本書系統(tǒng)闡述了晶體學(xué)基礎(chǔ)理論,包括幾何結(jié)晶學(xué)、晶體構(gòu)造學(xué)、晶體化學(xué)、晶體生長(zhǎng)學(xué)和晶體物理學(xué)。全書共分為7章,第1章為緒論,主要介紹晶體學(xué)的研究?jī)?nèi)容、晶體學(xué)發(fā)展史以及晶體、非晶體和準(zhǔn)晶體的概念;第2章為幾何結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ),系統(tǒng)闡述晶體的投影、晶體的宏觀對(duì)稱、晶體定向和晶體學(xué)符號(hào)、單形和聚形、晶體的規(guī)則連生;第3章為晶體構(gòu)造學(xué)基礎(chǔ),闡述晶體的空間格子構(gòu)造規(guī)律、晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的對(duì)稱要素、空間群和等效點(diǎn)系;第4章為晶體化學(xué)基礎(chǔ),包括密堆積原理、配位數(shù)和配位多面體、鮑林規(guī)則、類質(zhì)同象和同質(zhì)多象、晶格缺陷等;第5章為晶體生長(zhǎng)學(xué)基礎(chǔ),包括晶體的形成方式、晶體生長(zhǎng)的基本理論、晶面的發(fā)育、影響晶體的生長(zhǎng)因素、常用晶體生長(zhǎng)技術(shù)等;第6章為晶體物理學(xué)基礎(chǔ),簡(jiǎn)要介紹晶體的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)性質(zhì);第7章為常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)要介紹單質(zhì)、典型無(wú)機(jī)化合物、新能源材料、磁性材料、超硬材料、硅酸鹽及硅酸鹽水泥的晶體結(jié)構(gòu)。全書采用彩色印刷,每章均有思考題,附有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。此外,本書每章后面都有與課程內(nèi)容相關(guān)的延伸閱讀,包括相關(guān)的課程思政內(nèi)容。
本書可作為材料、化學(xué)、地礦、寶石等專業(yè)本科生、研究生教材,也可作為相關(guān)學(xué)科研究人員的參考書。
第1章 緒論 001
1.1 晶體學(xué) 001
1.1.1 晶體學(xué)的研究?jī)?nèi)容 001
1.1.2 晶體學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系002
1.1.3 晶體學(xué)發(fā)展史003
1.2 晶體007
1.2.1 晶體的概念007
1.2.2 晶體的基本性質(zhì)009
1.3 非晶體和準(zhǔn)晶體 011
1.3.1 非晶體 011
1.3.2 準(zhǔn)晶體 011
延伸閱讀1 液晶 012
延伸閱讀2 郭可信——將中國(guó)電子顯微學(xué)推向世界 014
思考題 015
第2章 幾何結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ) 016
2.1 晶體的測(cè)角與投影 016
2.1.1 面角恒等定律 016
2.1.2 晶體的測(cè)角 016
2.1.3 晶體的球面投影及其坐標(biāo) 018
2.1.4 極射赤平投影 019
2.1.5 吳氏網(wǎng)及應(yīng)用 021
2.2 晶體的宏觀對(duì)稱022
2.2.1 對(duì)稱的概念和特點(diǎn) 022
2.2.2 宏觀對(duì)稱要素和對(duì)稱操作023
2.2.3 對(duì)稱要素的組合定理032
2.2.4 對(duì)稱型(點(diǎn)群)034
2.2.5 晶體的對(duì)稱分類042
2.3 晶體定向和晶體學(xué)符號(hào) 044
2.3.1 晶體學(xué)坐標(biāo)系及晶體定向方法045
2.3.2 晶面符號(hào) 049
2.3.3 整數(shù)定律052
2.3.4 晶棱符號(hào)053
2.3.5 晶帶、晶帶符號(hào)及晶帶定律055
2.3.6 對(duì)稱型(點(diǎn)群) 的符號(hào) 058
2.4 單形和聚形060
2.4.1 單形的概念和符號(hào) 061
2.4.2 單形的推導(dǎo)062
2.4.3 47 種幾何單形 068
2.4.4 單形的分類和命名073
2.4.5 聚形074
2.5 晶體的規(guī)則連生075
2.5.1 平行連生076
2.5.2 雙晶077
2.5.3 浮生和交生082
延伸閱讀1 群論在晶體對(duì)稱理論中的應(yīng)用 083
延伸閱讀2 雙晶形成的內(nèi)部結(jié)構(gòu)機(jī)制 089
延伸閱讀3 晶體學(xué)中的對(duì)稱之美與和諧社會(huì)構(gòu)建 091
