華南師范大學(xué)材料科學(xué)與工程教程第二章-材料中的晶體結(jié)構(gòu)(一)的課件

2023/2/21第二章材料中的晶體結(jié)構(gòu)（一）2023/2/22晶體結(jié)構(gòu)：晶體中原子（離子或分子）在三維空間的具體排列方式金屬晶體離子晶體共價(jià)晶體分子晶體2023/2/232023/2/24思考：1、晶體材料有何應(yīng)用？2、如何研究一個(gè)晶體？2023/2/25一、晶體學(xué)基礎(chǔ)（Crystallography）

1、空間點(diǎn)陣和晶胞（SpaceLatticeandUniteCell)1）空間點(diǎn)陣的概念

將晶體中原子或原子團(tuán)抽象為純幾何點(diǎn)，則代表晶體中原子、原子團(tuán)或分子分布規(guī)律（周期性）的幾何點(diǎn)的集合—空間點(diǎn)陣（spacelattice），其中的幾何點(diǎn)一般叫作陣點(diǎn)或結(jié)點(diǎn)（latticepoint），2023/2/262）晶格（crystallattice)

人為的用一系列相互平行的直線將空間點(diǎn)陣連接起來形成的空間格架。2023/2/273）晶胞（Unitecells）

構(gòu)成晶格的具有代表性的最基本單元（最小平行六面體）smallrepeatentities選取晶胞的原則：晶格與晶胞關(guān)系？1)充分反應(yīng)空間點(diǎn)陣的對(duì)稱性；2）當(dāng)平行六面體的棱角存在直角時(shí)，直角的數(shù)目應(yīng)最多；3）晶胞體積要最小。2023/2/28簡(jiǎn)單晶胞只在平行六面體的八個(gè)角頂上有陣點(diǎn)，而每個(gè)角頂上的陣點(diǎn)又分屬于八個(gè)簡(jiǎn)單晶胞簡(jiǎn)單晶胞只含有一個(gè)陣點(diǎn)？復(fù)合晶胞除在平行六面體的八個(gè)角頂上有陣點(diǎn)外，在其體心、面心或底心等位置上也有陣點(diǎn)2023/2/29晶胞描述可用矢量表示點(diǎn)陣中任一陣點(diǎn)的位置晶體分類?2023/2/2102、晶系和布拉菲點(diǎn)陣（CrystalSystemandBravaisLattice）根據(jù)晶胞的點(diǎn)陣常數(shù)a,b,c是否相等，以及α、β、γ是否相等及它們是否成直角將所有晶體分為七個(gè)晶系。不涉及晶胞中原子的具體排列情況！1）晶系2）布拉菲點(diǎn)陣考慮晶胞中原子的排列情況，遵循“每個(gè)陣點(diǎn)的周圍環(huán)境相同”的原則。所有晶體中的空間點(diǎn)陣只有14種！2023/2/211

七個(gè)晶系，14個(gè)布拉菲點(diǎn)陣晶系布拉菲點(diǎn)陣晶系布拉菲點(diǎn)陣三斜a≠b≠c，α≠β≠γ單斜a≠b≠c，α=γ=90o≠β正交（斜方）a≠b≠c，α=β=γ＝90o

簡(jiǎn)單三斜簡(jiǎn)單單斜底心單斜簡(jiǎn)單正交底心正交體心正交面心正交六方a1=a2＝a3≠c，α=β＝90o，γ=120o菱方（三角、三方）a=b=c,α=β=γ≠90o

