第二章 晶体的基本概念
第二章晶体的基本概念z第一节晶体的基本性质z第二节空间点阵z第三节整数定律及晶面指数z第四节晶体投影晶体研究的早期成就1690年惠更斯提出：晶体中质点的有序排列导致晶体具有某种多面体外形。
1812年浩羽(R.J.Hauy)提出：晶体是由具有多面体外形的“分子”成的。
１６６９年，丹麦人斯登诺（Steno,N.1638-1686），１７８３年法国矿物学家爱斯尔（DeI Isle,R.1736-1790）分别在观测各种矿物晶体时发现了晶体的第一个定律──晶面夹角守恒定律。
晶体的对称原理在１８０５－１８０９年间，德国学者魏斯（Weiss,C.S.1780-1856开始研究晶体外形的对称性１８３０年德国人赫塞尔（Hessel,J.F.Ch.1796-1872），１８６７年俄国人加多林分别独立地推导出，晶体外形对称元素的一切可能组合方式（也就是晶体宏观对称类型）共有３２种（称为３２种点群）１９世纪４０年代，德国人弗兰根海姆（Frankenheim,M.L.1801-1869）和法国人布拉维（Bravais,A.1811-1863）发展前人的工作，奠定了晶体结构空间点阵理论（即空间格子理论）的基础。
弗兰根海姆首次提出晶体内部结构应以点为单位，这些点在三度空间周期性的重复排列。
他于１８４２年推出了１５种可能的空间点阵形式。
布拉维明确地提出了空间格子理论。
认为晶体内物质微粒的质心分布在空间格子的平行六面体单位的顶角、面心或体心上，从而它们在三度空间作周期性的重复排列。
他于１８４８年指出，弗兰根海姆的１５种空间点阵形式中有两种实质上是相同的，确定了空间点阵的１４种形式德国人松克（Sohncke,L.1842-1897）在前人工作的基础上进行深入研究晶体的微观对称性，提出晶体全部可能的微观对称类型共有２３０种（称为２３０个空间群）在１８８５－１８９０年间，俄国结晶学家弗多罗夫完成了２３０个空间群的严格的推引工作。
在１９世纪的最后十年中，几何晶体学理论已全部完成了第一节晶体的基本性质z 自范性（自限性）–晶体具有自发地形成封闭的几何多面体外形的能力的性质，即晶体有整齐、规则的几何外形。
z 均一性（均匀性）–同一晶体的任何一个部分都具有相同的物理和化学性质的特性。
z 各向异性–同一晶体在不同方向上所测得的性质表现出差异的特性。
z 对称性晶体的物理性质晶体总是沿一定的晶面碎裂的，所以碎裂后的碎块和原来大块晶体的外形相同，这就是晶体的解理性。
如：云母片沿某一平面的方向容易撕成薄片压电效应：通过纯粹的机械作用（如压缩或位伸）使晶体极化，导致晶体表面荷电的现象称为压电效应。
具有这一性质的晶体则称为压电晶体。
如：应用最广泛的是α-石英。
压电效应是由于晶体形变使正负电荷重心分离所致，所以它不会发生在具有对称中心的晶体中。
压电晶体可用于频率稳定器、扩音器、电话、钟表等领域。
酒石酸钾钠、磷酸二氢铵、钽酸锂、铌酸锂、碘酸锂等晶体也都是相当有希望的压电晶体材料。
热电材料：因温度变化而引起晶体表面荷电。
热电效应是由于晶体受热膨胀时，带电粒子之间发生相对位移，导致晶体的总电矩发生变化所致。
同压电效应一样，具有对称中心的晶体不会有热电效应。
红外探测器是热电效应的一个重要应用领域，通过热电效应可以将微弱的温度变化转换成电信号，从而有可能通过精密的电信号测量来达到测量温度变化的目的具有热电效应的晶体可以同时具有压电效应，但是具有压电效应的晶体却不一定具有热电效应。
电光效应：有些晶体当在它的某一特殊方向上施加电场时，它的折射率会发生变化，电光效应的最重要的应用是作电光快门。
目前主要的电光晶体有磷酸氧钛钾KTP，磷酸二氢钾KDP，磷酸二氢铵ADP，钽铌酸钾KTN，铌酸钾LN。
1669年，丹麦学者巴尔托林发现，当光束通过冰洲石晶体时会分解成两束，它们沿着略微不同的方向前进。
离开晶体后，两束光的传播方向与原光束的传播方向平行，这就叫做晶体的双折射现象。
