第二講晶體材料與晶體缺陷

1、Outline一、晶態(tài)材料的特性二、晶體結(jié)構(gòu)的X射線衍射三、缺陷和非整比化合物第二講第二講 晶體材料與缺陷晶體材料與缺陷1現(xiàn)代科學(xué)賴以發(fā)展的各種光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)材料主要存在的形式是固現(xiàn)代科學(xué)賴以發(fā)展的各種光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)材料主要存在的形式是固體物質(zhì)。體物質(zhì)。晶態(tài)物質(zhì)具有長(zhǎng)程有序的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)晶態(tài)物質(zhì)具有長(zhǎng)程有序的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，即其組成單元是處于一定格式空間排列的狀，即其組成單元是處于一定格式空間排列的狀態(tài)。非晶態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)類似液體，只在幾個(gè)原子間距的量程范圍內(nèi)或者說原子在短態(tài)。非晶態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)類似液體，只在幾個(gè)原子間距的量程范圍內(nèi)或者說原子在短程處于有序狀態(tài)，而長(zhǎng)程范圍原子的排列沒有一定的格式。程處于有序

2、狀態(tài)，而長(zhǎng)程范圍原子的排列沒有一定的格式。 在近代自然科學(xué)體系中，通過晶態(tài)獲得微觀立體結(jié)構(gòu)信息已成為及其重要的研究渠道，因此，晶體學(xué)是材料科學(xué)深入發(fā)展的重要支柱。introduction2一、晶態(tài)材料的特性一、晶態(tài)材料的特性晶體材料的特性晶體材料的特性 晶體以其特有的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)這一突出的特征，區(qū)別于那些液體、晶體以其特有的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)這一突出的特征，區(qū)別于那些液體、氣體和非晶態(tài)的固體。正是由于本身結(jié)構(gòu)的特殊性，晶體呈現(xiàn)氣體和非晶態(tài)的固體。正是由于本身結(jié)構(gòu)的特殊性，晶體呈現(xiàn)出與其他物質(zhì)完全不同的特殊性質(zhì)。出與其他物質(zhì)完全不同的特殊性質(zhì)。 a. 晶體的均勻性晶體的均勻性 晶體的結(jié)構(gòu)是由相同晶胞并置而成，

3、在平行方向的宏觀觀晶體的結(jié)構(gòu)是由相同晶胞并置而成，在平行方向的宏觀觀察中，晶體必然表現(xiàn)為各部分性狀相同的物體，例如：相察中，晶體必然表現(xiàn)為各部分性狀相同的物體，例如：相同的密度和化學(xué)組成等同的密度和化學(xué)組成等 b. 晶體的各向異性晶體的各向異性晶體的各向異性是指在晶體中不同的方向上具有不晶體的各向異性是指在晶體中不同的方向上具有不同的物理性質(zhì)，如：電導(dǎo)率、膨脹系數(shù)、折光率、同的物理性質(zhì)，如：電導(dǎo)率、膨脹系數(shù)、折光率、機(jī)械強(qiáng)度等。機(jī)械強(qiáng)度等。 3c. 晶體的自范性晶體的自范性 晶體的自范性晶體的自范性是指晶體在適宜的外界條件下能自發(fā)的生長(zhǎng)出由晶面，是指晶體在適宜的外界條件下能自發(fā)的生長(zhǎng)出由晶面，

4、晶棱等幾何元素所圍成的凸多面體外形。晶棱等幾何元素所圍成的凸多面體外形。 在理想的環(huán)境中，晶體可以生長(zhǎng)成的凸多面體的晶面數(shù)（在理想的環(huán)境中，晶體可以生長(zhǎng)成的凸多面體的晶面數(shù)（F），晶棱），晶棱（E）和頂點(diǎn)數(shù)（）和頂點(diǎn)數(shù)（V）之間的關(guān)系符合下面公式：）之間的關(guān)系符合下面公式：F + V = E + 2“晶面夾角（或交角）守恒定律晶面夾角（或交角）守恒定律”是指同一種晶體的每?jī)蓚€(gè)相應(yīng)界面夾是指同一種晶體的每?jī)蓚€(gè)相應(yīng)界面夾角不受外界條件的影響，保持恒定不變的的數(shù)值。角不受外界條件的影響，保持恒定不變的的數(shù)值。 d. 晶體的熔點(diǎn)晶體的熔點(diǎn) TT4e. 晶體的對(duì)稱性晶體的對(duì)稱性 晶體的理想外形和晶體的內(nèi)

