1、2.3 几何晶体学2.3.1 简单的历史回顾固体材料的分类固体材料可以按照其中原子排列的有序程度分为晶态和非晶态两大类。一个明显的弯曲标志着随着温度的下降体系中发生了相变：在沸腾温度处首先发生气相到液相的转变。随着温度的继续降低，液体的体积连续减小。注意到曲线的斜率应该对应于体系的热膨胀系数：固体的热膨胀系数小于液体。液体在缓慢降温过程中形成晶体。在这一过程中，原子有足够的时间发生重排，因此形成的固体中原子的排列呈有序状态。液体在急冷过程中形成非晶体。在这一过程中，原子没有足够的时间发生重排，因此形成的固体中原子的排列呈无序状态。晶体和非晶体的根本区别晶态材料具有长程有序的点阵结构，其组成原子
2、或基元处于一定格式空间排列的状态；非晶态材料则象液体那样，只有在几个原子间距量级的短程范围内具有原子有序的状态。 (短程有序 )v 人类最早使用的材料是天然的石块。在采集石块的同时也就发现了各种具有规则外形的石头。人们把这些具有规则外形的石头称为晶体。v 在我国周口店的中国猿人遗址就发现了用水晶等晶体制成的工具。这是人类认识晶体的开始。因此，晶体是一个非常古老的名词。v 无色的六面体食盐是最普通的同时也是最重要的一种晶体。盐对于生命来说是必不可少的，而在所有文化形态中，盐又历来具有某种象征的性质。 v “salary” =“买盐的钱 ”。 晶面角守恒定律 v晶体最初给人们的印象就是具有规则外形
3、，而对晶体开展的研究也是从这些规则外形开始的。v1669 年，一个叫做斯丹诺 (Nicolas Steno) 的意大利人对水晶进行了仔细的研究后发现：尽管不同的石英晶体，其晶面的大小、形状、个数都可能会有所不同，但是相应的晶面之间的夹角都是固定不变的。 v天然的水晶 (石英晶体 ) 可以有各种不同的外形 v尽管不同的石英晶体，其晶面的大小、形状、个数都可能会有所不同，但是相应的晶面之间的夹角都是固定不变的 v其中的 a 晶面和 b 晶面之间的夹角总是 14147，b 晶面和 c 晶面之间的夹角总是 12000，而 c 晶面和 a 晶面之间的夹角总是 11308。 此后，人们对各种不同的晶体进行
4、了大量的观察，发现类似的规律对于其他的晶体也是存在。这就诞生了结晶学上的第一条经验定律 晶面角守恒定律 在同一温度下，同一种物质所形成的晶体，其相同晶面的夹角是一个常数。 晶面角守恒定律是晶体学中最重要的定律之一，它揭露了晶体外形的一种重要的规律性，从而指导人们怎样去定量地、系统地研究各式各样的晶体。 v在 19 世纪初，在晶面角守恒定律的启发下，晶体测角工作曾盛极一时，大量天然矿物和人工晶体的精确观测数据就是在这个阶段获得的。这些数据为进一步发现晶体外形的规律性 (特别是关于晶体对称性的规律 ) 创造了条件。 v直至今天，测定晶面角仍然是从晶体外形来鉴别各种不同矿物的一种常用的可靠方法，为此人们还设计制作了一些晶体测角仪，专门用于这一目的。
