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1、,晶体与非晶体,2020-12-24,2,主要教学内容 晶体的概念与特点* 空间格子的概念及组成要素* 晶体的基本性质,2020-12-24,3,1.1 结晶学的主要研究内容 主要研究晶体的生长、形貌、内部结 构、化学成分、物理性质及它们之间的 相互关系。,2020-12-24,4,主要研究内容包括 1.晶体的概念与基本性质* 2.晶体生长理论简介 3.几何结晶学* 4.晶体结构的几何特征* 5.晶体化学基础*,2020-12-24,5,1.2 结晶学与材料学科的关系 材料制品多是晶体或以结晶相为主。 无机非金属材料 单晶材料：多为人工合成的功能晶体材料 多晶材料：陶瓷、耐火材料、水泥熟料等
2、金属材料：纯金属、合金等都是晶体。,2020-12-24,6,工业原料主要组成相是晶体。 天然矿石原料 人造化工原料 工业废渣 工业尾矿,2020-12-24,7,指导新材料的研制和开发应用,2020-12-24,8,1.3 晶体的概念与性质 1.3.1人类最初对晶体的认识 人类对晶体的认识源于对自然界天然矿物的观 察。在岩石洞穴及裂隙里的石英呈带尖顶的六 方柱，内陆盐湖中的石盐常呈立方体等。,2020-12-24,9,石英晶簇 (SiO2),石膏晶体 (CaSO4.2H2O),2020-12-24,10,石盐晶体（NaCl),黄铁矿晶体(FeS2),2020-12-24,11,早期的关于晶体
3、的概念: 晶体是天然形成的具有几何多面体外形 的固体。 这个概念显然是表观的和不完善的。,2020-12-24,12,实验 把任意形态的NaCl颗粒，置于它的过饱和溶 液中一段时间后，都可以恢复立方体的几何 外形。 立方体外形的和任意形态的石盐，具有完全 相同的物质组成和物理、化学性质。,2020-12-24,13,1.3.2晶体概念的发展 规则几何多面体外形只是晶体的一种表 象，晶体的本质是什么呢？ 下面介绍几位科学家对晶体概念由浅入 深的认识。,2020-12-24,14,浩羽（R.J.Hauy,法国晶体学家）认为晶 体是由多面体外形的“分子”构成。,立方体形态的“分子”,2020-12-
4、24,15,这个理论遇到的困难主要有三方面： 有的晶体，打碎以后的碎块不能堆砌 成完整的晶体。,2020-12-24,16,如萤石的解理块为八面体，仅靠八面体 不能堆砌出完整的晶体。,萤石的八面体解理块,2020-12-24,17,许多晶体，如石英，不能破碎成几何 多面体。 最小的平行六面体并不是“分子”。,2020-12-24,18,惠更斯：认为晶体中质点的有序排列导 致晶体具有一定的多面体外形。,2020-12-24,19,布拉维（A.Bravais） 推导出32种对称型和14种空间格子，提 出晶体结构的空间格子理论。,2020-12-24,20,劳埃(Max Von Laue)，德国科学
5、家。 发现了晶体的X射线衍射现象； 证实了晶体结构点阵理论的正确性； 为研究晶体结构提供了一种手段； 开创x射线结晶学。,2020-12-24,21,研究结果表明： 所有的晶体，无论是否具有几何多面体 形态，其内部质点都是在三维空间周期 性重复排列，形成格子构造。 只是不同的晶体，质点的种类、排列方 式及重复规律不同而已。,2020-12-24,22,近代，高分辨率的电子显微镜，可以观 察到晶体结构中原子的排列情况。,2020-12-24,23,自然金（111）面上金原子的分布 （原子力扫描隧道显微镜）,2020-12-24,24,1.3.3 晶体的概念 晶体是内部质点在三维空间周期性重 复排
6、列的固体。,2020-12-24,25,1.4晶体结构的空间格子规律 1.4.1空间格子概念 是表示晶体结构中质点重复规律的立体 几何图形。,2020-12-24,26,1.4.2晶体结构中空间格子的选取 以NaC1为例：棱方向：重复周期0.564nm， 面对角线方向：重复周期0.399nm。,NaC1的晶体结构模型,2020-12-24,27,对结构进行抽象： 首先，在结构中任选一几何点（氯离子 或钠离子的中心，或其它任意一点）； 以此点为标准，把结构中这样的点全找 出来等同点或相当点。,2020-12-24,28,NaC1结构一个平面内 Cl- 和Na+以及相当点的分布,2020-12-2
