無機材料物理化學第一章

1、無機材料物理化學第一章無機材料物理化學第一章何謂材料？材料的分類？何謂材料？材料的分類？ 材料是人類社會所能夠接受的、可經(jīng)材料是人類社會所能夠接受的、可經(jīng)濟地用于制成生活和生產(chǎn)中的那些有用濟地用于制成生活和生產(chǎn)中的那些有用的物品、器件、構件、機器和其它產(chǎn)品的物品、器件、構件、機器和其它產(chǎn)品的物質。的物質。關鍵點：材料是物質，但是不是所有的關鍵點：材料是物質，但是不是所有的物質都是可以被稱為材料的；材料的含物質都是可以被稱為材料的；材料的含有必須考慮社會和經(jīng)濟因素有必須考慮社會和經(jīng)濟因素無機材料物理化學第一章無機材料物理化學第一章 何謂無機材料？何謂無機材料？ 無機材料通常主要是指無機非金屬材料

2、。無機材料通常主要是指無機非金屬材料。 主要是指由無機物單獨或混合其他物質制主要是指由無機物單獨或混合其他物質制成的材料。通常指由硅酸鹽、鋁酸鹽、硼酸成的材料。通常指由硅酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽等原料和鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽等原料和/或氧化物、氮或氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、鹵化物等原料經(jīng)一定的工藝制備而成的材料鹵化物等原料經(jīng)一定的工藝制備而成的材料 。無機材料物理化學第一章硅物化硅物化工藝工藝指導指導補充完善補充完善理論角度理論角度制造角度制造角度奠定工藝基礎奠定工藝基礎提供理論依據(jù)提供理論依據(jù)專業(yè)理論訓練專業(yè)理論訓練奠定工業(yè)

3、基礎奠定工業(yè)基礎工程實際訓練工程實際訓練（一）、問題的引出：（一）、問題的引出：目目 標標000無機材料物理化學第一章（二）、無機材料工藝的回顧：（二）、無機材料工藝的回顧：擴散、相變、固相反應、燒結等擴散、相變、固相反應、燒結等原料原料產(chǎn)品產(chǎn)品熱過程熱過程 晶體（缺陷）晶體（缺陷）熔體熔體玻璃玻璃條件條件相圖相圖熱力學熱力學動力學動力學無機材料物理化學第一章內(nèi)容內(nèi)容（三）硅物化內(nèi)容的引出：（三）硅物化內(nèi)容的引出：無機材料物理化學第一章（四）、無機材料物理化學的科學內(nèi)涵（四）、無機材料物理化學的科學內(nèi)涵 材料科學與工程的基礎材料科學與工程的基礎性能性能使用效能使用效能合成與合成與制備制備組成與

4、結構組成與結構無機非金屬材料科學與工程無機非金屬材料科學與工程無機非金屬材料科學與工程是一門研究無機非金屬材料合成與制備合成與制備、組成與結構組成與結構、性能、性能、使用效能使用效能 四者之間的關系與規(guī)律關系與規(guī)律的科學。無機材料物理化學第一章科學方面科學方面偏重于研究材料的合成與制備、組成與結構、性能與使用效能各組員本身及其相互間關系的規(guī)律；材料科學與工程的材料科學與工程的工程研究中還應包括工程研究中還應包括材料制備與表征所需的儀器、設備的設計與制造。在材料科學與工程的發(fā)展中，科學與工程彼此密切結合，構成一個學科整體。工程方面工程方面著重與研究如何利用這些規(guī)律性的研究成果以新的或更有效的方式

5、開發(fā)并生產(chǎn)出材料，提高材料的使用效能，以滿足社會的需要。無機材料物理化學第一章1. 1. 合成與制備合成與制備合成合成指促使原子、分子結合而構成材料的化學與物理過程。合成的研究既包括有關尋找新合成方法尋找新合成方法的科學問題，也包括以適當?shù)臄?shù)量和形態(tài)合成材料的合成材料的技術問題技術問題；既包括新材料的合成新材料的合成，也應包括已有材料的新合成方法有材料的新合成方法（如溶膠-凝膠法）及其新形態(tài)新形態(tài)（如纖維、薄膜）的合成。無機材料物理化學第一章制備制備研究如何控制原子與分子使之構成有用的材料。這一點是與合成相同的，但制備還包括在更為宏觀的尺度宏觀的尺度上或以更大的規(guī)?？刂撇牧系慕Y構，使之具備所需

6、的性能和適用效能， 即包括材料的加工、處理、裝配和制造。簡而言之，合成與制備就是將原子、分子聚簡而言之，合成與制備就是將原子、分子聚合起來并最終轉變?yōu)橛杏卯a(chǎn)品的一系列合起來并最終轉變?yōu)橛杏卯a(chǎn)品的一系列連續(xù)過程。連續(xù)過程。無機材料物理化學第一章把合成制備簡單的與工藝等同起來而忽把合成制備簡單的與工藝等同起來而忽略其基礎研究的科學內(nèi)涵，是不恰當?shù)?！略其基礎研究的科學內(nèi)涵，是不恰當?shù)?！在合成與制備中工程性的研究固然重要，基基礎研究也不應忽視礎研究也不應忽視。對材料合成與制備的動力學過程的研究可以揭示過程的本質，為改進制備方法建立新的制備技術提供科學基礎。以晶體材料為例以晶體材料為例在晶體生產(chǎn)中如果不