5、部結(jié)構(gòu)都具有特定的對(duì)稱性。晶體的理想外形和晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都具有特定的對(duì)稱性。對(duì)稱性也主要是由于組成微粒的規(guī)則排列而產(chǎn)生的。對(duì)稱性也主要是由于組成微粒的規(guī)則排列而產(chǎn)生的。晶體晶體的對(duì)稱性與晶體的性質(zhì)關(guān)系非常密切。的對(duì)稱性與晶體的性質(zhì)關(guān)系非常密切。52、晶體特征的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、晶體特征的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 對(duì)稱性對(duì)稱性晶體結(jié)構(gòu)最基本的特點(diǎn)是具有空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，因而在晶體的晶體結(jié)構(gòu)最基本的特點(diǎn)是具有空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，因而在晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和它的理想外形乃至許多宏觀性質(zhì)上都表現(xiàn)出一定內(nèi)部結(jié)構(gòu)和它的理想外形乃至許多宏觀性質(zhì)上都表現(xiàn)出一定的對(duì)稱性。對(duì)稱性不僅是晶體學(xué)而且是整個(gè)自然科學(xué)的基本的對(duì)稱性。對(duì)稱性不僅是晶體學(xué)而且是整個(gè)

6、自然科學(xué)的基本概念之一，作為人類文明史上永恒的審美要素，對(duì)稱性幾乎概念之一，作為人類文明史上永恒的審美要素，對(duì)稱性幾乎存在于人類的所有創(chuàng)作之中，并且也是大自然建筑師的建筑存在于人類的所有創(chuàng)作之中，并且也是大自然建筑師的建筑法則。法則。 6雪花的六邊形圖案7柏拉圖(Plato)體柏拉圖體柏拉圖體：如果一個(gè)多面體的所有面都是全等正多邊形，所有多面角也全等，我如果一個(gè)多面體的所有面都是全等正多邊形，所有多面角也全等，我們就說它是正多面體。有無限多種正多邊形，而正多面體只有五種。們就說它是正多面體。有無限多種正多邊形，而正多面體只有五種。 4個(gè)正三角形的正個(gè)正三角形的正4面體；面體； 6個(gè)正方形的正個(gè)

7、正方形的正6面體（立方面體（立方體）；體）； 8個(gè)正三角形的正個(gè)正三角形的正8面體；面體； 12個(gè)正五邊形的正個(gè)正五邊形的正12面體；面體； 20個(gè)正三角形的正個(gè)正三角形的正20面體。面體。 正多面體根據(jù)面的數(shù)目來命名，也就是： 8對(duì)稱圖形不對(duì)稱圖形不對(duì)稱圖形2.1 對(duì)稱操作和對(duì)稱元素對(duì)稱操作和對(duì)稱元素 “對(duì)稱對(duì)稱”一次包含了兩重意義，即一次包含了兩重意義，即相對(duì)相對(duì)又又對(duì)稱對(duì)稱。 對(duì)稱操作對(duì)稱操作的含義是每一次操作都能夠產(chǎn)生一個(gè)和原來圖形等價(jià)的圖形，的含義是每一次操作都能夠產(chǎn)生一個(gè)和原來圖形等價(jià)的圖形，經(jīng)過一次或連續(xù)幾次操作能使圖形完全復(fù)原。經(jīng)過一次或連續(xù)幾次操作能使圖形完全復(fù)原。 對(duì)分子或

