2021-2022学年高二物理竞赛课件：晶体的结构和晶体的结合

1、晶体的结构和晶体的结合第一章：晶体的结构和晶体的结合固体晶体非晶体（研究固体的开始）1.1晶体的特征与晶体结构的周期性1.1.1 晶体的特征立方体八面体立方体和八面体的混合体氯化钠的若干外形发育良好的单晶，外形上最显著的特征是晶面有规则的几何配置。晶面守恒定律： 属于同一品种的晶体两个对应晶面（或晶棱）间的夹角恒 定不变。宏观性质的各向异性：力学性质（硬度、弹性模量等）光学性质（折射率）电学性质（电阻系数等）熔点（长程有序）：非晶态固体，例如白蜡、玻璃、橡胶等没有固定熔点，又被称为过冷液体。水雪PS：由大量单晶晶粒组成的晶体称为多晶体。多晶体的宏观性质表现为各向同性。-1.1.2 晶体结构的周

2、期性 晶体是由粒子（原子，分子，离子）有规则地、周期性地重复排列而形成的。基元与结点示意图基元结点或阵点空间阵点或布喇菲点阵晶体结构=基元+布喇菲点阵布喇菲（Bravais）格子原胞：晶体结构的最小重复单元R=m1a+m2b+m3ca1=OAa2=OBa3=OC简单格子：基元中只包含一个粒子。复式格子：基元中包含两个或两个以上的粒子。子晶格：每个基元中相应同等粒子构成的结点。PS:如果晶体由一种粒子组成，但晶体中粒子周围的分布情况不同，则这样的晶格 不是简单格子而是复式格子。V(r)=V(r+R)r:为原胞中任一点的位矢R：为任一格矢OABCa3a2a11.1.3 原胞与晶胞原胞：结点只在顶角

3、，体积最小，只能反映晶体周期性。晶胞：能同时反映晶体周期性与对称性的重复单元。原胞 基矢 a1,a2,a3晶胞 基矢 a,b,c立方晶系（晶格常数，晶轴方向）1. 简单立方晶胞也是原胞。该原胞只包含一个结点。原胞基矢：a1=ai a2=aj a3=ak一个结点周围的最近邻结点个数为6个，距离为a 次近邻结点个数为12个，距离为 a 晶胞原胞2. 体心立方晶胞原胞除顶角上有结点外，还有一个结点在立方体的中心。原胞基矢：一个结点周围的最近邻结点个数为8个，距离为 a 次近邻结点个数为6个，距离为 a 晶胞体积为 ，原胞体积为 。晶胞不是原胞。该原胞包含2个结点。3.面心立方晶胞原胞除顶角上有结点外

4、，在立方体的6个面上有6个结点。原胞基矢：一个结点周围的最近邻结点个数为12个，距离为 a晶胞体积为 ，原胞体积为 。晶胞不是原胞。该原胞包含4个结点。1.1.4 实际晶体举例1.氯化铯结构 氯化铯型结构是复式格子，由两个简立方布喇菲格子沿立方体空间对角线位移1/2长度套构而成。 在晶胞立方体的顶角上是Cl离子，而在体心上是Cs离子。 如以钠离子位置为原点取原胞，则铯离子位置在原胞中心a(i+j+k)/2处。 由格点构成的最小重复单元为简立方，因此称氯化铯结构为简立方结构。 2.氯化纳结构Na离子和Cl离子均构成面心立方格子，这两个面心立方点阵交错排列而构成氯化钠结构。 以钠离子位置为原点取原

5、胞，则氯离子位置在原胞中心a(i+j+k)/2处。这个原胞中包含一个Na离子和一个Cl离子。 按氯离子的面心立方格子选基矢，会得同样的结果。 复式格子是由若干相同结构的子晶格互相位移套构而成。说结构、取原胞都是针对布拉非点阵而言。2.金刚石结构 金刚石晶体是由碳原子构成的两个面心立方点阵沿晶胞立方结构的对角线移动1/4 对角线长度而构成的，如图所示。 金刚石虽由一种原子构成，但由于相邻两原子周围的情况不同，所以金刚石结构不是布喇菲格子。 在一个面心立方原胞内还有四个原子，分别位于四个空间对角线的1/4处，即每个原子有四个最邻近的原子，这四个最邻近原子处在正四面体的顶角上。 碳原子的结合是由碳原子