晶体界面的基础知识
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第3讲教学要求:1. 复习明确晶体和非晶体的概念2. 明确格子构造的概念以及与实际晶体构造之间的关系3. 大致了解晶体的分类知识4. 详细讲解并要求学生掌握记熟空间格子构造,熟练掌握14种布拉维格子的构造特点及晶格参数的特点5.熟练掌握晶面指数的标定步骤教学重点:晶体的概念、布拉维格子构造、晶面指数的标定教学难点:晶体学基础比较抽象,备课中需多准备形象立体感强的图形,讲解速度控制较慢,尽量引导学生课堂中记忆布拉维格子构造,通过例子联系晶面指数标定过程教学拓展:介绍《物相分析》、《材料研究方法》、《材料结构表征及应用》书中相应的部分以便学生课后参看讨论:课堂上提问学生所掌握的晶体学基础知识的内容,比较选修有关结晶学课程的学生和未选修结晶学课程学生掌握晶体学知识的范围差异,抽10分钟左右的时间讨论,以便掌握讲课难度和速度。
作业:1. 晶体和非晶体的概念?2. 熟练写出布7种拉维格子的名称和相应的晶格参数?晶体学基础知识一.晶体的定义与特征晶体的概念:人类对晶体的认识,是从石英开始的。
古代人们把外形上具有规则的几何多面体形态的石英(水晶)称为晶体。
后来,人们把凡是天然的具有几何多面体的固体,例如:石盐、方解石、磁石等都成为晶体。
本世纪初(1912),X射线衍射分析方法的应用研究了晶体内部结构后,发现:一切晶体不论其外形如何,它的内部质点(原子、离子、、分子)都是有规则排列的,即:晶体内部相同质点在三维空间均呈周期性重复,构成了格子构造。
因此,对晶体做出如下定义:晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体。
或者:晶体是具有格子构造的固体。
∙晶体是原子或者分子规则排列的固体;∙晶体是微观结构具有周期性和一定对称性的固体;∙晶体是可以抽象出点阵结构的固体;∙在准晶出现以后,国际晶体学联合会在 1992年将晶体的定义改为:“晶体是能够给出明锐衍射的固体。
”非晶质体:晶体内部质点在三维空间不做规律排列,不具格子构造,称为非晶质体或非晶质。
HOMEWORKS知识点晶体结构Crystal structure 点阵结构Lattice晶胞Unit cells晶系Crystal systems布拉菲格子The Bravais lattices点群point group空间群space group关系Relationships/思维导图Mind mapping具体中文解释粒子抽象成点,形成了点阵结构,而这些点连接起来就形成了晶格,可以说点阵和晶格具有同一性,但区别于点阵具有唯一性,晶格不具有。
同样我们需要区别“lattice ”的意义 它在这应该准确的代表点阵结构而不是单单的点阵,点阵结构是具体的客观存在的而点阵是人为抽象出来的,相比于点阵对应的点阵点,点阵结构对应的就是结构基元。
晶胞堆砌成了点阵结构,晶胞又具有晶胞参数和晶胞内容两方面,也就是说可以这么表示晶胞=点阵格子+结构基元。
根据晶胞的晶胞参数我们可以把晶体的结构从宏观上分为七个方面,也就是七大晶系.七大晶系结合晶胞类型产生了14种Bravais晶格点群表示的是晶体中所包含所有点对称操作的(旋转、反应、反演)的集合。
(晶体的宏观性质不变)。
