晶体和非晶质体
晶体与晶体的基本性质
相互平行的面网间面网密度相等，其面网间距也相 等，不相平行的一般不等，且面网密度大的面网间 距大，反之，网密度小的面网间距小。
d1
2.空间格子的概念
4.平行六面体：空间格子中的最小单位体积。 ❖ 空间格子可以被看成是由无数个平行六面体在
三维空间无间隙地重复堆叠而成。
这一模型要讨论的关键问题是：在一个正 在生长的晶面上寻找出最佳生长位置，有平 坦面、两面凹角位、三面凹角位。其中平坦 面只有一个方向成键，两面凹角有两个方向 成键，三面凹角有三个方向成键。
层生长理论可解释如下一些现象：
1．晶体常生长成面平、棱直的多面体形态。
2．在晶体生长过程中，环境会有变化，不同 时刻生成的晶体在物理性质和成分等方面可 能有细微的变化，因而在晶体的端面上常常 可以看到带状构造，晶面是平行向外推移生 长的。
要画出空间格子，就一定要找出相当点。）
相当点 （两个条件：1、性质相同，2、周围环境相同。）
❖ 相当点（等同点） 两个条件：1.性质相同，2.周围环境相同。
空间格子的导出
晶体结构
相当点
空间格子
相当点：晶体结构中物质环境（周围 质点的种类）和几何环境 （周围质点的分布方位和距 离）都相同的点
相当点的分布可以体现晶体结构中所有质点的平 移重复规律，连接三维空间的等同点，即可获得 空间格子。
3.晶体的基本性质
❖ 2.均一性:同一晶体的不同部分物理化学性质完全相 同。
❖ 可以用数学公式来表示, 设在晶体的x处和x + x’处取得小
晶体, 则
F(x) F (x + x’)
此处F表示化学组成和性质等物理量度。 非晶质体也具有其均一性，但由于非晶质体的质点排列
晶体与非晶体的区别与应用
晶体与非晶体的区别与应用晶体与非晶体是固态物质的两种基本结构形态，它们在物理性质、化学性质以及应用领域方面存在着显著的差异。
本文将从结构、性质和应用等方面，详细探讨晶体与非晶体的区别和各自的应用。
一、晶体的特征与应用晶体是具有周期性内部结构的物质，其分子或原子按照一定的规律排列，形成具有长程有序性的晶型结构。
晶体的结构可以通过晶体学方法进行描述和分析。
晶体的特点之一是具有高度的对称性。
晶体的内部结构由一系列有机组成的单元细胞重复排列而成，这些单元细胞在空间上存在一定的对称性和周期性。
晶体的晶胞常常是一个几何形状明确的空间单元，例如立方体、六角柱等。
晶体的周期性结构使其具有一些特殊的物理性质。
晶体具有清晰的熔点，当温度超过晶体的熔点时，晶体会从有序状态转变为无序的液体状态。
此外，晶体还具有光学性质，例如会发生衍射现象。
这使得晶体在光学领域和电子学领域有着广泛的应用。
晶体在材料科学和工程中有着广泛的应用。
晶体材料常用于制备半导体器件，例如晶体管和太阳能电池等。
由于晶体材料具有高度有序的结构，可以通过控制晶体生长条件和掺杂物的加入等手段来调节电导率等电子性质，从而实现电子器件的设计和制造。
二、非晶体的特征与应用非晶体是指没有明确的周期性结构，其内部的分子或原子呈现无定形的排列方式。
非晶体的结构通常具有胶态或液态的特征，其分子或原子之间的排列没有明确的规则性。
非晶体材料的一个典型代表是玻璃。
玻璃是由大量无定形的硅氧键网络构成，没有明确的晶格结构。
相比于晶体，非晶体材料在结构上更为松散，没有明确的熔点。
在受热后，非晶体材料会逐渐软化变形。
非晶体具有一些独特的物理性质。
