各種材料具有不同的物理、化學性能，這些性質(zhì)主要是由材料的化學組成及結構狀況（原子在固體中的排列方式、化學鍵的種類、固體中的電子態(tài)、實際晶體中的缺陷及顯微結構狀況等）所決定。影響材料各種性能的結構層次及類別是十分豐富多樣的。從尺度上講，運動范圍從只有埃量級的核外電子結構到微米級的晶粒以至尺度更大的孔隙、裂紋等均對材料的不同性質(zhì)起著不同的影響。毫無疑問，原子、離子的理想排列狀況即晶體結構對材料性質(zhì)有決定性的影響，所以掌握晶體結構方面的知識是非常重要的。
人們對晶體的認識，是從石英開始的。古代人們把外形上具有規(guī)則的幾何多面體形態(tài)的石英（即水晶）稱為晶體。后來，人們把凡是天然的具有幾何多面體形態(tài)的固體，例如，食鹽、方解石、磁鐵礦等，都稱為晶體。
隨著生產(chǎn)的發(fā)展科學技術的進步，人們對晶體的認識不斷深化。本世紀初，應用X射線分析的方法，研究了晶體的內(nèi)部結構以后，發(fā)現(xiàn)一切晶體不論其外形如何，它的內(nèi)部質(zhì)點（原子、離子或分子）都是有規(guī)律排列的，即晶體內(nèi)部相同質(zhì)點在二維空間均成周期性重復，構成了格子構造。所以，嚴格說對晶體的定義是：晶體是內(nèi)部質(zhì)點在三維空間成周期性重復排列的固體；或者說，晶體是具有格子構造的固體。
任何一種晶體，不管它有多少種類的質(zhì)點，也不管它們在二維空間排布的具體形式如何復雜，其晶體內(nèi)部結構的最基本的特征都是質(zhì)點在三維空間作有規(guī)律的周期重復。空間點陣是表示晶體結構中質(zhì)點重復規(guī)律的幾何圖形。
現(xiàn)以NaNO2晶體結構為例進行說明。圖1—1（a）是NaNO2晶體結構的二維圖形，其中單位矢量長度：
b=0.556nm c=0.538nm
此處的圖片已經(jīng) 隱藏，請下載原文閱讀
圖1—l NaNO2晶體結構的二維結構（a）結構圖（b）結構單元（c）空間點陣
這個圖形告訴我們，在晶體結構中有一個象圖1—2（b）中所示的那樣一個基本單元，如果我們把整個晶體結構圖形比擬成一塊花布，這個基本單元就是花布中的一朵花。在晶體結構中，這個由質(zhì)點（原子或離子）組成的基本單元稱為結構單元（或稱為基元）。這個結構單元可以是由一個原子（或離子，下同）或一個包含著幾個原子的分子所組成，也可以由幾個同種類的原子或包含著幾個分子的復雜原子團所組成。在任何理想的晶體內(nèi)，結構單元中所包含的質(zhì)點間相互關系，在整個晶體中都是一樣的。NaNO2的結構單元就由包含著兩個氧原子，一個氮原子及一個鈉原子四個質(zhì)點的亞硝酸鈉分子所組成的。結構單元應該包括這個晶體中所有的不等同的原子，但又不應該包括完全等同的原子。這里所說的等同，不僅是指屬于同一種元素的原子，還包括其周圍的物理化學環(huán)境及幾何環(huán)境也應該相同。例如圖1—1（b）有兩個氧原子，但在NaNO2晶體中它們所處的幾何環(huán)境就不一樣，一個氧原子在左上角有氮原子，但在右上角則沒有氮原子與其相鄰，而另一個氧原子的環(huán)境卻為相反。因此這兩個氧原子在晶體結構中是不等同的，所以應該把這兩個氧原子都包括在同一個結構單元中。另一方面我們不應該把這個結構單元再擴大了，因為晶體中任何其他原子都是與圖1—1（b）這個圖案中的某一個原子等同的。
這個結構單元在空間是以一定周期重復出現(xiàn)的。例如由圖1—1（a）可以著出來，在b軸及c軸方向上，各以0.556nm及0.538nm為間隔作周期重復。這個重復周期的尺度與實際晶體尺寸比較是如此小，如對于邊長為1厘米尺度的晶體來說，這種重復達107～10８數(shù)量級，因此把它看成是無限多次重復是可以的。這樣在NaNO2晶體中，我們?nèi)舭颜麄€圖形沿著b方向移動0.556nm或其整數(shù)倍，圖形就和沒有移動過以前一樣，同樣在c方向移動0.538nm或其整數(shù)倍，整個圖形也可以復原，在垂直紙面的a方向，如以0.355nm或其整數(shù)倍移動也同樣可以復原。按以上周期依次在兩個或三個方向平移，當然也可以把圖形復原。晶體中的這個特點稱之為周期重復性，或說具有平移對稱性。
我們可以用數(shù)學矢量形式來表達這個周期重復的性質(zhì)，即對整個圖形作
Ｔ＝ｍa＋nb＋pc （ｍ，n，p＝0，±1，±2……任意整數(shù)） （1—1）
的平移，圖形可以復原，Ｔ稱為平移矢量。Ｔ可以有一系列無限多的大小及方向不同的值。在晶體中一定有這樣的性質(zhì)：
（1）從晶體結構中任何一個原子（或其它任何點）出發(fā)，以矢量Ｔ進行平移，一定會重合在另一個等同的原子上（或相應的等同點上）。
（2）任何兩個等同原子（或其他等同點）的連線一定也是一個Ｔ矢量。
不符合這兩條原則的固體結構就不屬于晶體，或者把平移的單位矢量選錯了。所以我們也可以說晶體就是有Ｔ矢量的固體材料。
..........
全文內(nèi)容，請下載：閱讀！