四方（正方）a=b≠c,α=β=γ＝90o

立方a=b=c，α=β=γ＝90o

簡(jiǎn)單六方簡(jiǎn)單菱方簡(jiǎn)單四方體心四方簡(jiǎn)單立方體心立方面心立方2023/2/212簡(jiǎn)單三斜三斜晶系（Triclinic）a≠b≠c，α≠β≠γ2023/2/213底心單斜簡(jiǎn)單單斜單斜晶系（Monoclinic）a≠b≠c，α=γ=90o≠β2023/2/214底心正交簡(jiǎn)單正交面心正交體心正交正交晶系（Orthorhombic）a≠b≠c，α=β=γ＝90o2023/2/215簡(jiǎn)單六方六方晶系（Hexagonal）a1=a2＝a3≠c，α=β＝90o，γ=120o2023/2/216簡(jiǎn)單菱方菱方晶系（Rhombohedral）a=b≠c,α=β=γ≠90o2023/2/217簡(jiǎn)單四方體心四方四方晶系（Tetragonal）a=b≠c,α=β=γ＝90o2023/2/218簡(jiǎn)單立方體心立方面心立方立方晶系（Cubic）a=b=c，α=β=γ＝90o2023/2/219為什么不是28種而是只有14種布拉菲格子？對(duì)14種布拉菲格子的理解：在反映對(duì)稱的前提下僅有14種空間點(diǎn)陣不少于14種點(diǎn)陣不多于14種點(diǎn)陣14種點(diǎn)陣?yán)锩娌豢赡苷业揭环N連接陣點(diǎn)的方式，能將它連接成另一種點(diǎn)陣的晶胞——14種點(diǎn)陣決不會(huì)重復(fù)！在某種晶胞的底心、面心、或體心放置結(jié)點(diǎn)而形成“新”的點(diǎn)陣，那么這個(gè)新的點(diǎn)陣必然包含在14種點(diǎn)陣之中！7大晶系里面并不是每一個(gè)都包含簡(jiǎn)單、體心、底心、面心共28種，而是只有14種！2023/2/220例如：體心單斜ABCDEFGH底心單斜思考：為什么沒有底心六方？沒有底心正方？2023/2/2213、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)2023/2/2221）晶向（Orientation）空間點(diǎn)陣中各陣點(diǎn)列的方向，代表著晶體中原子排列的方向。晶向指數(shù)：表征晶向方位的符號(hào)，晶體中點(diǎn)陣方向的指數(shù)，由晶向上點(diǎn)陣的坐標(biāo)值決定。P標(biāo)定方法：密勒指數(shù)，標(biāo)定密勒指數(shù)時(shí)以晶胞為基礎(chǔ)，x,y,z三軸系統(tǒng)的原點(diǎn)O放在晶胞的一個(gè)角上，三個(gè)軸與晶胞的三個(gè)邊相重合。對(duì)斜方、三斜晶系等，三個(gè)坐標(biāo)軸則互相不垂直。2023/2/223標(biāo)定方法：建立坐標(biāo)系，結(jié)點(diǎn)為原點(diǎn)，過原點(diǎn)的晶軸為坐標(biāo)軸，點(diǎn)陣常數(shù)為長(zhǎng)度單位；確定坐標(biāo)值，在待定晶向OP上確定距原點(diǎn)最近的一個(gè)陣點(diǎn)P的三個(gè)坐標(biāo)值；

化整并加方括號(hào)，將三個(gè)坐標(biāo)值化為最小整數(shù)u,v,w，并加方括號(hào)，即[uvw]，如果其中某一數(shù)為負(fù)值，則將負(fù)號(hào)標(biāo)注在該數(shù)的上方，如：[uvw]；（x1,y1,z1）,(x2,y2,z2)二點(diǎn)連線的晶向指數(shù)：[x2-x1,y2-y1,z2-z1]*指數(shù)看特征，正負(fù)看走向2023/2/224注意：（1）一個(gè)晶向指數(shù)代表著相互平行、方向一致的所有晶向，與原點(diǎn)位置無(wú)關(guān)；（2）兩晶向相互平行但方向相反，則指數(shù)中的數(shù)字相同，而符號(hào)相反；（3）晶向族，晶體中原子排列情況相同但空間位向不同的一組晶向，用<uvw>表示；舉例：立方晶系中此例僅對(duì)立方晶系來說，對(duì)其它晶系則不是這樣的！2023/2/2252）晶面指數(shù)晶面：空間中不在一直線任三個(gè)陣點(diǎn)的構(gòu)成的平面，代表了晶體中原子列的方向。

晶面指數(shù)：表示晶體中點(diǎn)陣平面的指數(shù)，由晶面與三個(gè)坐標(biāo)軸的截距值所決定。

2023/2/226晶面指數(shù)標(biāo)定步驟如下：

1)在點(diǎn)陣中設(shè)定參考坐標(biāo)系，設(shè)置方法與確定晶向指數(shù)時(shí)相同；

2)求得待定晶面在三個(gè)晶軸上的截距，若該晶面與某軸平行，則在此軸上截距為無(wú)窮大；若該晶面與某軸負(fù)方向相截，則在此軸上截距為一負(fù)值；

3)取各截距的倒數(shù)；

4)將三倒數(shù)化為互質(zhì)的整數(shù)比，并加上圓括號(hào)，即表示該晶面的指數(shù)，記為(hkl)。面網(wǎng)指數(shù)？2023/2/227注意：①晶面指數(shù)（hkl）不是一個(gè)晶面，而是代表著一組相互平行的晶面；②平行晶面的晶面指數(shù)相同，或數(shù)字相同而正負(fù)號(hào)相反；③晶面族，晶