第2章晶体结构

1、1第第2章章 晶体结构晶体结构物质的聚集状态？物质的聚集状态？ 气气 液液 固固固体物质分为两大类：固体物质分为两大类： 晶体和非晶体晶体和非晶体晶体结构的基本特征晶体结构的基本特征 质点质点(原子、分子、离子或原子、分子、离子或原子团原子团)在三维空间呈有规则、周期性重复排列，在三维空间呈有规则、周期性重复排列，即存在长程有序即存在长程有序晶体和非晶体性能差异晶体和非晶体性能差异： 晶体有固定的熔点，非晶体无固定熔点晶体有固定的熔点，非晶体无固定熔点 晶体具有各向异性，非晶体为各向同性晶体具有各向异性，非晶体为各向同性晶体与非晶体可相互转化晶体与非晶体可相互转化晶体结构决定材料的组织和性能晶

2、体结构决定材料的组织和性能2-3/422.1.1 空间点阵和晶胞空间点阵和晶胞质点质点:原子（团）、分子、离子（团）原子（团）、分子、离子（团）阵点（结点）阵点（结点）: 将质点抽象为规则排列于空间的将质点抽象为规则排列于空间的 几何点几何点空间点阵空间点阵: 阵点在三维空间规则阵点在三维空间规则 排列的阵列，简称排列的阵列，简称点阵点阵空间格子空间格子: 用平行的直线将用平行的直线将 阵点连接起来构成的三阵点连接起来构成的三 维几何格架维几何格架空间点阵主要特征空间点阵主要特征： 每个阵点具有完全相同每个阵点具有完全相同 的周围环境的周围环境2.1 晶体学基础晶体学基础2.1.1.1 空间点

3、阵空间点阵3(1)选取的平行六面体应反映点阵的最高对称性；选取的平行六面体应反映点阵的最高对称性；(2)平行六面体内的棱和角相等的数目应最多；平行六面体内的棱和角相等的数目应最多；(3)当平行六面体的棱边夹角存在直角时，直角数目应最多。当平行六面体的棱边夹角存在直角时，直角数目应最多。(4)在满足上述条件的情况下，晶胞体积应最小。在满足上述条件的情况下，晶胞体积应最小。组成点阵的具有代表性组成点阵的具有代表性的基本单元，称为的基本单元，称为晶胞晶胞如何选取晶胞？如何选取晶胞？选取晶胞的原则选取晶胞的原则2.1.1.2 晶胞晶胞 2.1 晶体学基础晶体学基础2.1.1 空间点阵和晶胞空间点阵和晶

4、胞4如何描述晶胞？如何描述晶胞？点阵参数点阵参数 点阵常数点阵常数 a b c（棱边边长）（棱边边长）点阵矢量点阵矢量 a b c棱间夹角棱间夹角 2.1 晶体学基础晶体学基础2.1.1 空间点阵和晶胞空间点阵和晶胞5 晶系晶系(1)三斜三斜 triclinic system(2)单斜单斜 monoclinic (3)正交正交(斜方斜方) rhombic(4)六方六方hexagonal (5)菱方菱方(三角三角) trigonal (6)四四(正正)方方 tetragonal(7)立方立方 cubic 2.1.1.3 晶系晶系根据根据6个点阵参数个点阵参数间的相互关系，可将全部空间点间的相互关

5、系，可将全部空间点阵归于阵归于7种类型，即种类型，即7个晶系个晶系(system)。2.1 晶体学基础晶体学基础2.1.1 空间点阵和晶胞空间点阵和晶胞(1)三斜晶系三斜晶系6(2)单斜晶系单斜晶系7(3)正交正交(斜方斜方) 晶系晶系8(4)六方晶系六方晶系9(5)菱方菱方(三角三角) 晶系晶系10 (6)四方晶系四方晶系 11(7)立方晶系立方晶系1213 晶系晶系(1)三斜三斜 triclinic system(2)单斜单斜 monoclinic (3)正交正交(斜方斜方) rhombic(4)六方六方hexagonal (5)菱方菱方(三角三角) trigonal (6)四四(正正)方

