文档介绍：材料科学基础材料科学基础
第一稿
北京科北京科技技大学大学材材料科学料科学与与工程工程学院学院
第一章第一章
晶体学晶体学
((CCrryyssttaallllogogrraphyaphy))
引言
对晶体的认识;
天然晶体
年以前从外形
•1912 , 规则外形
经典晶体学;
宏观对称性决定
晶体的宏/微观
•劳厄的发现,
结晶态的本质特征: 特征和物理性质
X线衍射,
现代晶体学; 结构基元在空间
规则周期排列
•本章涉及内容
已发展成多个分枝
外表特征外:表观晶体几何学
点阵与结构内:本质晶体结构学
对称性规律,工具晶体生成学
晶系/布拉菲点阵划分/归纳/总结晶体物理学
点阵几何定量化表征晶体化学
晶体投影形象化表示
炣
现代使用的材料绝大部分是晶态(Crystallilline)材料。
晶态材料包括单晶材料、多晶材料、微晶材料和液晶材
料等。我们日常使用的各种金属材料大部分是多晶材
料。
天然晶体具有规则外形和宏观对称性
高分辨率电镜(High Resolution Electron Microscopy, HREM)直接
观察晶体中原子的规则排列。
晶体科学既是很多学科的基础,又是很多学科的边缘和交
叉,它包含广泛的内容:
(1)晶体几何学(Geometriicall Crystallllography),研究晶体的外表几何
形状及它们之间的规律性;
(2)晶体结构学(Crystallllogy),研究晶体内部质点排列的规律性以
及晶体结构的不完整性;
(3)晶体生成学(Crystallllogeny),研究天然以及人工晶体的发生、
成长和变化过程及其机制;
(4)晶体物理学(Crystallllophysisis):研究晶体的光学、电学、力学
等物理性质以及和它们相关的结构对称性;
(5)晶体化学(Crystallllochemiistry),研究晶体的化学组成和晶体结
构与晶体物理化学性质间的关系。
结晶结晶状状态及晶态及晶体体的宏的宏观观特性特性
物质结晶状态的本质特征是:是结构基元在空间呈不随时间
变化的三维周期排列,它决定了晶体的宏观和微观物理性质。
不具有这种特性的物质例如石蜡、玻璃等是非晶态物质。
有一些有机高聚合物,它们的结构基元具有一维或二维的
近似长程有序排列,其性质介于晶体和非晶体之间,这种物质
称为液态晶体,简称液晶(Liiquidid­crystal)。
晶态物质可以由多个晶体组成,由许多取向不同单晶体晶
粒随机排列的组合称多晶体(Pollycrystal),各个晶粒之间有晶
界分隔开。当晶粒颗粒尺度很小(约为微米级)时称为微晶
(Crystallillite)。
晶体中结构基元的三维周期排列使晶体在宏观上具有一些共同
的性质,它们是:
(1)晶体的棱角—面和棱的存在以及它们之间的规则性是晶体的
宏观特性之一。晶体自发生长成规则几何外形的性质称自限性。互
相平行的面之间的夹角是守恒的。这些平行的面称为对应面,对应
面的这种关系称为面角守恒定律。
(2)均匀性(Homogeneiity)—晶态物质任意部分的所有性质是
完全相同的,这就是均匀性。
(3)各向异性(Aniisotropy)—晶体的标量性质(例如相对密
度、热容量等)和晶体的取向无关;矢量或更普遍情况下的张
量性质(例如热导率、磁导率、光折射率等)(例如介电系
数、弹性系数、扩散系数等)和晶体的取向有关,就是各向异
性。
(4)对称性(Symmetry)—晶体的各向异性是指晶体的性质在
某些不同的、不连续变化或间断的方向上存在着有规律的等同
性,这就是晶体对称性的表现。对称性的概念是自然科学中最
普遍最基本的概念之一,它贯穿于整个晶体学研究中,是晶体
学的基础。