方解石的双折射现象可制成偏光棱镜氯化钠、溴化钾等碱卤晶体的透红外性能制作各种红外分光光度计的窗口；氯化镁晶体的机械强度和抗热冲击性好，可用于飞行器的红外透镜。
铌酸锂单晶是新型的电光晶体材料，具有良好的铁电、压电和热电性能，电光效应大，折射率高，化学稳定性好，应用于激光中。
锗酸铋晶体是一种新开发的闪烁晶体，阻挡高能射线能力强、分辨率高，适合于高能粒子和高能射线的探测。
磷酸氧钛钾（KTiOPO4,KTP）在蓝绿激光器中有重要的应用。
最有希望的介质光波导材料有两种，一种是砷化镓，另一种是铌酸锂、钽酸锂晶体。
碲镉汞在红外热成像中很有用。
第二节空间点阵一、空间点阵的概念晶体是三维空间上原子具有周期性排列的固体，晶体的性质（自范性、均匀性、各向异性等）都是晶体周期性的表现。
研究晶体结构必须对其周期性进行抽象概括。
点阵—空间中几何环境相同的点形成的无限阵列。
石墨的晶体结构等同点系一等同点系二平面点阵C1坐标：(0,0,0), (1/2,1/2,0), (1/2,0,1/2), (0,1/2,1/2)C2坐标：(3/4,3/4,3/4), (1/4,1/4,3/4), (1/4,3/4,1/4), (3/4,1/4,1/4) (3/4,3/4,3/4), (5/4,5/4,3/4), (5/4,3/4,5/4), (3/4,5/4,5/4)C2 坐标= C1 坐标+ (3/4,3/4,3/4)返回Cl: (0,0,0), (1/2,1/2,0)(1/2,0,1/2), (0,1/2,1/2)Na: (1/2,0,0), (0,1/2,0)(0,0,1/2), (1/2,1/2,1/2)坐标（Na）=坐标（Cl）+（1/2,0,0）判断一组点是否为点阵，最简单有效的方法是连接其中任意两点的矢量进行平移，只有能够复原才为点阵。
二、点阵和点阵格子z点阵–直线点阵–平面点阵–空间点阵z点阵格子–简单（P，Primitive or Simple）格子–体心（I，Body Centered ）格子–面心（F，Face Centered）格子–底心（C，C Centered）格子•直线点阵阵点的位置矢量（lattice vector)为：R= m a •平面点阵位置矢量：R= m a+ n b点阵参数(lattice parameter)：a, b, γ•空间点阵R= m a+ n b+ p c点阵参数：a, b, cα, β, γ平面点阵格子的取法P 阵点数：8 x 1/8=1I 阵点数：8 x1/8 + 1 = 2F 阵点数: 8 x 1/8 + 6 x 1/2 = 4 C 阵点数: 8 x1/8 + 2 x 1/2 = 2(0,0,0)(0,0,0)(1/2,1/2,1/2)(0,0,0)(1/2,1/2,0)(1/2,0,1/2)(0,1/2,1/2)(0,0,0)(1/2,1/2,0)三、空间点阵与晶体结构晶体结构= 点阵+ 结构基元晶胞= 点阵格子+ 结构基元石墨的平面结构层石墨的平面点阵I (0,0), (2/3,1/3)II (0,0), (1/3,2/3)III (1/6,1/3), (5/6,2/3)结构基元为两个碳原子。
结构基元中碳原子的坐标：NaCl的晶体结构中，结构基元为Na+和Cl-。
结构基元的离子坐标：Na (0,0,0), Cl(1/2,0,0)。
晶胞中离子坐标为结构基元的离子坐标按面心立方格子平移得到。
面心立方格子阵点坐标：(0,0,0), (1/2,1/2,0), (1/2,0,1/2), (0,1/2,1/2)Na: (0,0,0), (1/2,1/2,0)(1/2,0,1/2), (0,1/2,1/2)Cl: (1/2,0,0), (0,1/2,0)(0,0,1/2), (1/2,1/2,1/2)第三节阵点指数、晶向指数和晶面指数z阵点指数z晶向指数z整数定律z晶面指数z晶带•阵点指数即为空间点阵中阵点的坐标由位置矢量：R= m a+ n b+ p c阵点指数为m, n, p。
