晶体点群分类和晶面指数的计算
26.晶体学点群概念及种类？
晶体学点群的概念：
晶体的宏观对称操作的集合构成宏观对称操作群，即晶体学点群；晶体的宏观对称元素的集合构成宏观对称元素系（亦称对称型）。宏观对称元素系并不是群，不过，二者具有一一对应的关系，所以，常用宏观对称元素系表示相应的晶体学点群。
晶体学点群有32种。任何一种晶体必定属于32种晶体学点群之一。
32种晶体学点群代表互不相同的对称类型，但有些点群具有某种共同的对称元素，据此可以把32种晶体学点群归属于7种晶系。方法是：规定出某些点群共有的、有代表性的对称元素作为一种晶系的特征对称元素，具备这种特征对称元素的几个点群就归属于这种晶系。
27.晶系的种类及名称？
举个例子：
28. 晶族的种类及名称？
6种晶族
六方晶系与三方晶系的正当晶胞的几何特征相同（a=b≠c，α=β= 90o，γ=120o），同属于六方晶族
详见27题中表
29. Bravais 格子的含义及种类？
7种晶系共有14种空间点阵型式，即14种Bravais格子。
平面点阵指标也称为晶面指标或米勒指数，是标志一族平面点阵在晶体中方向的一组3个互质整数(个别晶系有4个整数)，加圆括号记作(h*k*l*)。晶面指标（h*k*l*）平面点阵指标需要经过三步才能写出：
（1）以a、b、c为度量单位，依次写出平面点阵在三条晶轴上的截数r、s、t；
（2）求倒易截数1/r、1/s、1/t；
（3）求出倒易截数的互质整数比h*：k*：l*，记作（h*k*l*），即为平面点阵指标。
（4）晶面与哪条坐标轴平行，相应的截数就是无穷大。求倒易截数就是为了消除无穷大。显然,相互平行的一族平面点阵，其（h*k*l* ）相同。
晶体学基础
第一章晶体学基础 同学们，今天我们开始第一章的学习，晶体学基础。其实大家在本科阶段也学过固体物理，相信在座的各位对晶体的相关知识并不陌生，下面就让我们一起，对晶体学的内容做一回顾和扩展。 本章我按照四部分内容进行讲解：晶体相关概念和特性、晶体结构与空间点阵、倒易空间和倒易点阵、晶带和晶带定律。里面的学习要点主要有：晶体结构周期性与点阵、7大晶系和14种布拉菲格子、晶胞，晶带，晶向，晶面，晶面间距计算，晶面夹角计算、倒易点阵，晶带。 通过这一章的学习，我希望大家能够了解晶体的相关特性，掌握表达晶体性结构与它的点阵的各种概念，能够掌握晶面指数与晶向指数的标定方法，会计算晶面夹角和晶面间距，理解倒易点阵，知道晶带相关的一些概念。 1晶体相关概念和特性 我们知道，固体是由大量的原子或离子组成，每单位体积内大约有1023数量级的原子或离子，这么多的原子，按照一定的方式排列，原子或离子的排列方式称为固体的结构。固体材料又分为晶体、非晶体和后来发现的准晶体，都是按照原子或离子的排列方式而言的。我们说的晶体或者说是理想晶体，它内部的原子或离子排列的是十分有规则的，主要体现在原子排列的周期性。因此也就导致了晶体具有一些其他固体不具有的特性，那就是：均匀性、各向异性、固定熔点、规则外形和对称性。晶体内部各个部分的宏观性质是相同即为均匀性；各向异性指在晶体的不同方向上具有不同的物理性质；晶体在熔化时，温度在熔点处是恒定的，这也是区别晶体和非晶体的一个重要的性质；理想环境中生长的晶体应为凸多边形，而且理想外形和内部结构都是高度对称的。请看PPT中的图片，刚玉，邻苯二甲酸氢，石榴石，冰洲石，石墨等等。当然从外形观察还不能完全确定晶体，下面我们就一起进入第二节晶体机构的介绍。 2晶体机构与空间点阵 2.1结构基元和空间点阵 晶体结构的几何特征是其结构基元（原子、离子、分子或其它原子集团）一定周期性的排列。通常将结构基元看成一个相应的几何点，而不考虑实际物质内
晶体学基础(晶向指数与晶面指数)
