第二章晶体学基本理论PPT讲稿.ppt
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1、第二章晶体学基本理论第1页,共55页,编辑于2022年,星期二.晶体学基本理论晶体学基本理论n.1晶体结构与空间点阵晶体结构与空间点阵n.2晶系晶系n.3常见的晶体结构常见的晶体结构n.4晶面与晶向晶面与晶向n.5晶带、晶面间距、晶面夹角计算公式晶带、晶面间距、晶面夹角计算公式n.6晶体的对称性晶体的对称性n.7倒易点阵倒易点阵第2页,共55页,编辑于2022年,星期二2.1晶体结构与空间点阵晶体结构与空间点阵n晶体晶体(crystal)(crystal)原子或原子团在三维空间呈规则的周原子或原子团在三维空间呈规则的周期性排列所构成的固体期性排列所构成的固体 It is solid.It is
2、 solid.The arrangement of atoms in the crystal is periodicThe arrangement of atoms in the crystal is periodic。第3页,共55页,编辑于2022年,星期二空间点阵空间点阵(LatticeLattice)n空间点阵空间点阵(Lattice:Lattice:)用于描述晶体中原子(离子或分子)排用于描述晶体中原子(离子或分子)排列规律的空间格架称为空间点阵,简称列规律的空间格架称为空间点阵,简称点点阵或晶格阵或晶格n特征特征:用许多平行的直线将各结点连接起:用许多平行的直线将各结点连接起来,构
3、成一个三维的空间格架,每个结点来,构成一个三维的空间格架,每个结点的周围环境都相同的周围环境都相同第4页,共55页,编辑于2022年,星期二1 1、结点、结点(阵点):(阵点):将构成晶体的实际质点(原子、离子、将构成晶体的实际质点(原子、离子、分子或原子团)忽略而抽象成为纯粹的几何点分子或原子团)忽略而抽象成为纯粹的几何点2 2、行列:结点在直线上的排列,相当于晶体上的晶棱或晶、行列:结点在直线上的排列,相当于晶体上的晶棱或晶向。向。3 3、面网:结点在平书面上的排列,相当于晶体的镜面。、面网:结点在平书面上的排列,相当于晶体的镜面。4 4、单位点阵:空间点阵的最小重复单元,相当于晶体结构中
4、的、单位点阵:空间点阵的最小重复单元,相当于晶体结构中的单位晶胞。单位晶胞。5 5、点阵参数或晶体常数、点阵参数或晶体常数构成空间点阵的要素:构成空间点阵的要素:第5页,共55页,编辑于2022年,星期二空间点阵空间点阵(LatticeLattice)单位晶胞(单位晶胞(Unit CellUnit Cell):从晶格(点阵)中选取一个能够完全反映晶格从晶格(点阵)中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元特征的最小的几何单元n晶胞参数晶胞参数 Unit Cell Unit Cell Dimensions Dimensions(晶格常数)(晶格常数)晶胞大小和形状用晶胞的棱边长晶胞大小和形状
5、用晶胞的棱边长a a、b b、c c 及夹角及夹角 ,and and 表示表示第6页,共55页,编辑于2022年,星期二晶胞、晶轴和点阵矢量晶胞、晶轴和点阵矢量点阵矢量:点阵矢量:点阵常数:点阵常数:a,b,ca,b,c棱边夹角棱边夹角,第7页,共55页,编辑于2022年,星期二晶体结构(晶体结构(Crystal StructureCrystal Structure)n晶体中原子的具体排列方式晶体中原子的具体排列方式第8页,共55页,编辑于2022年,星期二布拉菲点阵布拉菲点阵:按照“每个阵点的周围环境相同”的要求,布拉菲(Bravais A)用数学方法推导出能够反映空间点阵全部特征的单位平面