对于简单格子，m,n,p为整数。
对于复格子，m,n,p为整数或分数。
P格子阵点坐标：(0,0,0)I格子阵点坐标：(0,0,0), (1/2,1/2,1/2)F格子阵点坐标：(0,0,0), (1/2,1/2,0), (1/2,0,1/2), (0,1/2,1/2) C格子阵点坐标：(0,0,0), (1/2,1/2,0)OA [210] OA”[210]OC [001]OD [110]•整数定律点阵中通过若干阵点的平面称为点阵平面。
晶体外形中每个晶面都和一族点阵平面平行，可以用相同的指数来表示。
整数定律就反映了点阵面与晶面这种统一的关系。
整数定律（有理指数定律）：晶体上任意一晶面在三条晶棱上的截距系数之比，为一简单的整数比。
•晶面指数如某一不通过原点的平面在三个轴矢方向上的截距为m（以a为单位），n（以b为单位）和p（以c为单位）。
令1/m: 1/n: 1/p= h: k: lh: k: l为互质整数比，称为晶面指数或米勒指数（miller index)，记为(hkl)。
它代表了一族相互平行的点阵平面。
晶体的晶面指数与点阵面指数及衍射指数的主要区别：晶面指数（米勒指数）h,k,l 必定是互质的；而点阵面指数可以为不互质的整数。
(110)[110](110)[110](110)[110](110)[110](120)(130)(140)•晶带晶体中若干个晶面平行于某个轴线方向，这些平行晶面称为晶带，轴线方向为该晶带的晶带轴。
用该轴线的晶向指数[uvw]作为带轴符号。
在立方晶体中，属于[001]晶带的晶面有：(100), (010), (100),(010), (110), (110),(110), (110), (210), (120)等等。
在晶体中每一个晶面至少同时属于两个晶带，每一个晶带至少包含两个互不平行的晶面。
任何两个晶带相交处的平面，必定是晶体上的一个可能晶面。
这称为晶带定律。
晶带方程：hu+ kv+ lw= 0即：晶面(hkl)属于带轴[uvw]的条件。
晶带方程可证明如下：晶面（hkl）的平面方程为：x/m + y/n + z/p =1平行于该晶面，并通过原点的平面方程为：x/m + y/n + z/p = 0 即: h x+ k y+l z= 0 （1）通过原点与晶面(hkl)平行的带轴[uvw]，必在过原,y0,z0) ,有：点的平面内，对于带轴上任一点坐标(xu:v:w = x0:y0:z0代入方程（1），得：hu+ kv+ lw= 0由晶带定律，两个晶面决定一个晶带轴。
已知晶面（hk1l1）,（h2k2l2）属于晶带[uvw]，则：1h1u + k1v + l1w= 0h2u + k2v + l2w= 0u:v:w = (k1l2-k2l1) : (l1h2-l2h1) : (h1k2-h2k1)同样，两个晶带决定一个晶面。
第二章 晶体学基本理论
2.7.1 倒易点阵定义
倒易点阵： 是用 a*. b*和c*基矢量描述的三维空间，与a.b.c描
述的正空间互为倒易
倒易点阵满足 a*b=a*c=b*a=b*c=c*.a=c*.b=0---(1) a*a = b*b = c*.c =1--- (2)
第四十二页，共55页
2.7.1 倒易点阵定义
这些空间位向性质完全相同的晶面属于同族等同晶 面，用{hkl}表示
例如：立方晶系中
{ 1 0 0 } ( 1 0 0 ) ( 0 1 0 ) ( 0 0 1 )
{ 1 1 1 } ( 1 1 1 ) ( 1 1 1 ) ( 1 1 1 ) ( 1 1 1 )
第二十八页，共55页
晶向指数的确定