1.4 晶向指数和晶面指数 一晶向和晶面 1 晶向 晶向：空间点阵中各阵点列的方向（连接点阵中任意结点列的直线方向）。晶体中的某些方向，涉及到晶体中原子的位置，原子列方向，表示的是一组相互平行、方向一致的直线的指向。 2 晶面 晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面（在点阵中由结点构成的平面）。晶体中原子所构成的平面。 不同的晶面和晶向具有不同的原子排列和不同的取向。材料的许多性质和行为（如各种物理性质、力学行为、相变、X光和电子衍射特性等）都和晶面、晶向有密切的关系。所以，为了研究和描述材料的性质和行为，首先就要设法表征晶面和晶向。为了便于确定和区别晶体中不同方位的晶向和晶面，国际上通用密勒（Miller）指数来统一标定晶向指数与晶面指数。 二晶向指数和晶面指数的确定 1 晶向指数的确定方法 三指数表示晶向指数[uvw]的步骤如图1所示。 (1)建立以晶轴a，b，c为坐标轴的坐标系，各轴上的坐标长度单位分别是晶胞边长a，b，c，坐标原点在待标晶向上。 (2)选取该晶向上原点以外的任一点P(xa，yb，zc)。 (3)将xa，yb，zc化成最小的简单整数比u，v，w，且u∶v∶w = xa∶yb∶zc。 (4)将u，v，w三数置于方括号内就得到晶向指数[uvw]。 图1 晶向指数的确定方法 图2 不同的晶向及其指数 当然，在确定晶向指数时，坐标原点不一定非选取在晶向上不可。若原点不在待标晶向上，那就需要选取该晶向上两点的坐标P(x1，y1，z1)和Q(x2，y2，z2)，然后将(x1-x2)，(y1-y2)，
(z 1-z 2)三个数化成最小的简单整数u ，v ，w ，并使之满足u ∶v ∶w =(x 1-x 2)∶(y 1-y 2)∶(z 1-z 2)。则[uvw ]为该晶向的指数。 显然，晶向指数表示了所有相互平行、方向一致的晶向。若所指的方向相反，则晶向指数的数字相同，但符号相反，如图3中[001]与[010]。 说明： a 指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶向。 b 负值：标于数字上方，表示同一晶向的相反方向。 c 晶向族：晶体中原子排列情况相同但空间位向不同的一组晶向。用
结构化学-晶棱和晶面指数的计算方法
§1-2 晶棱和晶面指数 这一节主要是讨论表示利用晶格的概念来表示晶棱和晶面的方法。 晶棱与晶向：由于晶体结构的周期性，晶格中各格点的周围情况都是一样的，因此通过任意两个格点作一条直线，则在直线上所有格点的周期相同，这样的直线称为晶棱。再通过其它格点还可以做许多与此晶棱平行的直线，这些平行直线组成一个晶棱族，如图1-8所示。同一晶棱族的方向相同，而且能把所有点子包括无遗。此外，通过同一格点还可沿不同方向作无限多晶棱，如图1-9中通过O的晶棱有1、2、3、4、5等等，其中每一个晶棱都有一组晶棱与之对应，就是说，可以做无限多个晶棱族，各族晶棱可以通过取向不同而加以区别。晶棱的取向也简称晶向。只要表出了晶向，该组晶棱的特点也就知道了。 图1-8 一族晶棱示意图 图1-9 通过格点O的部分晶棱示意图 晶向的表示方法：取格点O为原点，a、b、c为晶胞的三个基矢，则其它任一格点A 的位置矢量为
式中l1、l2、l3为整数（或有理数）。取l1、l2、l3的互质比，即l1：l2：l3来表示晶棱OA 的方向，通常不直接用比例记号，该用方括号[l1l2l3]表示。例如在图1-9中，晶棱1上A点为l1=1，l2=1，l3=0；B点为l1=2，l2=2，l3=0；比值为：l1:l2:l3=1:1:0=2:2:0，由此可得晶棱1 的方向为[110]。同理可得晶棱2的方向为[320]，晶棱4的方向为[30]，其中记号“”代表“-1”。三个晶轴a、b、c的方向分别为[100]、[010]、[001]（c轴与图平面垂直，未画出）。 