8、圖形施行對(duì)稱操作時(shí)，所依賴的幾何要素（點(diǎn)、線、面極其組對(duì)分子或圖形施行對(duì)稱操作時(shí)，所依賴的幾何要素（點(diǎn)、線、面極其組合）被稱為合）被稱為對(duì)稱元素對(duì)稱元素。 92.2 五種對(duì)稱元素及相應(yīng)的對(duì)稱操作：五種對(duì)稱元素及相應(yīng)的對(duì)稱操作：（1 1）恒等元素（恒等元素（E E）和恒等操作（）和恒等操作（ ）（2 2）對(duì)稱軸（對(duì)稱軸（C Cn n）和旋轉(zhuǎn)操作（）和旋轉(zhuǎn)操作（ ）對(duì)稱軸可分為對(duì)稱軸可分為C C1 1 C C2 2 C C3 3 C Cn n 對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的=2/n=2/n。選擇。選擇n n值最大的一個(gè)稱值最大的一個(gè)稱為主軸，其它為非主軸。為主軸，其它為非主軸。（3 3）對(duì)稱面（對(duì)稱面（）和反映操作

9、）和反映操作 反映操作的周期為2，即按和主軸的關(guān)系，對(duì)稱面可分為按和主軸的關(guān)系，對(duì)稱面可分為面：包含主軸面：包含主軸h h面面: :垂直于主軸垂直于主軸d d面：包含主軸且平分相鄰面：包含主軸且平分相鄰C C2 2軸夾角軸夾角BF3分子中存在分子中存在h面和三個(gè)面和三個(gè)面，面，CH4分子中存在分子中存在6個(gè)個(gè)d面。面。10Cn（4 4）對(duì)稱中心（對(duì)稱中心（i i）和反演操作（）和反演操作（ ） 當(dāng)反演次數(shù)n為偶數(shù)時(shí)，有，當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，有反式二氯乙烯、苯環(huán)都含對(duì)稱中心。反式二氯乙烯、苯環(huán)都含對(duì)稱中心。BF3和和H2O分子沒有對(duì)稱中心。分子沒有對(duì)稱中心。（5 5）象轉(zhuǎn)軸（也可稱作非真軸象轉(zhuǎn)軸（也可

10、稱作非真軸 S Sn n）和旋轉(zhuǎn)反映操作）和旋轉(zhuǎn)反映操作 如果分子圖形繞軸旋轉(zhuǎn)一定角度后，再做垂直此軸的鏡面反映，可以產(chǎn)生分如果分子圖形繞軸旋轉(zhuǎn)一定角度后，再做垂直此軸的鏡面反映，可以產(chǎn)生分子的等價(jià)圖形，則將該軸和鏡面組合所得到的對(duì)稱元素稱為子的等價(jià)圖形，則將該軸和鏡面組合所得到的對(duì)稱元素稱為象轉(zhuǎn)軸象轉(zhuǎn)軸，對(duì)應(yīng)的，對(duì)應(yīng)的操作就是操作就是旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)-反映操作反映操作 。 并且和連續(xù)操作的次序無關(guān)，即并且和連續(xù)操作的次序無關(guān)，即SnCnhCnh反式二氯乙烯存在反式二氯乙烯存在S2軸。軸。112.3 點(diǎn)群的基本概念點(diǎn)群的基本概念 a. 封閉性封閉性 若若A，B是集合是集合G內(nèi)的任意兩個(gè)元素，則它們的內(nèi)

11、的任意兩個(gè)元素，則它們的“乘積乘積”R必定是必定是集合集合G內(nèi)的元素。內(nèi)的元素。 AB=R， RGb. 結(jié)合律成立結(jié)合律成立 集合中元素之間滿足乘法結(jié)合律。集合中元素之間滿足乘法結(jié)合律。（AB）C=A（BC）c. 存在單位元素存在單位元素 集合中有一個(gè)單位元素集合中有一個(gè)單位元素E，它與任何元素，它與任何元素A的積可以交換，的積可以交換，并仍是這個(gè)元素。并仍是這個(gè)元素。AE=EA=Ad. 存在逆元素存在逆元素 AA-1=A-1A=E群的定義群的定義 元素元素A，B，C，的集合即為的集合即為G，規(guī)定的元素就愛你為，規(guī)定的元素就愛你為“乘法乘法”的組合運(yùn)算滿足以下的組合運(yùn)算滿足以下四四條，則該集合