由于非晶体缺乏长程有序性，使得其具有较好的变形能力和抗震性能。
此外，非晶体通常具有较高的抗腐蚀性和耐热性，因此广泛应用于化工、建筑等领域。
非晶体的应用领域非常广泛。
除了玻璃外，还有非晶合金、非晶薄膜等材料广泛应用于航空航天领域、电子及信息技术领域、节能环保领域等。
晶体及晶体分类
沉积岩
岩浆岩（火山岩）
变质岩
板块俯冲 沉积作用 岩浆活动 变质作用
沉积岩
变 质 岩 岩浆岩
玉石：为 岩石的一类 （ 翡翠、软玉、岫玉）， 也属于多晶体
白玉
翡翠
小结
1、晶体与非晶体
天然晶体－－矿物 人工晶体－－合成晶体和人造晶体
2、晶体的空间格子及分类
晶胞参数 （结晶轴、轴单位、轴角） 空间格子类型
2、对称轴（Ln） 、对称轴（L 一假想的直线，晶体的部分通过该直线 旋转一定角度而达到完全重合 旋转一定角度而达到完全重合
对称轴类型
名称 二次轴 三次轴 四次轴 六次轴 符号 L2 L3 L4 L6 基转角 180 ° 120 ° 90 ° 60 ° 作图符号
轴次：晶体旋转一周能够重复的次数 轴次=360/基转角 轴次=360/基转角
单形（萤石）与聚形（水晶）
（七）、单晶体与多晶体
单晶体——由单个矿 单晶体——由单个矿 物组成的晶体。 宝石为单晶体 如：金刚石、红宝石、 蓝宝石
多晶体——由一种或多种矿物组成的集合体。 多晶体——由一种或多种矿物组成的集合体。 岩石：指天然产出的、具有一定结构构造的矿物集 合体。属于多晶体。 岩石类型：沉积岩、岩浆岩、变质岩
结点
行列
面网——结点在平面上的分布。 面网——结点在平面上的分布。
d
平行六面体：空间格子在三维空间可以划 平行六面体：空间格子在三维空间可以划 分出的最小重复单位。 分出的最小重复单位。 单位晶胞（ 单位晶胞（Unit cell） cell） -----组成晶体的最小单位 -----组成晶体的最小单位
晶体的内部质点作周期性、规律的重复排 列——空间格子 ——空间格子
有关要素：结点、行列、面网、平行六面体 有关要素：结点、行列、面网、平行六面体
02宝石学基础(光学物理学性质)
7 多色性
宝石晶体在透射光条件下，从不同方向观察呈现出不 同的颜色，这种现象称为多色性。对于有色宝石来讲， 一轴晶一般呈现二色性,二轴晶呈现三色性。
蓝宝石具二色性：垂直光轴方向呈现蓝色、平行光轴 方向呈现绿色。蓝色黝帘石呈现三色性：蓝色、紫色、 黄绿色。
8 光泽
光泽（luster）是宝玉石表面对可见光的反射程度， 是由其反射光的强度所决定的，与宝玉石本身的折射率 和吸收系数有关，折射率愈高、吸收系数愈大，则其光 泽愈强。光泽亦是宝玉石的鉴别特征之一。
(3)二轴晶：在非均质晶体中，有两个方向不发生双折射 的晶体，称为二轴晶。二轴晶包括斜方晶系、单斜晶系 三斜晶系。这三个晶系的晶体，光在三个方向传播速度 均不相同，故属二轴晶的晶体有三个折光率：Ng、Nm、 Np。当Np靠近Ng为二轴晶正光性，当Np靠近Ｎm时为二轴 晶负光性。
5 颜色
宝石的颜色是宝石经济评价的主要 依据。颜色是矿物的重要光学性质之一。 不少矿物有它的特殊颜色，因此它可以 作为矿物的一种鉴定特征。例如孔雀石 的特殊绿色、蓝铜矿的特殊蓝色都是鉴 别这些矿物的重要特征。
(2) 当 自 然 光 进 入 非 均 质 宝 石 后 ， 原来是在任意方向振动的自然光便 分解成相互垂直的两条偏振光，传 播速度除特殊情况外(光轴方向)也 不相等，呈现了两条折光率不同的 光波，此种现象称为双折射。最大 折光率值和最小折光率值间的差值， 称为双折射率。双折射及双折射率 是识别宝石的主要特征之一。