晶面与晶面指数：晶格中，还可以从各个方向上划分成无限多平面，即晶面族，如图1-10所示。同一族晶面中，彼此距离相等，方向相同，格点在晶面上的分布也相同。晶体的表面也是晶面，通常应该是原子面密度比较大的面。现在问题是如何表示这些晶面族的方向。 图1-10 部分晶面族示意图 从立体几何中知道，要描述一个平面的方向，就是表示出这个平面在三个坐标轴上的截距。描写晶面方向的方法也是如此。选取与晶轴平行的基矢a、b、c为坐标轴。假设有一个晶面与此三个坐标轴相交于M1、M2和M3三点（如图1-11所示），截距分别等于：OM1=ra，OM2=sb，OM3=tc，例如在图1-11中晶面的三个截距分别是r=3，s=2，t=1。因为一族晶面一定包含了所有格点，所以截距的长度是一组有理数，或者说截距的倍数是晶格常数的整数倍，如果晶面与某一坐标轴平行，则晶面在此坐标轴的截距为无限大（例如，若晶面与b 轴平行，则s=∞）。为了避免使用无限大，常采用截距倒数的互质整数比，即用 来表示晶面的方向。通常不用比例记号，该用圆括号（hkl）来表示晶面的方向。（hkl）称为晶面指数，或称为米勒（Miller）指数。如图1-11中的晶面指数为， 即M1M2M3面的米勒指数为（236）。有时也称M1M2M3面为（236）晶面。
晶体点群分类和晶面指数的计算
26.晶体学点群概念及种类？ 晶体学点群的概念： 晶体的宏观对称操作的集合构成宏观对称操作群，即晶体学点群；晶体的宏观对称元素的集合构成宏观对称元素系（亦称对称型）。宏观对称元素系并不是群，不过，二者具有一一对应的关系，所以，常用宏观对称元素系表示相应的晶体学点群。 晶体学点群有32种。任何一种晶体必定属于32种晶体学点群之一。 32种晶体学点群代表互不相同的对称类型，但有些点群具有某种共同的对称元素，据此可以把32种晶体学点群归属于7种晶系。方法是：规定出某些点群共有的、有代表性的对称元素作为一种晶系的特征对称元素，具备这种特征对称元素的几个点群就归属于这种晶系。 27.晶系的种类及名称？ 举个例子： 28. 晶族的种类及名称？ 6种晶族 六方晶系与三方晶系的正当晶胞的几何特征相同（a=b≠c，α=β= 90o，γ=120o），同属于六方晶族 详见27题中表
29. Bravais 格子的含义及种类？ 7种晶系共有14种空间点阵型式，即14种Bravais格子。 平面点阵指标也称为晶面指标或米勒指数，是标志一族平面点阵在晶体中方向的一组3个互质整数(个别晶系有4个整数)，加圆括号记作(h*k*l*)。晶面指标（h*k*l*）平面点阵指标需要经过三步才能写出： （1）以a、b、c为度量单位，依次写出平面点阵在三条晶轴上的截数r、s、t； （2）求倒易截数1/r、1/s、1/t； （3）求出倒易截数的互质整数比h*：k*：l*，记作（h*k*l*），即为平面点阵指标。 （4）晶面与哪条坐标轴平行，相应的截数就是无穷大。求倒易截数就是为了消除无穷大。显然,相互平行的一族平面点阵，其（h*k*l* ）相同。
1.4晶体学基础(晶向指数与晶面指数)
晶向指数和晶面指数 一晶向和晶面 1 晶向 晶向：空间点阵中各阵点列的方向（连接点阵中任意结点列的直线方向）。晶体中的某些方向，涉及到晶体中原子的位置，原子列方向，表示的是一组相互平行、方向一致的直线的指向。 2 晶面 晶面：通过空间点阵中任意一组阵点的平面（在点阵中由结点构成的平面）。晶体中原子所构成的平面。 不同的晶面和晶向具有不同的原子排列和不同的取向。材料的许多性质和行为（如各种物理性质、力学行为、相变、X光和电子衍射特性等）都和晶面、晶向有密切的关系。所以，为了研究和描述材料的性质和行为，首先就要设法表征晶面和晶向。为了便于确定和区别晶体中不同方位的晶向和晶面，国际上通用密勒（Miller）指数来统一标定晶向指数与晶面指数。 