7、了解原料合成與生產(chǎn)各階段發(fā)生的物理化學過程、熱量與質量的傳輸、固液界面的變化和缺陷的生成以及環(huán)境參數(shù)對這些過程的影響，就不可能建立并掌握生長參數(shù)優(yōu)化的制備方法，生長出具有所需組成、完整性、均勻性和物理性的晶體材料。無機材料物理化學第一章以陶瓷材料為例以陶瓷材料為例陶瓷材料的最嚴重的問題是可靠性差，原因是制備制備過程落后以致材料的微結構和特性缺少均勻性和重復性過程落后以致材料的微結構和特性缺少均勻性和重復性。研究結果已表明，若粉料在材料制備中發(fā)生團聚，則材料難免出現(xiàn)分布不均勻的氣孔從而導致性能不均一。為提高材料的可靠性，必須對制備過程中的每階段為提高材料的可靠性，必須對制備過程中的每階段所發(fā)生的

8、化學、物理變化認真加以研究并做出必要的表所發(fā)生的化學、物理變化認真加以研究并做出必要的表征征。陶瓷材料中顆粒間界的強度遠遠低于顆?；蚓Я１旧淼膹姸取榱颂岣卟牧蠌姸?，對顆粒間晶界結構、本質和在為了提高材料強度，對顆粒間晶界結構、本質和在制備中的變化過程以及這些過程如何受制備條件的影響，制備中的變化過程以及這些過程如何受制備條件的影響，進行基礎性的研究，是極其重要的。進行基礎性的研究，是極其重要的。無機材料物理化學第一章2. 2. 組成與結構組成與結構組成組成 指構成材料物質的原子、分子及其分布；除主要組成以外，雜質雜質及對無機非金屬材料結構與性能有重要影響的微量添加物亦不能忽略。結構結構則指組

9、成原子、分子在不同層次上彼此結合的形式、狀態(tài)和空間分布，包括原子與原子與電子結構電子結構、分子結構、晶體結構、相結構、分子結構、晶體結構、相結構、晶粒結構、表面與晶界結構、缺陷結構等晶粒結構、表面與晶界結構、缺陷結構等；在尺度上則包括納米以下納米以下、納米、微米、毫納米、微米、毫米及更宏觀的結構層次米及更宏觀的結構層次。無機材料物理化學第一章了解材料的組成與結構及它們了解材料的組成與結構及它們同合成與制備之間、性能與使用同合成與制備之間、性能與使用效能之間的內(nèi)在聯(lián)系，一直是效能之間的內(nèi)在聯(lián)系，一直是無無機非金屬材料科學與工程機非金屬材料科學與工程 的基本研究內(nèi)容的基本研究內(nèi)容。無機材料物理化學

10、第一章（五）、無機材料物理化學的研究方法：（五）、無機材料物理化學的研究方法：1、無機材料物理化學的性質：、無機材料物理化學的性質： 研究無機材料科學與工程涉及的各種物質聚集狀態(tài)的結構和結構變化，以及結構對性能的決定作用。材料結構性能化學反應（組成）2、基本思、基本思路：路：化學組成化學組成結構結構性能性能決定決定無機材料物理化學第一章 無機材料科學基礎無機材料科學基礎 陸佩文主編陸佩文主編 武漢工業(yè)大學出版社武漢工業(yè)大學出版社 硅酸鹽物理化學硅酸鹽物理化學 陸佩文主編陸佩文主編 東南大學出版社東南大學出版社 硅酸鹽物理化學硅酸鹽物理化學丁子上等主編丁子上等主編 中國建筑工業(yè)出版社中國建筑工業(yè)

11、出版社 無機材料物理化學無機材料物理化學葉瑞倫主編葉瑞倫主編 天津大學天津大學 怎樣看硅酸鹽相圖怎樣看硅酸鹽相圖沈鶴年沈鶴年 玻璃物理化學導論玻璃物理化學導論P.P.貝爾塔等著貝爾塔等著 中國建筑工業(yè)出版社中國建筑工業(yè)出版社 陶瓷導論陶瓷導論W.D.KingeryW.D.Kingery中國建筑工業(yè)出社中國建筑工業(yè)出社（六）、參考教材：（六）、參考教材：無機材料物理化學第一章 （1）課程特點及學習方法）課程特點及學習方法 課程特點：內(nèi)容多、原理規(guī)律多、概念定義多（2）重點內(nèi)容）重點內(nèi)容 熟悉常用術語和基本概念。 深刻領會材料結構、性能、組成之間的辯證關系、 （3）課時分配）課時分配 講課講課 6

12、0學時（含習題課）、討論學時（含習題課）、討論 8學時學時 （七）相關說明：（七）相關說明：無機材料物理化學第一章 第第1 1章章 幾何結晶學基礎幾何結晶學基礎晶體的基本特征晶體的基本特征晶體的宏觀對稱和晶體分類晶體的宏觀對稱和晶體分類晶體定向和晶面符號晶體定向和晶面符號晶體結構的基本特征晶體結構的基本特征 無機材料物理化學第一章晶體是怎樣的物質晶體是怎樣的物質？1.1晶體的基本特征晶體的基本特征1.1.1晶體的基本概念無機材料物理化學第一章無機材料物理化學第一章無機材料物理化學第一章無機材料物理化學第一章晶體的研究首先是從研究晶體幾何外形晶體的研究首先是從研究晶體幾何外形的特征開始的特征開始

13、. .在古代，無論中外，都把在古代，無論中外，都把具有規(guī)則的幾何多面體形態(tài)的水晶稱具有規(guī)則的幾何多面體形態(tài)的水晶稱為晶體為晶體; ;凡是具有（非人工琢磨而成）幾何多面凡是具有（非人工琢磨而成）幾何多面體形態(tài)的固體都稱之為晶體體形態(tài)的固體都稱之為晶體以上兩種定義都是不正確的以上兩種定義都是不正確的無機材料物理化學第一章l1912年，年，X射線晶體衍射實驗成功，對晶射線晶體衍射實驗成功，對晶體的研究從晶體的外部進入到晶體的內(nèi)體的研究從晶體的外部進入到晶體的內(nèi)部，使結晶學進入一個嶄新的發(fā)展階段。部，使結晶學進入一個嶄新的發(fā)展階段。現(xiàn)已證明，一切晶體不論其外形如何，現(xiàn)已證明，一切晶體不論其外形如何，它

