《晶体结构》:结晶学基础知识

您所在的位置:网站首页 12313132344324简谱视频 《晶体结构》:结晶学基础知识

《晶体结构》:结晶学基础知识

2023-10-06 08:07| 来源: 网络整理| 查看: 265

人们使用的材料绝大多数属于固体,其中大多数材料中质点的排列具有周期性和规则性,属于晶态材料。不同的晶体,其质点间结合力的本质不同,质点在三维空间的排列方式不同,使得晶体的微观结构各异,反应在宏观上,不同的晶体有截然不同的性质。

1.晶体的宏观特性确定的熔点——晶体的微观结构是规整的,融化是规整结构的突然解体。自范性——在适当条件下,晶体能够自发地形成封闭规则结构的凸多面体外形的性质。其本质为晶体粒子在微观空间里呈周期性有序排列的宏观现象。固定晶面的夹角不变,与多面体的外形无关。 条件:适当的生长条件,生长速率适当。各向异性(非均质性)——性能随方向不同而有差异。实际上是由于微观粒子在不同方向上的排列规律不同。对称性——系统中的一些要素等价。如几何形体,点线面等。其本质是微观粒子排列的对称性。对X-ray的衍射性——规则排列的障碍物可以对入射波产生规则而复杂的衍射图样。非晶态中粒子无规则排列,无衍射发生。材料学中常用XRD对待测物质进行成分检测,通过其衍射图谱的峰值判断是否含有某种物质。最小内能和最大稳定性——非晶态保留了部分液态粒子的排列状态。非晶体有自发转变为晶体的趋势。2.晶体结构与空间点阵

晶体粒子规则排列可抽象为空间的一组点来描述,这就是晶体结构的点阵描述。点阵是一组无限的点,在空间按一定的规则周期性排列。连接点阵中任意两点可得一矢量,在二维点阵中定义两个矢量,三维点阵中定义三个矢量,将各点按此定义矢量空间平移可使点阵复原。如果把特定的结构基元(分子、原子或离子)放置于点阵的不同节点上,则可以形成不同的晶体结构。

晶体结构=空间点阵+结构基元

点阵点是晶体中最小可重复单元的抽象,任一点的周围环境都与其他点相同。

3.晶胞与晶胞参数

晶胞是从晶体结构中取出来的反应晶体周期性和对称性的最小重复单元。

晶体结构中的重复单元有很多种,为了使晶胞尽量简单并且能充分表现晶体结构特点,我们按照如下条件进行选取。

单元应能充分表现出晶体的对称性。单元的相交边棱应尽可能的相等,或相等数目尽可能地多。单元的三条棱边的夹角应尽可能地构成直角。单元应尽可能地小。

可概括为最高对称性原则和最小体积原则。当二者冲突时以对称性原则为准。

对于三维晶体,一个平行六面体晶格等价于一个点阵点,也是最小的可重复单元。

晶胞的形状和大小可以用6个参数来表示,此即晶胞参数。它们是三条边棱的长度a、b、c和三条边棱的夹角 \alpha、\beta 、\gamma 。

布拉菲(Bravais)通过数学计算指出,依据晶胞参数间关系不同,可将所有晶体的空间点阵划归为7类,即七个晶系。又按照点阵在空间排列方式不同,有的只在晶胞的顶点,有的还占据上下底面的面心、各面的面心或晶胞的体心等位置,共有14种点阵,称为布拉菲点阵。

按照各晶系对称性的差异可划分为三个晶族。高次轴(n>2)多于一个的为高级晶族(等轴晶系或立方晶系),只有一个高次轴的为中级晶族(三方晶系、四方晶系和六方晶系),无高次轴的为低级晶族(单斜晶系、三斜晶系和斜方晶系)。

对称性较高的晶胞可以经过变形变为对称性较低的晶胞。

对于晶胞中点阵点的计算,顶点处计1/8,棱边上计1/4,平面上计1/2,晶胞内计1。因为同一个点阵点是可能被多个晶胞共用的

4.结晶学指数

通过晶向指数晶面指数对晶体结构进行定量描述。

晶向:点阵可在任何方向上分解为相互平行的直线组,位于一条直线上的点阵点构成一个点阵列,其方向即晶向。晶面:位于一个平面上的点阵构成一个点阵面,成为晶面。晶面指数(米氏指数或米勒指数):用(h k l)来表示一组平行晶面。假设晶面在坐标轴上的截距以晶体在该轴上的周期为单位分别为m,n,p,则其倒数比1/m:1/n:1/p=h:k:l晶面族指数:{h k l}。±h,±k,±l 改变符号和顺序进行排列组合,就可构成这个晶面族包括所有晶面的指数。如{1 1 1}包括8个晶面。晶向指数:用[u v w]表示晶向,等比例简化点的坐标。晶向族指数:。±u,±v,±w 的排列组合。特别地,六方晶系由于其对称性的特殊而采用四轴定向。晶面指数(h k i l),i=-(h+k),晶向指数[u v t w],t=-(u+v)。5.晶向与晶面的关系、晶带轴定理

在立方晶系中,同指数的晶向与晶面有严格的对应关系,即同指数的晶向与晶面互相垂直,也就是说晶向[h k l]是晶面(h k l)的法向。

在结晶学中,把同时平行于某一晶向[u v w]的晶面称为晶带。该晶向[u v w]称为晶带的晶带轴。一晶带中的任一晶面(h k l)与晶带轴之间满足:hu+kv+lw=0。几何意义为相互垂直的向量点乘为零。(晶面指数可看做晶面的法向量)

根据几何关系,知道一晶带中两晶面(h_{1},k_{1},l_{1} )和 (h_{2},k_{2},l_{2} ),可求晶带轴方向。

[u v w]=( h_{1},k_{1},l_{1} ) \times ( h_{2},k_{2},l_{2} )= \left| \begin{array}{ccc} u & v & w \\ h_{1} & k_{1} & l_{1} \\ h_{2} & k_{2} & l_{2} \\ \end{array} \right|

以上内容可能有些抽象和枯燥,但这些是结晶学的一把钥匙。只有掌握了基本的规律,瑰丽多彩的结晶学之门才会打开。欣赏美丽的宝石,归纳晶体的结构模型,探索结构性质与其迷人外貌间的关系,都从此开始。



【本文地址】


今日新闻


推荐新闻


CopyRight 2018-2019 办公设备维修网 版权所有 豫ICP备15022753号-3