙并置
平行六面体
2
3
1
由许多小晶体组成的晶体。原子在整个晶体中不是按统一的规则排列的，无一定的外形，其物理性质在各个方向都相同.
如:由许多食盐单晶体粘在一起而成大块的食盐.
多晶体有确定熔点.
二、多晶体
单晶体与多晶体的区别
单晶体 质点按同一取向排列。由一个核心（称为晶核）生长而同位向的小晶体(晶粒）所组成。
02
单晶和多晶的定义
单晶
多晶
区别：
单晶体有自范性
单晶体具有各向异性 相同： 晶体具有固定的熔点（非晶体不具有固定的熔点）
三、晶体与非晶体有什么区别
晶体SiO2和非晶体SiO2的投影示意图
什么是晶体？什么是非晶体？ 晶体有什么特点和性质？
思考与交流:
如何鉴别晶体和非晶体? 性质差异——如外形、硬度、熔点、折光率 区分晶体和非晶体最科学的方法是对固体进行X-射线衍射实验。
晶体与非晶体
非晶合金具有优异的力学性能和耐腐蚀性能，是未来材料发展的重要方 向，如开发具有高强度、高韧性的非晶合金，可应用于航空航天、汽车 等领域。
非晶态光学材料的研究
非晶态光学材料在光通信、光电子等领域有重要应用，如发展具有优异 光学性能的非晶态光学材料，可提高光电子器件的性能。
03
非晶态功能材料的研究
非晶态功能材料在传感器、电磁屏蔽等领域有广泛应用，如开发具有高
晶体与非晶体的跨学科应用研究
晶体与非晶体的应用涉及到多个领域，如能源、通信、医疗等，开展跨学科应用研究有助于推动相关领 域的技术进步和创新。
THANKS
晶体生长技术的改进
提高晶体生长质量和效率是晶体发展的重要方向，如采用 先进的溶液法、化学气相沉积法等技术，可实现高质量、 大尺寸晶体的生长。
晶体在新能源领域的应用
随着新能源技术的不断发展，晶体在太阳能、风能等新能 源领域的应用逐渐增多，如晶体硅太阳能电池、晶体光纤 等。
非晶体的发展趋势
01 02
非晶合金的开发
晶体。
天然采集
从自然界中采集已经形成的天然晶 体。
单晶制备
通过特定技术手段，制备单晶材料， 如单晶硅、单晶金刚石等。
05 非晶体的制备与特性
非晶体的制备方法
气相沉积法
通过物理或化学方法将气体中 的物质沉积到基底上，形成非
晶体薄膜。
溅射法
利用高能粒子轰击固体靶材， 将原子或分子溅射出来并沉积 到基底上形成非晶体。
灵敏度、高响应速度的非晶态功能材料，可应用于环境监测、安全防护
等领域。
晶体与非晶体的交叉学科研究
晶体与非晶体的相变研究
晶体与非晶体的相变是材料科学的重要研究领域，通过研究相变机制和相变过程，可深入了解材料的性能和行为，为 新材料的研发提供理论支持。
非晶态光学材料的研究
非晶态光学材料在光通信、光电子等领域有重要应用，如发展具有优异 光学性能的非晶态光学材料，可提高光电子器件的性能。
03
非晶态功能材料的研究
非晶态功能材料在传感器、电磁屏蔽等领域有广泛应用，如开发具有高
晶体与非晶体的跨学科应用研究
晶体与非晶体的应用涉及到多个领域，如能源、通信、医疗等，开展跨学科应用研究有助于推动相关领 域的技术进步和创新。
THANKS
晶体生长技术的改进
提高晶体生长质量和效率是晶体发展的重要方向，如采用 先进的溶液法、化学气相沉积法等技术，可实现高质量、 大尺寸晶体的生长。
晶体在新能源领域的应用
随着新能源技术的不断发展，晶体在太阳能、风能等新能 源领域的应用逐渐增多，如晶体硅太阳能电池、晶体光纤 等。
非晶体的发展趋势
01 02
非晶合金的开发
晶体。
天然采集
从自然界中采集已经形成的天然晶 体。
单晶制备
通过特定技术手段，制备单晶材料， 如单晶硅、单晶金刚石等。
05 非晶体的制备与特性
非晶体的制备方法
气相沉积法
通过物理或化学方法将气体中 的物质沉积到基底上，形成非
晶体薄膜。
溅射法
利用高能粒子轰击固体靶材， 将原子或分子溅射出来并沉积 到基底上形成非晶体。
灵敏度、高响应速度的非晶态功能材料，可应用于环境监测、安全防护
等领域。
晶体与非晶体的交叉学科研究
晶体与非晶体的相变研究