14、的內(nèi)部質點（原子、離子或分子）都它的內(nèi)部質點（原子、離子或分子）都是在三維空間有規(guī)律排列，主要表現(xiàn)為是在三維空間有規(guī)律排列，主要表現(xiàn)為同種質點的周期重復，構成了所謂的同種質點的周期重復，構成了所謂的“格子構造格子構造”。l所有晶體都具有格子構造所有晶體都具有格子構造l晶體的共同特點。晶體的共同特點。重要的結論重要的結論無機材料物理化學第一章無機材料物理化學第一章物質結晶狀態(tài)時的本質特征：結構基元結構基元在空間是不隨時間變化的三維周期排列”，它決定了晶體材料的宏觀和微觀的物理性能；如果物質的結構不具備這樣的本質特征，如玻璃等，則就是非晶體材料；有些有機高分子材料，它們的結構基元只是一維或二維的近

15、視長程有序排列，其性質介于晶體和非晶體之間，這種物質稱為液態(tài)晶體，簡稱液晶；晶態(tài)物質可以有多個晶體組成，由許多取向不同的單晶體晶粒隨機排列組合而成，也稱為多晶體。各個晶粒之間的分界線稱為晶界。問題的提出 : 結構基元的概念？無機材料物理化學第一章 研究晶體的微觀結構重點就是要研究周期排研究晶體的微觀結構重點就是要研究周期排列的規(guī)律性。列的規(guī)律性。 為了研究上的便利，通常把結構基元中的原為了研究上的便利，通常把結構基元中的原子或分子抽象為一個幾何點。這樣，研究基子或分子抽象為一個幾何點。這樣，研究基元的三維排列的規(guī)律就成為研究幾何質點的元的三維排列的規(guī)律就成為研究幾何質點的排列規(guī)律排列規(guī)律 空間

16、點陣?？臻g點陣。點陣：幾何點在空間呈周期性規(guī)則排列的陣列?？臻g點陣：用許多平行的直線將所有點陣連接起來所構成的一個三維幾何架子，稱為空間點陣或稱為空間格子。 無機材料物理化學第一章1.1.2幾何結晶學的空間格子 晶體的結構特征晶體的結構特征空間格子構造 相當點：相當點：以氯化銫（以氯化銫（CsCl）的晶體結構為例。無論）的晶體結構為例。無論Cl- 或或Cs在晶體結構的任何一方向上都是每隔一定在晶體結構的任何一方向上都是每隔一定的距離重復出現(xiàn)一次。的距離重復出現(xiàn)一次。 無機材料物理化學第一章 為了進一步揭示質點周期性重復的規(guī)律，我們?yōu)榱诉M一步揭示質點周期性重復的規(guī)律，我們可以對它作某種抽象。先在

17、結構中選出任一幾可以對它作某種抽象。先在結構中選出任一幾何點，這個點可以取在陰或陽離子的中心，也何點，這個點可以取在陰或陽離子的中心，也可以取它們之間的任意一點，然后在結構中找可以取它們之間的任意一點，然后在結構中找出與此點相當?shù)膸缀吸c，稱為出與此點相當?shù)膸缀吸c，稱為“相當點相當點”。相當點的條件是：相當點的條件是： 如果原始幾何點是取在質點的中心，則相如果原始幾何點是取在質點的中心，則相當點所占的質點的種類應是相同的，也就是當點所占的質點的種類應是相同的，也就是占據(jù)同種質點的中心；占據(jù)同種質點的中心； 這些質點周圍的環(huán)境以及方位應是相同的，這些質點周圍的環(huán)境以及方位應是相同的，也就是說這些質

18、點周圍相同的方向上要有相也就是說這些質點周圍相同的方向上要有相同的質點。同的質點。 無機材料物理化學第一章 相當點可以簡單的定義為晶體結構中物質環(huán)境和相當點可以簡單的定義為晶體結構中物質環(huán)境和幾何環(huán)境完全相同的點，也稱幾何環(huán)境完全相同的點，也稱“等同點等同點”。 相當點的分布可以體現(xiàn)晶體結構中所有質點的重相當點的分布可以體現(xiàn)晶體結構中所有質點的重復規(guī)律。復規(guī)律。相當點在三維空間作規(guī)則排列而成的格子狀幾何相當點在三維空間作規(guī)則排列而成的格子狀幾何圖形稱為圖形稱為“空間點陣空間點陣”或或“空間格子空間格子”。 為研究晶體為研究晶體內(nèi)部質點的內(nèi)部質點的重復規(guī)律不重復規(guī)律不受晶體大小受晶體大小限制，設

19、想限制，設想空間點陣為空間點陣為無限圖形無限圖形空間點陣空間點陣無機材料物理化學第一章 空間格子要素：空間格子要素： 結點、行列、面網(wǎng)、平行六面體、晶胞結點：空間格子中的點，代表晶體結構中的相當點，結點：空間格子中的點，代表晶體結構中的相當點，只具幾何意義，不代表任何質點。但在實際晶體中，結只具幾何意義，不代表任何質點。但在實際晶體中，結點的位置可以被同種質點所占據(jù)。點的位置可以被同種質點所占據(jù)。行列：結點在直線上的排列即構成行列。行列：結點在直線上的排列即構成行列。行列中相鄰結點間的距離稱為該行列的結點間距。行列中相鄰結點間的距離稱為該行列的結點間距。同一行列或彼此平行的行列上結點間距相等；

