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1、晶體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),第一節(jié) 晶體的結(jié)構(gòu),1、晶體的分類(lèi) 按來(lái)源分為: 天然晶體(寶石、冰、 砂子等) 人工晶體(各種人工晶體材料等),一、晶體的分類(lèi),按成鍵特點(diǎn)分為: 原子晶體:金剛石 離子晶體:NaCl 分子晶體:冰
2、 金屬晶體: Cu,晶體的定義,“晶體是由原子或分子在空間按一定規(guī)律周期性地重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)?!?注意: (1)一種物質(zhì)是否是晶體是由其內(nèi)部結(jié) 構(gòu)決定的,而非由外觀判斷; (2)周期性是晶體結(jié)構(gòu)最基本的特征。,晶體不僅與我們的日常生活密不可分,而且在許多高科技領(lǐng)域也有著重要的應(yīng)用。晶體的外觀和性質(zhì)都是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的: 決定
3、 結(jié)構(gòu) 性能 反映,圖片1,圖片2,,圖片3,圖片4,,圖片5,BBO晶體,二、晶體性質(zhì),⑴均勻性⑵各向異性⑶自發(fā)地形成多面體外形 F+V=E+2 其中,F(xiàn)-晶面,V-頂點(diǎn),E-晶棱⑷有明顯確定的熔點(diǎn)⑸有特定的對(duì)稱(chēng)性⑹使X射線(xiàn)產(chǎn)生衍射,三、晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),概念:在晶體內(nèi)部原子或分子周期性地排列的每個(gè)重復(fù)單位的相同位置上定一個(gè)點(diǎn),這些點(diǎn)按一定
4、周期性規(guī)律排列在空間,這些點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)點(diǎn)陣。點(diǎn)陣是一組無(wú)限的點(diǎn),連結(jié)其中任意兩點(diǎn)可得一矢量,將各個(gè)點(diǎn)陣按此矢量平移能使它復(fù)原。點(diǎn)陣中每個(gè)點(diǎn)都具有完全相同的周?chē)h(huán)境。,結(jié)構(gòu)基元: 在晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中每個(gè)點(diǎn)陣所代表的具體內(nèi)容,包括原子或分子的種類(lèi)和數(shù)量及其在空間按一定方式排列的結(jié)構(gòu)。,晶體結(jié)構(gòu) = 點(diǎn)陣 + 結(jié)構(gòu)基元,(1)直線(xiàn)點(diǎn)陣,(2)平面點(diǎn)陣,(3)晶胞,空間點(diǎn)陣必可選擇3個(gè)不相平行的連結(jié)相鄰兩個(gè)點(diǎn)陣點(diǎn)的單位矢量a,b,
5、c,它們將點(diǎn)陣劃分成并置的平行六面體單位,稱(chēng)為點(diǎn)陣單位。相應(yīng)地,按照晶體結(jié)構(gòu)的周期性劃分所得的平行六面體單位稱(chēng)為晶胞。矢量a,b,c的長(zhǎng)度a,b,c及其相互間的夾角α,β,γ稱(chēng)為點(diǎn)陣參數(shù)或晶胞參數(shù)。,晶胞結(jié)構(gòu)圖,,晶胞,晶胞與晶格,晶胞的劃分,對(duì)稱(chēng)性 晶系 正當(dāng)晶胞,,,正當(dāng)晶胞,素晶胞:含1個(gè)結(jié)構(gòu)基元,復(fù)晶胞:含2個(gè)以上結(jié)構(gòu)基元,晶胞的二個(gè)要素,晶胞的二個(gè)基本要素:
6、 一是晶胞大小和形狀; 二是晶胞中各原子坐標(biāo)位置。 晶胞大小和形狀可用晶胞參數(shù)表示; 晶 胞中原子位置可用分?jǐn)?shù)坐標(biāo)表示。,原子分?jǐn)?shù)坐標(biāo),晶體中原子的坐標(biāo)參數(shù)是以晶胞的3個(gè)軸 作為坐標(biāo)軸,以3個(gè)軸的軸長(zhǎng)作為坐標(biāo)軸 單位的: 因?yàn)閤、y、z ? 1,所以我們將x、y、z定 義為分?jǐn)?shù)坐標(biāo)。,晶胞知識(shí)要點(diǎn),晶胞一定是一個(gè)平行六面體,其三邊長(zhǎng)度a,b,c不一定相等,也不一定垂直
