晶体结构和x射线衍射..doc

晶体结构和x射线衍射 （一） 晶体结构 （ 14 学时） (1) 了解晶体的基本特征； (2) 理解空间点阵和布拉菲格子的概念； (3) 了解几种常见的晶体结构； (4) 理解密堆积和配位数的概念； (5) 掌握确定晶向指数和米勒指数的方法； (6) 理解倒格子的概念，掌握晶面间距的计算方法； (7) 了解晶体的对称性的类型； (8) 了解晶系和布拉菲原胞的概念； (9) 理解X射线衍射分析晶体结构的方法； (10) 理解原子散射因子和几何结构因子的概念； (11) 了解电子衍射、中子衍射和扫描隧穿显微镜的原理。 掌握和理解： 晶体特征、空间点阵，晶格的周期性、基矢，原胞、晶胞，晶列、晶面指数 倒易点阵，倒格子原胞（布里渊区） 晶体的对称性、晶系、布喇菲原胞 密堆积、配位数 X射线衍射方程，原子散射因子，几何结构因子 重点：晶体结构，空间点阵，倒移点阵晶向、晶面指数。 难点：晶体对称操作，点群和空间群。 1.1节 晶体的特征和晶体结构的周期性 一、晶体的特征 1、固体分为两大类：晶态和非晶态。 非晶态固体：又叫过冷液体，没有长程序，无固定的熔点。 晶态固体：内部原子和分子的排列是有规则的，长程有序。晶体分单晶体和多晶体。 单晶体：单晶体中原子排列的周期性是在整个固体内部存在的；无限大的严格的单晶体可以看成是完美的晶体。 多晶体：是由很多不同取向的单晶体的晶粒组成的固体。 长程序解体时对应一定的温度，所以有一定的熔点。 2、晶体结构：固体具有许多的宏观物理性质，介绍、分析这些性质是固体物理学的内容。我们知道材料的宏观物理性质、化学性质取决于构成材料的元素种类、更取决于这些组成元素的原子以何种质粒形态(原子、分子、离子、或它们的集团)、以何种方式排列于材料之中。质粒在固体中的空间排列方式称为晶体结构，这是研究固体的宏观性质首选要解决的问题。 3、晶体（单晶）具有解理性：沿某些确定方位的晶面劈裂的性质，这样的晶面称为解理面。晶体容易沿解理面劈裂，说明平行于解理面的原子层之间的结合力弱，即平行解理面的原子层的间距大，因为面间距大的晶面族的指数低，所以解理面是面指数低的晶面。 4、晶带、晶轴 晶带：单晶体的晶面往往排列成带状，晶面的交线（称为晶棱）互相平行，这些晶面的组合称为晶带。 晶轴：重要的带轴，互相平行的晶棱（晶面的交线）的共同方向。 5、各向异性：在不同的带轴方向上晶体的物理性质不同。 6、晶面角守恒定律：属于同一品种的晶体，两个对应晶面（或晶棱）间的夹角不变。 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 7、同一品种的晶体，由于生长条件的不同，其外形不是一样的。这不重要，重要的是晶面的相对方位。 二、晶体结构的周期性与基本定义 空间点阵定义：晶体的内部结构可以概括为是由一些相同的点子在空间有规则地作周期性的无限分布，这些点子的总体称为点阵。 布喇菲的定义: 各晶体是由一些基元（basis）按一定规则, 周期重复排列而成。基元可以是原子或原子集团（如蛋白质）; 理想晶体是无限延伸的, 完美的。这是一个理想的模型, 晶体结构=晶格+基元. 后面将讲到，X射线衍射证实了晶体结构（Crystal structure）的周期性。如Cu(铜)是面心立方结构(fcc)；K(钾)是体心立方结构(bcc)；SiF4(四氟化硅)是基元为正四面体的体心立方结构。 理想化的晶体是周期排列无限延伸的，理想晶体的每一个基元是等价的，其物理内容都相同，它周围的环境也是相同的。对实际晶体，宏观尺度的晶粒含极大量的原子，一方面，原子之间的相互作用主要是库仑相互作用，它与距离的平方成反比，晶粒内的原子主要受近邻原子的影响；另一方面，晶粒界面上的原子数远小于晶粒内部的原子数，所以，边界上的原子及其相互作用的贡献可忽略不计。此外，一般晶体内的杂质含量低于 10-9，这样，可把实际晶体近似为理想晶体。 二维布喇菲格子??????????? ????????????? 二维蜂窝格子(非布喇菲格子) 晶格、格点和布喇菲格子（Bravais Lattice） 结晶学: 首先考虑晶体结构的周期排列特征。(即几何图形而非组成原子) 挑选各基元中的任一点（如重心），把最近邻点相连接，抽象出三维几何网络, 则此网络就叫晶格（Lattice），或布喇菲格子，网格点就叫格点（Lattice point）。 除边界以外, 布喇菲格子内每一个格点都是等价的, 它代表的内容、它的环境与所处的地位是相同的。（平移对称性, 晶体在上述任一平移下保持不变） 简单格子 钾晶体 = K原子(基元) + fcc;??? (基元仅含一个等价原子) 铜晶体 = Cu原