20、同一行列或彼此平行的行列上結點間距相等；不同方向的行列，其結點間距一般不等。不同方向的行列，其結點間距一般不等。行行 列列無機材料物理化學第一章 面網(wǎng)：結點在平面上的分布構成面網(wǎng)。面網(wǎng)：結點在平面上的分布構成面網(wǎng)。面網(wǎng)上單位面積內(nèi)結點的數(shù)目稱為網(wǎng)面密度。面網(wǎng)上單位面積內(nèi)結點的數(shù)目稱為網(wǎng)面密度?；ハ嗥叫械拿婢W(wǎng)，網(wǎng)面密度相同；不平行的面互相平行的面網(wǎng)，網(wǎng)面密度相同；不平行的面網(wǎng)，網(wǎng)面密度一般不等。網(wǎng)，網(wǎng)面密度一般不等。相互平行的相鄰兩面網(wǎng)之間的垂直距離稱為面相互平行的相鄰兩面網(wǎng)之間的垂直距離稱為面網(wǎng)間距。網(wǎng)間距。 無機材料物理化學第一章 平行六面體：是空間格子在三維空間上平行六面體：是空間格子在三

21、維空間上可以劃出的最小重復單位?？梢詣澇龅淖钚≈貜蛦挝?。 由八個結點、六個兩兩平行而且相等的由八個結點、六個兩兩平行而且相等的面組成。面組成。平行六面體平行六面體無機材料物理化學第一章(5) 晶胞晶胞為了說明實際晶體中的點陣排列規(guī)律和特點，從中取出的為了說明實際晶體中的點陣排列規(guī)律和特點，從中取出的一個具有代表性的基本單元（最小平行六面體）作為點一個具有代表性的基本單元（最小平行六面體）作為點陣的組成單元，稱為晶胞。陣的組成單元，稱為晶胞。所以，實際晶體的結構可以看成是晶胞作三維的重復堆砌所以，實際晶體的結構可以看成是晶胞作三維的重復堆砌而成的。而成的。平行六面體與晶胞的區(qū)別：平行六面體與晶胞

22、的區(qū)別：（A）晶體中的晶胞是有大小和形狀區(qū)別的；）晶體中的晶胞是有大小和形狀區(qū)別的；（B）晶胞中環(huán)繞每個節(jié)點的原子種類、數(shù)量及分布是有）晶胞中環(huán)繞每個節(jié)點的原子種類、數(shù)量及分布是有區(qū)別的；區(qū)別的；（C）平行六面體強調(diào)的是幾何特征，而晶胞體現(xiàn)的是實）平行六面體強調(diào)的是幾何特征，而晶胞體現(xiàn)的是實際理想晶體的構造。前者僅僅表征質點在空間的排列規(guī)際理想晶體的構造。前者僅僅表征質點在空間的排列規(guī)律，而后者在描述規(guī)律的同時涉及了具體節(jié)點位置上的律，而后者在描述規(guī)律的同時涉及了具體節(jié)點位置上的具體原子或離子等。具體原子或離子等。無機材料物理化學第一章無機材料物理化學第一章 一切晶體所共有的，并且是由晶體的格

23、子構造所一切晶體所共有的，并且是由晶體的格子構造所決定的性質，稱為晶體的基本性質。決定的性質，稱為晶體的基本性質。1.1.3 晶體的基本性質晶體的基本性質1、自限性：是指晶體在適當條、自限性：是指晶體在適當條件下可以自發(fā)地形成幾何多面體件下可以自發(fā)地形成幾何多面體的性質。的性質。晶體通常被平的晶面所包圍，晶體通常被平的晶面所包圍，晶面相交成直的晶棱，晶棱晶面相交成直的晶棱，晶棱匯聚成尖的角頂。匯聚成尖的角頂。晶體的多面體形態(tài)，是其格晶體的多面體形態(tài)，是其格子構造在外形上的直接反映。子構造在外形上的直接反映。晶面、晶棱與角頂分別與格晶面、晶棱與角頂分別與格子構造中的面網(wǎng)、行列及結子構造中的面網(wǎng)、

24、行列及結點相對應。點相對應。無機材料物理化學第一章 2 2、均一性：、均一性：由于晶體是具有格子構造的固體，在同一由于晶體是具有格子構造的固體，在同一晶體的各個不同部分，質點的分布一樣，故晶體的各部晶體的各個不同部分，質點的分布一樣，故晶體的各部分的物理化學性質相同。分的物理化學性質相同。 非晶體也具有均一性。但非晶體不具格子構造，非晶體也具有均一性。但非晶體不具格子構造，其均一性是統(tǒng)計的、平均近似的均一，稱為其均一性是統(tǒng)計的、平均近似的均一，稱為統(tǒng)計統(tǒng)計均一性均一性；而晶體均一性取決于格子構造，稱為；而晶體均一性取決于格子構造，稱為結結晶均一性晶均一性。兩者有本質區(qū)別。兩者有本質區(qū)別。3、異

25、向性：、異向性： 同一晶體的同一晶體的格子構造中，在不同方向格子構造中，在不同方向上質點的排列一般不同，上質點的排列一般不同，晶體的性質也就隨著方向晶體的性質也就隨著方向的不同而有所差異。如藍的不同而有所差異。如藍晶石的硬度、云母的解理、晶石的硬度、云母的解理、石英折射率等。石英折射率等。44.567藍晶石晶體的硬度藍晶石晶體的硬度無機材料物理化學第一章4 4、對稱性：、對稱性：是指某種相同的性質在不同是指某種相同的性質在不同的方向或位置上作有規(guī)律地重復。對稱性的方向或位置上作有規(guī)律地重復。對稱性是晶體非常重要的性質，也是晶體分類的是晶體非常重要的性質，也是晶體分類的基礎?；A。5 5、最小內(nèi)