晶体与非晶体的相变是材料科学的重要研究领域，通过研究相变机制和相变过程，可深入了解材料的性能和行为，为 新材料的研发提供理论支持。
结晶学基础教案
第一部分结晶学基础教案任课老师：许虹2002年2月第一章绪论一．晶体和非晶体 crystal and noncrystal晶体：具有格子构造的固体。
如SiO2:石英——晶体,玻璃——非晶体NaCl晶体二．空间格子 Space lattice晶格结点重复规律，抽象→ 几何图形—空间格子—相当点组成相当点条件：（1）性质相同，质点，空间任意一点（2）环境方位性同空间格子要素：空间格子最小重复单位。
实际晶体相应的是晶胞（形状，大小）三．晶体的基本性质 The ultimate properties of crystal自限性 property of self-confinement,均一性 homogeneity,各向异性 anisotropy,对称性symmetry,最小内能minimum internalenergy,稳定性 stability第二章晶体的形成 crystal formation （第一章和第二章共2学时）重点：晶体概念，空间格子，晶体的基本性质难点：空间格子←NaCl晶体←空间格子←NaCl, FeS2一．晶体形成的方式the way of crystal formation 二．晶核的形成三，晶体的生长 crystal growth介绍两种主要理论。
1．层生长理论layer growth2．螺旋生长理论 BCF Buston-Cabresa-Frank三．晶面发育growth of crystal face三个主要理论。
1.布拉维法则law of Bravais实际晶体的晶面常常平行网面结点密度最大的面网。
2.居里—吴里夫原理就晶体的平衡形态而言，各晶面的生长速度与各晶面的比表面能成正比。
3.周期键链理论PBC Periodic Bond Chain晶体平行键链生长，键力最强的方向生长速度最快。
第三章、晶体的测量与投影一．面角恒等定律Law of constancy of angle 定律：同种晶体之间，对应晶面间的夹角恒等。
1-1 晶体与非晶质体
★平行六面体: 结点在三维空间形成的最 小单位
b
a
c
3、晶胞及晶胞参数
晶胞：能反映晶体构造特点的最小单位称 为晶胞（晶胞相当与空间格子构造中的平 行六面体）。 晶胞参数：表示晶胞大小（a0、bo、co）和 形状（α 、β 、γ ）的数据称为晶胞参数，
4．七种空间格子
三、矿物学发展简史
1857年偏光显微镜应用 —使矿物学研究由宏观 向微观；---使矿物学发生第一次变革； 本世纪二十年代，X-射线应用于矿物晶体结构分 析 ---使矿物学研究由微观向结构；---使矿物学 发生第二次变革； 三十年代以来，对矿物的物理化学条件与相平衡 所进行的研究---使矿物学发生第三次变革； 近二十多年来固体物理、量子物理和量子化学方 面的理论应用于矿物 研究---使矿物学发生第四 次变革；
但是，实际晶体生长不可能达到这么理想的情况，也可能 一层还没有完全长满，另一层又开始生长了，这叫阶梯状生长， 最后可在晶面上留下生长层纹或生长阶梯。 阶梯状生长是属于层生长理论范畴的。
总之，层生长理论的中心思想是：晶体生长过程是晶面层 层外推的过程。 但是，层生长理论有一个缺陷：当将这一界面上的所有 最佳生长位置都生长完后，如果晶体还要继续生长，就必须在 这一平坦面上先生长一个质点，由此来提供最佳生长位置。这 个先生长在平坦面上的质点就相当于一个二维核，形成这个二 维核需要较大的过饱和度，但许多晶体在过饱和度很低的条件 下也能生长，为了解决这一理论模型与实验的差异，弗兰克 (Frank)于1949年提出了螺旋位错生长机制。
温度 杂质 粘度 结晶速度 涡流
所有这些外因是通过内因起作用的。
结晶矿物学 第一章 晶体和非晶体
非晶质没有周期性结构，只能产生散射效应， 得不到衍射图像。
