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1、School of Physics, Northwest UniversitySolid State Physics本章内容:本章内容:1 1、晶体的共性、晶体的共性 ( crystal characters )2 2、晶格及其平移对称性、晶格及其平移对称性(lattice and translation symmetry)3 3、晶列和晶面、晶列和晶面(crystal array and plane)4 4、晶体的宏观对称性、晶体的宏观对称性(crystal symmetry) 本章首先回顾晶体的共性;然后,从晶格的周期性出发,阐述本章首先回顾晶体的共性;然后,从晶格的周期性出发,阐述晶体中
2、原子排列的几何规则性。晶体中原子排列的几何规则性。 School of Physics, Northwest UniversitySolid State PhysicsSchool of Physics, Northwest UniversitySolid State PhysicsSchool of Physics, Northwest UniversitySolid State PhysicsFluorite 萤石, 氟石CaF2School of Physics, Northwest UniversitySolid State PhysicsFluoriteCaF2School of P
3、hysics, Northwest UniversitySolid State PhysicsFluoriteCaF2School of Physics, Northwest UniversitySolid State PhysicsFluoriteCaF2School of Physics, Northwest UniversitySolid State PhysicsFluoriteCaF2School of Physics, Northwest UniversitySolid State PhysicsDolomite 白云石School of Physics, Northwest Un
4、iversitySolid State PhysicsPrehnite 葡萄石School of Physics, Northwest UniversitySolid State PhysicsCalcite 方解石School of Physics, Northwest UniversitySolid State PhysicsQuartz 石英School of Physics, Northwest UniversitySolid State PhysicsQuartz 石英School of Physics, Northwest UniversitySolid State Physics
5、Quartz 石英School of Physics, Northwest UniversitySolid State PhysicsGypsum 石膏School of Physics, Northwest UniversitySolid State PhysicsGypsum 石膏School of Physics, Northwest UniversitySolid State PhysicsGypsum 石膏School of Physics, Northwest UniversitySolid State PhysicsLepidolite 锂云母School of Physics,
6、 Northwest UniversitySolid State Physics 人们最早认识晶体是从观察外部形态开始的。把具有天然的而不人们最早认识晶体是从观察外部形态开始的。把具有天然的而不是经人工加工的规律的几何外形固体称为晶体。有些物质,虽然不具是经人工加工的规律的几何外形固体称为晶体。有些物质,虽然不具有明显的规则多面体外形,却具有晶体性质,也就是说,这种规则的有明显的规则多面体外形,却具有晶体性质,也就是说,这种规则的多面体并不能反映晶体的实质,它只是晶体内部某种本质因素的规律多面体并不能反映晶体的实质,它只是晶体内部某种本质因素的规律性在外表上的一种反映。性在外表上的一种反映。
7、1912 1912年劳厄(德国物理学家)第一次成功获得晶体对年劳厄(德国物理学家)第一次成功获得晶体对X X射线射线的衍射线的图案,使研究深入到晶体的内部结构,从本质上的衍射线的图案,使研究深入到晶体的内部结构,从本质上认识了晶体,证实了晶体内部质点空间是按一定方式有规律认识了晶体,证实了晶体内部质点空间是按一定方式有规律地周期性排列的。地周期性排列的。School of Physics, Northwest UniversitySolid State Physics 一种晶体的物理性质与组成晶体的元素有关,不同原子一种晶体的物理性质与组成晶体的元素有关,不同原子构成的晶体,其性质有很大的差别
8、。构成的晶体,其性质有很大的差别。同种原子构成的晶体,如果结构不同,其性质会有很大的不同种原子构成的晶体,如果结构不同,其性质会有很大的不同。同。 不同的晶体除了具有各自的特性外,还具有一些共同的不同的晶体除了具有各自的特性外,还具有一些共同的性质。性质。 定义内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体为晶体。定义内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体为晶体。 A solid is said to be a crystal if atoms are arranged in such a way that their position are exactly periodic.School of
9、 Physics, Northwest UniversitySolid State Physics一、长程有序一、长程有序(long-range order) 长程有序长程有序晶体中的原子都是按一定规则排列的,这晶体中的原子都是按一定规则排列的,这种至少在微米量级范围的有序排列,称为晶体的长程有序。种至少在微米量级范围的有序排列,称为晶体的长程有序。 晶体可以分为单晶体和多晶体,多晶体是由许多单晶体晶体可以分为单晶体和多晶体,多晶体是由许多单晶体构成的。构成的。 单晶体,在整体范围内原子排列都是规则的。单晶体,在整体范围内原子排列都是规则的。 多晶体,在各晶粒范围内,原子排列是有序的。多晶体,
10、在各晶粒范围内,原子排列是有序的。School of Physics, Northwest UniversitySolid State Physics晶体的外形晶体的外形School of Physics, Northwest UniversitySolid State Physics氯化钠晶体的若干外形氯化钠晶体的若干外形School of Physics, Northwest UniversitySolid State Physics理想石英晶理想石英晶体的外形体的外形一种人造石英晶体的外形一种人造石英晶体的外形School of Physics, Northwest University
11、Solid State PhysicsSchool of Physics, Northwest UniversitySolid State Physics四、固定熔点四、固定熔点(immobility melt point) 晶体有固定的熔点。如图所示为晶体加热曲线所示,晶体在熔晶体有固定的熔点。如图所示为晶体加热曲线所示,晶体在熔化时必须吸收一定的热能才能转变为液态化时必须吸收一定的热能才能转变为液态( (同样在凝固时放出同样同样在凝固时放出同样大小的热能大小的热能) ),开始时,随着时间增加,晶体的温度升高;温度到,开始时,随着时间增加,晶体的温度升高;温度到达达T0T0时,晶体开始熔解,
12、温度停止上升;直到晶体完全熔解,温度时,晶体开始熔解,温度停止上升;直到晶体完全熔解,温度才开始继续升高。才开始继续升高。晶体的加热曲线晶体的加热曲线School of Physics, Northwest UniversitySolid State Physics思考题:判断同种晶体的依据是什么?思考题:判断同种晶体的依据是什么?School of Physics, Northwest UniversitySolid State PhysicsSummary A solid is said to be a crystal if atoms are arranged in such a way
13、 that their position are exactly periodic. 长程有序长程有序晶体中的原子都是按一定规则排列的,这种至少在微晶体中的原子都是按一定规则排列的,这种至少在微米量级范围的有序排列,称为晶体的长程有序。米量级范围的有序排列,称为晶体的长程有序。 自限性自限性晶体具有自发地形成封闭几何多面体的特性,称为晶体晶体具有自发地形成封闭几何多面体的特性,称为晶体的自限性。的自限性。 晶面角守恒定律晶面角守恒定律尽管同一种晶体的外形可能不同,但相应的两尽管同一种晶体的外形可能不同,但相应的两 晶面之间的夹角总是不变的,这一规律称为晶面角守恒定律。晶面之间的夹角总是不变的,这一规律称为晶面角守恒定律。晶体对光、电、磁、热以及抵抗机械和化学作用在各个方向上是不一晶体对光、电、磁、热以及抵抗机械和化学作用在各个方向上是不一样的(等轴系晶体除外),这称为晶体的各向异性。样的(等轴系晶体除外),这称为晶体的各向异性。 晶体有固定的熔点晶体有固定的熔点. .
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