第一章晶体的结构固体材料是由大量的原子(或离子)组成约 1 mol / cm 3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 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(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. Be 2O 3 晶体 Be 2O 3玻璃(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 abc d2 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 (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(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′. (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 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(1) 六角密堆积( hexagonal close-packed, HCP )AB 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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