点群描述了分子结构和晶体的宏观对称性(后来老师讲点群只是对于结构基元里的原子的对称排布,我个人后来查阅思考了一下,这是局限的,点群所描述的对称性正是可以描述宏观的晶格以及肉眼可见的晶体的对称性,所以它才被引为宏观对称性。
)微观对称元素:点阵、滑移面、旋转轴(无数阶次)而晶体的宏观对称元素和微观对称元素在内的全部对称元素的一种组合就构成晶体的一种微观对称类型也就是空间群,它反应的是内部微观结构的对称性(结构基元内部原子)或者是微观的晶胞堆积方式的不同。
晶体的宏观对称性就是晶体微观对称性的宏观表现。
晶系与对称的关系:七种晶系从宏观的对称操作来看,有旋转、反射、反演,这些构成的是32种点群。
而晶系必须符合平移操作(晶体对称定律的要求),结合平移我们限定了它有14种Bravais 格子。
晶体学基础必学知识点1. 晶体的定义:晶体是由原子、离子或分子以有序排列形成的固态物质。
2. 结晶学:研究晶体的结构、性质以及晶体的生长过程。
3. 晶体的晶格:晶体具有规则的周期性排列结构,可以用晶格来描述。
4. 晶胞:晶体中最小的重复单元,可以通过平移来产生整个晶体结构。
5. 晶体的晶系:根据晶胞的对称性,晶体可以分为七个晶系,分别为三斜晶系、单斜晶系、正交晶系、四方晶系、六方晶系、菱方晶系和立方晶系。
6. 晶体的晶面和晶向:晶体表面上的平面称为晶面,晶体内部的线段称为晶向。
7. 晶体的点阵和晶格常数:晶胞中的基本单位称为点阵,晶体的晶格常数是指晶格中基本单位的尺寸参数。
8. 布拉格方程:描述X射线或中子衍射中晶体衍射角度与晶格参数之间的关系。
9. 动态散射理论:描述X射线或中子与晶体中原子、离子或分子相互作用的过程。
10. 逆格子:描述晶格的倒数空间,逆格子与晶格的结构存在对偶关系。
11. 晶体缺陷:晶体中的缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷,晶体缺陷对晶体的性质和行为有重要影响。
12. 晶体生长:研究晶体从溶液或气体中的形成过程,包括核化、生长和晶面的形态演化等。
13. 晶体的结构表征方法:包括X射线衍射、中子衍射、电子衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等。
14. 晶体结构的解析和精修:通过衍射数据和晶体学软件对晶体的结构进行解析和精修,得到晶体的准确原子位置和结构参数。
15. 晶体的物理和化学性质:晶体的结构对其性质有重要影响,包括光学性质、电学性质、磁学性质和力学性质等。
16. 晶体学的应用:晶体学在材料科学、化学、生物学、地质学和矿物学等领域有广泛的应用,如材料合成、催化剂设计、药物研发和矿石勘探等。
一、基本知识点 1.结合键与晶体学基础(1)化学键包括离子键:静电吸引作用共价键金属键:金属正离子与自由电子之间的相互作用构成的金属原子间的结合力。
没有方向性和饱和性。
(理论包括自由电子模型和能带理论)物理键包括范德华键:包括3种,静电力、诱导力、色散力。
特点有:1、存在于分子或原子间的一种较弱的吸引力 2、作用能约为几十个kj/mol,比化学键小1-2数量级 3、一般没有方向性和饱和性。
氢键:存在于含氢的物质,与范德华健不同的是,氢键是有方向性和饱和性的较强的分子间力。
(2)晶体:是内部质点(原子、分子或离子)在三维空间以周期性重复方式作有规则的排列的固体,即晶体是具有格子构造的固体(1、有确定的熔点2、各向异性,即不同方向性能不同)。