由原点o指向任意一个倒易结点所连接的矢量hakblchkl为整数倒易矢量的方向垂直正点阵的hkl面或平行于晶面的法线hkl晶体点阵经过倒易变换建立相应的倒易点阵晶体中的晶面与其对应倒易点阵结点的关系立方晶系倒易点阵示意图立方晶系倒易点阵100110010001011021020120121101102uvw倒易结点的指数用它所代表的晶面的面指数表示272倒易点阵的性质则正点阵中的晶面在倒易点阵中可以用一个倒易结点表示273倒易点阵的几何意义正点阵中的一组平行晶面hkl相当于倒易点阵中的一个该组晶面间距的倒数
上还有一个阵点，
阵点坐标 000 ， 110,101,011
22 2 2 22
第十七页，共55页
强调：晶体结构和空间点阵的区别
空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，用以 描述和分析晶体结构的周期性和对称性，由于各阵点 的周围环境相同，它只能有14中类型
晶体结构是晶体中实际质点（原子、离子或 分子）的具体排列情况，它们能组成各种类型的 排列，实际存在的晶体结构是无限的
《结晶学及矿物学》复习要点
结晶学一、基本概念：1.晶体（crystal）的概念：内部质点在三维空间周期性重复排列构成的固体物质。
这种质点在三维空间周期性地重复排列称为格子构造，所以晶体是具有格子构造的固体。
2对称型（class of symmetry）晶体宏观对称要素之组合。
（点群，point group）3.空间群：一个晶体结构中，其全部对称要素的总和。
也称费德洛夫群或圣佛利斯群。
4.单形（Simple form）：一个晶体中，彼此间能对称重复的一组晶面的组合。
即能借助于对称型之全部对称要素的作用而相互联系起来的一组晶面的组合。
5.双晶：两个以上的同种晶体，彼此间按一定的对称关系相互取向而组成的规则连生晶体。
6.平行六面体：空间格子中按一定的原则划分出来的最小重复单位称为平行六面体。
是晶体内部空间格子的最小重复单位，是由六个两两平行且相等的面网组成。
7.晶胞：能充分反映整个晶体结构特征的最小结构单元，其形状大小与对应的单位平行六面体完全一致。
8．类质同像：晶体结构中某种质点为性质相似的他种质点所替代，共同结晶成均匀的单一相的混合晶体，而能保持其键性和结构型式不变，仅晶格常数和性质略有改变。
9.同质多像：化学成分相同的物质，在不同的物理化学条件下，形成结构不同的若干种晶体的现象。
10.多型：一种元素或化合物以两种或两种以上层状结构存在的现象。
这些晶体结构的结构单元层基本上是相同的，只是它们的叠置次序有所不同。
二、晶体的6个基本性质1、均一性（homogeneity）：同一晶体的任一部位的物理和化学性质性质都是相同的。
2、自限性（property of self-confinement）：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。
3. 异向性（各向异性）异向性(anisotropy)：晶体的性质随方向的不同而有所差异。
4. 对称性（property of symmetry）：晶体的相同部分（如外形上的相同晶面、晶棱或角顶，内部结构中的相同面网、行列或质点等）或性质，能够在不同的方向或位置上有规律地重复出现。
纯金属结构与结晶
• 原子半径 ➢ 晶胞中相距最近的两个原子之
间距离的一半。体心立方晶胞 中原子相距最近的方向是体对 角线, 所以原子半径与晶格常 数a之间的关系为：
• 常见金属
R 3 a 4
➢ 钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、α-铁
(α-Fe, <912℃)等。
4.3.2 面心立方晶格（ FCC） • 原子排列方式 ➢ 金属原子分布在立方体的八
2.3.3 密排六方晶格（ HCP） • 原子排列方式 • 十二个金属原子分布在六方体的十二个角上, 在上下底面的
中心各分布一个原子, 上下底面之间均匀分布三个原子。
• 密排六方晶胞的特征：
➢ 晶格常数：用底面正六边形的边长a和两 底面之间的距离c来表达, c/a=1.633，