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1.4 非晶质体（固体）
非晶质：琥珀、玻璃、塑料、树脂、沥青
炭黑：结构重复的周期很少，只有几个几 十个周期，称为微晶。介于晶体和非晶质 体之间的状态。
棉花、蚕丝、毛发、人造纤维： 具有不完整的一维周期性特征，并 沿纤维轴择优取向，称为纤维多晶 物质。
第一章 晶体和非晶体
D·平行六面体：空间格子的最小单位，又叫单位密度空间格 子。 平行六面体由六个两两平行的面网组成，结点分布于角顶上， 平行六面体的三个棱长，是三条相应行列的结点间距。
第一章 晶体和非晶体
返回目录
1.2.3 14种空间格子
法国学者A.布拉菲根据晶体结构的最高 点群对称和平移群（所有平移轴的组合）对 称及以上原则，将所有晶体结构的空间点阵 划分成十四种类型的空间格子，称14种空间 格子或布拉菲格子。
第一章 晶体和非晶体
1.4 非晶质体
第一章 晶体和非晶体
晶体与非晶质体在结构上的区别 有序的概念 如前述石英晶体中的硅、氧原子有严
格的周期性排列，具有某种重复规律，并 且在大范围内都呈周期性的规则排列，即 长程有序。
石英玻璃的结构特点： 石英玻璃结构内硅、氧原子的排列
和石英晶体不一样（研究图）。 一个硅原子周围也有四个氧原子，
上振动保持格子的平衡，晶体总是处于最稳定状态。
晶体的基本性质
·对称性 晶体中相等的晶面、晶棱、角顶以及 晶体的物理化学性质在不同方向或位置上有规律 地重复出现。
晶体的宏观对称是由晶体内部
格子构造的对称性所决定的。
金刚石的八面体对称结构
晶体的基本性质 玻璃体等非晶质体具有等向性
·异向性（各向异性）晶体的性质因方向不同而 有差异。这是因为晶体在不同的方向上质点的排 列方式不同而决定的。
返回目录
1.4 非晶质体（固体）
非晶质：琥珀、玻璃、塑料、树脂、沥青
炭黑：结构重复的周期很少，只有几个几 十个周期，称为微晶。介于晶体和非晶质 体之间的状态。
棉花、蚕丝、毛发、人造纤维： 具有不完整的一维周期性特征，并 沿纤维轴择优取向，称为纤维多晶 物质。
第一章 晶体和非晶体
D·平行六面体：空间格子的最小单位，又叫单位密度空间格 子。 平行六面体由六个两两平行的面网组成，结点分布于角顶上， 平行六面体的三个棱长，是三条相应行列的结点间距。
第一章 晶体和非晶体
返回目录
1.2.3 14种空间格子
法国学者A.布拉菲根据晶体结构的最高 点群对称和平移群（所有平移轴的组合）对 称及以上原则，将所有晶体结构的空间点阵 划分成十四种类型的空间格子，称14种空间 格子或布拉菲格子。
第一章 晶体和非晶体
1.4 非晶质体
第一章 晶体和非晶体
晶体与非晶质体在结构上的区别 有序的概念 如前述石英晶体中的硅、氧原子有严
格的周期性排列，具有某种重复规律，并 且在大范围内都呈周期性的规则排列，即 长程有序。
石英玻璃的结构特点： 石英玻璃结构内硅、氧原子的排列
和石英晶体不一样（研究图）。 一个硅原子周围也有四个氧原子，
上振动保持格子的平衡，晶体总是处于最稳定状态。
晶体的基本性质
·对称性 晶体中相等的晶面、晶棱、角顶以及 晶体的物理化学性质在不同方向或位置上有规律 地重复出现。
晶体的宏观对称是由晶体内部
格子构造的对称性所决定的。
金刚石的八面体对称结构
晶体的基本性质 玻璃体等非晶质体具有等向性
·异向性（各向异性）晶体的性质因方向不同而 有差异。这是因为晶体在不同的方向上质点的排 列方式不同而决定的。
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结晶矿物学第一章晶体 和非晶体
2020/12/12
结晶矿物学第一章晶体和非晶体
主要内容
晶体的定义 空间格子的概念 十四种布拉维格子 晶胞概念 晶体的基本性质 非晶质体 准晶体
晶体的初步认识
晶体分单晶体和多晶体，其构成的 材料分别为单晶材料和多晶材料。
