晶体与非晶体PPT.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,Crystallography,第一章 晶体与非晶体,Crystallography,第一章 晶体与非晶体,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,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。,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,*,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,金属材料：,纯金属、合金等都是晶体。,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,指导新材料的研制和开发应用,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。,石英晶簇,(SiO,2,),石膏晶体,(CaSO,4,.2H,2,O),石盐晶体（,NaCl,),黄铁矿晶体,(FeS,2,),早期的关于晶体的概念,:,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。,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。,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。,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”,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。,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,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,”,。,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,。,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。,劳埃,(,Max Von Laue,),，德国科学家。,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。,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。,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。,自然金（,111,）面上金原子的分布,（,原子力扫描隧道显微镜,）,1.3.3,晶体的概念,晶体是内部质点在三维空间周期性重,复排列的固体。,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。,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,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,。,NaC1,结构一个平面内,Cl,-,和,Na+,以及相当点的分布,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。,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）。,右图为,NaC1,结构的基本单,元（晶胞），在,1mm,3,的晶,体中大约有,710,17,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,1.4.3,空间格子要素,结点：空间格子中的点，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。,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,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。,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,面网密度：面网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。,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,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。,空间格子,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。,晶体的自范性图解,各异向性,晶体的几何度量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,。,NaC1,晶体的抗拉强度的异向性单位：,g/mm,2,）,晶体结构的不同方向，,质点的排列方式不同,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？,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。,稳定性,在相同的热力学条件下，晶体与同种成,分的非晶质体、液体、气体相比，以晶,体最为稳定。,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,t,晶体的加热曲线,t,熔点,非晶质体的加热曲线,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。,石英晶体（左）和石英玻璃（右）,晶体欣赏,纤维状蛇纹石石棉晶体,针状辉锑矿晶体,(antimonite,Sb,2,S,3,),片状云母晶体,金刚石晶体,Diamond in kimberlite,Approx.1 x 1 x 1 cm,电气石晶体,(Tourmaline),天河石晶体,Amazonite,天河石晶体,Amazonite,铁铝榴石,almandine,铬钒钙铝榴石,Grossulars,。,透石膏中的自然铜晶体,高岭土,(Kaolinite),高岭石晶体,(Kaolinite,),高岭石晶体,(Kaolinite,),膨润土,蒙脱石晶体,Montmorillonite,碳酸钙晶体,碳酸钙晶体,陶瓷中的氧化铝晶体,YAG LASER ROD(Y,3,AL,5,O,12,Yttrium Aluminium Garnet-Dopant,：,Neodymium,Erbium),BaTiO3,LiTaO,3,晶体,