两相邻侧面之间的夹角为120°, 侧面与 底面之间的夹角为90°。
树枝状长大的实际观察
树枝状结晶
金
金
属 的
属 的
树
树
枝 晶
枝 晶
金 属 的 树 枝
冰 的 树 枝 晶
晶
2.5.4 金属结晶后晶粒的大小及力学性能的影响
• 晶粒度：单位体积内晶粒数目。为测量方便，常以单位界 面内晶粒数目
• 对金属材料的影响：
➢ 细晶强化。通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方
法称为细晶强化。
动画--晶面指数的确定方法
15
晶面族
在晶体内凡晶 面间距和晶面上 原子排列分布情 况完全相同，只 是空间位向不同 的一组晶面的集 合称为晶面族。
16
（2）晶向指数 • 确定步骤 ➢ 建立坐标系，度量单位 ➢ 求坐标。u’,v’,w’ ➢ 化整数。 u,v,w. ➢ 加[ ]。[uvw]。 • 说明： ➢ 指数意义：代表相互平行、
金属的晶体结构
离 共 子 价 健 健
第二节 实际金属的晶体结构 与晶体缺陷
一.单晶体与多晶体的基本概念 1.单晶体( single crystal )的特征: * 晶体由一个晶格排列方位完全一 致的晶粒组成。 * 晶体具有各向异性( aeolotropy )。 例如:单晶硅、单晶锗等。
单晶体结构示意图
2.多晶体( polycrystal )的特征
N= 12 ( 原子间的最近距离d = a )
属于密排六方晶格的金属有: 镁 ( Mg ) ; 锌 ( Zn ) ; 镉 ( Cd ) ;
α – 钛 ( α – Ti ) ; 铍 ( Be ) 等 。
5.晶面(crystal face): 在晶格中由一系 列原子所构成的平面称为晶面。
6.晶面指数(indices of crystallographic plane):用密勒(Miller)指数对晶格中 某一晶面进行标定。
1855年,法国学者布拉维(Bravais)用数学方法证 明了空间点阵共有且只能有十四种,并归纳为七个 晶系: 1). 三斜晶系 2). 单斜晶系 3). 正交晶系 4). 六方晶系 5). 菱方晶系 6). 正方晶系 7). 立方晶系 a=b=c, a=b=c, a=b=c, a=b=c, a=b=c, a=b=c, a=b=c, α = β = γ = 90° α = γ = 90° = β; α = β = γ =90° ; ° α=β= 90 ,γ=120 α = β = γ = 90°; α = β = γ = 90°; α = β = γ = 90°;
第二章 金属的晶体结构
第二章 金属的晶体结构 Crystal Structure of Metal
晶体结构的基础知识
实际金属的晶体结构与晶体缺陷
《晶体的常识》教案最全版
《晶体的常识》教案最全版第一章：引言1.1 教学目标让学生了解晶体的基本概念和特点。
激发学生对晶体研究的兴趣。
1.2 教学内容晶体的定义与分类晶体的基本特点晶体的重要性1.3 教学方法讲授法：介绍晶体的基本概念和特点。
互动法：引导学生讨论晶体的实际应用。
1.4 教学资源课件：展示晶体的图片和实例。
视频：播放晶体生长的实验过程。
1.5 教学步骤1. 导入：通过展示晶体图片，引发学生的好奇心。
2. 讲解：介绍晶体的定义、分类和基本特点。
3. 实例分析：分析晶体的实际应用。
4. 讨论：引导学生探讨晶体的重要性。
5. 总结：强调本节课的重点内容。
第二章：晶体的定义与分类让学生了解晶体的定义和分类。
2.2 教学内容晶体的定义晶体的分类：原子晶体、离子晶体、分子晶体和金属晶体2.3 教学方法讲授法：讲解晶体的定义和分类。
2.4 教学资源课件：展示晶体的定义和分类。
2.5 教学步骤1. 复习：回顾上一节课的内容。
2. 讲解：讲解晶体的定义和分类。
3. 示例：展示不同类型的晶体实例。
4. 练习：让学生区分不同类型的晶体。