(2) 非晶质：有些貌似固态的物质，有一定的化学组成， 但质点只按短程有序排列，不具格子状构造，称为非晶 质，如玛瑙、火山玻璃、琥珀和人造玻璃等。
2.晶系
按照晶体中质点的对称程度将晶体划分为三个晶族 七个晶系。
晶体、晶质矿物与非晶质矿物
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟晶体、晶质矿物与非晶质矿物晶体、晶质矿物与非晶质矿物绝大部分的固体矿物都是晶体。
所谓晶体，就是内部质点（原子、离子）在三维空间成周期性重复排列的固体。
晶体中各质点间的结合力就是化学键，包括离子键、共价键、金属键，此外还有分子间的引力。
由于质点作这种规律性排列、晶体内部都有格子构造，称为晶体结构。
所有晶体都以具有这种格子构造为特征。
不同的晶体、其质点的种类不同，质点的排例方式和间路不同，因而具有不同的晶体结构。
相同化学成分的物质在不同的地质条件（如温度、压力等）下可以形成不同的晶体结构，从而成为不同的矿物，这种现象称为同质我象。
如碳原子在一种情况下形成金刚石，在另一种情况下形成石墨。
它们的晶体结构不同，特点也就不同。
金刚石是无色透明的最硬的矿折，石墨是黑色不透明的极软的矿物。
凡是具有晶体结构的矿物称为晶质矿物，具有晶体结构的固体物质称为晶质。
晶体因为内部质点作格子状的规则排列，只要生长速度缓慢且有足够的生长空间等，它们能长成规则的几何多面体外形。
包围晶体的平面称晶面。
晶体的大小不等，小晶体的长径由几微米到几毫米，大的几厘米到几十厘米以上。
几何多面体的外形就是格子构造在宏观上的反映。
如白云石（MgCa[CO3]2）常呈菱面体，石盐(NaCl)常呈立方体，磁铁矿(Fe3O4)常呈八面体，它们分别是由六个菱形的晶面、六个正方形的晶面以及八个等边三角形的晶面构成的，如图1 所示。
图1 晶体外形A—菱面体；B—八面体；C—立方体多数矿物晶体是由几种不同形状和大小的晶面聚合而成的。
如普通角闪石、普通辉石，如图2 所示。
由于受到生长条件的限制，外形良好的晶体比较少见，多数晶体的晶面发育不完整、或很不完整。
在缺乏自由生长空间的情况下，晶质矿物不能长成规则的几何多面体外形，而形成外形不规英明的晶粒（晶体）。
晶粒大小不一，较粗。
晶体和非晶质体课件
非晶质体的物理性质
光学性质
非晶质体具有与晶体不同的光 学性质，如散射、反射和折射 等。
电学性质
非晶质体的电学性质与晶体也 不学上通常表现出 脆性，与晶体的弹性性质不同。
非晶质体的化学性质
稳定性
非晶质体通常比晶体具有更高的化学活泼性，更容易发生化 学反应。
THANK YOU
感谢聆听
结构材料。
光学材料
03
非晶质体具有独特的光学性能，可用于制造光电器件、光学薄
膜等光学材料。
晶体和非晶质体的发展趋势与前景
发展趋势
随着科技的不断进步，晶体和非晶质体的应用领域不断扩展，新材料的需求日益增长，未来晶体和非 晶质体将更加注重环保和可持续发展。
前景
晶体和非晶质体在材料科学中具有广泛的应用前景，未来将有更多的研究投入其中，发现新的晶体和 非晶质体材料，提高性能，降低成本，为人类社会的发展做出更大的贡献。
晶体主要用于制作半导体器件、激光 器、显示器等高性能电子产品。
非晶质体应用
非晶质体主要用于制作玻璃制品、橡 胶制品、陶瓷制品等日用品和建筑材料。