26、能：、最小內(nèi)能：在相同的熱力學條件下晶在相同的熱力學條件下晶體與同種物質的非晶質體、液體、氣體相體與同種物質的非晶質體、液體、氣體相比較，其內(nèi)能最小。比較，其內(nèi)能最小。6 6、穩(wěn)定性：、穩(wěn)定性：由于晶體具有最小內(nèi)能，因而結晶狀由于晶體具有最小內(nèi)能，因而結晶狀態(tài)是一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，質點只在其平衡位置上態(tài)是一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，質點只在其平衡位置上振動。振動。非晶體不穩(wěn)定，有自發(fā)地向晶體轉化的趨向。非晶體不穩(wěn)定，有自發(fā)地向晶體轉化的趨向。晶體和非晶體在一定條件下是可以相互轉化的。晶體和非晶體在一定條件下是可以相互轉化的。無機材料物理化學第一章1.2 晶體的宏觀對稱性和晶體分類晶體的宏觀對稱性和晶體

27、分類 晶體的外部對稱性，通常稱為宏觀對稱性。由于所有的對稱要素都必須相交于晶體內(nèi)部的某一點的，因此宏觀對稱性又稱為點對稱。 晶體內(nèi)原子排列的對稱性稱為微觀對稱性。它是晶體內(nèi)部原子無限排列所具有的對稱性。 晶體的宏觀對稱性和微觀對稱性是從兩個不同角度反映了晶體結構的本質。無機材料物理化學第一章1.2.1宏觀對稱要素1、對稱的概念對稱的概念：物體相同部分有規(guī)律的重復。物體相同部分有規(guī)律的重復。 對稱的條件：物體或圖形有相同部分；這對稱的條件：物體或圖形有相同部分；這些些 相同部分有規(guī)律地重復。相同部分有規(guī)律地重復。 蝴蝶和花冠的對稱蝴蝶和花冠的對稱不對稱的圖形不對稱的圖形無機材料物理化學第一章晶體

28、是具有對稱性的，晶體外形的對稱晶體是具有對稱性的，晶體外形的對稱表現(xiàn)為相同的晶面、晶棱和角頂作有規(guī)表現(xiàn)為相同的晶面、晶棱和角頂作有規(guī)律的重復，這是律的重復，這是晶體的宏觀對稱晶體的宏觀對稱。晶體的對稱與其它物體的對稱不同，晶晶體的對稱與其它物體的對稱不同，晶體的對稱是由內(nèi)部的格子構造規(guī)律所決體的對稱是由內(nèi)部的格子構造規(guī)律所決定的。定的。無機材料物理化學第一章 所有晶體都具對稱性。所有晶體都具對稱性。一切晶體都具格子構造，而一切晶體都具格子構造，而格子構造本身就是內(nèi)部質點在三維空間周期性重復排列的格子構造本身就是內(nèi)部質點在三維空間周期性重復排列的體現(xiàn)（微觀對稱）。體現(xiàn)（微觀對稱）。 晶體的對稱是

29、有限的（遵循晶體的對稱是有限的（遵循“晶體對稱定晶體對稱定律律”）。）。晶體對稱嚴格受格子構造規(guī)律的控制，只有符合晶體對稱嚴格受格子構造規(guī)律的控制，只有符合格子構造規(guī)律的對稱才能在晶體上出現(xiàn)。格子構造規(guī)律的對稱才能在晶體上出現(xiàn)。 由于晶體的對稱取決于格子構造，故晶體對稱由于晶體的對稱取決于格子構造，故晶體對稱不僅表現(xiàn)在外形上，同時也表現(xiàn)在光學、力學、不僅表現(xiàn)在外形上，同時也表現(xiàn)在光學、力學、熱學、電學性質等物理性質上。熱學、電學性質等物理性質上。 基于以上特點，所以晶體的對稱性是晶體的最重要特征，基于以上特點，所以晶體的對稱性是晶體的最重要特征，也可以把它作為也可以把它作為晶體分類的最好依據(jù)。

30、晶體分類的最好依據(jù)。無機材料物理化學第一章 對稱操作對稱操作：是指欲使物體或圖形中相同部：是指欲使物體或圖形中相同部分重復出現(xiàn)的操作。分重復出現(xiàn)的操作。 對稱要素對稱要素：在進行對稱操作時所憑借的幾：在進行對稱操作時所憑借的幾何要素（點、線、面）。何要素（點、線、面）。 晶體外形上可能存在的對稱要素：晶體外形上可能存在的對稱要素：無機材料物理化學第一章1、對稱面（、對稱面（P） 對稱面是把晶體平分為互為鏡像的兩個對稱面是把晶體平分為互為鏡像的兩個相等部分的假想平面。相應對稱操作是對相等部分的假想平面。相應對稱操作是對一個平面的反應。一個平面的反應。 ADEBP1P2AE1DEBP無機材料物理化

31、學第一章 對稱面在晶體中可能存在的位置：對稱面在晶體中可能存在的位置： 垂直并平分晶面；垂直并平分晶面； 垂直晶棱并通過它的中心；垂直晶棱并通過它的中心； 包含晶棱并平分晶面夾角。包含晶棱并平分晶面夾角。 晶體中可不存在對稱面，也可存在一或多個對稱面，最晶體中可不存在對稱面，也可存在一或多個對稱面，最多可達多可達9個。對稱面的描述方法為個。對稱面的描述方法為3P、9P等。等。無機材料物理化學第一章 對稱中心：是晶體內(nèi)部的一個假想點，通對稱中心：是晶體內(nèi)部的一個假想點，通過該點作任意直線，則在此直線上距對稱過該點作任意直線，則在此直線上距對稱中心等距離的兩端，必定可以找到對應點。中心等距離的兩端

32、，必定可以找到對應點。 相應對稱操作：對一個點的反伸（倒反）。相應對稱操作：對一個點的反伸（倒反）。無機材料物理化學第一章v對稱中心以字母對稱中心以字母C表示，圖示符號為表示，圖示符號為“o”或或“C”表示。表示。 v晶體中可以有對稱中心，也可以沒有對稱中晶體中可以有對稱中心，也可以沒有對稱中心，若有只能有一個，而且必定位于晶體的幾心，若有只能有一個，而且必定位于晶體的幾何中心。何中心。 晶體中如果存在對稱中心，則所有晶面必晶體中如果存在對稱中心，則所有晶面必然兩兩反向平行而且相等。用它可以作為然兩兩反向平行而且相等。用它可以作為判斷晶體有無對稱中心的依據(jù)。判斷晶體有無對稱中心的依據(jù)。無機材料

