華南師范大學材料科學與工程教程第二章-材料中的晶體結構(一)的課件

2023/2/21第二章材料中的晶體結構（一）2023/2/22晶體結構：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晶體分子晶體2023/2/232023/2/24思考：1、晶體材料有何應用？2、如何研究一個晶體？2023/2/25一、晶體學基礎（Crystallography）

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

將晶體中原子或原子團抽象為純幾何點，則代表晶體中原子、原子團或分子分布規(guī)律（周期性）的幾何點的集合—空間點陣（spacelattice），其中的幾何點一般叫作陣點或結點（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陣連接起來形成的空間格架。2023/2/273）晶胞（Unitecells）

構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：晶格與晶胞關系？1)充分反應空間點陣的對稱性；2）當平行六面體的棱角存在直角時，直角的數(shù)目應最多；3）晶胞體積要最小。2023/2/28簡單晶胞只在平行六面體的八個角頂上有陣點，而每個角頂上的陣點又分屬于八個簡單晶胞簡單晶胞只含有一個陣點？復合晶胞除在平行六面體的八個角頂上有陣點外，在其體心、面心或底心等位置上也有陣點2023/2/29晶胞描述可用矢量表示點陣中任一陣點的位置晶體分類?2023/2/2102、晶系和布拉菲點陣（CrystalSystemandBravaisLattice）根據(jù)晶胞的點陣常數(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）布拉菲點陣考慮晶胞中原子的排列情況，遵循“每個陣點的周圍環(huán)境相同”的原則。所有晶體中的空間點陣只有14種！2023/2/211

七個晶系，14個布拉菲點陣晶系布拉菲點陣晶系布拉菲點陣三斜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

簡單三斜簡單單斜底心單斜簡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

簡單六方簡單菱方簡單四方體心四方簡單立方體心立方面心立方2023/2/212簡單三斜三斜晶系（Triclinic）a≠b≠c，α≠β≠γ2023/2/213底心單斜簡單單斜單斜晶系（Monoclinic）a≠b≠c，α=γ=90o≠β2023/2/214底心正交簡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簡單六方六方晶系（Hexagonal）a1=a2＝a3≠c，α=β＝90o，γ=120o2023/2/216簡單菱方菱方晶系（Rhombohedral）a=b≠c,α=β=γ≠90o2023/2/217簡單四方體心四方四方晶系（Tetragonal）a=b≠c,α=β=γ＝90o2023/2/218簡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14種布拉菲格子的理解：在反映對稱的前提下僅有14種空間點陣不少于14種點陣不多于14種點陣14種點陣里面不可能找到一種連接陣點的方式，能將它連接成另一種點陣的晶胞——14種點陣決不會重復！在某種晶胞的底心、面心、或體心放置結點而形成“新”的點陣，那么這個新的點陣必然包含在14種點陣之中！7大晶系里面并不是每一個都包含簡單、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）空間點陣中各陣點列的方向，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，晶體中點陣方向的指數(shù)，由晶向上點陣的坐標值決定。P標定方法：密勒指數(shù)，標定密勒指數(shù)時以晶胞為基礎，x,y,z三軸系統(tǒng)的原點O放在晶胞的一個角上，三個軸與晶胞的三個邊相重合。對斜方、三斜晶系等，三個坐標軸則互相不垂直。2023/2/223標定方法：建立坐標系，結點為原點，過原點的晶軸為坐標軸，點陣常數(shù)為長度單位；確定坐標值，在待定晶向OP上確定距原點最近的一個陣點P的三個坐標值；

化整并加方括號，將三個坐標值化為最小整數(shù)u,v,w，并加方括號，即[uvw]，如果其中某一數(shù)為負值，則將負號標注在該數(shù)的上方，如：[uvw]；（x1,y1,z1）,(x2,y2,z2)二點連線的晶向指數(shù)：[x2-x1,y2-y1,z2-z1]*指數(shù)看特征，正負看走向2023/2/224注意：（1）一個晶向指數(shù)代表著相互平行、方向一致的所有晶向，與原點位置無關；（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立方晶系來說，對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陣點的構成的平面，代表了晶體中原子列的方向。

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

2023/2/226晶面指數(shù)標定步驟如下：

1)在點陣中設定參考坐標系，設置方法與確定晶向指數(shù)時相同；

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

3)取各截距的倒數(shù)；

4)將三倒數(shù)化為互質的整數(shù)比，并加上圓括號，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)字相同而正負號相反；③晶面族，晶