7、。,,整個(gè)晶體就是由晶胞周期性的在三維空間并置堆砌而成的。,劃分晶胞要遵循2個(gè)原則:一是盡可能反 映晶體內(nèi)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性;二是盡可能小。,,并置堆砌,整個(gè)晶體就是由晶胞周期性的在三維空間并置堆砌而成的。,晶胞中質(zhì)點(diǎn)個(gè)數(shù)的計(jì)算,第二節(jié)、晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性,一、晶體的對(duì)稱(chēng)性,1 晶系,根據(jù)晶體的對(duì)稱(chēng)性,按有無(wú)某種特征對(duì)稱(chēng)元素為標(biāo)準(zhǔn),將晶體分成7個(gè)晶系:1.立方晶系(c):在立方晶胞4個(gè)方向體對(duì)角線(xiàn)上均有三重旋轉(zhuǎn)軸(a=b=c,α=β=γ=9
8、0º)2.六方晶系(h):有1個(gè)六重對(duì)稱(chēng)軸(a=b, α=β=90º, γ=120º),晶系,3. 四方晶系(t):有1個(gè)四重對(duì)稱(chēng)軸(a=b, α=β=γ=90º)4.三方晶系(h):有1個(gè)三重對(duì)稱(chēng)軸(a=b, α=β=90º, γ=120º)5.正交晶系(o):有3個(gè)互相垂直的二重對(duì)稱(chēng)軸或2個(gè)互相垂直的對(duì)稱(chēng)面(α=β=γ=90º),晶系,6.單斜晶系(m):有
9、1個(gè)二重對(duì)稱(chēng)軸或?qū)ΨQ(chēng)面(α=γ=90º)7.三斜晶系(a):沒(méi)有特征對(duì)稱(chēng)元素,1 晶系,立方 Cubica=b=c, ?=?=?=90°,四方 Tetragonala=b?c, ?=?=?=90°,正交 Rhombica?b?c, ?=?=?=90°,三方 Rhombohedrala=b=c, ?=?=??90°a=b?c, ?=?=90° ?=1
10、20°,六方 Hexagonal a=b?c, ?=?=90°, ?=120°,單斜 Monoclinic a?b?c ?=?=90°, ??90°,三斜 Triclinica?b?c ?=?=?=90°,2 空間點(diǎn)陣型式,根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性,將點(diǎn)陣 空間的分布按正當(dāng)單位形狀的規(guī)定和帶心型式進(jìn)行分類(lèi),得到14種型式:,⑻簡(jiǎn)單六方(hP)⑼R心六方(hR)⑽
11、簡(jiǎn)單四方(tP)⑾體心四方(tI)⑿簡(jiǎn)單立方(cP)⒀體心立方(cI)⒁面心立方(cF),⑴簡(jiǎn)單三斜(ap) ⑵簡(jiǎn)單單斜(mP)⑶C心單斜(mC,mA,mI)⑷簡(jiǎn)單正交(oP)⑸C心正交(oC,oA,oB)⑹體心正交(oI)⑺面心正交(oF),空間點(diǎn)陣型式要點(diǎn),有素晶胞和復(fù)晶胞立方晶系:復(fù)晶胞:體心立方(cI)、面心立方(cF)和素晶胞:簡(jiǎn)單立方(cP),晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性,晶
12、系 空間點(diǎn)陣型式,,,晶胞類(lèi)型,,堆積方式:A1, A3, A2, A4,二、晶體結(jié)構(gòu)的表達(dá)及應(yīng)用,一般晶體結(jié)構(gòu)需給出:晶系空間群(不作要求)晶胞參數(shù);晶胞中所包含的原子或分子數(shù)Z;特征原子的坐標(biāo),密度計(jì)算,晶體結(jié)構(gòu)的基本重復(fù)單位是晶胞,只要將一個(gè)晶胞的結(jié)構(gòu)剖析透徹,整個(gè)晶體結(jié)構(gòu)也就掌握了。利用晶胞參數(shù)可計(jì)算晶胞體積(V),根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量(M)、晶胞中分子數(shù)(Z)和Avogadro常數(shù)N,可計(jì)算晶體的密度?:
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