02
晶体的基本性 质
晶体的对称性
01
空间点阵
晶体中原子、离子或分子在三维空间呈周期性排列，这种排列方式称为
空间点阵。
02 03
对称性
晶体具有高度的对称性，可分为几何对称性和物理对称性。几何对称性 指晶体在几何形态上具有相同或相似部分，而物理对称性指晶体在物理 性质上具有相同或相似部分。
晶体的结构与化学键
晶体结构
晶体中的原子、离子或分子在三维空间按照一定的规律排列，形 成独特的结构形式。
化学键
晶体中的原子、离子或分子之间通过化学键结合在一起，这些化学 键包括离子键、共价键和金属键等。
晶体 非晶体 准晶体
结晶质（crystalline）：
是内部质点（原子、离子或分子）在三 维空间成周期性平移重复排列的固态物质。 即具有格子构造的固态物质。
1 显晶质：借助于肉眼或一般放大镜能分 辨出结晶颗粒者。 2 隐晶质：用一般放大镜无法分辨出结晶 颗粒者。
二、非晶质体的概念
非晶质体（non-crystal）： ➢是内部质点在三维空间不作周期性重复排列的
三、准晶体的概念
准晶体（quasicrystal）： 是内部质点的排布具长程有序（远程规 律），但不具有三维周期性重复的格子构造的 固体。
§ 2 空间格子
一、空间格子的导出
空间格子： 表示晶体内部结构中质点在周期
性重复规律的三维无限的几何图形。
对实际晶体结构作抽象：
1 在晶体结构中任选一几何点。
2
在结构中找出与此点相当的几何点，这样一
系列的点称相当点。
相当点（等同点）：在晶体结构中的位置及环 境均完全相同的点。
3 将相当点从晶体结构中抽象出来，构成一个 空间点阵。
4 以三组不共面的直线将阵点连接起来，即形 成了三维格子状的空间格子。
二、空间格子的要素
1．结点
➢ 空间格子中的点，代表晶体结构中的相当点， 为几何点。
§ 3 晶体的基本性质
1. 自限性 晶体在自由空间中生长时，能自发地形成封
闭的凸几何多面体外形。 晶面：晶体表面上自发长成的平面。 晶棱：晶面的交棱。
2. 均一性 同一晶体的任一部位的性质都是相同的。
注意：
1）晶体的均一性是由其格子构造决 定的，称为结晶均一性。
2）非晶质体也具均一性，但它是宏 观统计、平均近似的，称为统计均一性。
不同的方向或位置上有规律地重复出 现。
晶体跟非晶体的名词解释
晶体跟非晶体的名词解释晶体与非晶体：隐藏在物质世界中的奇妙结构在我们周围的物质世界中，晶体和非晶体这两个名词经常被提及，相信大家对它们都有一定的了解。
本文将从晶体和非晶体的基本概念入手，探讨它们的结构、性质以及在我们日常生活中的重要应用。
一、晶体的奇妙结构与性质晶体是由具有一定的周期性重复排列的粒子组成的固体。
其中，晶体的排列具有规律性，呈现出独特的几何形态和细致的晶格结构。
这种规律性排列导致了晶体的许多独特性质。
1. 晶体的透明性：大部分晶体都具有良好的透明性，因为它们粒子间的周期性排列使得光线可以穿过晶体而不发生散射。
例如，钻石就是一种透明的晶体，因为它的碳原子以六角形的晶格排列。
2. 晶体的硬度：晶体的排列结构赋予它们出色的硬度。
其中，金刚石是最硬的物质，这是由于它在晶格中的碳原子之间形成了非常强大的共价键。
这种硬度使得金刚石成为珠宝和工具制造领域的重要材料。
3. 晶体的熔点：晶体具有明确的熔点，当温度升高到晶体的熔点时，晶体开始熔化成液体。
这是由于晶体内部粒子的排列结构在加热过程中发生了破坏。