7、4,29,相当点的条件： 如果原始点选在质点中心，则所有质点的种类要相同。 相当点周围的环境要相同。即相当点 周围相同方向上要有相同的质点。,2020-12-24,30,相当点的分布，能够反映晶体结构中 所有质点的重复规律。 相当点在平面内分布，构成平面点阵 （平面格子）；相当点在三维空间分 布，构成空间点阵（空间格子）。,2020-12-24,31,右图为NaC1结构的基本单 元（晶胞），在1mm3的晶 体中大约有71017个这样 的单元。它与宏观的尺码相 比非常小，因此，空间格子 被看成是是无限图形。,NaC1晶胞,2020-12-24,32,1.4.3空间格子要素 结点：空间格子中的点，
8、代表从晶 体结构中选取的相当点。 在实际晶体结构中，结点的位置可以 同种质点所占据，但结点本身只有几 何意义，为几何点。,2020-12-24,33, 行列：分布在同一直线上的结点构成 行列。显然，由任意两结点就决定一个 行列。,空间格子中的行列,2020-12-24,34,结点间距：一个行列中相邻两结点间的 距离为该行列的结点间距。 同一行列的结点间距相同； 相互平行的行列，结点间距相同； 不同方向的行列，结点间距一般不同。,2020-12-24,35,面网：结点在平面上的分布即构成面 网。显然，任意两相交的行列即可构成 一个面网,空间格子中的面网,2020-12-24,36,面网密度：面网
9、上单位面积的结点数。 相互平行的面网，面网密度相同； 互不平行的面网，面网密度一般不同。,2020-12-24,37,单位平行六面体 在三维空间中，空间格子划 分出一个最小的重复单位， 其大小和形状由三条交棱的 长短和交角大小决定。,单位平行六面体,2020-12-24,38,在三位空间移动单位平行六面体，就 可以重复出整个空间格子。,2020-12-24,39,空间格子,2020-12-24,40,1.5 晶体的基本性质 自限性（自范性） 晶体在合适的条件下，能自发地长成规 则几何多面体外形。,2020-12-24,41,晶体的自范性图解,2020-12-24,42,各异向性 晶体的几何度量
10、和物理性质常随方向 不同而表现 出量的差异。 例：NaC1晶体在a、b+c、a+b+c方向 上抗拉强度抗拉强度比为1：2：4。,2020-12-24,43,NaC1晶体的抗拉强度的异向性 （单位：g/mm2）,2020-12-24,44,晶体结构的不同方向， 质点的排列方式不同,2020-12-24,45,均一性 同一晶体任何部位的物理性质和化学组 成均相同。 如何理解晶体异向性和均一性的统一？,2020-12-24,46,对称性 所有的晶体都是对称的。晶体的对称 不但表现在外形上，其内部构造和物 理性质也是对称的。,2020-12-24,47,稳定性 在相同的热力学条件下，晶体与同种成 分的
11、非晶质体、液体、气体相比，以晶 体最为稳定。,2020-12-24,48,定熔性 指晶体具有固定熔点的性质。,晶体的加热曲线,t,熔点,非晶质体的加热曲线,晶体的加热曲线,t,熔点,非晶质体的加热曲线,2020-12-24,49,1.6非晶质体 无定形固体； 不具格子构造； 内部结构是统计均一的各向同性体； 没有固定的熔点。,2020-12-24,50,石英晶体（左）和石英玻璃（右）,2020-12-24,51,晶体欣赏,2020-12-24,52,纤维状蛇纹石石棉晶体,2020-12-24,53,针状辉锑矿晶体(antimonite, Sb2S3),2020-12-24,54,片状云母晶体,
12、2020-12-24,55,金刚石晶体 Diamond in kimberlite Approx. 1 x 1 x 1 cm,2020-12-24,56,电气石晶体(Tourmaline),2020-12-24,57,天河石晶体Amazonite,2020-12-24,58,天河石晶体Amazonite,2020-12-24,59,铁铝榴石almandine,2020-12-24,60,铬钒钙铝榴石Grossulars,2020-12-24,61,。,透石膏中的自然铜晶体,2020-12-24,62,高岭土(Kaolinite),2020-12-24,63,高岭石晶体(Kaolinite),2020-12-24,64,高岭石晶体(Kaolinite),2020-12-24,65,膨润土,2020-12-24,66,蒙脱石晶体Montmorillonite,2020-12-24,67,碳酸钙晶体,2020-12-24,68,碳酸钙晶体,2020-12-24,69,陶瓷中的氧化铝晶体,2020-12-24,70,YAG LASER ROD (Y3AL5O12 Yttrium Aluminium Garnet-Dopant：Neodymium, Erbium ),2020-12-24,71,Dr.Feng,感谢您的阅览,【此课件下载后可自行编辑修改 关注我 每天分享干货】,