• 单晶材料有人造半导体材料单晶硅 和锗，金刚石、红宝石等。
下保持相对的稳定性。
•石英晶体
•石英晶簇
•第一章 晶体和非晶质体
从外表特征描述，晶体是天然具有规则几何外 形的固体
晶面：晶体的外表平面
晶棱：两晶面相交直线 角顶：晶棱汇聚的点
•金刚石
•锆石
•第一章 晶体和非晶质体
晶体的本质
晶体内部质点的有序排列决定晶体的外表特 征：规则的几何外形
晶体内部质点不同排列方式决定晶体外表特 征的差异。
•晶体的基本性质
• ·最大稳定性 在相同的热力学条件下，具有相 同的化学成分的晶体与非晶体比较，晶体是最稳 定的。这是因为晶体的内能最小，内部质点在一定位置
上振动保持格子的平衡，晶体总是处于最稳定状态。
•晶体的基本性质
•·对称性 晶体中相等的晶面、晶棱、角顶以 及晶体的物理化学性质在不同方向或位置上有规 律地重复出现。
2020/12/12
结晶矿物学第一章晶体和非晶体
（ a 、 b 、 c ， α(b∧c) 、 β(a∧c) 、
γ(a∧b)），
例如NaCl晶体的晶胞，对 应的是立方面心格子， a=b=c=0.5628nm，α=β=γ=90°。
许许多多该晶胞在三维空 间无间隙的排列就构成了NaCl晶 体。
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补充
晶胞
•a
•c
•
•a •b
•1.3 晶体的基本性质
•Na+ •Cl
-
•结点
•第一章 晶体和非晶体
空间点阵
表示晶体结构中等同 点排列规律的几何图形称
为空间点阵。
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，因此，晶体可定义
为：晶体是具有格子构 造的固体。
•第一章 晶体和非晶体
1.2.2 空间格子的特点
• ①结点：空间点阵中的等同点 • ②行列：分布在同一直线上的结
点构成一个行列。 • ③面网：分布在同一平面上的结
点构成一个面网。 • ④平行六面体：空间点阵中由八
个结点连成的中空的平行六面体
•第一章 晶体和非晶体
2·空间格子要素
A·结点： 定义: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。 性质：不代表任何质点，
它只具几何意义。
•第一章 晶体和非晶体
•第一章 晶体和非晶体
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1.2.3 14种空间格子
法国学者A.布拉菲根据晶体结构的最高 点群对称和平移群（所有平移轴的组合）对 称及以上原则，将所有晶体结构的空间点阵 划分成十四种类型的空间格子，称14种空间 格子或布拉菲格子。
•
十 四 种 布 拉 维 格 子
空间格子的三维虚拟空间图
•氯化钠晶 体
•氯化钠内部质点排列
•第一章 晶体和非晶质体
晶体内部质点有序性的证明：
1912年德国科学家劳厄用晶体作光栅，使 X射线产生衍射，证明晶体内部质点是有序 排列的
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 格子构造的秘密
•第一章 晶体和非晶质体
区别（主要从定义上来区别，结合图示 理解会更准确）
作业
• 晶体、准晶和玻璃体之间在结构上的区 别
重点
晶体定义、空间格子和晶胞定义 晶体基本性质（对称性、异向性） 晶体、准晶和玻璃体之间在结构上的区别
思考
• 晶体的均一性与异向性有矛盾吗？ • 液晶是晶体吗？
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
•正长石的短柱状晶体
•冰洲石的菱面体晶体
晶体的基本性质
确定的熔点. 晶体内部各个部分按同一方式
排列，熔化所需要的温度相同。 玻璃受热变软，粘度变小，进
而成为流动性较大的液体，这过程 没有温度的停顿，很难指出哪一温 度是它的熔点。
晶体的基本性质
晶体的衍射效应.