4. 晶体的电学性质：晶体可以表现出丰富的电学性质，如导电性、压电效应和光电效应等。
这些性质与晶体内部粒子的排列方式密切相关。
例如，硅晶体由硅原子排列而成，因此被广泛用于制造电子器件。
二、非晶体：无规则中的秩序与晶体相对应的是非晶体，也被称为无定形固体。
它的结构特点是粒子排列的无规则性，缺乏明确的晶格结构。
非晶体的形成往往是由于材料快速冷却或者化学成分的复杂性。
1. 非晶体的弹性：与晶体相比，非晶体的结构比较松散，因此具有较低的硬度。
然而，非晶体材料的弹性却相对较好。
例如，玻璃就是一种非晶体材料，其具有良好的弹性特性，广泛用于制造容器、建筑装饰和光学器件等。
2. 非晶体的导电性：通常情况下，非晶体的导电性较差，因为其中没有规律的结构可以促进电子在材料中的流动。
然而，一些特殊的非晶体材料如氢化非晶硅则具有良好的半导体性质，被广泛应用于光伏和显示技术领域。
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②化工原料：天然矿石经加工或提取获得，主要用 来制造新型无机材料，或作为硅酸盐制品得辅助 原料。
• 一、晶体及非晶体
• 二、晶体的宏观对称
• 三、晶体定向与结晶符号 • 四、单形和聚形 • 五、晶体生长 • 六、晶体的规则连生 • 七、晶体内部结构的微观特征 • 八、晶体化学
第一章
主要内容
• 晶体概念
晶体及非晶体
• 空间格子的概念、空间格子的要素
• 非晶体概念、准晶态的含义
• 晶体的基本性质
多晶则是由无数颗细小的单晶体聚合而成的，如 金属，土壤，粉末试剂等。
单晶和多晶
冰糖单晶
石英单晶
冰糖多晶
石英晶簇
§1.2空间格子
1、空间格子的定义 • 表示晶体内部结构中质点重复排列规律的几何图形
NaCl
• 相当点(等同点)：在晶体结构中的种类相同， 分布位置或周围环境也相同的一类点 • 相当点必须具备的两个条件 –点的内容（或种类)相同 –点周围环境相同
四、课程特点及性质
特点：抽象性、空间性、共性 性质：非金属专业重要专业基础课。
学习材料学、硅酸盐工 艺学及材料现代分析测 试方法等课程提供必需 的晶体学基础
应用于材料的生 产及研制利用.所 以又具有专业课 的性质。
五、课程教学内容
本课程以晶体形态对称规律及晶体内部结构对称 规律为主，简介晶体化学与晶体生长。
CsCl的晶体结构与空间格子 Nhomakorabea注意：空间格子与具体的晶体结构的区别
具体的晶体结构是多种原子、离子组成的，使得其 重复规律不容易看出来，而空间格子就是使其重复 规律突出表现出来。 空间格子仅仅是一个体现晶体结构中的周期重复规 律的几何图形，比具体晶体结构要简单的多。
2、空间格子要素
(1)结点：空间格子中的点,代表晶体结构中的相当点。
①金属材料：纯金属、合金、金属化合物、金属铸件 基本都是晶体集合体 ②无机非金属材料：除玻璃制品外，可分为两类 单晶材料：单晶硅、水晶、金刚石、红宝石等 多晶材料：陶瓷、水泥熟料、耐火材料等
（2）工业原料主要组成是晶体。
①天然矿石原料：无机非金属材料工业的所用天然矿石 原料也都以结晶相为主要成分。
参考资料：
• 《结晶学及矿物学》潘兆橹 地质出版社 • 《结晶化学导论》 钱逸泰 中科大出版社
绪论
一、结晶学与结晶化学
以晶体为研究对象的一门自然科学 研究：晶体发生、生成、物化性质、外部形态、 内部结构、制备、结构、化学组成及性质之间 的关系