33、物理化學第一章 對稱軸是通過晶體中心的一根假想直線，對稱軸是通過晶體中心的一根假想直線，晶體圍繞此直線旋轉一定角度后，相同的晶體圍繞此直線旋轉一定角度后，相同的晶面、晶棱、角頂能重復出現(xiàn)。晶面、晶棱、角頂能重復出現(xiàn)。 相應的對稱操作是圍繞一根直線的旋轉。相應的對稱操作是圍繞一根直線的旋轉。 旋轉一周，晶體的相同部分重復的次數(shù)稱旋轉一周，晶體的相同部分重復的次數(shù)稱為軸次（為軸次（n）；重復時所旋轉的最小角度稱）；重復時所旋轉的最小角度稱為基轉角（為基轉角（）；）；n=360。無機材料物理化學第一章 晶體外形上可能出現(xiàn)的對稱軸有晶體外形上可能出現(xiàn)的對稱軸有L1（無實（無實際意義）、際意義）、L2、

34、L3、L4、L6，相應的基轉，相應的基轉角分別為角分別為360、180、120、90、60。 L2、L3、L4和和L6的作圖符號分別為的作圖符號分別為 、 。 軸次高于軸次高于2的對稱軸稱為高次軸。的對稱軸稱為高次軸。 無機材料物理化學第一章無機材料物理化學第一章晶體對稱定律：在晶體中不可能存在五晶體對稱定律：在晶體中不可能存在五次及高于六次的對稱軸。因為不符合空次及高于六次的對稱軸。因為不符合空間格子規(guī)律，其對應的網(wǎng)孔不能毫無間間格子規(guī)律，其對應的網(wǎng)孔不能毫無間隙地布滿整個平面。隙地布滿整個平面。無機材料物理化學第一章 在一個晶體中，除在一個晶體中，除L1外，可以無、也可有一或外，可以無、也

35、可有一或多種對稱軸，而每一種對稱軸也可有一或多個。多種對稱軸，而每一種對稱軸也可有一或多個。 表示方法為表示方法為3L4、4L3、6L2等。等。對稱軸在晶體中可能出露的位置：對稱軸在晶體中可能出露的位置：通過晶面的中心；通過晶面的中心；通過晶棱的中點；通過晶棱的中點；通過角頂。通過角頂。 無機材料物理化學第一章旋轉反伸軸是一根假想的直線，當晶體圍旋轉反伸軸是一根假想的直線，當晶體圍繞此直線旋轉一定角度后，再對此直線上繞此直線旋轉一定角度后，再對此直線上的一個點進行反伸，才能使晶體上的相等的一個點進行反伸，才能使晶體上的相等部分重復。部分重復。相應的對稱操作是圍繞一根直線的旋轉和相應的對稱操作是

36、圍繞一根直線的旋轉和對此直線上一個點反伸的復合操作。對此直線上一個點反伸的復合操作。 無機材料物理化學第一章例：具有例：具有Li4的四方四面體的四方四面體 Ca無機材料物理化學第一章q旋轉反伸軸以旋轉反伸軸以Lin表示，軸次表示，軸次n可為可為1、2、3、4、6。相應的基轉角分別為。相應的基轉角分別為360、180、120、90、60。 除除Li4外，其余各種旋轉反伸軸都可用其它簡單的對稱要素外，其余各種旋轉反伸軸都可用其它簡單的對稱要素或它們的組合來代替：或它們的組合來代替： Li1C； Li2P； Li3L3C；Li6 L3P q應用時，只考慮應用時，只考慮Li4和和Li6。圖示符號分別為

37、。圖示符號分別為 和和 無機材料物理化學第一章 綜上所述，在晶體的外部形態(tài)上可能存在綜上所述，在晶體的外部形態(tài)上可能存在而且具有獨立意義的對稱要素只有九種：而且具有獨立意義的對稱要素只有九種：無機材料物理化學第一章 1.2.3 1、定義定義：結晶多面體中全部對稱要素的組合，：結晶多面體中全部對稱要素的組合，稱為該結晶多面體的對稱型。稱為該結晶多面體的對稱型。 由于在結晶多面體中，全部對稱要素相由于在結晶多面體中，全部對稱要素相交于一點（晶體幾何中心），在進行對稱交于一點（晶體幾何中心），在進行對稱操作時該點不移動，所以對稱型也稱為操作時該點不移動，所以對稱型也稱為點點群群。 2、對稱型的推導、

38、對稱型的推導 根據(jù)結晶多面體中可能存在的對稱要根據(jù)結晶多面體中可能存在的對稱要素及其組合規(guī)律，推導出晶體中可能出現(xiàn)的素及其組合規(guī)律，推導出晶體中可能出現(xiàn)的對稱型共有對稱型共有32種。種。(見下表）見下表） 無機材料物理化學第一章晶體的晶體的32種對稱型種對稱型無機材料物理化學第一章1.2.4 晶體的對稱分類晶體的對稱分類晶體是根據(jù)其對稱特點進行分類的，方法如下：晶體是根據(jù)其對稱特點進行分類的，方法如下：1 1、首先，把屬于同一對稱型的晶體歸為一類，稱為、首先，把屬于同一對稱型的晶體歸為一類，稱為晶晶類類。共有。共有3232個晶類。個晶類。2 2、根據(jù)對稱型中有無高次軸及高次軸的多少，把、根據(jù)對