周期性排列的晶体相当于三维光栅，能使 波长相当的X射线、电子流和中子流产生衍射 效应，成为了解晶体内部结构的重要实验方法。
简单立方、面心立方、体心立方 简单四方、体心四方 三方菱面体格子、六方格子 正交原始、体心格子、底心格子、面心格
子
任何晶体都对应一种布拉维格 子，因此任何晶体都可划分出与此 种布拉菲格子平行六面体相对应的 部分，这一部分晶体就称为晶胞。
晶胞是能够反映晶体结构特征 的最小单位，并由一组具体的晶胞 参数—晶体常数来表征
•第一章 晶体和非晶质体
晶体定义
从NaCl的晶体结构可知， Cl－和Na+在三 维空间均成周期性重复的规则排列而构成一种 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。
•晶体是内部质点在三维空间作周期性重复 排列的固体。
• 多晶材料包括金属及陶瓷等。
• 晶体固有的性质对材料的性质具有重 要的决定作用。
碧玺(电气石)
常林钻石
158.786克拉（1克拉=0.2克）
•绿柱石
红宝石和兰宝石
月光石
锰锂榴石
a-LiIO3 •Nd：YAG
多晶材料
石英晶体 石盐晶体及解理块
•第一章 晶体和非晶质体
返回目录
了一种新的物态，其内部结构的具体形
式虽然仍在探索之中，但从其对称性可
知，其质点的排列应是长程有序，但不
体现周期重复，即不存在格子构造（即
不能平移），人们把它称为准晶体。
具有远程规 律
但没有重复周期 这是什么意思呢？
具有旋转对 称，或自相似性 变化（放大或缩 小）
准晶虽无周期性，
但有严格的位置序，
•１.1 晶体的定义
1·晶ห้องสมุดไป่ตู้的共性 晶体的外表特征
认识晶体 外表特征 晶体定义。
内部构造 内部构造的共同规律
•绿柱石晶体（祖母绿）
•刚玉晶体（红宝石）
•第一章 晶体和非晶质体
从外表看，石英晶体有这样一些特征：
是一种固体，有棱有角，有规则的几何外形 它是在一定环境下形成的。
它有它自己的基本形态，而且这些形态在多种环境
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•第一章 晶体和非晶体
•空间格子：相当点在 三维空间作格子状排列 所构成的图形。
•氯化钠晶体中，任选 一个点，然后在结构中 找出与此点完全相同的 全部几何点，就构成了 上图的形状
•氯离 子
•5.628埃
•钠离 子
•5.628埃
等同点
晶体结构中在同一取向上几何环境和物质环境皆相 同的点称为等同点。在同一晶体中可以找出无穷多 类等同点，但每一类等同点集合而成的图形都呈现 如图1-2所示的相同图形。
晶体的共性： 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。即晶体内部 相同质点在三维空间均呈周期性重复。
•石英架状结构
•白云母层状结构
•第一章 晶体和非晶质体
NaCl的晶体结构
• 在1mm3的石盐内，就包含 了大约7×1017个这样的立方 体小块。
• 在棱的方向，Cl－和Na+ •以相等的间隔交替排列，每 隔5.628Å 重复一次， • 在对角线方向，Cl－或 Na+各自均以3.978 Å的相等 间隔连续排列。
不出微观的不连续性。
•晶体的基本性质
•晶体是具有格子构造的固体，因此所有晶体也 数有·晶（它自体F们限）在所性+理共（顶想有自点环的范数境格性（中子）V生）构：长=造晶成晶所体凸棱决在多数定适面+的当2体性条。质件且。（晶能面自由 生长）下，可以自发形成规则几何多面体。 玻璃体冷却时，随温度降低，粘度变大，流 动性变小，固化成表面圆滑的无定形体。
非晶质没有周期性结构，只能产生散射效应， 得不到衍射图像。
