绪论

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Crystallography Crystallography

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几何结晶学研究晶体的外形及几何规律晶体构造学研究晶体内部质点的空间分布规律晶体化学研究晶体化学成分与晶体结构、性质的关系

⑴ 结晶学的主要研究内容（主要分支）

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晶体物理学研究晶体的物理性质及产生机理晶体生长学研究晶体的形成过程及影响因素

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① 无机非金属材料为多晶或单晶材料无机非金属材料指以某些元素的氧化物和硅酸盐

等为主要组成的无机材料。传统无机材料主要有水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料等，为多晶

材料。新型无机材料主要有压电材料；磁性材料；激光材料；超硬材

料（氮化硼）；生物陶瓷（人工骨）等，包括单晶或多晶材料。

⑵ 结晶学与无机非金属材料学科的关系

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② 无机非金属材料原料是晶体或主要组成相是晶体天然矿物岩石自然界已经发现的矿物约 3000余种，其中绝大多数是晶体。

岩石是一种或多种矿物的固态集合体。工业废渣指工业生产过程中排放的固体废物，如粉煤灰、炉渣、钢渣、

工业石膏、赤泥等。工业尾矿在特定的经济技术条件下 ,矿山在选取有用成分后排放的废

弃物。工业废渣和工业尾矿的化学成分、矿物成分比较复杂，但主

要的组成相是晶体。

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③ 结晶学是无机材料专业重要的专业基础课

支撑的课程有无机材料科学基础无机材料显微结构分析材料物理性能分析测试技术等

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硅酸盐水泥熟料中的硅酸三钙（ alite ）和硅酸二钙（ belite ）晶体（显微照片）

alite

belite

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氧化铝瓷的 SEM 图片

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氧化铝瓷 SEM 图像左：原料为纯氧化铝；右：原料中掺少量氧化镁

2μm

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Alumina-zirconia-silica (AZS) refractory brickZrO2 ：斜锆石晶体； Al2O3 ：刚玉晶体

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玻璃结石的 SEM ( Scanning Electron Microscopy ) 图片，结石由残留的铬铁矿晶体和针状绿铬矿晶体组成。

绿铬矿

残余的铬铁矿

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激光晶体 Nd-YAG

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压电晶体

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硅单晶

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⑶ 结晶学发展简史

萌芽时期 (17 世纪 ) 发展阶段 (18-19 世纪 )18 - 19 世纪中叶，几何结晶学基本定律建立19 世纪中叶 -20 世纪初，晶体构造基本理论形成近代（ 20 世纪以来）X 射线结晶学晶体化学晶体生长技术

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一般只是晶体的外表研究；开始注意到晶体的光学性质。

萌芽时期 (17 世纪 )

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1669 年，对石英和赤铁矿晶体进行了研究后，首先发现了晶体的面角恒等定律。奠定了几何结晶学的基础。

丹麦学者斯丹诺 (N. Steno 1638 一 1687)

a a

aoo

o

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丹麦学者巴尔托林 (E. Bartolins l625 一 1698)

1669 年，在方解石的晶体中发现了双折射现象，奠定了晶体光学的基础。

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试图找出晶体内部构造的规律。 1678 年，提出晶体是由一定形状的物质质点

( 成椭球形的物质分子 ) 作规则垒迭而成。这是最早的关于晶体的概念；也是晶体构造思

想的最早萌芽。

荷兰学者惠更斯 (C ． Huygens l629 一 1695)

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18 - 19世纪中叶，几何结晶学基本定律的建立时期。

发展阶段 (18-19 世纪 )

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俄国学者艾列尔 (1707—1783)

在研究晶体的形态特征时发现：所有晶体的晶面数加角顶总是等于晶棱数加 2 ，这一公式后来被人们称为艾列尔公式。

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后来，法国学者罗美德利尔 (Louis Rome De I, Isle 1736—1790)利用这一测角仪进行了二十多年的测角工作，共测量了 500 多种矿物晶体。肯定了晶体面角守恒定律的普遍意义。

法国学者阿诺德 (A.C. Arnould l742 一 1806)

1780 年发明了接触测角仪。

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1784 年，基于对方解石、氯化钠等晶体解理的观察，提出了晶体是由无数多面体形状的原始“组成单位”在三度空间无间隙地平行堆砌而成。