6、六面体只有14种 这14种空间点阵称-布拉菲点阵2.2 2.2 晶系晶系第9页,共55页,编辑于2022年,星期二2.2 晶系晶系空间点阵分为:1414种类型种类型 分属七大晶系分属七大晶系第10页,共55页,编辑于2022年,星期二第11页,共55页,编辑于2022年,星期二底心单斜简单三斜简单单斜三斜晶系三斜晶系Triclinic单斜晶系单斜晶系Monoclinic第12页,共55页,编辑于2022年,星期二底心正交底心正交简单正交面心正交面心正交体心正交体心正交正交晶系正交晶系Orthorhombic第13页,共55页,编辑于2022年,星期二简单菱方简单六方简单四方体心四方六方晶系六方
7、晶系Hexagonal菱方晶系菱方晶系Trigonal四方晶系四方晶系Tetragonal第14页,共55页,编辑于2022年,星期二简单立方体心立方面心立方立方晶系立方晶系Cubic第15页,共55页,编辑于2022年,星期二1414种布拉菲点阵的归纳种布拉菲点阵的归纳根据阵胞中阵点位置的不同,将根据阵胞中阵点位置的不同,将1414种布拉菲点阵种布拉菲点阵分成分成4 4类:类:n简单点阵(简单点阵(P):每个阵胞中只有一个阵点(结点)每个阵胞中只有一个阵点(结点),阵胞顶点的坐标,阵胞顶点的坐标n底心点阵(底心点阵(C):):除除8 8个顶点上有阵点外,两个相个顶点上有阵点外,两个相对面上还
8、有阵点,阵点坐标对面上还有阵点,阵点坐标 ,第16页,共55页,编辑于2022年,星期二1414种布拉菲点阵的归纳种布拉菲点阵的归纳n体心点阵(体心点阵(I):除除8 8个顶点上有阵点外,体心上还个顶点上有阵点外,体心上还有一个阵点,阵点坐标有一个阵点,阵点坐标 ,n面心点阵(面心点阵(F):除除8 8个顶点上有阵点外,每个面心个顶点上有阵点外,每个面心上还有一个阵点,上还有一个阵点,阵点坐标阵点坐标 ,第17页,共55页,编辑于2022年,星期二强调:强调:晶体结构和空间点阵的区别晶体结构和空间点阵的区别 空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象,用空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象,用以描述
9、和分析晶体结构的周期性和对称性,由于以描述和分析晶体结构的周期性和对称性,由于各阵点的周围环境相同,它只能有各阵点的周围环境相同,它只能有1414中类型中类型 晶体结构是晶体中实际质点(原子、离子或晶体结构是晶体中实际质点(原子、离子或分子)的具体排列情况,它们能组成各种类型的排分子)的具体排列情况,它们能组成各种类型的排列,实际存在的晶体结构是无限的列,实际存在的晶体结构是无限的第18页,共55页,编辑于2022年,星期二2.3常见的晶体结构常见的晶体结构n最常见的金属晶体结构有三种:最常见的金属晶体结构有三种:体心立方结构、面心立方结构、体心立方结构、面心立方结构、密排六方结构密排六方结构
10、n体心立方结构:体心立方结构:属于体心立方点阵属于体心立方点阵例如:例如:铬、钾、钨、钼、铬、钾、钨、钼、铌、铌、-铁等铁等体心立方结构第19页,共55页,编辑于2022年,星期二2.3常见的晶体结构常见的晶体结构面心立方结构面心立方结构:属于面心立方点阵属于面心立方点阵例如:例如:银、铝、铜、银、铝、铜、金、镍、金、镍、-铁等铁等面心立方结构面心立方结构第20页,共55页,编辑于2022年,星期二2.3常见的晶体结构常见的晶体结构密排六方结构密排六方结构:由两个简单六方点由两个简单六方点阵相互穿插而成阵相互穿插而成例如:例如:镉、镁、锌等镉、镁、锌等密排六方结构密排六方结构第21页,共55页
11、,编辑于2022年,星期二金红石的晶体结构金红石的晶体结构金红石的晶体结构四方晶系:简单四方点阵第22页,共55页,编辑于2022年,星期二晶面:由一系列原子组成的平面,可以用晶面指数表示(hkl)晶向:晶体中任意两个原子连线所指的方向,用晶向指数表示uvw。晶面符号:描述晶面或一族互相平行面网在空间位置的符号(hkl)。也称密勒符号晶面指数:整数hkl,亦称为密勒指数。2.4晶面与晶向晶面与晶向第23页,共55页,编辑于2022年,星期二晶向:晶格中各格点连线所代表的方向为晶向,晶向:晶格中各格点连线所代表的方向为晶向,晶体中原子在任何方向所组成的直线。晶体中原子在任何方向所组成的直线。晶面