非晶体:原子散乱分布或仅有局部区域的短程规则排列。
玻璃相:相:材料中均匀而具有物理特性的部分,并和体系的其他部分有明显界面的称为“相”(3)空间点阵:把由一系列在三维空间周期性排列的几何点阵成为一个空间点阵晶胞:组成各种晶体构造的最小体积单位晶面:在晶体结构内部中,由物质质点所组成的平面晶向:穿过物质的质点所组成的直线方向晶格:晶系:晶向族晶面族:在晶体中有些晶面上原子排列和分布规律是完全相同的,晶面间距相同,而晶面在空间的位向不同,这样一组等同晶面称为一个晶面族同素异构(4)八面体间隙四面体间隙配位数:指在晶体结构中,该原子或离子的周围与其直接相邻结合的原子个数或所有异号离子的个数致密度:一个晶胞中原子所占体积与晶胞体积的比值晶胞中的原子数 2、材料的结构固溶体:将外来组元引入晶体结构,占据主晶相质点位置一部分或间隙位置一部分,仍保持一个晶相,这种晶体称为固溶体(即溶质溶解在溶剂中形成固溶体)。
根据外来组元在主晶相中所处位置,可分为置换固溶体和间隙固溶体。
按外来组元在主晶相中的固溶度,可分为有限固溶体和无限固溶体。
置换固溶体:溶质取代了溶剂中原子或离子所形成的固溶体聚合度(等规度):在聚合物中的有规立构聚合的百分含量 3、晶体结构缺陷肖脱基缺陷:离位原子迁移到外表面或内界面处,这种空位称肖脱基空位弗兰克尔缺陷(空位):离位原子迁移到晶体点阵的间隙中,则称为弗兰克尔空位间隙原子:形成弗兰克尔空位的同时将形成等量的间隙原子,间隙原子可以是晶体本身固有的同类原子(称自间隙原子),也可以是外来的异类间隙原子。
九年级晶体的知识点晶体是固体物质的一种特殊形式,具有有序的排列结构和规则的几何形状。
在九年级的学习中,我们将学习有关晶体的知识点,包括晶体的特征、晶体的结构、晶体的分类和晶体的应用等。
以下是对这些知识点进行详细探讨。
1. 晶体的特征晶体具有以下主要特征:1.1 有序性:晶体中的原子、分子或离子按照一定的方式有序排列。
这种有序性使得晶体在空间上具有规则的几何形状。
1.2 重复性:晶体中的基本结构单位称为晶胞,晶胞可以按照一定的方式进行重复堆积,使得整个晶体结构呈现出周期性。
1.3 固定比例:晶体中不同类型的原子、分子或离子按照确定的比例组合成晶胞,这种比例称为化学式。
2. 晶体的结构晶体的结构是由基本结构单位和重复堆积方式决定的。
根据晶体的结构特点,可以分为离子晶体、共价晶体和金属晶体。
2.1 离子晶体:由阳离子和阴离子通过电荷相互吸引而形成的晶体。
离子晶体的结构由离子的空间排列和阴阳离子的比例确定。
例子包括氯化钠晶体和硫酸铜晶体。
2.2 共价晶体:由共价键连接的原子通过共用电子形成的晶体。
共价晶体的结构由原子间的共价键和空间排列方式决定。
例子包括钻石和石英晶体。
2.3 金属晶体:由金属离子通过金属键相互吸引而形成的晶体。
金属晶体的结构由金属离子的空间排列和金属键的存在确定。
例子包括铁和铜晶体。
3. 晶体的分类根据晶体的不同性质和结构,晶体可以分为多种不同类型。
3.1 共面晶体:晶体中的原子、分子或离子排列在一个平面上。
这种类型的晶体具有平面间隔、长宽比等特征。
例子包括石墨和石蜡晶体。
3.2 线状晶体:晶体中的原子、分子或离子排列在一条线上。
这种类型的晶体具有线间隔、长度等特征。
例子包括纤维和铁丝晶体。