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•1.4 非晶质体（固体）
非晶质：琥珀、玻璃、塑料、树脂、沥青
炭黑：结构重复的周期很少，只有几个几 十个周期，称为微晶。介于晶体和非晶质 体之间的状态。
棉花、蚕丝、毛发、人造纤维： 具有不完整的一维周期性特征，并 沿纤维轴择优取向，称为纤维多晶 物质。
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•·最小内能 在相同的热力学条件下，与同种 化学成分的非晶体如液体、气体比较，其内能最 小
物质的内能包括动能与势能，晶体内部的质点的有规律 排列，是质点间引力与斥力达到平衡的结果，这时的质点只 能在某一位置作振荡而不能成为自由粒子，其动能与势能都 是很低的，因此内能最小。同种温度的非晶质体要变为 晶体，必须要放出结晶热才能实现其转变过程。
晶体的宏观对称是由晶体内部
格子构造的对称性所决定的。
•金刚石的八面体对称结构
•晶体的基本性质 • 玻璃体等非晶质体具有等向性
·异向性（各向异性）晶体的性质因方向不同而 有差异。这是因为晶体在不同的方向上质点的排 列方式不同而决定的。
如兰晶石在不同的方向上硬度有很大差异。
•AA方向，H＝45，小刀可刻动。BB方向，H＝65，小刀不能刻动。
即有序结构，
或说具有准点阵结构。
它不是非晶态，
而是一种特殊的晶体，
或称非周期性晶体。
C60的三维虚拟空间图
准晶的性质与晶体相似。
复习
１、晶体、空间格子、晶胞 ２、十四种空间格子的形状(实验室有模型，
可随时自由观看研究) ３、晶体的基本性质(结合之后所学内容才
2020/12/12
结晶矿物学第一章晶体和非晶体
主要内容
晶体的定义 空间格子的概念 十四种布拉维格子 晶胞概念 晶体的基本性质 非晶质体 准晶体
晶体的初步认识
晶体分单晶体和多晶体，其构成的 材料分别为单晶材料和多晶材料。
• 单晶材料有人造半导体材料单晶硅 和锗，金刚石、红宝石等。
下保持相对的稳定性。
•石英晶体
•石英晶簇
•第一章 晶体和非晶质体
从外表特征描述，晶体是天然具有规则几何外 形的固体
晶面：晶体的外表平面
晶棱：两晶面相交直线 角顶：晶棱汇聚的点
•金刚石
•锆石
•第一章 晶体和非晶质体
晶体的本质
晶体内部质点的有序排列决定晶体的外表特 征：规则的几何外形
晶体内部质点不同排列方式决定晶体外表特 征的差异。
•晶体的基本性质
• ·最大稳定性 在相同的热力学条件下，具有相 同的化学成分的晶体与非晶体比较，晶体是最稳 定的。这是因为晶体的内能最小，内部质点在一定位置
上振动保持格子的平衡，晶体总是处于最稳定状态。
•晶体的基本性质
•·对称性 晶体中相等的晶面、晶棱、角顶以 及晶体的物理化学性质在不同方向或位置上有规 律地重复出现。
2020/12/12
结晶矿物学第一章晶体和非晶体
（ a 、 b 、 c ， α(b∧c) 、 β(a∧c) 、
γ(a∧b)），
例如NaCl晶体的晶胞，对 应的是立方面心格子， a=b=c=0.5628nm，α=β=γ=90°。
许许多多该晶胞在三维空 间无间隙的排列就构成了NaCl晶 体。
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补充
晶胞
•a
•c
•
•a •b
•1.3 晶体的基本性质
•Na+ •Cl
-
•结点
•第一章 晶体和非晶体
空间点阵
表示晶体结构中等同 点排列规律的几何图形称
为空间点阵。
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，因此，晶体可定义
为：晶体是具有格子构 造的固体。
•第一章 晶体和非晶体
1.2.2 空间格子的特点
