《幾何結(jié)晶學》課件

幾何結(jié)晶學歡迎來到幾何結(jié)晶學課程。本課程將帶您探索晶體的奧秘世界，揭示其內(nèi)在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。課程簡介理論基礎學習晶體學的基本概念和原理結(jié)構(gòu)分析探索晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和排列方式應用技術(shù)了解晶體在材料科學和工程中的應用結(jié)晶學的意義科學研究結(jié)晶學為物理學、化學和生物學等領域提供了重要的研究工具。工業(yè)應用在材料制造、藥物開發(fā)和電子工業(yè)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。技術(shù)創(chuàng)新推動了新材料和新技術(shù)的發(fā)展，如半導體和納米材料。幾何結(jié)晶學概述1起源17世紀，科學家開始研究晶體的幾何形狀。2發(fā)展19世紀，布拉維提出14種空間點陣理論。3現(xiàn)代X射線衍射技術(shù)的應用revolutionized結(jié)晶學研究。晶體的定義周期性排列原子、離子或分子在三維空間中有規(guī)律地重復排列。長程有序晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)在宏觀范圍內(nèi)保持一致性。固定化學組成晶體具有確定的化學成分和固定的結(jié)構(gòu)。晶體的基本特征對稱性晶體具有多種對稱元素，如旋轉(zhuǎn)軸和鏡面。各向異性物理性質(zhì)在不同方向上可能不同。晶面晶體外表面由平整的晶面構(gòu)成。晶胞與晶格晶胞晶體結(jié)構(gòu)的基本單元，能夠通過平移生成整個晶體。晶格由晶格點構(gòu)成的三維周期性點陣，反映晶體的周期性。晶胞參數(shù)1晶軸長度a、b、c表示三個晶軸的長度。2軸間角度α、β、γ表示晶軸之間的夾角。3坐標系通常使用直角坐標系或斜角坐標系描述。晶系分類1立方晶系2四方晶系3正交晶系4六方晶系5三方、單斜、三斜晶系共有七種晶系，按對稱性從高到低排列。晶系及其對稱性晶系對稱性晶軸關(guān)系立方最高a=b=c,α=β=γ=90°四方高a=b≠c,α=β=γ=90°正交中等a≠b≠c,α=β=γ=90°六方中等a=b≠c,α=β=90°,γ=120°空間群1點群描述晶體的點對稱性2布拉維格子14種基本晶格類型3空間群結(jié)合點群和平移對稱性4230種空間群描述所有可能的晶體結(jié)構(gòu)對稱性晶面與晶向晶面用米勒指數(shù)(hkl)表示，描述晶體中的平面。晶向用方向指數(shù)[uvw]表示，描述晶體中的方向。晶體結(jié)構(gòu)分類離子晶體由帶相反電荷的離子構(gòu)成，如NaCl。共價晶體原子間通過共價鍵連接，如金剛石。金屬晶體金屬原子間通過金屬鍵結(jié)合。分子晶體由分子間弱相互作用力維持，如冰。原子堆積模型密堆積原子以最緊密的方式排列，空間利用率最高。堆積類型包括六方密堆積(HCP)和立方密堆積(CCP)。配位數(shù)描述每個原子周圍最近鄰原子的數(shù)量。原子堆積方式六方密堆積(HCP)ABABAB...堆積序列，如鎂、鈦。立方密堆積(CCP)ABCABC...堆積序列，如銅、鋁。體心立方(BCC)空間利用率較低，如鐵、鎢。晶體化學計算配位數(shù)計算基于原子半徑比和幾何關(guān)系確定?？障堵视嬎憔w中空隙體積與總體積的比值。理論密度計算基于晶胞參數(shù)和原子質(zhì)量計算。點陣缺陷本征缺陷如空位和間隙原子，在純晶體中自發(fā)形成。外來缺陷由雜質(zhì)原子引入，可能替代或占據(jù)間隙位置。晶體缺陷分類1零維缺陷2一維缺陷3二維缺陷4三維缺陷缺陷按其空間維度分類，從點缺陷到體缺陷。點缺陷空位晶格點上缺少原子。間隙原子原子占據(jù)正常晶格點之間的位置。替代原子雜質(zhì)原子替代原有晶格點上的原子。位錯理論1刃型位錯額外的半原子面插入晶體中。2螺型位錯晶體沿某一方向發(fā)生剪切。3混合位錯刃型和螺型位錯的組合。位錯的運動與相互作用滑移位錯在滑移面上平行移動。攀移刃型位錯垂直于滑移面移動。交互作用位錯之間可能發(fā)生吸引或排斥。晶界與晶粒界小角度晶界相鄰晶粒取向差小于15°，主要由位錯組成。大角度晶界相鄰晶粒取向差大于15°，結(jié)構(gòu)更復雜。相變及相變理論1熱力學驅(qū)動力相變發(fā)生的根本原因2成核新相的形成和初始生長3生長新相逐漸擴大的過程4粗化大晶粒長大，小晶粒消失相變動力學擴散控制原子擴散是相變的限速步驟。界面控制相界面的移動速度決定相變速率?；旌峡刂茢U散和界面移動共同影響相變速率。晶體生長技術(shù)熔體法從熔融狀態(tài)冷卻結(jié)晶。溶液法從過飽和溶液中析出晶體。氣相法氣態(tài)物質(zhì)直接凝結(jié)成晶體。固相法固態(tài)材料重結(jié)晶。晶體生長模型1層狀生長模型晶體通過逐層生長形成完整的表面。2螺旋位錯生長模型晶體沿螺旋位錯持續(xù)生長。3二維成核生長模型在表面形成新的二維核，然后擴展。晶體分類應用結(jié)構(gòu)表征技術(shù)X射線衍射用于確定晶體結(jié)構(gòu)和相組成。電子顯微鏡觀察晶體微觀形貌和缺陷。中子衍射適用于研究含輕元素的晶體結(jié)構(gòu)。掃描電子顯微鏡工作原理電子束掃描樣品表面，產(chǎn)生二次電子成像。應用觀察晶體表面形貌、缺陷和組分分布。X射線衍射技術(shù)布拉格定律nλ=2dsinθ，描述X射線衍射條件。衍射圖譜反映晶體的結(jié)構(gòu)信息和相組成。精密結(jié)構(gòu)分析通過衍射數(shù)據(jù)refi