3.3 体积晶体:晶体中的原子、分子或离子排列不限于平面或线上,具有三维空间布局。
这种类型的晶体具有体积、表面积等特征。
例子包括盐和钻石晶体。
4. 晶体的应用晶体在日常生活和科学研究中有广泛的应用。
第一章晶体与非晶体★相当点(两个条件:1、性质相同,2、周围环境相同。
)★空间格子的要素:结点、行列、面网★晶体的基本性质:自限性: 晶体能够自发地生长成规则的几何多面体形态。
均一性:同一晶体的不同部分物理化学性质完全相同。
晶体是绝对均一性,非晶体是统计的、平均近似均一性。
异向性:同一晶体不同方向具有不同的物理性质。
例如:蓝晶石的不同方向上硬度不同。
对称性:同一晶体中,晶体形态相同的几个部分(或物理性质相同的几个部分)有规律地重复出现。
最小内能性:晶体与同种物质的非晶体相比,内能最小。
稳定性:晶体比非晶体稳定。
■本章重点总结:本章包括3组重要的基本概念:1) 晶体、格子构造、空间格子、相当点;它们之间的关系。
2) 结点、行列、面网、平行六面体; 结点间距、面网间距与面网密度的关系.3) 晶体的基本性质:自限性、均一性、异向性、对称性、最小内能、稳定性,并解释为什么。
第二章晶体生长简介2.1 晶体形成的方式★液-固结晶过程:⑴溶液结晶: ①降温法②蒸发溶剂法③沉淀反应法⑵熔融结晶: ①熔融提拉②干锅沉降③激光熔铸④区域熔融★固-固结晶过程:①同质多相转变②晶界迁移结晶③固相反应结晶④重结晶⑤脱玻化2.2 晶核的形成●思考:怎么理解在晶核很小时表面能大于体自由能,而当晶核长大后表面能小于体自由能?因为成核过程有一个势垒:能越过这个势垒的就可以进行晶体生长了,否则不行。
★均匀成核:在体系内任何部位成核率是相等的。
★非均匀成核:在体系的某些部位(杂质、容器壁)的成核率高于另一些部位。
●思考:为什么在杂质、容器壁上容易成核?为什么人工合成晶体要放籽晶?2.3 晶体生长★层生长理论模型(科塞尔理论模型)层生长理论的中心思想是:晶体生长过程是晶面层层外推的过程。
★螺旋生长理论模型(BCF理论模型)●思考:这两个模型有什么联系与区别?联系:都是层层外推生长;区别:生长新的一层的成核机理不同。
●思考:有什么现象可证明这两个生长模型?环状构造、砂钟构造、晶面的层状阶梯、螺旋纹2.4 晶面发育规律★★布拉维法则(law of Bravais):晶体上的实际晶面往往平行于面网密度大的面网。
石英晶体基础知识目录一、石英晶体的基本知识 (2)1、化学物理特性 (2)2、石英晶体的振动模式 (3)3、石英晶片的切型 (5)二、AT 石英谐振器的特性 (8)1、频率方程 (8)2、AT 切石英谐振器的频率温度特性 (8)三、AT 切石英谐振器的加工制造 (15)1、X 光定向粘板 (15)2、石英晶片切割 (16)3、X 光测角 (17)4、粘砣,切籽晶及改圆 (17)5、研磨 (18)6、滚筒倒边 (18)7、石英片的腐蚀 (19)8、镀基膜 (19)9、石英晶体的装架 (20)10、微调 (22)11、真空烘烤和封装 (22)12、密封性能检查 (23)13、石英谐振器的老化 (23)14、石英谐振器的测试 (23)一、石英晶体的基本知识1、化学物理特性①水晶的成份SiO2,在常压下不同温度时,石英晶体的结构不同,温度T<573 ℃时α石英晶体,当573℃<T<870℃时β石英晶体,熔点是1750℃,我们通常说的压电石英晶体指α石英晶体。