思考題092
第3章 晶體構(gòu)造學(xué)基礎(chǔ)095
3.1 晶體的空間格子規(guī)律095
3.1.1 空間格子要素097
3.1.2 單位平行六面體的選擇 098
3.1.3 晶體結(jié)構(gòu)中確定空間格子的方法 101
3.1.4 十四種布拉維空間格子 102
3.2 晶胞 105
3.3 空間格子中點(diǎn)的坐標(biāo)、行列及面網(wǎng)符號(hào) 106
3.3.1 空間格子中點(diǎn)的坐標(biāo) 107
3.3.2 行列符號(hào) 107
3.3.3 面網(wǎng)符號(hào) 107
3.4 晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的對(duì)稱要素 109
3.4.1 平移軸(平移群) 109
3.4.2 螺旋軸 110
3.4.3 滑移面 113
3.5 晶體結(jié)構(gòu)的空間群 116
3.5.1 空間群的概念 116
3.5.2 空間群的符號(hào) 118
3.6 等效點(diǎn)系 119
3.6.1 等效點(diǎn)系的概念 119
3.6.2 等效點(diǎn)系的表示方法 120
延伸閱讀1 空間格子的對(duì)稱性與晶體結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的區(qū)別 122
延伸閱讀2 平凡中的偉大——威廉亨利布拉格 124
思考題 125
第4章 晶體化學(xué)基礎(chǔ) 127
4.1 離子類型和晶格類型 127
4.1.1 離子類型 127
4.1.2 晶格類型 128
4.2 原子半徑和離子半徑 129
4.2.1 絕對(duì)半徑和有效半徑 129
4.2.2 原子半徑和離子半徑的變化規(guī)律 129
4.2.3 離子極化 133
4.3 球體的緊密堆積原理 134
4.3.1 最緊密堆積原理 134
4.3.2 最緊密堆積方式 135
4.3.3 最緊密堆積空隙 135
4.4 配位數(shù)和配位多面體 137
4.4.1 配位數(shù)和配位多面體的概念 137
4.4.2 離子極化對(duì)配位數(shù)的影響 141
4.5 鮑林規(guī)則 143
4.6 同質(zhì)多象 144
4.6.1 同質(zhì)多象的概念 144
4.6.2 同質(zhì)多象的轉(zhuǎn)變及類型 144
4.7 類質(zhì)同象和固溶體 146
4.7.1 類質(zhì)同象的概念 146
4.7.2 類質(zhì)同象的類型 147
4.7.3 決定和影響類質(zhì)同象的因素 147
4.7.4 固溶體的概念 148
4.8 多型和多體 149
4.8.1 多型的概念及其特點(diǎn) 149
4.8.2 多體的概念 150
4.9 晶體結(jié)構(gòu)描述及表達(dá) 151
4.9.1 晶體結(jié)構(gòu)描述 151
4.9.2 晶體結(jié)構(gòu)查詢 152
4.9.3 晶體結(jié)構(gòu)繪圖 153
4.10 晶格缺陷 154
4.10.1 點(diǎn)缺陷 154
4.10.2 線缺陷 155
4.10.3 面缺陷 156
延伸閱讀1 模塊結(jié)構(gòu) 159
延伸閱讀2 中國(guó)晶體學(xué)和結(jié)構(gòu)化學(xué)的主要奠基人——唐有祺 160
思考題 161
第5章 晶體生長(zhǎng)學(xué)基礎(chǔ) 163
5.1 晶體的形成 163
5.1.1 晶體的形成方式 163
5.1.2 晶核的形成與生長(zhǎng) 164
5.2 晶體生長(zhǎng)的幾種基本理論 165
5.2.1 層生長(zhǎng)理論 166
5.2.2 階梯生長(zhǎng)理論 167
5.2.3 螺旋生長(zhǎng)理論 168
5.3 晶面發(fā)育的規(guī)律 169
5.3.1 布拉維法則 169
5.3.2 居里-烏爾夫原理 170
5.3.3 周期鍵鏈理論 171
5.4 影響晶體生長(zhǎng)的外因 171
5.4.1 溫度 171
5.4.2 渦流和介質(zhì)流動(dòng)方向 172
5.4.3 雜質(zhì)與酸堿度 172
5.4.4 介質(zhì)黏度 172
5.4.5 組分的相對(duì)濃度 173
5.4.6 結(jié)晶速度 173
5.4.7 生長(zhǎng)順序與生長(zhǎng)空間 173
5.5 晶體生長(zhǎng)技術(shù)簡(jiǎn)介 173
5.5.1 熔體生長(zhǎng)法 174
5.5.2 溶液生長(zhǎng)法 176
5.5.3 氣相生長(zhǎng)法 178
5.5.4 高溫高壓法 179
5.6 重要人工晶體及生長(zhǎng)方法 180
5.6.1 非線性光學(xué)晶體 180
5.6.2 激光晶體 180
5.6.3 壓、鐵電晶體 181
5.6.4 磁光晶體 181
