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1、05.07.2023,1.晶体学基础,引言,第一章 晶体学基础,雪花晶体，早在汉代就有关于“六出雪花”的记载，正确地描绘出晶体的外形。,05.07.2023,引言,第一章 晶体学基础,05.07.2023,引言,第一章 晶体学基础,05.07.2023,引言,第一章 晶体学基础,05.07.2023,引言,在微重力条件下生长的人胰岛素晶体的颗粒比地表环境下生长的晶体大的多。,第一章 晶体学基础,05.07.2023,引言,第一章 晶体学基础,05.07.2023,引言,第一章 晶体学基础,05.07.2023,引言,现代结晶化学的发展,第一章 晶体学基础,ntgen,18451923)德国物理

2、学家,伦琴夫人手骨的X-Ray照片，可以清楚地看见手指上的戒指。,05.07.2023,引言,1912年，劳厄为了解释晶体的X-Ray衍射图，对一维点阵从X-Ray的衍射出发，推导出了决定晶体衍射方向的劳厄方程。,第一章 晶体学基础,劳厄(M.von laue,18791960)德国物理学家,1912年，在劳厄思想的指导下，夫里德里希和克尼平(德国)用CuSO45H2O晶体做光栅进行实验，得出了第一张X-Ray衍射图。,由劳厄签名的第一张X-ray照片,05.07.2023,引言,1913年，W.L.Bragg用X-Ray衍射法测定了第一个晶体结构NaCl晶体结构。1914年，W.H.Brag

3、g提出了衍射强度的定义和测量方法。X射线结构分析的建立，标志着经典晶体学发展成为现代晶体学。,第一章 晶体学基础,布拉格父子(W.L.Bragg,18901971(左)和W.H.Bragg,18621942)英国物理学家,05.07.2023,1.1 晶体结构的周期性,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,1.1.1 晶体结构的周期性与点阵(1)晶体结构的周期性 晶体是一种内部粒子(原子、分子、离子)或粒子集团在空间按一定规律周期性重复排列而成的固体。周期性：一定数量和种类的粒子在空间排列时，在一定方向上，相隔一定的距离重复地出现。周期性结构的二要素：周期性重复的内容结构基元周期性重复的

4、方式周期的大小和方向,点阵,05.07.2023,1.1.1 晶体结构的周期性与点阵,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,(2)点阵结构与点阵一维点阵结构与直线点阵.NaCl晶体中沿某晶棱方向上排列的一列离子,05.07.2023,一维点阵结构与直线点阵,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,.聚乙烯链型分子 CH2-CH2n.石墨晶体中的一列原子,05.07.2023,一维点阵结构与直线点阵,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,基本向量(素向量)a：连接相邻两点阵点所得向量。平移T：图形中所有点沿相同的方向平行移动相同的距离。平移群：图形中全部平移操作的集合。一维平移群

5、表示为：Tm=ma；m=0,1,2,05.07.2023,(2)点阵结构与点阵,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,二维点阵结构和平面点阵.NaCl晶体中平行与某一晶面的一层离子,05.07.2023,二维点阵结构和平面点阵,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,.石墨晶体中一层C原子,05.07.2023,二维点阵结构和平面点阵,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,平面格子：连接平面点阵中各阵点所得网格。与平面点阵本质相同，绘制容易，表达清楚。,05.07.2023,二维点阵结构和平面点阵,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,平面点阵单位：,05.07.2023

6、,二维点阵结构和平面点阵,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,二维平移群 将素单位中2个互不平行的边作为平面点阵的基本向量，则两两连接该平面点阵中所有点阵点所得向量可用这两个基本向量表示：,按所有向量进行的平移构成二维平移群：,05.07.2023,(2)点阵结构与点阵,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,三维点阵结构与空间点阵,05.07.2023,三维点阵结构与空间点阵,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,ni,05.07.2023,三维点阵结构与空间点阵,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,05.07.2023,1.1.1 晶体结构的周期性与点阵,第一章