12、條，則該集合G構(gòu)成群。構(gòu)成群。點(diǎn)群點(diǎn)群 分子或?qū)ΨQ圖形的對(duì)稱元素的組合構(gòu)成一個(gè)對(duì)稱元素系，對(duì)稱元分子或?qū)ΨQ圖形的對(duì)稱元素的組合構(gòu)成一個(gè)對(duì)稱元素系，對(duì)稱元素系對(duì)應(yīng)對(duì)稱操作，而分子或?qū)ΨQ圖形對(duì)應(yīng)的對(duì)稱操作群稱為點(diǎn)群。素系對(duì)應(yīng)對(duì)稱操作，而分子或?qū)ΨQ圖形對(duì)應(yīng)的對(duì)稱操作群稱為點(diǎn)群。 12晶體中宏觀對(duì)稱元素晶體中宏觀對(duì)稱元素2.4 晶體的宏觀對(duì)稱性晶體的宏觀對(duì)稱性13七個(gè)晶系的劃分和七個(gè)晶系的劃分和32個(gè)晶體學(xué)點(diǎn)群（個(gè)晶體學(xué)點(diǎn)群（1）14七個(gè)晶系的劃分和七個(gè)晶系的劃分和32個(gè)晶體學(xué)點(diǎn)群（個(gè)晶體學(xué)點(diǎn)群（2）152.5晶體的微觀對(duì)稱性晶體的微觀對(duì)稱性晶體內(nèi)部點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中的對(duì)稱性即晶體的晶體內(nèi)部點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中的對(duì)稱性

13、即晶體的微觀對(duì)稱性微觀對(duì)稱性。 晶體的所有宏觀對(duì)稱元素也都是晶體的晶體的所有宏觀對(duì)稱元素也都是晶體的微觀對(duì)稱元素微觀對(duì)稱元素。除此以外由于點(diǎn)陣結(jié)。除此以外由于點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)是無限的，還存在與空間對(duì)稱操作相應(yīng)的對(duì)稱元素（所謂的空間對(duì)稱操作構(gòu)是無限的，還存在與空間對(duì)稱操作相應(yīng)的對(duì)稱元素（所謂的空間對(duì)稱操作進(jìn)行時(shí)所有的點(diǎn)都動(dòng)了，這些對(duì)稱元素沒有相交的一點(diǎn)）。與相應(yīng)的空間對(duì)進(jìn)行時(shí)所有的點(diǎn)都動(dòng)了，這些對(duì)稱元素沒有相交的一點(diǎn)）。與相應(yīng)的空間對(duì)稱操作群也稱為無限群稱操作群也稱為無限群 平移操作就是一種空間對(duì)稱操作。平移操作就是一種空間對(duì)稱操作。163、晶體結(jié)構(gòu)的周期性、晶體結(jié)構(gòu)的周期性晶體是一種內(nèi)部粒子（原子、分

14、子和離子）或粒子集團(tuán)在空間按晶體是一種內(nèi)部粒子（原子、分子和離子）或粒子集團(tuán)在空間按一定規(guī)律周期性重復(fù)排列而成的固體。一定規(guī)律周期性重復(fù)排列而成的固體。 3.1、晶體結(jié)構(gòu)的周期性和點(diǎn)陣、晶體結(jié)構(gòu)的周期性和點(diǎn)陣 晶體結(jié)構(gòu)的周期性晶體結(jié)構(gòu)的周期性是指一定數(shù)量和種類的粒子（或粒子集團(tuán)）在空間排是指一定數(shù)量和種類的粒子（或粒子集團(tuán)）在空間排列時(shí)，在一定方向相隔一定距離重復(fù)出現(xiàn)的現(xiàn)象。列時(shí)，在一定方向相隔一定距離重復(fù)出現(xiàn)的現(xiàn)象。晶體周期性的兩要素就是結(jié)構(gòu)基元和重復(fù)周期的大小和方向。晶體周期性的兩要素就是結(jié)構(gòu)基元和重復(fù)周期的大小和方向。點(diǎn)陣點(diǎn)陣 為了更好的研究晶體物質(zhì)周期性結(jié)構(gòu)的普遍規(guī)律，我們將每個(gè)結(jié)為了

