01 晶体学基础

第一章晶体和非晶体★相当点〔两个条件：1、性质一样，2、四周环境一样。

〕★空间格子的要素：结点、行列、面网★晶体的根本性质：自限性:晶体能够自发地生长成规那么的几何多面体形态。

均一性:同一晶体的不同局部物理化学性质完全一样。

晶体是确定均一性，非晶体是统计的、平均近似均一性。

异向性：同一晶体不同方向具有不同的物理性质。

例如：蓝晶石的不同方向上硬度不同。

对称性：同一晶体中，晶体形态一样的几个局部〔或物理性质一样的几个局部〕有规律地重复消灭。

最小内能性：晶体和同种物质的非晶体相比，内能最小。

稳定性：晶体比非晶体稳定。

■本章重点总结：本章包括3 组重要的根本概念:1)晶体、格子构造、空间格子、相当点；它们之间的关系。

2)结点、行列、面网、平行六面体; 结点间距、面网间距和面网密度的关系.3)晶体的根本性质：自限性、均一性、异向性、对称性、最小内能、稳定性，并说明为什么。

其次章晶体生长简介2.1晶体形成的方式★液-固结晶过程:⑴溶液结晶: ①降温法②蒸发溶剂法③沉淀反响法⑵熔融结晶: ①熔融提拉②干锅沉降③激光熔铸④区域熔融★固-固结晶过程: ①同质多相转变②晶界迁移结晶③固相反响结晶④重结晶⑤脱玻化2.2晶核的形成●思考：怎么理解在晶核很小时外表能大于体自由能，而当晶核长大后外表能小于体自由能？由于成核过程有一个势垒：能越过这个势垒的就可以进展晶体生长了，否那么不行。

★均匀成核：在体系内任何部位成核率是相等的。

★非均匀成核：在体系的某些部位〔杂质、容器壁〕的成核率高于另一些部位。

●思考：为什么在杂质、容器壁上简洁成核？为什么人工合成晶体要放籽晶？2.3晶体生长★层生长理论模型〔科塞尔理论模型〕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。

★螺旋生长理论模型〔BCF 理论模型〕●思考：这两个模型有什么联系和区分？联系：都是层层外推生长；区分：生长的一层的成核机理不同。

●思考：有什么现象可证明这两个生长模型？环状构造、砂钟构造、晶面的层状阶梯、螺旋纹2.4晶面发育规律★★布拉维法那么(law of Bravais)：晶体上的实际晶面往往平行于面网密度大的面网。

《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。

单斜
abc
abc
90
90
三斜
abc
3. 点阵类型
7大晶系 包含14 种空间 点阵— —布拉 菲 (A.Brav ais)点阵
§1-2晶面指数、晶向指数——Miller指数
晶面——穿过晶体的原子平面。 晶向——晶体中任意原子列的直线方向。 不同的晶面和晶向具有不同的原子排列和取向。这就是 晶体具有各向异性的原因。
( 1 00), (0 1 0), (00 1 )
思考： {111}包含多少个等价面？
三、 晶向指数与晶面指数的关系
在立方晶系中（包括密排六方）：
[u v w] // (h k l) 时，一定满足：hu+kv+lw = 0 [u v w] (h k l) 时，一定满足：h=u, k=v, l=w
同一直线上，方向相反的晶向其指数加负号；
原子排列相同但空间位向不同的所有晶向称为晶向族， 用< >括号表示。 例如<100>包含：[100],[010],[001 ],[1 00],[0 1 0],[001] z [011] 不通过原点的晶向： (x2-x1):(y2-y1):(z2-z1) =u:v:w
一、晶向指数
确定晶向指数的步骤： 建立坐标系：oxyz， 晶格长度作为单位长度，原点o在待定晶向上；
找出该晶向上除原点外的任意一点的坐标：x,y,z； 将x,y,z 按比例划成互质(最小)整数u,v,w；
将u,v,w 三个数放在方括号内，就得到晶向指数[uvw]。
[说明]： 晶向指数表示的是一族平行的晶向，即相互平行的晶向 具有相同的晶向指数；
[0 1 0]
o x
[1 0 1] [010] y

晶带定律 ：
晶体多面体上任一晶面至少同属于两个晶带（在晶体多面 体上，彼此相交于平行晶棱的一组晶面，称为晶带 ）。
晶体几何理论发展简况
二.最早提出的晶体结构几何理论
布拉菲于1855年确定了晶体结构 有14种布拉菲格子即14种布拉菲 点阵
费多洛夫于1889年第一个推导出 230种空间群(费多洛夫群)
晶胞
维格纳—赛兹晶胞作为一个初基晶胞只包含一个点阵点 当它沿点阵的任一平移矢量平移时，必然充满整个空间而
没有重迭 因为维格纳—赛兹晶胞没有涉及任何基矢的选择，所以这
种晶胞具有和点阵相同的对称性
图1-9 体心立方点阵的维格纳－赛 兹晶胞
图1-10 面心立方点阵的维格纳－赛 兹晶胞
第七节 典型晶体结构举例 一、铜(Cu)型晶体结构(面心立方结构)
结构基元：点阵结构中被平移 重复的结构单元称为该点阵结 构的结构基元
点阵结构＝点阵＋结构基元 点阵结构的特点是具有周期性
晶体的点阵结构
二.晶体的点阵结构
晶体：凡原于、分子、离子或基 团按点阵结构作周期性地排列而 成的物质都叫晶体。
特点：
• 晶体的最大特点就是其空间点阵结 构(它决定了晶体的许多共同的基 本特征)
Tmnp ma nb pc, m, n, p 0,1,2 (1.3)
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。
图1-11 fcc结构的初基晶胞 是惯用晶胞内的一个平行六