这一思想奠定了晶体构造学的基础。

法国学者阿羽依 (R.J. Haiiy l743 一 1822)

石盐（ NaCl) 冰洲石

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1801 年发表了著名的整数定律，从而满意地解释了晶体外形与其内部构造间的关系。

此外，他又提出晶体是对称的，这种对称不但为晶体外形所固有，同时也表现在晶体的物理性质上。

法国学者阿羽依 (R.J. Haiiy l743 一 1822)

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1809 年设计出了第一台单圈反射测角仪。使晶体测角工作的精度大为提高。

这项工作盛极一时，曾积累了许多实际资料。

英国学者乌拉斯顿 (W.H. Wollaston l766 一 1828)

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1805—1809 年间，以实验方法确定了晶体中不同的旋转轴；

继之又总结出了晶体的对称定律； 1813 年首先提出晶体分为六大晶系，为晶体

的合理分类奠定了基础；确定了晶带定律，进一步阐明了晶体界限要素之间的关系。

德国学者魏斯 (C.S. weiss 1780 一 1856)

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1839 年创立了表示晶面空间位置的米氏符号。至今仍得到广泛的应用。

英国学者米勒尔 (W ． H ． Miller 1801 一 1880)

(110)

(101) (011)

(101)

(110)

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德国学者赫塞尔 (L ． F ． Ch ． Hessel ， l792 一 1872)

首先推导出 32种对称型。但他的这一成果当时未被人们所注意。

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1867 年，用严谨的数学方法推导出相同的 32种对称型，引起人们的重视。从而完成了晶体宏观对称的总结工作，为晶体的分类奠定了基础。

此时，随着几何结晶学研究的深入开展，晶体内部构造理论的研究工作，也得到了迅速的发展。

俄国学者加多林 (1828—1892)

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19世纪中叶 -20世纪初，晶体构造基本理论的建立时期。

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1842 年首先提出了晶体内部格子构造的理论。他认为晶体的内部构造是以点为单位在三度空间成周期性的重复排列。

提出了平行六面体的概念。并据此推出了 15种可能的空间格子型式。

德国学者弗兰肯汉姆 (M ． L ． Frankenheim 180l 一 1869)

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1848 年，修正了弗兰肯汉姆的研究成果，并于1855 年，用数学的方法推导出了晶体构造中 14种空间格子。成为近代晶体构造理论的奠基人。

法国学者布拉维 (A ． Bravais 1811—1863)

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1889 年第一个提出反映滑移这一新的对称变换。继而运用数学的方法推导出了晶体结构中的 230种空间群 (费德罗夫群 ) 。这一成果成为一切有关晶体构造的研究基础。

发明了双圈测角仪和费氏旋转台，使晶体的研究工作大大向前推进一步。

费德罗夫 (1853—1919 俄国结晶学家、现代结晶学的奠基人 )

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至此，晶体构造的理论研究工作已经非常成熟了，为晶体结构的分析建立了理论基础，并提供了可能。然而，这一理论得到进一步的证实要在二十年以后。

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近代 (20 世纪 )

用 x 射线研究晶体，揭示了许多晶体的内部构造；

研究化学成分与晶体结构、物理性质之间的关系；结晶学的又一个分支——晶体化学，经过长期孕育得以产生并迅速发展。

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1912 年，第一次成功地进行了 X 射线通过晶体发生衍射的实验；

证实了晶体格子构造理论的正确性；提供了用 X 射线研究晶体结构的手段；为晶体构造学的发展开辟了道路；开创了 X 射线结晶学。

劳埃 (M.V. Laue l879 一 1960) ，德国学者

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1951 年，创立了正负对称性的概念。基于这一新的概念，另外二位苏联学者扎莫礼也夫和别洛夫又将 230个空间群导衍而成为 1651个舒勃尼柯夫群。

舒勃尼柯夫，苏联学者

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1959 年发现了一种新矿物 (香花石 ) ，填补了 32 晶类中一个晶类 (五角三四面体晶类 ) 的空白。

迄今，结晶学已经发展成为一门以晶体为实际基础、具有高度理论性和严密逻辑性的科学了。

彭志忠，中国学者

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