二晶向指数和晶面指数的确定 1 晶向指数的确定方法 三指数表示晶向指数[uvw]的步骤如图1所示。 (1)建立以晶轴a，b，c为坐标轴的坐标系，各轴上的坐标长度单位分别是晶胞边长a，b，c，坐标原点在待标晶向上。 (2)选取该晶向上原点以外的任一点P(xa，yb，zc)。 (3)将xa，yb，zc化成最小的简单整数比u，v，w，且u∶v∶w = xa∶yb∶zc。 (4)将u，v，w三数置于方括号内就得到晶向指数[uvw]。 图1 晶向指数的确定方法 图2 不同的晶向及其指数 当然，在确定晶向指数时，坐标原点不一定非选取在晶向上不可。若原点不在待标晶向上，那就需要选取该晶向上两点的坐标P(x1，y1，z1)和Q(x2，y2，z2)，然后将(x1-x2)，(y1-y2)，
(z 1-z 2)三个数化成最小的简单整数u ，v ，w ，并使之满足u ∶v ∶w =(x 1-x 2)∶(y 1-y 2)∶(z 1-z 2)。则[uvw ]为该晶向的指数。 显然，晶向指数表示了所有相互平行、方向一致的晶向。若所指的方向相反，则晶向指数的数字相同，但符号相反，如图3中[001]与[010]。 说明： a 指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶向。 b 负值：标于数字上方，表示同一晶向的相反方向。 c 晶向族：晶体中原子排列情况相同但空间位向不同的一组晶向。用
晶面夹角公式
晶面夹角公式： 设晶面（h 1k 1l 1）和晶面（h 2k 2l 2）的面间距分别为d 1、d 2，则二晶面的夹角ω以下列公式计算（Ｖ为单胞体积）。 立方晶系： cos φ= 正方晶系：121212 22 cos h h k k l l φ++= 六方晶系：( )2 1212122112 213cos a h h k k h k h k l l φ++++= 正交晶系：121212 222cos h h k k l l φ++=菱方晶系： ()()()42212 1212121221122112212cos sin cos cos a d d h h k k l l k l k l l h l h h k h k V φααα??=+++-+++++??单斜晶系：()2122112121212222 2cos sin cos sin l h l h d d h h k k l l a b c ac ββφβ+?? =++-???? 三斜晶系： ()()()12 1112221233122312211312211212212cos d d S h h S k k S l l S k l k l S l h l h S h k h k V φ= ++++++++???? 立方晶系： cos φ= 正方晶系：121212 22 cos h h k k l l φ++=
立方晶系：( )2 1212122112 213cos a h h k k h k h k l l φ++++= 正交晶系：121212 222cos h h k k l l φ++= 菱方晶系： ()()()422 121212121221122112212cos sin cos cos a d d h h k k l l k l k l l h l h h k h k V φααα??=+++-+++++?? 单斜晶系： ()2122112121212222 2cos sin cos sin l h l h d d h h k k l l a b c ac ββφβ+?? =++-???? 三斜晶系： ()()()12 1112221233122312211312211212212cos d d S h h S k k S l l S k l k l S l h l h S h k h k V φ= ++++++++??? ?