39、稱型中有無高次軸及高次軸的多少，把3232個個對稱型劃分為低、中、高級三個晶族。對稱型劃分為低、中、高級三個晶族。 低級晶族：無高次軸低級晶族：無高次軸 中級晶族：有且只有一個高次軸中級晶族：有且只有一個高次軸 高級晶族：有多個高次軸高級晶族：有多個高次軸3 3、在每一個晶族中又按照其對稱特點共劃分為、在每一個晶族中又按照其對稱特點共劃分為7 7個晶個晶系，即低級晶族有三斜晶系、單斜晶系和斜方晶系；系，即低級晶族有三斜晶系、單斜晶系和斜方晶系；中級晶族有四方晶系、三方晶系和六方晶系；高級晶中級晶族有四方晶系、三方晶系和六方晶系；高級晶族只有一個晶系，即等軸晶系。族只有一個晶系，即等軸晶系。 無

40、機材料物理化學第一章1.3 晶體定向和晶面符號晶體定向和晶面符號 1.3.1 晶體定向晶體定向 在研究晶體形態(tài)時，僅確定其對稱型和有哪些單形組成，仍不能獲得晶體的具體形態(tài)。因此，必須進一步確定各單形在空間的相對位置，這就需要在晶體上選定一坐標系統(tǒng)，并用一定的數(shù)學符號表示晶面、晶棱等在空間的方位，這就是晶體定向和結晶符號所要解決的內(nèi)容。由四方柱和四方雙由四方柱和四方雙 錐組成的兩個聚錐組成的兩個聚 形，對稱型均為形，對稱型均為L44L25PC無機材料物理化學第一章 1.3.1.1晶體定向的基本概念晶體定向的基本概念晶體定向：在晶體上選擇坐標系統(tǒng)。即選定坐標軸（晶軸）晶體定向：在晶體上選擇坐標系統(tǒng)

41、。即選定坐標軸（晶軸）和確定各晶軸上軸單位之比（軸率）。和確定各晶軸上軸單位之比（軸率）。晶軸：是交于晶體中心的三條直線，晶軸的選擇不晶軸：是交于晶體中心的三條直線，晶軸的選擇不是任意的，應與格子構造中的行列平行，并一般應與是任意的，應與格子構造中的行列平行，并一般應與對稱軸、對稱面的法線或晶棱重合。對稱軸、對稱面的法線或晶棱重合。 晶軸分別以晶軸分別以X軸（前端為軸（前端為“”，后端為，后端為“”）、）、Y軸（右端為軸（右端為“”，左端為，左端為“”）和）和Z軸（上端軸（上端為為“”，下端為，下端為“”）表示，或稱）表示，或稱a、b、c軸。軸。對于三方和六方晶系要增加一個對于三方和六方晶系要

42、增加一個U軸（前端為軸（前端為“”，后端為后端為“”）。）。無機材料物理化學第一章 軸角：晶軸正端之間的夾角軸角：晶軸正端之間的夾角。分別以。分別以（YZ）、）、（ZX）、）、（XY）表示。）表示。晶晶 軸軸 及及 軸軸 角角三、六方晶系的晶軸三、六方晶系的晶軸無機材料物理化學第一章 軸單位和軸率軸單位和軸率 軸單位是晶軸上的單位長，是晶軸所在行列上軸單位是晶軸上的單位長，是晶軸所在行列上的結點間距。的結點間距。X X、Y Y、Z Z軸上的軸單位分別以軸上的軸單位分別以a a、b b、c c表示，或者以表示，或者以a a0 0、b b0 0、c c0 0表示。表示。 由于結點間距很小（以由于結

43、點間距很?。ㄒ詎mnm計），需借助計），需借助X X射線射線分析方能測定，根據(jù)晶體外形不能確定軸單位的真分析方能測定，根據(jù)晶體外形不能確定軸單位的真實長度，但應用幾何結晶學的方法可以求出它們的實長度，但應用幾何結晶學的方法可以求出它們的比率，即比率，即a ab bc c，這一比率稱為軸率。，這一比率稱為軸率。 例如，中級晶族晶體中只有一個高次軸，以高例如，中級晶族晶體中只有一個高次軸，以高次軸為次軸為Z Z軸，通過高次軸的作用可以可使軸，通過高次軸的作用可以可使X X、Y Y軸重軸重合，因此軸單位合，因此軸單位a abcbc，軸率，軸率a ac c因晶體的種類而因晶體的種類而異。異。 無機材料

44、物理化學第一章 晶體常數(shù)：晶體常數(shù)：軸率軸率abc和軸角和軸角、稱為晶體常數(shù)。稱為晶體常數(shù)。 晶體常數(shù)是表征晶體坐標系統(tǒng)的一晶體常數(shù)是表征晶體坐標系統(tǒng)的一組基本參數(shù)。它與晶體內(nèi)部結構研究中組基本參數(shù)。它與晶體內(nèi)部結構研究中晶胞的參數(shù)（或格子參數(shù)）一致，如果晶胞的參數(shù)（或格子參數(shù)）一致，如果軸單位和軸角已知，就可以知道晶胞的軸單位和軸角已知，就可以知道晶胞的形狀和大小。形狀和大小。 無機材料物理化學第一章 晶軸選擇的原則：晶軸選擇的原則： 應符合晶體所固有的對稱性。因此，晶軸應符合晶體所固有的對稱性。因此，晶軸應優(yōu)先與對稱軸或對稱面的法線重合；若無應優(yōu)先與對稱軸或對稱面的法線重合；若無對稱軸和對