• ①结点：空间点阵中的等同点 • ②行列：分布在同一直线上的结
点构成一个行列。 • ③面网：分布在同一平面上的结
点构成一个面网。 • ④平行六面体：空间点阵中由八
个结点连成的中空的平行六面体
•第一章 晶体和非晶体
2·空间格子要素
A·结点： 定义: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。 性质：不代表任何质点，
它只具几何意义。
•第一章 晶体和非晶体
•第一章 晶体和非晶体
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1.2.3 14种空间格子
法国学者A.布拉菲根据晶体结构的最高 点群对称和平移群（所有平移轴的组合）对 称及以上原则，将所有晶体结构的空间点阵 划分成十四种类型的空间格子，称14种空间 格子或布拉菲格子。
•
十 四 种 布 拉 维 格 子
空间格子的三维虚拟空间图
•氯化钠晶 体
•氯化钠内部质点排列
•第一章 晶体和非晶质体
晶体内部质点有序性的证明：
1912年德国科学家劳厄用晶体作光栅，使 X射线产生衍射，证明晶体内部质点是有序 排列的
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 格子构造的秘密
•第一章 晶体和非晶质体
区别（主要从定义上来区别，结合图示 理解会更准确）
作业
• 晶体、准晶和玻璃体之间在结构上的区 别
重点
晶体定义、空间格子和晶胞定义 晶体基本性质（对称性、异向性） 晶体、准晶和玻璃体之间在结构上的区别
思考
• 晶体的均一性与异向性有矛盾吗？ • 液晶是晶体吗？
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
•正长石的短柱状晶体
•冰洲石的菱面体晶体
晶体的基本性质
确定的熔点. 晶体内部各个部分按同一方式
排列，熔化所需要的温度相同。 玻璃受热变软，粘度变小，进
而成为流动性较大的液体，这过程 没有温度的停顿，很难指出哪一温 度是它的熔点。
晶体的基本性质
晶体的衍射效应.
周期性排列的晶体相当于三维光栅，能使 波长相当的X射线、电子流和中子流产生衍射 效应，成为了解晶体内部结构的重要实验方法。
简单立方、面心立方、体心立方 简单四方、体心四方 三方菱面体格子、六方格子 正交原始、体心格子、底心格子、面心格
子
任何晶体都对应一种布拉维格 子，因此任何晶体都可划分出与此 种布拉菲格子平行六面体相对应的 部分，这一部分晶体就称为晶胞。
晶胞是能够反映晶体结构特征 的最小单位，并由一组具体的晶胞 参数—晶体常数来表征
•第一章 晶体和非晶质体
晶体定义
从NaCl的晶体结构可知， Cl－和Na+在三 维空间均成周期性重复的规则排列而构成一种 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。
•晶体是内部质点在三维空间作周期性重复 排列的固体。
• 多晶材料包括金属及陶瓷等。
• 晶体固有的性质对材料的性质具有重 要的决定作用。
碧玺(电气石)
常林钻石
158.786克拉（1克拉=0.2克）
•绿柱石
红宝石和兰宝石
月光石
锰锂榴石
a-LiIO3 •Nd：YAG
多晶材料
石英晶体 石盐晶体及解理块
•第一章 晶体和非晶质体
返回目录
了一种新的物态，其内部结构的具体形
式虽然仍在探索之中，但从其对称性可
知，其质点的排列应是长程有序，但不
体现周期重复，即不存在格子构造（即
不能平移），人们把它称为准晶体。
具有远程规 律
但没有重复周期 这是什么意思呢？
具有旋转对 称，或自相似性 变化（放大或缩 小）
准晶虽无周期性，
但有严格的位置序，
•１.1 晶体的定义
