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第一章 晶体的结构
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整理课件
固体材料是由大量的原子(或离子)组成
约 1 mol / cm3
原子的排列形式(结构)是研究固体材料宏观性能的基础
质地软
自然界中硬度最高
不导电
制造刀具、压头、磨料
良导体
用作润滑剂、笔芯
抗拉强度和韧性在目前所有的材料中最高
中空结构
储氢、月球“天梯”
碳纳米管
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晶体的共性
构成原子的种类不同
晶体的性质不同
种类相同，结构不同
但不同晶体之间，仍存在某些共同的特征.
Fe和Al
金刚石和石墨
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（1）长程序(LRO, long rang order)
晶体中的原子都是按照一定规则排列,
这种至少在微米数量级范围的有序排列.
Be2O3 晶体
Be2O3玻璃
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（2）自限性(self-limiting)
晶体自发地形成封闭凸多面体的特性.
这是晶体内部原子有序排列的反映.
描述凸多面体的几个概念
1
a
b
c
d
2
晶面---围成晶体凸多面体的光滑平面
晶棱---不同晶面之间的交线
顶点---不同晶棱的交汇点
带轴---相互平行晶棱的共同方向
如右图中OO´
晶带---晶棱相互平行的晶面组合,
如右图中a, 1, b, 2
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（3）解理性(cleavage)
晶体沿某些确定方位的晶面劈裂的性质
解理面（滑移面）---相应的晶面
硅酸盐矿物
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（4）晶面角守恒
由于生长条件不同,同一种晶
体外形会有差异,如右图.
但相应两晶面之间的夹角总是恒定的.
mm 两面间夹角总是60º00´ ；
mR 两面间夹角总是60º13´ ；
mr 两面间夹角总是38º13´ .
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（5）各向异性(anisotropy)
晶体的物理性质在不同方向上存在差异.
例如:电导率、热学性质、折射率等
晶体的宏观特性是由晶体内部结构的周期性决定的,即晶体的宏观特性是微观特性的反映。
石墨沿不同晶向电导率不同
方解石沿不同晶向折射率不同
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密堆积
等径球如何堆积最紧密?
晶体中的原子（或离子）由于彼此之间的吸引力会尽可能地靠近，以形成空间密堆积排列的稳定结构。
1590年，由罗利(Raleigh)爵士提出
1611年，开普勒猜想---“面心晶体”
1831年,高斯给出了部分证明
1900年，国际数学家大会“二十三个未解数学难题”之一
1998年，希尔斯借助于电脑给出了证明
250页笔记，3GB的计算机程序
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(1)六角密堆积(hexagonal close-packed, HCP )
A
B
第一层：每个球与6个球相切,有6个空隙每三个相切的球的中心构成一个等边三角形.
第二层：占据第一层空隙的中心.
第三层：在第一层球的正上方形成ABAB ··· 的排列.
A
Be、Cd、Mg和Ni等金属
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