45、稱面，則晶軸可平行主要晶棱選對稱軸和對稱面，則晶軸可平行主要晶棱選取。取。 在上述前提下，應盡可能使晶軸相互垂直在上述前提下，應盡可能使晶軸相互垂直或趨于垂直，并使軸單位趨于相等。即盡可或趨于垂直，并使軸單位趨于相等。即盡可能使能使90，abc。無機材料物理化學第一章各晶系選擇晶軸的原則及晶體常數(shù)特點各晶系選擇晶軸的原則及晶體常數(shù)特點無機材料物理化學第一章 1 1、晶面符號的概念和寫法、晶面符號的概念和寫法 晶體定向后，晶面在空間的相對位晶體定向后，晶面在空間的相對位置即可根據(jù)它與晶軸的關系予以確定。置即可根據(jù)它與晶軸的關系予以確定。表示晶面空間方位的符號稱為晶面符號。表示晶面空間方位的符號稱

46、為晶面符號。 通常所采用的是米氏符號，是英國通常所采用的是米氏符號，是英國人米勒爾在人米勒爾在18391839年所創(chuàng)。年所創(chuàng)。米氏符號是用米氏符號是用晶面在結晶軸上的截距系數(shù)的倒數(shù)比來晶面在結晶軸上的截距系數(shù)的倒數(shù)比來表示的。表示的。 無機材料物理化學第一章 例：晶面例：晶面HKLHKL在晶軸上的截距分別為在晶軸上的截距分別為2a2a、3b3b、6c6c，則截距系數(shù)的倒數(shù)比為，則截距系數(shù)的倒數(shù)比為1/21/21/31/31/61/63 32 21 1，去其比例符號，加上小括號，即為，去其比例符號，加上小括號，即為該晶面的米氏符號（該晶面的米氏符號（321321）。）。無機材料物理化學第一章 晶

47、面符號的括號內(nèi)數(shù)字稱為晶面指數(shù)。晶面晶面符號的括號內(nèi)數(shù)字稱為晶面指數(shù)。晶面指數(shù)是按照指數(shù)是按照X X、Y Y、Z Z軸順序排列的，一般式軸順序排列的，一般式寫作（寫作（hklhkl）；如果晶面與晶軸的負端相交，）；如果晶面與晶軸的負端相交，則在其相應的指數(shù)上加則在其相應的指數(shù)上加“”。 而對于三方、六方晶系，晶面指數(shù)按照而對于三方、六方晶系，晶面指數(shù)按照X X、Y Y、U U、Z Z軸的順序排列，一般式寫作（軸的順序排列，一般式寫作（hk ilhk il），），而且而且h hk ki i 0 0。 如果晶面平行于某晶軸，那么它在該晶軸上如果晶面平行于某晶軸，那么它在該晶軸上的截距系數(shù)為的截距系

48、數(shù)為，則其晶面指數(shù)就是，則其晶面指數(shù)就是1/1/0 0。例如，與例如，與X X、Y Y軸平行，與軸平行，與Z Z軸相交的晶面，軸相交的晶面，其晶面符號為（其晶面符號為（001001）。）。 無機材料物理化學第一章 2 2、晶面在晶軸上截距系數(shù)之比為簡、晶面在晶軸上截距系數(shù)之比為簡單整數(shù)比單整數(shù)比整數(shù)定律整數(shù)定律晶面是面網(wǎng)，晶軸是行列，晶面是面網(wǎng)，晶軸是行列，晶面截晶軸于結點，或者晶面晶面截晶軸于結點，或者晶面平移后截晶軸于結點（晶軸上平移后截晶軸于結點（晶軸上的截距系數(shù)之比不變，晶面符的截距系數(shù)之比不變，晶面符號不變）。所以如果以晶軸上號不變）。所以如果以晶軸上的結點間距的結點間距a、b、c作

49、為度量作為度量單位，則晶面在晶軸上的截距單位，則晶面在晶軸上的截距系數(shù)之比必為整數(shù)比。系數(shù)之比必為整數(shù)比。 無機材料物理化學第一章如圖所示，平行如圖所示，平行Z Z軸的一組面網(wǎng)截軸的一組面網(wǎng)截X X軸于軸于a a1 1點，截點，截Y Y軸分別于軸分別于b b1 1、b b2 2、b b3 3、b b4 4b bn n點，網(wǎng)面密度點，網(wǎng)面密度a a1 1b b1 1a a1 1b b2 2a a1 1b b3 3a a1 1b bn n，它們在，它們在X X、Y Y軸上的截距系數(shù)軸上的截距系數(shù)之比則分別為之比則分別為1 11 1、1 12 2、1 13 31 1n n，顯然，顯然，網(wǎng)面密度越大，

50、晶面在晶軸上的截距系數(shù)之比越簡網(wǎng)面密度越大，晶面在晶軸上的截距系數(shù)之比越簡單。單。 根據(jù)布拉維法則，因此，根據(jù)布拉維法則，因此，晶面在晶軸上的截距系數(shù)之比晶面在晶軸上的截距系數(shù)之比為簡單整數(shù)比。這一規(guī)律被稱為簡單整數(shù)比。這一規(guī)律被稱為為整數(shù)定律整數(shù)定律。晶面指數(shù)一般是小的整數(shù)，晶晶面指數(shù)一般是小的整數(shù)，晶面符號中最常見的指數(shù)為面符號中最常見的指數(shù)為1和和0，其次為其次為2和和3，超過，超過3的很少。的很少。無機材料物理化學第一章 1.4 晶體結構的基本特征晶體結構的基本特征 1.4.1單位平行六面體的劃分原則單位平行六面體的劃分原則 所選取的平行六面體應能反映結點分布所所選取的平行六面體應能反映結點分布所固有的對稱性；固有的對稱性； 在上述前提下，所選取的平行六面體其棱在上述前提下，所選取的平行六面體其棱與棱之間的直角應力求最多；與棱之間的直角應力求最多； 在遵循上兩個條件的前提下，所選取的平在遵循上兩個條件的前提下，所選取的平行六面體的體積應最小。行六面體的體積應最小。 實質上與晶體定向的原則一致，即盡量使實質上與晶體定向的原則一致，即盡量使abc，90無機材料物理化學第一章n例如，右圖為具有例如，右圖