固体材料的晶体学基础.PDF

第三章 固体材料的晶体学基础 主 讲 人： 杨振国 办 公 室： 先进材料楼 407室 电 话： 电子信箱: zgyang@fudan.edu.cn 2017年9月 复旦大学材料科学系 1 第三章 固体材料的晶体学基础 3.1 概述 3.2 晶体结构与空间点阵 3.3 晶系与布拉菲点阵 3.4 布拉菲点阵和复合点阵 3.5 晶向指数和晶面指数 3.6 晶带及晶面间距 3.7 晶胞特征 3.8 密堆结构的间隙 3.9 金属合金的晶体结构 3.10 陶瓷的晶体结构 复旦大学材料科学系 2017年9月 3.11 高分子的晶体结构 2 3.1 概述 ● 材料按其质点(原子、离子、分子、原子团)的排列 方 式 及 其 在 空 间 位 置 的 有 序 程 度 ， 即 形 态 （morphology），分为晶体(crystal) 和非晶体(non- crystal)两大类。 ● 晶体的特征是固体材料的原子或原子团在三维空间 中呈周期性的重复排列 。非晶体不呈周期性排列 ，尽 管局部范围内原子排列短程有序。 ● 晶体结构通常有离子晶体、共价晶体、金属晶体、 分子晶体及准晶体 （LCP ）等 。固体材料的性质与 晶 体结构的类型密切相关。 2017年9月 复旦大学材料科学系 3 ●晶体材料的主要特性有： (1) 具有均匀对称的、规则的几何外形 ，并有形成封闭的 凸几何多面体的特性；非晶体材料没有这种能力。 (2)性能上各向异性 ，如力学性能的弹性模量、强度等 ， 以及物理性能如密度、电导率、热导率、折光率等均 与方向性有关；非晶体材料呈现各向同性性质 。 (3)熔化过程中熔点确定 ，有明显的折点；非晶体材料没 有固定的熔点。 (4) 能使X射线发生衍射 ；非晶体材料没有衍射现象； (5) 在相同的热力学条件下 内能最小；非晶体则不是。 2017年9月 复旦大学材料科学系 ●正是由于原子键合和排列方式的不同，晶体材料 才有不同的特性。比如，硅芯片为单晶体、金属为多 晶体、普通陶瓷为离子晶体，部分聚合物为共价晶体 但大多数为非晶体。 ● 不同的晶体材料具有不同的微结构，其性能随微 结构而变化。设计和控制材料的微结构是材料研究的 核心内容，对新材料开发有重要意义。 ● 因此，从晶体材料的发展历程来看，围绕晶体结 构的发现、测定、分析、发展及应用 ，至今已有13 多位科学家获得了诺贝尔奖(Nobel), 见表3- 1 。 2017年9月 复旦大学材料科学系 5 表 3- 1 有关晶体结构研究的Nobel奖获得者 1901年 伦琴（德） X射线的发现 物理学奖 1914年 劳埃 （德） X射线衍射学 物理学奖 1915年 布拉格父子（英） X射线的晶体结构 物理学奖 1917年 巴拉克（英） 元素特征的X射线