晶面间距计算公式
晶面间距计算公式 正交晶系 1/d2=h2/a2+k2/b2+l2/c2 单斜晶系 1/d2={h2/a2+k2sin2β/b2+l2/c2－2hlcosβ/(ac)}/ sin2β立方晶系 d=a/(h2+k2+l2) 六角晶系 四角晶系 单斜晶系
三斜晶系 If Φ is the angle between plane (h 1 k 1 l 1) and (h 2 k 2 l 2), then for Orthorhombic 2/12222222222/1221221221221221221) ()()(cos ???? ??++???? ??++++=Φc l b k a h c l b k a h c l l b k k a h h Tetragonal []()2/1222222222/1221 2212 122122121 ))/)(cos ???? ??++???? ??++++=Φc l a k h c l a k h c l l a k k h h Cubic ()()[]2/1222 22 2212 1212 12121cos l k h l k h l l k k h h ++++++=Φ
Hexagonal ()() 2/12222222222212211212121221221212143434321cos ?????????? ??+++???? ??+++++++=Φl c a k h k h l c a k h k h l l c a K h k h k k h h VOLUME: Orthorhombic: =abc Tetragonal: =c a 2 Cubic: =3a Hexagonal: =c a 22 3 hcp transition between (UVW) and (uvtw) U=u-t, V=v-t, W=w u=1/3(2U-V), v=1/3(2V-U), t= - (u+v), w=W.
晶面指数
引用晶面指数、晶向指数、晶面间距 第二章X射线衍射方向 【教学内容】 1．晶体几何学基础。 2．X射线衍射的概念与布拉格方程（布拉格定律、衍射矢量方程、爱瓦德图解、劳埃方程）。 3．布拉格方程的应用与衍射方法。 【重点掌握内容】 1．晶体几何学的基本概念，包括布拉菲点阵，晶面和晶向指数等。 2．布拉格方程，这是本章的重中之重。 3．关于反射级数，X射线衍射与可见光反射的区别，以及衍射产生的条件及其在实际分析工作应用。 【了解内容】 1．复习晶体几何学的某些概念，如晶体、空间格子、晶带、晶带定律和晶面间距和晶面夹角的计算。 2．布拉格方程的应用和主要的衍射分析方法。 【教学难点】 1．倒易点阵。 2．衍射矢量方程、爱瓦德图解。 【教学目标】 1．熟练掌握X射线衍射的基本原理，尤其是布拉格方程。 2．培养学生善于利用这些理论去指导实际分析工作的能力。 【教学方法】 1．以课堂教学为主，通过多媒体教学手段，使学生掌握较抽象的几何结晶学的概念和布拉格方程。 2．通过做习题加深对X射线衍射理论的理解。 一、X射线衍射的发现 上章已经X射线的波动本质。我们对X射线的应用很大程度依赖于它的波动性。 第一个成功对X射线波动性进行的研究是德国物理学家劳厄（M. V. Laue）(照片)。1912年，劳厄是德国慕尼黑大学非正式聘请的教授。在此之前，人们对光的波动性已经进行了很多的研究，有关的理论已相当成熟。比如，光的衍射作用。人们知道，当光通过与其波长相当的光栅时会发生衍射作用。另一方面，人们对晶体的研究也达到相当的水平，认为晶体内部的质点是规则排列的，且质点间距在1-10A之间。当时，同校的一名博士研究生厄瓦耳（P. P. Eward）正在研究关于“各向同性共振体按各向异排列时的光学散射性质”。一天，他去向劳厄请教问题。劳厄问他，如果波长比晶体的原子间距小，而不象可见光波