7、晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,(3)点阵及其基本性质 点阵：按连接任意两点所得向量进行平移后能够复原的一组点称为点阵。,构成点阵的二个必要条件：点数无穷多各点所处环境完全相同,05.07.2023,(3)点阵及其基本性质,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,点阵与平移群的关系：连接任意两点所得向量必须属于平移群；属于平移群的任意向量的一端落在任意点阵点时，其另一端必落在此点阵中另一点阵点上。点阵与点阵结构的关系：点阵反映点阵结构周期性的科学抽象。点阵结构是点阵理论的实践依据和具体研究对象。,05.07.2023,(3)点阵及其基本性质,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,

8、05.07.2023,1.1.1 晶体结构的周期性与点阵,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,综上所述，点阵、点阵结构及晶体之间存在一一对应的关系：点阵中每一点阵点对应着点阵结构中的一个结构基元，在晶体中则是一些组成晶体的实物微粒，即原子、分子或离子等，或是这些微粒的集团；空间点阵中的基本单位是一个个小的平行六面体，在点阵结构中就是把每个点阵点回复了它所代表的结构基元后的实体单位，在晶体中即为晶胞。相应地，素单位和复单位则分别对应着素晶胞和复晶胞。,05.07.2023,1.1 晶体结构的周期性,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,1.1.2 晶体结构参数为了能准确明了地描述晶

9、体结构，必须借助一些晶体结构参数，即晶胞参数与原子坐标参数、晶面指标、晶面间距等。,05.07.2023,1.1.2 晶体结构参数,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,(1)晶胞参数与原子坐标参数晶胞：空间格子将晶体结构截成的一个个大小、形状相同，包含等同内容的基本单元。晶胞是晶体结构的最小单位，它将体现整个晶体结构的特征。,晶胞二要素：晶胞的大小和形状相应点阵单位的基本向量的大小和方向；晶胞所包含的内容晶胞内原子的种类、数量、位置。,05.07.2023,(1)晶胞参数与原子坐标参数,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,晶胞参数：a,b,c;a,b,g;与基本向量相应的三个互

10、不平行的棱长，分别用a,b,c表示；三个基本向量的夹角，a=bc,b=ac,g=ab.,05.07.2023,(1)晶胞参数与原子坐标参数,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,原子坐标参数(原子分数坐标)：x,y,z晶轴系：晶胞中三个互不平行的棱构成的天然合理空间坐标系；晶胞内点P处原子的坐标表示：,05.07.2023,(1)晶胞参数与原子坐标参数,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,05.07.2023,1.1.2 晶体结构参数,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,(2)正当点阵单位与正当晶胞一定的点阵结构对应的点阵是唯一的，而划分点阵单位的方式是多种多样的。,Na

11、Cl晶胞的划分,点阵,点阵结构,05.07.2023,(2)正当点阵单位与正当晶胞,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,划分原则：在照顾对称性的条件下，尽量选取含点阵点少的单位做正当点阵单位，相应的晶胞叫正当晶胞。平面点阵单位：四种类型、五种型式素单位的四种类型：,05.07.2023,(2)正当点阵单位与正当晶胞,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,五种型式考虑复格子点阵要求只有在格子中心有一个点的型式，称为平面带心格子。按正当点阵单位的划分原则只有矩形带心格子是正当格子。,可划分成更小的格子,05.07.2023,(2)正当点阵单位与正当晶胞,第一章 晶体学基础第一节 晶体

12、结构的周期性,五种正当点阵型式：空间点阵单位：七种类型、十四种型式七种类型7种对称类型对应7个晶系十四种点阵型式素格子、复格子，可能有P,I,C,F，不可能有四个面带心,05.07.2023,空间点阵单位,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,05.07.2023,空间点阵单位,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,05.07.2023,1.1.2 晶体结构参数,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,(3)点阵点、直线点阵、平面点阵的指标 当空间点阵选择某一点阵点为坐标原点，选择三个互不平行的单位矢量a，b，c后，空间点阵就按确定的平行六面体单位进行划分，晶胞的大小和形状也已