12、晶面:通过各格点的平面代表了晶体中的基元平面通过各格点的平面代表了晶体中的基元平面称为晶面。晶体中原子在任何方位所组成的平面。称为晶面。晶体中原子在任何方位所组成的平面。晶面指数晶面指数:表示晶面在晶体中方位的符号。表示晶面在晶体中方位的符号。晶向指数:表示晶向在晶体中方向的符号晶向指数:表示晶向在晶体中方向的符号2.4晶面与晶向晶面与晶向第24页,共55页,编辑于2022年,星期二当泛指某一晶面指数时一般用(当泛指某一晶面指数时一般用(hklhkl)代表,如果晶面与)代表,如果晶面与某坐标轴的负方向相交时,则在相应的指数上加一负号表示某坐标轴的负方向相交时,则在相应的指数上加一负号表示 1
13、1)在一组互相平行的晶面中任选一个晶面,量出它在三个坐标轴上的截在一组互相平行的晶面中任选一个晶面,量出它在三个坐标轴上的截距并用点阵周期距并用点阵周期a a、b b、c c为单位来度量;为单位来度量;2 2)写出三个截距的倒数;写出三个截距的倒数;3 3)将三个倒数分别乘以分母的最小公倍数,把它们化为简单整数将三个倒数分别乘以分母的最小公倍数,把它们化为简单整数即为该组平行晶面的晶面指数。即为该组平行晶面的晶面指数。u晶面指数的确定方法晶面指数的确定方法第25页,共55页,编辑于2022年,星期二2.4晶面与晶向晶面与晶向第26页,共55页,编辑于2022年,星期二晶面指数的确定晶面指数的确
14、定1PBEQ面:在三坐标轴上的截距分别是面:在三坐标轴上的截距分别是1/2,1,;截距倒数分别是:截距倒数分别是:2,1,0;化为最小整数后的晶面指数(;化为最小整数后的晶面指数(210)2AGE面:面:截距截距1,1,1;倒数倒数1,1,1,晶面指数(,晶面指数(111)3DBEG面:截距面:截距1,1,;倒数倒数1,1,0,晶面指数(,晶面指数(110)4DCFG面:截距面:截距1,;倒数;倒数1,0,0,晶面指数(晶面指数(100)注意:注意:晶面指数,并非仅指一晶格中的某一个晶面,而是泛指该晶格中所有那些与其相平晶面指数,并非仅指一晶格中的某一个晶面,而是泛指该晶格中所有那些与其相平行
15、的位向相同的晶面。行的位向相同的晶面。在一种晶格中,如果某些晶面,虽然它们的位向不同,但原子排列相同。在一种晶格中,如果某些晶面,虽然它们的位向不同,但原子排列相同。如如(100)(100)、(010)(010)及及(001)(001)等,这时若不必要予以区别,可把这些晶面统用晶面族等,这时若不必要予以区别,可把这些晶面统用晶面族100100表示。表示。即:(即:(hkl)hkl)这类符号系指某一确定位向的晶面指数;这类符号系指某一确定位向的晶面指数;而晶面族而晶面族hklhkl则可指所有那些位向不同、而原子排列相同的晶面指数则可指所有那些位向不同、而原子排列相同的晶面指数。第27页,共55页
16、,编辑于2022年,星期二晶面族晶面族n同一晶体点阵中,若干组晶面可以通过一定的对称变同一晶体点阵中,若干组晶面可以通过一定的对称变换重复出现,它们的面间距和晶面上结点分布完全相换重复出现,它们的面间距和晶面上结点分布完全相同同n这些空间位向性质完全相同的晶面属于同族等同晶面,用这些空间位向性质完全相同的晶面属于同族等同晶面,用hklhkl表示表示n例如:立方晶系中例如:立方晶系中第28页,共55页,编辑于2022年,星期二 通过坐标原点引一直线,使其平行于所求的晶向;通过坐标原点引一直线,使其平行于所求的晶向;求出该直线上任意一点的三个坐标值;求出该直线上任意一点的三个坐标值;将三个坐标值按
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