15、更好的研究晶體物質(zhì)周期性結(jié)構(gòu)的普遍規(guī)律，我們將每個(gè)結(jié)構(gòu)基元抽象成一個(gè)點(diǎn)，將這些點(diǎn)按周期性排列，就構(gòu)成了點(diǎn)陣。構(gòu)基元抽象成一個(gè)點(diǎn)，將這些點(diǎn)按周期性排列，就構(gòu)成了點(diǎn)陣。17凡是能抽取出點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)可稱為點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)；點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)可被與凡是能抽取出點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)可稱為點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)；點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)可被與它相對(duì)應(yīng)的平移群所復(fù)原。未構(gòu)成點(diǎn)陣必須滿足兩個(gè)條件：它相對(duì)應(yīng)的平移群所復(fù)原。未構(gòu)成點(diǎn)陣必須滿足兩個(gè)條件：點(diǎn)數(shù)無限多，每個(gè)點(diǎn)所處的環(huán)境完全相同。點(diǎn)數(shù)無限多，每個(gè)點(diǎn)所處的環(huán)境完全相同。18我們把只含一個(gè)點(diǎn)陣點(diǎn)的平面點(diǎn)陣單位稱為素單位，含兩個(gè)以上點(diǎn)陣點(diǎn)的平我們把只含一個(gè)點(diǎn)陣點(diǎn)的平面點(diǎn)陣單位稱為素單位，含兩個(gè)以上點(diǎn)陣點(diǎn)的平面點(diǎn)陣單位稱

16、為復(fù)單位。面點(diǎn)陣單位稱為復(fù)單位。定點(diǎn)的點(diǎn)陣點(diǎn)為4個(gè)格子共有，每個(gè)格子只占1/4個(gè)點(diǎn)棱上點(diǎn)為2個(gè)格子共有，每個(gè)格子含1/2個(gè)點(diǎn)19點(diǎn)陣、點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)及晶體之間存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。點(diǎn)陣、點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)及晶體之間存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu) = 點(diǎn)陣點(diǎn)陣 + 結(jié)構(gòu)基元結(jié)構(gòu)基元在點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中把每個(gè)點(diǎn)陣點(diǎn)恢復(fù)成它所代表的結(jié)構(gòu)基元后的實(shí)體單位，在點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中把每個(gè)點(diǎn)陣點(diǎn)恢復(fù)成它所代表的結(jié)構(gòu)基元后的實(shí)體單位，在晶體中即為晶胞。相應(yīng)的，素單位和復(fù)單位分別對(duì)應(yīng)著素晶胞和復(fù)在晶體中即為晶胞。相應(yīng)的，素單位和復(fù)單位分別對(duì)應(yīng)著素晶胞和復(fù)晶胞。晶胞。3.2 晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)晶體的結(jié)構(gòu)參數(shù)晶胞參數(shù)和原子坐標(biāo)參數(shù)晶胞參數(shù)和原子

17、坐標(biāo)參數(shù) 晶胞是晶體的最小單位，整個(gè)晶體就是晶胞在三維空間周期的重晶胞是晶體的最小單位，整個(gè)晶體就是晶胞在三維空間周期的重復(fù)排列，相互取向平行，按每個(gè)頂點(diǎn)為八個(gè)晶胞共有的方式堆砌復(fù)排列，相互取向平行，按每個(gè)頂點(diǎn)為八個(gè)晶胞共有的方式堆砌而成。而成。20ZXycba晶胞的大小和形狀與晶胞參數(shù)OPabcxaybzc原子在晶胞中的位置與它的坐標(biāo)參數(shù)晶胞的大小和形狀由與之相應(yīng)的點(diǎn)陣單位中的三個(gè)基本向量的方向和大小來決定。晶胞的大小和形狀以及晶胞所包含的內(nèi)容是晶體結(jié)構(gòu)二要素在晶胞上的體現(xiàn)。晶胞中三個(gè)互不平行的棱構(gòu)成的天然合理的空間坐標(biāo)系，稱為晶軸系。21b. 正當(dāng)點(diǎn)陣單位與正當(dāng)晶胞正當(dāng)點(diǎn)陣單位與正當(dāng)晶胞點(diǎn)