13、经确定。这时点阵中每一点阵点，每一组直线点阵或某个晶棱的方向，以及每一组平面点阵或晶面，都可以用一定的数字指标标记。,05.07.2023,(3)点阵点、直线点阵、平面点阵的指标,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,点阵点指标 uvw：,05.07.2023,(3)点阵点、直线点阵、平面点阵的指标,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,直线点阵(或晶棱)指标uvw：用与直线点阵平行的向量表示，表明该直线点阵的取向。,05.07.2023,(3)点阵点、直线点阵、平面点阵的指标,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,平面点阵(晶面)指标(hkl)：平面点阵在三个晶轴上的倒易截

14、数之比。,A,B,C,D,E,F,G,H,I,05.07.2023,(3)点阵点、直线点阵、平面点阵的指标,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,有理指数定理：倒易截数必为有理数，因而它们的比必可化为互质整数比。,05.07.2023,1.1.2 晶体结构参数,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,(4)晶面间距d(hkl)：晶面指标为(hkl)的一组平面点阵中相邻的两平面点阵间的垂直距离，记作d(hkl)。,05.07.2023,1.1.2 晶体结构参数,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,(5)几个计算公式,05.07.2023,1.1 晶体结构的周期性,第一章 晶体学

15、基础第一节 晶体结构的周期性,1.1.3 晶体缺陷(1)理想晶体与实际晶体,05.07.2023,(1)理想晶体与实际晶体,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,晶体的缺陷可能引起其点阵结构的畸变：,05.07.2023,(1)理想晶体与实际晶体,缺陷的表示符号Kroger符号：表示固体中各类缺陷缺陷名称：空位(Vacancy)缺陷：V；杂质缺陷用该原子的元素符号表示；电子(electron)缺陷：e；空穴(hole)：h右下角晶体中的格位表示：元素符号，表示被取代元素的原子的点阵格位；间隙缺陷(interstitial)：i,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,05.07.20

16、23,(1)理想晶体与实际晶体,从含有少量CaCl2的NaCl熔液中生长出来的NaCl晶体中，可以发现有少量的Ca2+取代了晶格位上的Na+，同时也有少量的Na+空位。则这两种缺陷可以分别表示为：和VNa,Question 1,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,05.07.2023,(1)理想晶体与实际晶体,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,线缺陷主要是各种形式的位错：,05.07.2023,(1)理想晶体与实际晶体,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,利用晶体缺陷的晶体材料,05.07.2023,利用晶体缺陷的晶体材料,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,

17、05.07.2023,1.1.3 晶体缺陷,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,(2)单晶体、多晶体与微晶体,05.07.2023,1.1.3 晶体缺陷,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,(2)单晶体、多晶体与微晶体,纤维多晶物质，棉花、蚕丝、头发及各种人造纤维。,多晶：很多不同取向的单晶体颗粒（mm）的聚集态,05.07.2023,1.1.3 晶体缺陷,第一章 晶体学基础第一节 晶体结构的周期性,(3)同质多晶和类质同晶,05.07.2023,1.1 晶体结构的周期性,第一章 晶体学基础第四节 晶体结构的描述,1.1.2 晶体结构的对称性(自学)1.1.3 晶体结构的X射线衍射(自学)1.1.4 晶体结构的描述,05.07.2023,1.1.4 晶体结构的描述,第一章 晶体学基础第四节 晶体结构的描述,05.07.2023,1.1.4 晶体结构的描述,第一章 晶体学基础第四节 晶体结构的描述,05.07.2023,1.1.4 晶体结构的描述,第一章 晶体学基础第四节 晶体结构的描述,05.07.2023,1.1.4 晶体结构的描述,第一章 晶体学基础第四节 晶体结构的描述,Question 2,