chap1-晶体西南科技大学

晶体学Crystallography绪论课程简介（什么是晶体学？）晶体学及其研究内容晶体的概念非晶质体和准晶体空间点阵（晶体点阵）晶体的基本性质aregulargeometricsolidboundedbysmoothsurfaces晶体学（Crystallography）:是以crystal为研究对象的一门自然科学。主要研究晶体的对称规律。研究的是晶体的共同规律，不涉及到具体的晶体种类。特点：空间性、抽象性、逻辑性、共性与后续矿物学形成明显的对比：矿物学（mineralogy）:矿物晶体为研究对象，主要研究各具体矿物晶体的成分、物理性质、成因特点等。特点：经验性、感性、具体性、归纳分类性、个性课程简介晶体学（结晶学）发展历史简介

始于17世纪中叶人类的矿业活动，与天文学一起成为人类自然科学发展最早的两门科学。17～18世纪：以研究晶体形态为主，也初步推测研究晶体内部结构的几何规律；19世纪末～20世纪初：X－射线的发现及其对晶体结构的测量，进入晶体内部结构研究阶段；20世纪70年代以来：透射电镜研究晶体内部超微结构；20世纪80年代，准晶体的发现开辟了晶体对称理论新领域。

晶体学的分支晶体生成学(crystallogeny):研究天然及人工晶体的发生、成长和变化的过程与机理,以及控制和影响它们的因素;

几何结晶学(geometricalcrystallography):研究晶体外表几何多面体的形状及其间的规律性;

晶体结构学（crystalstructure）：研究晶体结构的几何规律、结构型式＆构造的缺陷；晶体化学(crystalchemistry):亦称结晶化学,研究晶体的化学组成与晶体结构以及晶体的物理、化学性质间关系的规律性;

晶体物理学(crystalphysics):研究晶体的各项物理性质及其产生的机理。本课程以晶体形态对称规律及晶体内部结构对称规律为主，简介晶体化学与晶体生长。晶体学的研究内容晶体的概念晶体—具有格子构造的固体,或内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体。

homogeneoussolidcontaininglong-rangeorderinthreedimensionalspace

如何理解?格子构造(＝空间点阵)是什么?(next…)是固体,而非液体或气体

即晶体内部的质点排列具有周期性(长程有序,long-rangeorder)；在原子近邻具有的周期性，叫短程有序(short-rangeorder)，液体具有短程有序；气体既无长程，也无短程有序。非晶体和准晶体非晶体(non-crystal):

内部质点在三维空间不成周期性重复排列的固体。（玻璃、松香、琥珀等）不具有long-rangeorderα-石英的内部结构SiO2玻璃的内部结构非晶体和准晶体准晶体(quasi-crystal):具有准周期平移格子构造的固体。（富勒烯C60)

平移准周期－不同于晶体中的平移周期,但具有自相似性(放大或缩)。非晶体和准晶体目前推导的准晶体点群共28种,单形42个,5个晶系。晶体点阵基本术语

质点结点(node)或阵点(latticepoint)

行列(row)和结点间距(row-spacing)

面网(net),面网密度(reticulardensity)和面网间距(interplanarspacing)

空间点阵(spacelattice)或空间格子

平行六面体和单位晶胞(unitcell)晶体(远古年代的定义：自发形成规则形态的物体；

现代的定义：内部结构具有周期重复性，即具有

格子构造的物体。）格子构造（晶体结构的周期重复规律，这种规律是可以用格子状的图形－空间点阵表示的。）

空间点阵

（表示晶体结构周期重复规律的简单几何图形要画出空间点阵，就一定要找出相当点。）

相当点

（两个条件：1、性质相同，2、周围环境相同。）几个概念的关系导出空间点阵的方法

首先在晶体结构中找出相当点，再将相当点按照一定的规律连接起来就形成了空间点阵。相当点（两个条件：1、性质相同，2、周围环境相同。）

可以认为具体的晶体结构是多套空间点阵组成的，见图。

空间点阵与具体的晶体结构是什么关系？具体的晶体结构是多种原子、离子组成的，使得其重复规律不容易看出来，而空间点阵就是使其重复规律突出表现出来。空间点阵仅仅是一个体现晶体结构中的周期重复规律的几何图形，比具体晶体结构要简单的多。晶体点阵空间点阵一维图案A－NaCl中沿y轴Na+和Cl-排列的情况B－Na+的直线排列C－抽象为直线点阵

二维图案(a)－NaCl中xy平面Na+和Cl-排列的情况(b)－Na+或Cl-的平面排列下－抽象为平面点阵晶体点阵空间点阵三维图案左－NaCl中Na+和Cl-排列的情况右－抽象为空间点阵晶体点阵空间点阵★结点:空间点阵中的每一个点阵称为阵点或结点代表具体

晶体结构中的相当点。

★行列:质点在一个方向上的等距离排列（引出:结点间距）空间点阵的要素★面网:结点在平面上的分布。（引出:面网间距、面网密度，它们之间的关系,见下图）空间点阵的要素面网AA’间距d1面网BB’间距d2面网CC’间距d3面网DD’间距d4面网间距依次减小,面网密度也是依次减小的.所以:面网密度与面网间距成正比.空间点阵的要素★平行六面体（晶胞）:

结点在三维空间形成的最小单位(引出:晶胞参数：a,b,c;α,β,γ,也称为轴长与轴角）abc空间点阵的要素平行六面体可具有各种不同的形状，各种形状的平行六面体的晶胞参数怎么样？我们以后会看到，平行六面体的形状一共有7种，对应有7套晶胞参数的形式，也对应7个晶系。空间点阵的要素空间点阵的基本规律

分布在同一直线上的结点（阵点）构成一个行列。在一个空间点阵中，可以有无穷多不同方向的行列，相互平行的行列，其结点间距必定相等；不互相平行的行列，一般说其结点间距亦不相等。联接分布在同一平面内的结点则构成一个面网。在一个空间点阵中，可以有无穷多不同方向的面网，但相互平行的面网，其reticulardensity和inter-planarspacing也必定相等；联接分布在三维空间内的结点就构成了空间点阵。空间点阵本身将被三组相交行列划分成一系列平行叠置的平行六面体，结点就分布在它们的角顶上。平行六面体的大小和形状可由结点间距a、b、c及其相互之间的交角a、b、g表示，它们被称为点阵参数或晶胞参数（下页图）。晶胞参数均一性:

晶体内部任意两个部分的化学组成和物理性质是等同的。可以用数学公式来表示,设在晶体的x处和x+x’处取得小晶体,则F(x)

F(x+x’)

此处F表示化学组成和性质等物理量度;异向性:

晶体的几何量度和物理性质与其方向性有关。设在晶体任意取两个方向n1和n2,则有F(n1)

F(n2)

即在不同方向上,晶体的几何量度和物理性质均有所差异。晶体的基本性质对称性:

如果n1、n2、甚至nn的方向可由对称操作而重合,则有F(n1)=F(n2)==F(nn)即说明晶体的性能F是关于n1、n2、、nn呈对称配置。自范(自限)异向性:

指晶体能自发地形成成封闭的凸几何多面体外形的特性，满足欧拉定律F+V=E+2最小内能性:

在相同的热力学条件下,与同种化学成分的气体、液体及非晶质体相比,以晶体的内能为最小。稳定性:

在相同的热力学条件下,与具有相同化学成分的非晶质体相比,晶体是稳定的。晶体的基本性质本章包括3组重要的基本概念:晶体、格子构造、空间点阵、相当点；它们之间的关系。结点、行列、面网