5. 总结：强调本节课的重点内容。
第三章：晶体的基本特点3.1 教学目标让学生了解晶体的基本特点。
3.2 教学内容晶体的周期性结构晶体的点阵参数晶体的对称性讲授法：讲解晶体的基本特点。
互动法：引导学生探讨晶体的对称性。
3.4 教学资源课件：展示晶体的基本特点。
3.5 教学步骤1. 复习：回顾上一节课的内容。
2. 讲解：讲解晶体的周期性结构、点阵参数和对称性。
3. 示例：展示晶体的对称性实例。
4. 练习：让学生分析晶体的对称性。
5. 总结：强调本节课的重点内容。
第四章：晶体的重要性4.1 教学目标让学生了解晶体的重要性。
4.2 教学内容晶体在材料科学中的应用晶体在自然界中的分布晶体在现代科技领域中的应用4.3 教学方法讲授法：讲解晶体的重要性。
互动法：引导学生探讨晶体在实际应用中的重要性。
4.4 教学资源课件：展示晶体的重要性和应用实例。
第二章 晶体结构
晶胞
• 有实在的具体质点所 组成
平行六面体
• 由不具有任何物理、化学 特性的几何点构成。
是指能够充分反映整个晶体结构特征的最小结构单位， 其形状大小与对应的单位平行六面体完全一致，并可用 晶胞参数来表征，其数值等同于对应的单位平行六面体 参数。
晶胞棱边长度a、b、c，其单位为nm ,棱间夹角α、β、 γ。这六个参数叫做点阵常数或晶格常数。
面网密度：面网上单位面积内结点的数目； 面网间距：任意两个相邻面网的垂直距离。
相互平行的面网的面网密度
和面网间距相等； 面网密度大的面网其面网间 距越大。
空间格子―――连接分布在三维空间的结点构成空 间格子。由三个不共面的行列就决定一个空间格子。
空间格子由一系列 平行叠放的平行六 面体构成
2-1 结晶学基础
一、空间点阵
1.晶体的基本概念 人们对晶体的认识，是从石英开始的。 人们把外形上具有规则的几何多面体形态的 固体称为晶体。 1912年劳厄（德国的物理学家）第一次成功 获得晶体对X射线的衍射线的图案，才使研究 深入到晶体的内部结构，才从本质上认识了 晶体，证实了晶体内部质点空间是按一定方 式有规律地周期性排列的。
第二章 晶体结构
第二章 晶体结构
1
结晶学基础 晶体化学基本原理 非金属单质晶体结构
2
3 4 5
无机化合物晶体结构
硅酸盐晶体结构
重点：重点为结晶学指数，晶体中质点的堆 积，氯化钠型结构，闪锌矿型结构，萤石型 （反萤石型）结构，钙钛矿型结构，鲍林规 则，硅酸盐晶体结构分类方法。 难点：晶体中质点的堆积，典型的晶体结构 分析。
• 结点分布在平行六面
体的顶角； •平行六面体的三组棱长 就是相应三组行列的结 点间距。
材料科学基础复习
第一章、晶体结构基础1、晶体的基本概念晶体的本质：质点在三维空间成周期性重复排列晶体的基本性质：结晶均一性、各向异性、自限性、对称性、最小内能性2、对称的概念物体中的相同部分作有规律的重复对称要素：对称面、对称中心、对称轴（对称轴的类型和特点）（L1、L2、L3、L4、L6、C 、P ）4次倒转轴不能被其他的对称要素及其组合取代对称操作:借助对称要素，使晶体的相同部分完全重复的操作对称要素的组合必须满足晶体的整体对称要求，不是无限的。
3、对称型（点群）：宏观晶体中只存在32种对称型对称型的概念（所具有的宏观对称要素以一定的顺序组合起来）4、晶体的分类 、晶族分类的依据5、晶面的取向关系 、晶面指数的含义和计算（举例）6、空间点阵的概念、 14种布拉维格子（ P (R) 、I 、F 、C 格子）7、晶胞的概念 、晶胞参数（计算）8、微观对称要素的特征、空间群的概念（只存在230种空间群）在微观对称操作中都包含有平移动作9、球体紧密堆积原理 （六方密堆、立方密堆）10、鲍林规则（离子晶体）11、决定晶体结构的因素：化学组成、质点相对大小、极化性质12、同质多晶、类质同晶13、典型的晶体结构（晶体结构的描述方法）CaF2结构、金刚石结构、金红石结构、刚玉结构、 