18、陣結(jié)構(gòu)中抽象出來的點(diǎn)陣是由結(jié)構(gòu)中客觀存在的周期性所決定的，因點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中抽象出來的點(diǎn)陣是由結(jié)構(gòu)中客觀存在的周期性所決定的，因此只能抽取唯一的點(diǎn)陣。此只能抽取唯一的點(diǎn)陣。在劃分點(diǎn)陣時(shí)，選取點(diǎn)陣單位的原則是：照顧對(duì)稱性的條件下，盡量選在劃分點(diǎn)陣時(shí)，選取點(diǎn)陣單位的原則是：照顧對(duì)稱性的條件下，盡量選取含點(diǎn)陣點(diǎn)少的單位做取含點(diǎn)陣點(diǎn)少的單位做正當(dāng)點(diǎn)陣單位正當(dāng)點(diǎn)陣單位，相應(yīng)的晶胞叫做，相應(yīng)的晶胞叫做正當(dāng)晶胞正當(dāng)晶胞。ab正方a=bab=90ab六方a=bab=120ab矩形abab=90。ab帶心矩形abab=90ab平行四邊形abab=9022平面點(diǎn)陣可劃分為四種類型五種形式的正當(dāng)平面格子平面點(diǎn)陣可劃分為四

19、種類型五種形式的正當(dāng)平面格子c. 點(diǎn)陣點(diǎn)、直線點(diǎn)陣、平面點(diǎn)陣的指標(biāo)點(diǎn)陣點(diǎn)、直線點(diǎn)陣、平面點(diǎn)陣的指標(biāo)當(dāng)空間點(diǎn)陣選擇某一點(diǎn)陣點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，選擇三個(gè)互不平行的單位矢當(dāng)空間點(diǎn)陣選擇某一點(diǎn)陣點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，選擇三個(gè)互不平行的單位矢量量a, b, c后，空間點(diǎn)陣就按照確定的平行六面體單位進(jìn)行劃分，晶胞后，空間點(diǎn)陣就按照確定的平行六面體單位進(jìn)行劃分，晶胞的大小和形狀就已經(jīng)確定。這時(shí)點(diǎn)陣中每一個(gè)點(diǎn)陣點(diǎn)，每一組直線點(diǎn)的大小和形狀就已經(jīng)確定。這時(shí)點(diǎn)陣中每一個(gè)點(diǎn)陣點(diǎn)，每一組直線點(diǎn)陣或某個(gè)晶棱的方向，以及每一組平面點(diǎn)陣或晶面，都可以用一定的陣或某個(gè)晶棱的方向，以及每一組平面點(diǎn)陣或晶面，都可以用一定的數(shù)字指標(biāo)標(biāo)記。數(shù)字指

20、標(biāo)標(biāo)記。234. 液晶材料液晶材料有一類有機(jī)化合物晶體在加熱過程中，到達(dá)有一類有機(jī)化合物晶體在加熱過程中，到達(dá)T1時(shí)，熔化成粘稠狀而稍微時(shí)，熔化成粘稠狀而稍微有些渾濁的液體，繼續(xù)加熱到有些渾濁的液體，繼續(xù)加熱到T2時(shí)會(huì)變成透明的液體，在時(shí)會(huì)變成透明的液體，在T1和和T2之間之間渾濁液體具有明顯的紋理，呈光學(xué)各向異性，稱之為渾濁液體具有明顯的紋理，呈光學(xué)各向異性，稱之為液晶液晶。晶體和液體之間存在著兩種中間狀態(tài)：像晶體的液體和像液體的晶體，晶體和液體之間存在著兩種中間狀態(tài)：像晶體的液體和像液體的晶體，前者稱為前者稱為液晶液晶，后者稱為，后者稱為塑晶塑晶。晶體和液體之間出現(xiàn)中間狀態(tài)是由于晶體熔化時(shí)

