第一章晶体的特性
第一章 晶体的特性
第一部分结晶学基础 《结晶学》第一章 晶体的特性 探寻晶体的本质，分析晶体普遍 具有的属性，了解常见分类。 §1.1晶体和非晶体 §1.2晶体的基本性质 §1.3晶体的类型和结合力
晶体的特性 《结晶学》第一章 §1.1 晶体和非晶体 §1.2 晶体的基本性质 §1.3 晶体的类型和结合力 探寻晶体的本质，分析晶体普遍 具有的属性，了解常见分类。 第一部分 结晶学基础
1.1晶体和非晶体 >晶体是固体 >晶体有天然的整齐的多面体外型 (感性) >晶体内部构造中存在有一定的规律性 (经典) 1895年，伦琴，发现X射线，波长短，E强 1912年，劳埃，X射线衍射实验 晶体的定义 内部微粒（原子、分子或离子）按一定规侧周期排 列而构成的固体或具有格子构造的固体（现代）。 晶体具有远程有序性：由于晶体的内部粒子的分布有高度 的规律性，在一定方向的直线上，粒子有规则重复干百万次。 非晶体近似于液态，具有近程有序性，也称之为无定型体
3 1.1 晶体和非晶体 ➢ 晶体是固体 ➢晶体有天然的整齐的多面体外型 (感性) ➢晶体内部构造中存在有一定的规律性 (经典) 1895年，伦琴，发现X射线，波长短，E强 1912年，劳埃，X射线衍射实验 晶体的定义 内部微粒(原子、分子或离子)按一定规则周期排 列而构成的固体或具有格子构造的固体(现代)。 晶体具有远程有序性：由于晶体的内部粒子的分布有高度 的规律性，在一定方向的直线上，粒子有规则重复千百万次。 非晶体近似于液态，具有近程有序性，也称之为无定型体
(a)石英晶体 (b)石英玻璃 图1.1.1石英晶体与石英玻璃的平面结构 4
4 (a)石英晶体 (b)石英玻璃 图1.1.1 石英晶体与石英玻璃的平面结构
(a)单晶体 (b)多晶体 图1.1.2单晶体与多晶体的结构示意图 5
5 (a)单晶体 (b)多晶体 图1.1.2 单晶体与多晶体的结构示意图
与晶体相关的几个概念 单晶：在整个晶体内部，微粒都是按一定规侧周期性排列着的。 多晶：由许多小块单晶组成的晶体小块，小块晶体的大小取向 又各不相同。 拉单晶：将多晶通过提拉的方法变为单晶的过程。 常见的有水平提拉法和竖直提拉法。 微晶体（微晶）：晶体中每个晶粒的尺寸在一个微米以下。 纳米晶：晶体尺度为纳米(nm)量级的固体物质。在纳米晶体中 原子数目是有限的，且表面原子所占比例相当大。使 其产生多种特别的物理效应，呈现出许多特异的性质。 液晶：相当多的有机物质，在从固体转变为液体之前，经历 了一个或多个中间态，中间态的性质介于晶体和液体 之间，称液晶态。这类可呈现液晶态的物质称为液晶。 6
6 与晶体相关的几个概念 单 晶：在整个晶体内部，微粒都是按一定规则周期性排列着的。 多 晶：由许多小块单晶组成的晶体小块，小块晶体的大小取向 又各不相同。 拉单晶：将多晶通过提拉的方法变为单晶的过程。 常见的有水平提拉法和竖直提拉法。 微晶体(微晶)：晶体中每个晶粒的尺寸在一个微米以下。 纳米晶：晶体尺度为纳米(nm)量级的固体物质。在纳米晶体中 原子数目是有限的，且表面原子所占比例相当大。使 其产生多种特别的物理效应，呈现出许多特异的性质。 液 晶：相当多的有机物质，在从固体转变为液体之前，经历 了一个或多个中间态，中间态的性质介于晶体和液体 之间，称液晶态。这类可呈现液晶态的物质称为液晶
1.2晶体的基本性质 1、自范性：晶体具有自发生长成一个结晶多面体的可能性。 即晶体常以平面作为与周围介质的分界面。 例1：天然矿物晶体外形。 超线程反联 例2：拉单晶过程中，在放肩部位出现平整的小平面，在等径 部位出现的棱线都是自范性的表现
7 1、自范性：晶体具有自发生长成一个结晶多面体的可能性。 即晶体常以平面作为与周围介质的分界面。 1.2 晶体的基本性质 ——据国外媒体报道：墨西哥奈卡水晶洞是世界上最大的水晶洞穴.去年秋天，探险 家和摄影师乔治-库罗尼斯不畏艰险，深入奈卡水晶洞与世界上最大的天然水晶近距离接 触. （2010年02月20日 09:06:37 来源：新浪科技 ） 例2：拉单晶过程中，在放肩部位出现平整的小平面，在等径 部位出现的棱线都是自范性的表现。 例1：天然矿物晶体外形
2、均匀性和各向异性：均匀性是指晶体的各个部位表现出的 各种宏观性质是完全相同的。各向异性是指从不同方向上看， 晶体内沿不同方向上的性质又有所差异。 例1：云母片导热的各向异性 例2：石墨不同方向上的电导率的不同 例3：Si、Ge、GaAs等半导体材料沿各个方向呈现的物理 特性、生长特性，腐蚀特性的差别是晶体各向异性 的表现。 8
8 2、均匀性和各向异性：均匀性是指晶体的各个部位表现出的 各种宏观性质是完全相同的。各向异性是指从不同方向上看， 晶体内沿不同方向上的性质又有所差异。 云母片 石蜡 石蜡 石蜡 石蜡 例1：云母片导热的各向异性 例2：石墨不同方向上的电导率的不同 例3：Si、Ge、GaAs等半导体材料沿各个方向呈现的物理 特性、生长特性，腐蚀特性的差别是晶体各向异性 的表现
3、对称性：所有的晶体在外型上和各种性质上都 或多或少地具有对称性。 昌系 根据矿物晶体的对称性，几何形状可分为六大晶系。每个晶系有多种不同的形态，不过，同一个晶系内的所有形态都与该晶系的对称性有 关。胡究矿物集合体，可得知矿物属于哪个晶系。标示在每种旷物侧傍的蓝色小图表示该矿物所属晶系。 等轴品系 单斜品系 三斜品系 品体主要呈立方 体，不过也呈八面 最常见的品系 对称性最差的晶 之一对称性低 体和十二面体。 等轴晶系。 黄铁矿 透石膏 斧石 斜方温系 六方品系 正方品系 三方品系 比系的典型特征 是品体呈柱状和扁 这里将类似的这两 平板用 晶体一般比等轴晶 个晶系归为一类， 的长 因二者有相似的刚 性。 重晶石 符山石 绿柱石
9 3、对称性：所有的晶体在外型上和各种性质上都 或多或少地具有对称性
4、最小内能和固定熔点 实验证明：从气体，液体，和非晶体转变成晶体时要放热， 相反地，从晶体转变为非晶体、液体和气体时都要吸热。 这说明在一定的热力学条件(T,P)下，晶态的内能最小。 实验证明：晶体熔化时具有固定的熔点。 10
10 4、最小内能和固定熔点 实验证明：从气体，液体，和非晶体转变成晶体时要放 热， 相反地，从晶体转变为非晶体、液体和气体时都要吸热。 这说明在一定的热力学条件(T，P)下，晶态的内能最小。 实验证明：晶体熔化时具有固定的熔点