華南農(nóng)業(yè)大學(xué)材料化學(xué)課程晶體學(xué)基礎(chǔ)與基本材料類型2.1.1.ppt

第二章 晶體學(xué)基礎(chǔ)與基本材料類型,Crystalline rutile in quartz,固體是連續(xù)剛體。 （1）固體中微觀粒子間的相互作用 存在狀態(tài)結(jié)構(gòu)和性能（p9-15元素與化學(xué)鍵） （2）材料中微觀粒子的排列方式結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（p9-19晶體學(xué)基本概念）。,2.1 晶體學(xué)基本概念,玻璃,晶體,氣體,玻璃化轉(zhuǎn)變,液體,2.1.1 晶體與非晶體,固體材料可以按照其中原子排列的有序程度分為晶態(tài)和非晶態(tài)兩類。,晶體和非晶體的根本區(qū)別,晶態(tài)材料具有長程有序的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，其組成原子或基元處于一定格式空間排列的狀態(tài)； 非晶態(tài)材料只有在幾個(gè)原子間距量級的短程范圍內(nèi)具有原子有序的狀態(tài)，稱為短程有序。,晶體的宏觀特征,規(guī)則的幾何外形 晶面角恒定 有固定的熔點(diǎn) 物理性質(zhì)的各向異性,晶面角守恒定律,1669 年，斯丹諾 (Nicolas Steno)仔細(xì)研究了水晶發(fā)現(xiàn)：天然的水晶 (石英晶體) 可以有各種不同的外形 ，晶面的大小、形狀、個(gè)數(shù)都可能不同，但是相應(yīng)的晶面之間的夾角都是固定不變的 其中的 a 晶面和 b 晶面的夾角總是14147，b 和 c的夾角總是12000， c和 a的夾角總是11308。,在大量的觀察基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了結(jié)晶學(xué)上的第一條經(jīng)驗(yàn)定律 晶面角守恒定律,在同一溫度下，同一種物質(zhì)所形成的晶體，其相同晶面的夾角是一個(gè)常數(shù)。,這是晶體學(xué)中最重要的定律之一，它揭示了晶體外形的規(guī)律性，從而指導(dǎo)人們定量、系統(tǒng)地研究各式各樣的晶體。,晶胞學(xué)說,1784年法國科學(xué)家阿羽 (Rn Just Hay)提出了著名的晶胞學(xué)說：每種晶體都有一個(gè)形狀一定的最小的組成細(xì)胞 晶胞；大塊的晶體就是由許許多多個(gè)晶胞砌在一起而形成的。 這是晶體學(xué)上第一次就晶體由外表到本質(zhì)進(jìn)行的猜想。,空間點(diǎn)陣學(xué)說,1855年法國人布拉維 (A. Bravais) 建立了晶體結(jié)構(gòu)的空間點(diǎn)陣學(xué)說。 了解并理解以下概念：,一個(gè)含有兩個(gè)原子 (分別用一大一小兩個(gè)空心圓點(diǎn)表示) 的基元,這個(gè)基元在二維空間作有規(guī)律的重復(fù)排列便得到了一個(gè)二維晶體結(jié)構(gòu),NaCl 晶體結(jié)構(gòu)中等同點(diǎn)的分布及其 相應(yīng)導(dǎo)出的二維點(diǎn)陣,空間點(diǎn)陣學(xué)說的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 勞厄的晶體 X 射線衍射實(shí)驗(yàn),勞厄?yàn)榱藢ふ易C據(jù)來證明 X 射線具有波動性。當(dāng)他于1912年發(fā)現(xiàn)X射線通過晶體時(shí)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。第一次從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)晶體結(jié)構(gòu)的空間點(diǎn)陣學(xué)說正確性。 他也因此獲得1914年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。,現(xiàn)代 X 射線衍射分析的理論基礎(chǔ),布拉格父子于 1913 年借助 X 射線成功地測出金剛石的晶體結(jié)構(gòu)，并提出了“布拉格公式”，為最終建立現(xiàn)代晶體學(xué)打下了基礎(chǔ)，于 1915 年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。,布拉格定律,當(dāng)入射的 X 射線波長 、入射角 和晶面間距 d 之間滿足如下關(guān)系時(shí)，將產(chǎn)生衍射,在勞厄和布拉格父子工作的基礎(chǔ)上，人們發(fā)展出了一系列借助于X射線衍射分析晶體結(jié)構(gòu)的技術(shù)，這些技術(shù)已經(jīng)成為了材料科學(xué)研究中最重要也是最有用的分析手段。,目前常用的X射線衍射儀的工作原理示意圖,SiO2晶體和SiO2玻璃的 X 射線衍射譜圖,自此，空間點(diǎn)陣學(xué)說從猜想上升為正確理論，奠定了現(xiàn)代結(jié)晶學(xué)的基礎(chǔ)。晶體被描述為：,構(gòu)成物體的微粒 (分子、原子或者離子) 在三