21、會(huì)產(chǎn)生兩種無序作用：晶體和液體之間出現(xiàn)中間狀態(tài)是由于晶體熔化時(shí)會(huì)產(chǎn)生兩種無序作用：平動(dòng)作用平動(dòng)作用和和轉(zhuǎn)動(dòng)作用轉(zhuǎn)動(dòng)作用。液晶是先融化失去平移對(duì)稱性，進(jìn)一步升溫后產(chǎn)。液晶是先融化失去平移對(duì)稱性，進(jìn)一步升溫后產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，塑晶則相反。生轉(zhuǎn)動(dòng)，塑晶則相反。2425液晶是一種介于固體和液體之間的物質(zhì)狀態(tài)，同時(shí)具有液體和晶體的物理性液晶是一種介于固體和液體之間的物質(zhì)狀態(tài)，同時(shí)具有液體和晶體的物理性質(zhì)。在一定溫度范圍具有液體的流動(dòng)性，黏性和形變等機(jī)械性質(zhì)，但不能承質(zhì)。在一定溫度范圍具有液體的流動(dòng)性，黏性和形變等機(jī)械性質(zhì)，但不能承受應(yīng)切力；同時(shí)具有介電常數(shù)、折射率、磁化率、電導(dǎo)率、反射率等物理性受應(yīng)切力；同時(shí)具

22、有介電常數(shù)、折射率、磁化率、電導(dǎo)率、反射率等物理性質(zhì)。質(zhì)。 液晶材料液晶材料構(gòu)成液晶的分子要滿足三個(gè)條件：構(gòu)成液晶的分子要滿足三個(gè)條件：1.分子結(jié)構(gòu)為棒狀或平面狀，容易形成共軛體系；分子結(jié)構(gòu)為棒狀或平面狀，容易形成共軛體系；2.分子具有一定的極性，通過誘導(dǎo)力和色散力的作用保持取向有序；分子具有一定的極性，通過誘導(dǎo)力和色散力的作用保持取向有序；3.適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)寬比（適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)寬比（48）。）。 26二、晶體結(jié)構(gòu)的二、晶體結(jié)構(gòu)的X射線衍射射線衍射X射線是一種波長(zhǎng)很短的電磁波（射線是一種波長(zhǎng)很短的電磁波（110000 pm），能量高，穿透能力強(qiáng)，不折），能量高，穿透能力強(qiáng)，不折射不反射。射不反射。用于晶體

23、結(jié)構(gòu)測(cè)定的用于晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定的X射線波長(zhǎng)為射線波長(zhǎng)為50-250 pm，此數(shù)值正好與晶體中，此數(shù)值正好與晶體中原子間距離數(shù)量級(jí)相當(dāng)，因而晶體是原子間距離數(shù)量級(jí)相當(dāng)，因而晶體是X射線的天然光柵。射線的天然光柵。熱能熱能X射射線線晶晶體體非散射的能量轉(zhuǎn)非散射的能量轉(zhuǎn)化化光電效光電效應(yīng)應(yīng)透過（絕大部分）透過（絕大部分）散散射射不相干散射（波長(zhǎng)和方向均改變）不相干散射（波長(zhǎng)和方向均改變）相干散射（波長(zhǎng)和位相不變，方向改變）相干散射（波長(zhǎng)和位相不變，方向改變）衍射效應(yīng)衍射效應(yīng)1.基本原理基本原理27晶體中各原子散射的電磁波相互干涉、互相疊加，從而在某個(gè)方向上得到加強(qiáng)的現(xiàn)象稱為衍射，相應(yīng)的方向叫衍射方向，在