1·晶ห้องสมุดไป่ตู้的共性 晶体的外表特征
认识晶体 外表特征 晶体定义。
内部构造 内部构造的共同规律
•绿柱石晶体（祖母绿）
•刚玉晶体（红宝石）
•第一章 晶体和非晶质体
从外表看，石英晶体有这样一些特征：
是一种固体，有棱有角，有规则的几何外形 它是在一定环境下形成的。
它有它自己的基本形态，而且这些形态在多种环境
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•第一章 晶体和非晶体
•空间格子：相当点在 三维空间作格子状排列 所构成的图形。
•氯化钠晶体中，任选 一个点，然后在结构中 找出与此点完全相同的 全部几何点，就构成了 上图的形状
•氯离 子
•5.628埃
•钠离 子
•5.628埃
等同点
晶体结构中在同一取向上几何环境和物质环境皆相 同的点称为等同点。在同一晶体中可以找出无穷多 类等同点，但每一类等同点集合而成的图形都呈现 如图1-2所示的相同图形。
晶体的共性： 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。即晶体内部 相同质点在三维空间均呈周期性重复。
•石英架状结构
•白云母层状结构
•第一章 晶体和非晶质体
NaCl的晶体结构
• 在1mm3的石盐内，就包含 了大约7×1017个这样的立方 体小块。
• 在棱的方向，Cl－和Na+ •以相等的间隔交替排列，每 隔5.628Å 重复一次， • 在对角线方向，Cl－或 Na+各自均以3.978 Å的相等 间隔连续排列。
不出微观的不连续性。
•晶体的基本性质
•晶体是具有格子构造的固体，因此所有晶体也 数有·晶（它自体F们限）在所性+理共（顶想有自点环的范数境格性（中子）V生）构：长=造晶成晶所体凸棱决在多数定适面+的当2体性条。质件且。（晶能面自由 生长）下，可以自发形成规则几何多面体。 玻璃体冷却时，随温度降低，粘度变大，流 动性变小，固化成表面圆滑的无定形体。
非晶质没有周期性结构，只能产生散射效应， 得不到衍射图像。
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•1.4 非晶质体（固体）
非晶质：琥珀、玻璃、塑料、树脂、沥青
炭黑：结构重复的周期很少，只有几个几 十个周期，称为微晶。介于晶体和非晶质 体之间的状态。
棉花、蚕丝、毛发、人造纤维： 具有不完整的一维周期性特征，并 沿纤维轴择优取向，称为纤维多晶 物质。
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•·最小内能 在相同的热力学条件下，与同种 化学成分的非晶体如液体、气体比较，其内能最 小
物质的内能包括动能与势能，晶体内部的质点的有规律 排列，是质点间引力与斥力达到平衡的结果，这时的质点只 能在某一位置作振荡而不能成为自由粒子，其动能与势能都 是很低的，因此内能最小。同种温度的非晶质体要变为 晶体，必须要放出结晶热才能实现其转变过程。
晶体的宏观对称是由晶体内部
格子构造的对称性所决定的。
•金刚石的八面体对称结构
•晶体的基本性质 • 玻璃体等非晶质体具有等向性
·异向性（各向异性）晶体的性质因方向不同而 有差异。这是因为晶体在不同的方向上质点的排 列方式不同而决定的。
如兰晶石在不同的方向上硬度有很大差异。
•AA方向，H＝45，小刀可刻动。BB方向，H＝65，小刀不能刻动。
即有序结构，
或说具有准点阵结构。
它不是非晶态，
而是一种特殊的晶体，
或称非周期性晶体。
C60的三维虚拟空间图
准晶的性质与晶体相似。
复习
１、晶体、空间格子、晶胞 ２、十四种空间格子的形状(实验室有模型，
可随时自由观看研究) ３、晶体的基本性质(结合之后所学内容才