CaTiO3、尖晶石结构14、硅酸盐晶体结构、硅酸盐晶体结构分类的依据15、层状硅酸盐晶体的结构特点，（晶胞参数a 和b 值相近）16、石英、鳞石英、方石英的结构特点第二章、晶体结构缺陷1、缺陷的概念（凡是造成晶体点阵的周期性势场发生畸变的一切因素）2、热缺陷 （弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷）及计算 热缺陷是一种本征缺陷、高于0K 就存在，影响热缺陷浓度的因数：温度和热缺陷形成能（晶体结构）3、杂质缺陷、固溶体（晶态固体） 固溶体、化合物、混合物之间的比较4、非化学计量化合物结构缺陷 种类、形成条件、特点，缺陷的计算等5、连续置换型固溶体的形成条件6、影响形成间隙型固溶体的因素7、组分缺陷（补偿缺陷）：不等价离子取代 形成条件、特点（浓度取决于掺杂量和固溶度） 缺陷浓度的计算、与热缺陷的比较8、缺陷反应方程和固溶式产生的各种缺陷杂质基质−−→−i Cl K K Cl 2l C Cl Ca CaCl '++−→−⨯∙⨯∙'+'+−→−ClK K KCl 2l C 2V Ca CaCl9、固溶体的研究与计算写出缺陷反应方程固溶式、算出晶胞的体积和重量理论密度（间隙型、置换型）和实测密度比较10、位错概念刃位错：滑移方向与位错线垂直，伯格斯矢量b与位错线垂直螺位错：滑移方向与位错线平行，伯格斯矢量b与位错线平行第三章、非晶态固体1、熔体的概念：不同聚合程度的各种聚合物的混合物硅酸盐熔体的粘度与组成的关系2、非晶态物质的特点3、玻璃的通性4、Tg 、Tf 相对应的粘度和特点5、网络形成体、网络变化体、网络中间体计算（如Pb玻璃中Pb2＋的作用）6、玻璃形成的热力学观点（结晶化、玻璃化、分相）7、玻璃形成的动力学条件3T图---临界冷却速率8、玻璃形成的结晶化学条件（键强、键型）9、玻璃的结构学说（二种玻璃结构学说的共同之处和不同之处）10、玻璃的结构参数（注意给出的条件）Z可根据玻璃类型确定，先计算R，再计算X、Y11、硼的反常现象12、硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃的区别硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃在结构上的区别：（1）在硅酸盐晶体中，[SiO4]骨架按一定的对称规律有序排列；在硅酸盐玻璃中[SiO4]骨架的排列是无序的。
第二章晶体的基本概念
3
固体的鉴定和分析：物相和成分
SrO + TiO2 SrTiO3
物相鉴定最常用的方法是X-射线衍射。它是基 于一种特定的相具有特征的结构参数,从而表现特征 的衍射参数。
2018/3/9
发现材
结构与性
探索和设
料性能 能的关系 计新材料
• 1986年，(La,Ba)2CuO4
Tc>30K
金刚石 C
石英 SiO2
萤石 CaF2
锆石 ZrSiO4
单晶体(single crystal)和多晶体(polycrystal)
单晶体：原子或离子按一定的几何规律完成周期排列的整块晶体。 多晶体：由许许多多单晶体微粒所形成的固体集合体。
single crystal
particle
polycrystal
对称性
例如食盐晶体具有立方体外形，云母片上的蜡熔化 图形呈椭圆形，而不是呈其他任意的不规则形状， 这些都说明有对称性存在。
晶体(crystal)与非晶体(non-crystal)的异同
non-crystal ：Some substances, such as wax, pitch and glass, which posses the outward appearance of being in the solid state, yield and flow under pressure, and they are sometimes regarded as highly viscous liquid.