研究对象－晶体
钻石
红宝石
蓝宝石
食盐
冰糖
雪花
二、研究内容
导出空间格子的方法：
首先在晶体结构中找出相当点，再将相当点按照一定的 规律连接起来就形成了空间格子。 例1
(a)晶体平面结构
(b)相当点
(c)空间格子
空间格子推导
晶体平面结构中多套相当点及空间格子
空间格子推导例2
晶体结构中等同点的分布 （A） 相当点 （B）
Cl
Na
(a)
(b)
(c)
氯化钠的晶体结构(a) (b)与空间格子(c)
氯化钠内部质点排列
晶体的定义：晶体是内部质点（分子、原子或离
子）在三维空间成周期性重复排列的固体。或者说， 晶体是具有格子构造的固体。
氯化钠
氯化钠内部质点排列
晶体分单晶和多晶两类
单晶指的是单晶体，主要是天然的矿物晶体和人 造的晶体材料，如：天然的水晶、长石、萤石和 人造的云母、单晶硅、金刚石、红宝石等；
注意:实际晶体中，结点的位置由同种质点所占据，但同种 质点却并不一定只占据同一套结点
金红石晶体结构平面示意图
性质：不代表任何质点,它只具有几何意义，为几何点
(2)行列:结点在直线上的排列称为行列。
空间格子中任何两结点联结起来就是一条行列的方向
空间格子中的行列
结点间距: 行列中相邻两结点之间的距离 性质: 同一行列中结点间距相等，
§1.1晶体的概念
最早发现石英晶体有这样一些特征：是一种固体， 有棱有角，有规则的几何外形
石英
远古年代的定义：天然具有规则几何外形的固体
• 晶体内部质点有序性的证明：
1912年德国科学家劳厄用晶体作光栅，使X射线产 生衍射，证明晶体内部质点是有序排列的 1914年英国科学家布拉格父子用各种各样的晶体 作大量的衍射实验 三位科学家研究成果揭示了一切晶体皆具有格子 构造的秘密
• 几何结晶学 • 晶体生长学
• 晶体结构学 • 晶体化学 • 晶体物理学
研究晶体外形的几何规律 研究晶体发生、成长机理、控制和 影响生长的因素及晶体的人工合成 研究晶体内部结构中质点的排布规 律及结构缺陷 研究晶体的化学成分与结构及性质 (物理化学性质)之间的关系 研究晶体的物理性质及产生机制
三、结晶学与其它学科关系
平行行列中结点间距不变
(3)面网:结点在平面上的分布
空间格子中不在同一行列上的三个结点可构 成一面网。任意两相交行列决定一个面网。
空间格子中的面网
面网密度：面网单位面积内的结点数。 面网间距：一个空间格子中任意两相邻平行面 网之间的垂直距离。 在一个空间格子中平行面网的面网密度与面网 间距相等。 而不平行的面网之间，面网间距和面网密度一 般不等。面网间距较大者面网密度也较大。？
如：电子陶瓷主要应用的化工原料，如钛白粉(TiO2)、氧 化铅(PbO)等，它们都是晶体。
③工业废渣和工业尾矿：可作为无机非金属材 料工业的原料。
如：水泥工业大量使用的矿渣、粉煤灰、煤渣等。 这些也主要由晶体组成。
（3）指导材料制品的研制和开发应用
A、金刚石，石墨
B、Al2O3 +Cr C、微晶玻璃 硬度、耐磨
A’ d1
B’
C’
d2
d3
β1
β2
β3
1、与矿物学的关系 2、与基础学科 －数学 、物理学、化学的关系 3、与应用技术科学部门
－有的直接以晶体为研究对象：选矿学、陶瓷工 艺学、水泥工艺学、玻璃工艺学； －有的直接应用晶体作为核心部件，如半导体、 超声波、激光技术等技术领域。
4、结晶学是材料学科的理论基础
（1）材料制品大多是晶体或由结晶体所组成的。