24、衍射方向上前進(jìn)的波稱作衍射波。在晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中，具有周期性排列的原子或電子散射的次生X射線間相互干涉的結(jié)果決定了X射線在晶體中的衍射方向，通過對(duì)衍射方向的測(cè)定可以得到晶胞大小和形狀的信息。那些晶胞內(nèi)部各原子不是周期性排列，它們所散射的次生X射線間相互干涉的結(jié)果可能會(huì)使部分衍射波減弱甚至消失，因此對(duì)衍射強(qiáng)度的分析可以獲得晶胞中原子排列方式的信息。衍射方向和衍射強(qiáng)度即為衍射的二要素衍射方向和衍射強(qiáng)度即為衍射的二要素2. X射線晶體結(jié)構(gòu)分析原理射線晶體結(jié)構(gòu)分析原理28衍射方向衍射方向 與晶胞參數(shù)與晶胞參數(shù) 是指結(jié)構(gòu)基元之間散射是指結(jié)構(gòu)基元之間散射X射線相互加強(qiáng)的那些方向，也是射線相互加強(qiáng)的那些方向，

25、也是晶體在入射晶體在入射X射線照射下產(chǎn)生的衍射線偏離入射線的角度。射線照射下產(chǎn)生的衍射線偏離入射線的角度。Bragg方程方程Laue方程方程把空間點(diǎn)陣看成互不平行的三組直線點(diǎn)陣的組合，把衍射方把空間點(diǎn)陣看成互不平行的三組直線點(diǎn)陣的組合，把衍射方向（向（hkl）與三組直線點(diǎn)陣的點(diǎn)陣常數(shù)（）與三組直線點(diǎn)陣的點(diǎn)陣常數(shù)（a, b, c）聯(lián)系起來。）聯(lián)系起來。把空間點(diǎn)陣看成有互相平行且間距相等的一系列平面點(diǎn)把空間點(diǎn)陣看成有互相平行且間距相等的一系列平面點(diǎn)陣所組成得到的表示空間點(diǎn)陣衍射方向的方程。陣所組成得到的表示空間點(diǎn)陣衍射方向的方程。衍射強(qiáng)度衍射強(qiáng)度 與晶胞中原子分布與晶胞中原子分布 通過結(jié)構(gòu)因子通過

26、結(jié)構(gòu)因子F（hkl）計(jì)算衍射強(qiáng)度確定晶體的點(diǎn)計(jì)算衍射強(qiáng)度確定晶體的點(diǎn)陣形式和空間點(diǎn)群，還可以計(jì)算晶體的電子密度和分布函數(shù)。陣形式和空間點(diǎn)群，還可以計(jì)算晶體的電子密度和分布函數(shù)。293. 晶體結(jié)構(gòu)分析方法簡(jiǎn)介晶體結(jié)構(gòu)分析方法簡(jiǎn)介單晶結(jié)構(gòu)分析單晶結(jié)構(gòu)分析回轉(zhuǎn)晶體法回轉(zhuǎn)晶體法LaueLaue法法多晶結(jié)構(gòu)分析 粉末衍射法X射線衍射法測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)并不能得到結(jié)構(gòu)的直接圖像，而對(duì)晶體模型射線衍射法測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)并不能得到結(jié)構(gòu)的直接圖像，而對(duì)晶體模型理論分析的驗(yàn)證。理論分析的驗(yàn)證。30三、缺陷和非整比化合物三、缺陷和非整比化合物 在自然界，即使是在理想的熱力學(xué)平衡條件下，晶體也必然存在各種對(duì)理在自然界，即使是在理想的熱力學(xué)平衡條件下，晶體也必然存在各種對(duì)理想晶體結(jié)構(gòu)的偏離，它們被稱為想晶體結(jié)構(gòu)的偏離，它們被稱為點(diǎn)陣缺陷點(diǎn)陣缺陷。包括平衡點(diǎn)陣缺陷和非平衡點(diǎn)陣缺陷。包括平衡點(diǎn)陣缺陷和非平衡點(diǎn)陣缺陷。許多固體無機(jī)化合物的組成是可變的。這樣的化合物屬于許多固體無機(jī)化合物的組成是可變的。這樣的化合物屬于非整比化合物。缺陷對(duì)非整比化合物。缺陷對(duì)于固體化合物的非整比性起著本質(zhì)作用。于固體化合物的非整比性起著本質(zhì)作用。晶體點(diǎn)陣缺陷的分類晶體點(diǎn)陣缺陷的分類 缺陷