YBa2Cu3O7-z
90K
Bi2Sr2Can-1CunOz 7-110K
Tl2Ba2Can-1CunOz >93K • 它们是由钙钛矿衍生出来的准二维层状结构。
无机材料科学基础考研复习综述
第一章、晶体结构基础1、晶体的基本概念晶体的本质：质点在三维空间成周期性重复排列的固体，或者是具有格子构造的固体。
晶体的基本性质：结晶均一性、各向异性、自限性、对称性、最小内能性。
对称性：同一晶体中，晶体形态相同的几个部分（或物理性质相同的几个部分）有规律地重复出现。
空间格子的要素：结点—空间格子中的等同点。
行列—结点沿直线方向排列成为行列。
结点间距—相邻两结点之间的距离；同一行列或平行行列的结点间距相等。
面网—由结点在平面上分布构成，任意两个相交行列便可以构成一个面网。
平行六面体：结点在三维空间的分布构成空间格子，是空间格子的最小体积单位。
2、晶体结构的对称性决定宏观晶体外形的对称性。
3、对称型（点群）：一个晶体中全部宏观对称要素的集合。
宏观晶体中只存在32种对称型4、对应七大晶系可能存在的空间格子形式：14种布拉维格子三斜：简单；单斜：简单、底心；正交：简单、底心、体心、面心；三方：简单R四方：简单、体心；六方：简单；立方：简单、体心、面心；P(简单点阵） I(体心点阵) C(底心点阵) F(面心点阵)底心点阵：A（100） B (010) C(001) 面心立方晶系中对应的密排面分别为（111）;体心立方（110）;六方晶系（0001）低指数晶面间距较大，间距越大则该晶面原子排列越紧密。
高指数则相反5、整数定律：晶面在各晶轴上的截距系数之比为简单整数比。
6、宏观晶体中独立的宏观对称要素有八种：1 2 3 4 6 i m 4空间点阵：表示晶体结构中各类等同点排列规律的几何图形。
或是表示晶体内部结构中质点重复规律的几何图形。
空间点阵有，结点、行列、面网、平行六面体空间点阵中的阵点，称为结点。
7、晶胞：能充分反映整个晶体结构特征最小结构单位。
晶胞参数：表征晶胞形状和大小的一组参数（a0、b0、c0，α、β、γ）与单位平行六面体相对应的部分晶体结构就称为晶胞。
因此，单位平行六面体的大小与形状与晶胞完全一样，点阵常数值也就是晶胞常数值。
材料科学基础——纯金属的凝固
度 温 Tm Ts
无限缓慢
时间
整理课件
2 晶体凝固的热力学条件
GHTS
dG S dT
SL SS
液体和晶体自由能随温度变化
G H TS dG S dT SL SS
ΔT
T1 T0
整理课件
GL=GS时，Tm称平衡熔点。
单位体积自由能的变化ΔGv与过冷度ΔT的关系：
G VG LG SH LTLS (H STSS ) H LH ST(SLSS) HT S
整理课件
2.1.2 结晶的条件
1. 结晶的过冷现象
整理课件
a. 过冷现象(undercooling)
实际结晶温度
低于理论结晶温度 度温
的现象。
Tm
ΔT
ΔT=Tm-Ts
无限缓慢
称：
Ts
ΔT为过冷度
时间
金属纯度↑ΔT↑，冷却速度↑ΔT↑
整理课件
b. 结晶潜热
1mol物质从一个相转变为另一个相时，伴 随着放出或吸收的热量称为相变潜热。
整理课件
r 2 2 T '
L
L m
k G LT
V
m
163
G
L
3(G) 非均匀
2
G均匀 23co4sco3s
rk' rk
G
' k
Gk
整理课件
整理课件
b. 非均匀形核的形核率
G非 * G均 * ，较小的过冷度下可获得较高的 形核率，但非均匀形核的最大形核率小于最大 的均匀形核率
核均
核非
匀
整理课件
2.2 晶核形成规律
晶核的形成分为均匀形核和非均匀形核。 ✓ 形核率(nucleation ratio):单位时间内,单位