6、方 tetragonal(7)立方立方 cubic 7个晶系个晶系2.1 晶体学基础晶体学基础2.1.1 空间点阵和晶胞空间点阵和晶胞布拉菲（布拉菲（Bravais A）按照按照“每个阵点的周每个阵点的周围环境相同围环境相同”的原则，的原则，用数学方法推导出能用数学方法推导出能够反映空间点阵全部够反映空间点阵全部特征的单位平面六面特征的单位平面六面体只有体只有14种，这种，这14种空间点阵也称种空间点阵也称布拉布拉菲点阵菲点阵。142.1.1.4 布拉菲点阵布拉菲点阵 2.1 晶体学基础晶体学基础2.1.1 空间点阵和晶胞空间点阵和晶胞3,8/4(1)三斜晶系三斜晶系15简单三斜简单三斜 (2

7、)单斜晶系单斜晶系简单单斜简单单斜 底心单斜底心单斜16(3)正交正交(斜方斜方)晶系晶系简单正交简单正交17面心正交面心正交底心正交底心正交体心正交体心正交(4)六方晶系六方晶系18简单六方简单六方(5)菱方菱方(三角三角)晶系晶系 19简单菱方简单菱方(6)四四(正正)方晶系方晶系 简单四方简单四方 体心四方体心四方 20(7)立方晶系立方晶系简单立方简单立方 体心立方体心立方 面心立方面心立方21(1)三斜三斜(5)菱方菱方 (三角三角) (7)立方立方(6)四四(正正)方方 (4)六方六方(3)正交正交(斜方斜方) (2)单斜单斜 22同一空间点阵选取晶胞的方式不同，可归属不同的晶同一

8、空间点阵选取晶胞的方式不同，可归属不同的晶系和布拉菲点阵。系和布拉菲点阵。23例例1：体心立方晶胞：体心立方晶胞?（a=b=c，=90） （a b c，90） （a = b = c，=90）简单菱方简单菱方简单三斜晶胞简单三斜晶胞简单立方简单立方例例2：面心立方晶胞：面心立方晶胞简单菱方简单菱方a=b=c，=90a=b=c，=（=60）90 菱方菱方四四(正正)方方立方晶系立方晶系面心立方晶胞面心立方晶胞24例例3：面心立方晶胞：面心立方晶胞体心四方体心四方 （a=bc，=90）25例例4：立方晶系中无底心立方点阵（：立方晶系中无底心立方点阵（简单四方点阵简单四方点阵 ）262.1.1.5 空

9、间点阵与晶体结构的区别空间点阵与晶体结构的区别 n空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性，由于各阵点的周围环境相同，它只可能有由于各阵点的周围环境相同，它只可能有14种类型；种类型；n晶体结构是指晶体中实际质点晶体结构是指晶体中实际质点(原子、离子或原子、离子或分子分子)的具体排列情况，它们能组成各种类型的具体排列情况，它们能组成各种类型的排列，晶体结构的种类是无限的。的排列，晶体结构的种类是无限的。2-6/92.1 晶体学基础晶体学基础2.1.1 空间点阵和晶胞空间点阵和晶胞空间点阵不同，晶体结构相似空间点阵不同，晶体结构相似体心立方结构体心立方结构体心立方点阵体心立方点阵简单立方点阵简单立方点阵2728空间点阵相同，晶体结构不同空间点阵相同，晶体结构不同(1)习题习题2-2 ： 密排六方晶体与简单六方晶密排六方晶体与简单六方晶体体简单六方布拉菲点阵简单六方布拉菲点阵29空间点阵相同，晶体结构不同空间点阵相同，晶体结构不同(2)面心立方晶体面心立方晶体简单立方晶体简单立方晶体 CaF2型晶体型晶体 面心立方布拉菲点阵面心立方布拉菲点阵 Ca人有了知识，就会具备各