②具有压电特性:发现压电效应:某些介质由于外界机械作用(如压缩,拉伸等等)而在其内部发生极化,产生表面电荷的现象叫压电效应。
逆压电效应:某些介质置于外电场中,由于电场的作用,会引起介质内部正负电荷中心的位移,导致介质发生形变,这种效应称为逆压电效应。
石英晶体在沿X 轴(或Y 轴)方向的力的作用时,在X 方向产生压电效应,而Y 和Z 方向不产生压电效应,X 轴称为电轴,Y 轴称为机械轴。
③具有各向异性:石英晶体是一种良好的绝缘材料,导热系数在室温附近,沿Z轴方向是垂直于Z 轴方向的2 倍左右,沿Z 轴方向的线性膨胀系数a3 约为沿垂直于Z 轴方向线性膨胀系数a1 的1/2,其介电系数ε,压电系数d 等随方向的不同其数值也不同,在不同温度,导热系数K 与膨胀系数a 的数值也不同。
④是外形高度对称的单晶体,其特征是原子和分子有规则的排列发育良好的石英晶体,外形最显著的特点是晶面有规则的配置,石英晶体的晶面共30 个,六个m 面(柱面),六个R 面(大棱面)六个r 面(小棱面)六个s 面(三方偏锥面),六个X 面(三方偏面),相邻M 面的夹角度为60°,相邻M 面和R面的夹角与相邻M 面和r 面的夹角都等于38°13′,相邻s 面与X 面的夹角为25°57′。
晶体学基础与材料结构第⼀章晶体学基础及材料结构⽆论是⾦属材料还是⾮⾦属材料,通常都是晶体。
因此,作为材料科学⼯作者,⾸先要熟悉晶体的特征及其描述⽅法。
本章将扼要的介绍晶体学的基础知识,并了解材料结构。
1-1 晶体⼀、晶体与⾮晶体固态物质按其原⼦(或分⼦)的聚集状态⽽分为两⼤类:晶体与⾮晶体。
虽然我们看到⾃然界的许多晶体具有规则的外形(例如:天然⾦刚⽯、结晶盐、⽔晶等等),但是,晶体的外形不⼀定都是规则的,这与晶体的形成条件有关,如果条件不具备,其外形也就变得不规则。
所以,区分晶体还是⾮晶体,不能根据它们的外观,⽽应从其内部的原⼦排列情况来确定。
在晶体中,原⼦(或分⼦)在三维空间作有规则的周期性重复排列,⽽⾮晶体就不具有这⼀特点,这是两者的根本区别。
应⽤X射线衍射、电⼦衍射等实验⽅法不仅可以证实这个区别,还能确定各种晶体中原⼦排列的具体⽅式(即晶体结构的类型)、原⼦间距以及关于晶体的其他许多重要情况。
显然,⽓体和液体都是⾮晶体。
在液体中,原⼦亦处于紧密聚集的状态,但不存长程的周期性排列。
固态的⾮晶体实际上是⼀种过冷状态的液体,只是其物理性质不同于通常的液体⽽已。
玻璃就是⼀个典型的例⼦,故往往将⾮晶态的固体称为玻璃体。
从液态到⾮晶态固体的转变是逐渐过渡的,没有明显的凝固点(反之亦然,⽆明显的熔点)。
⽽液体转变为晶体则是突变的,有⼀定的凝固点和熔点。
⾮晶体的另⼀特点是沿任何⽅向测定其性能,所得结果都是⼀致的,不因⽅向⽽异,称为各向同性或等向性;晶体就不是这样,沿着⼀个晶体的不同⽅向所测得的性能并不相同(如导电性、导热性、热膨胀性、弹性、强度、光学数据以及外表⾯的化学性质等等),表现出或⼤或⼩的差异,称为各向异性或异向性。
晶体的异向性是因其原⼦的规则排列⽽造成的。
⾮晶体在⼀定条件下可转化为晶体。
例如:玻璃经⾼温长时间加热后能形成晶态玻璃;⽽通常呈晶体的物质,如果将它从液态快速冷却下来也可能得到⾮晶体。
⾦属因其晶体结构⽐较简单,很难阻⽌其结晶过程,故通常得不到⾮晶态固体,但近些年来采⽤了特殊的制备⽅法,已能获得⾮晶态的⾦属和合⾦。