延伸閱讀1 燒結(jié)過(guò)程中的晶體生長(zhǎng) 182
延伸閱讀2 中國(guó)激光晶體技術(shù)引領(lǐng)世界科技潮流 183
思考題 184
第6章 晶體物理學(xué)基礎(chǔ) 186
6.1 張量的基礎(chǔ)知識(shí) 186
6.2 晶體的力學(xué)性質(zhì) 189
6.2.1 應(yīng)力與應(yīng)力張量 189
6.2.2 應(yīng)變與應(yīng)變張量 189
6.2.3 晶體的彈性和范性 190
6.2.4 晶體的硬度 191
6.3 晶體的熱學(xué)性質(zhì) 192
6.3.1 晶體的熱容 192
6.3.2 晶體的熱膨脹 194
6.3.3 晶體的熱傳導(dǎo) 196
6.4 晶體的電學(xué)性質(zhì) 197
6.4.1 晶體的介電性質(zhì) 197
6.4.2 晶體的壓電性質(zhì) 199
6.4.3 晶體的熱釋電性質(zhì)200
6.4.4 晶體的鐵電性質(zhì) 201
6.4.5 晶體的導(dǎo)電性質(zhì)203
6.5 晶體的磁學(xué)性質(zhì)208
6.5.1 抗磁性 210
6.5.2 順磁性 210
6.5.3 鐵磁性 210
6.5.4 反鐵磁性 211
6.5.5 亞鐵磁性 212
延伸閱讀1 晶體物理性質(zhì)的對(duì)稱性 213
延伸閱讀2 心平氣和地甘坐“冷板凳”——中國(guó)科學(xué)院院士閔乃本 214
思考題 216
第7章 晶體結(jié)構(gòu) 217
7.1 單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu) 217
7.1.1 金屬單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu) 217
7.1.2 非金屬單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu) 219
7.1.3 惰性氣體的晶體結(jié)構(gòu)223
7.2 典型無(wú)機(jī)化合物的晶體結(jié)構(gòu)223
7.2.1 AX 型223
7.2.2 AX2 型225
7.2.3 A2X3 型229
7.2.4 ABX3 型230
7.2.5 ABX4 型232
7.2.6 AB2O4 型234
7.2.7 A2B2O7 型234
7.3 新能源材料的晶體結(jié)構(gòu)236
7.3.1 LiCoO2 型236
7.3.2 LiMn2O4 型236
7.3.3 LiFePO4 型237
7.4 磁性材料的晶體結(jié)構(gòu)238
7.4.1 金屬磁性材料的晶體結(jié)構(gòu)238
7.4.2 鐵氧體磁性材料的晶體結(jié)構(gòu) 241
7.5 超硬材料的晶體結(jié)構(gòu)244
7.5.1 碳化物244
7.5.2 氮化物245
7.5.3 硼化物247
7.6 硅酸鹽的晶體結(jié)構(gòu)249
7.6.1 島狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽249
7.6.2 環(huán)狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽 251
7.6.3 鏈狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽253
7.6.4 架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽257
7.6.5 層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽260
7.7 硅酸鹽水泥的晶體結(jié)構(gòu)262
7.7.1 硅酸三鈣262
7.7.2 硅酸二鈣263
7.7.3 鋁酸三鈣266
7.7.4 鐵鋁酸四鈣266
延伸閱讀1 高熵材料(合金、高熵碳化物、氮化物、氧化物) 的晶體結(jié)構(gòu)267
延伸閱讀2 彭志忠——愛(ài)國(guó)敬業(yè)的礦物結(jié)晶學(xué)家270
思考題272
附錄 晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)274
實(shí)驗(yàn)一 晶體的測(cè)量與投影274
實(shí)驗(yàn)二 晶體的宏觀對(duì)稱275
實(shí)驗(yàn)三 晶體定向及晶面符號(hào)277
實(shí)驗(yàn)四 單形認(rèn)識(shí)279
實(shí)驗(yàn)五 聚形分析 281
實(shí)驗(yàn)六 晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的對(duì)稱要素及空間群283
實(shí)驗(yàn)七 最緊密堆積與典型結(jié)構(gòu)分析 284
實(shí)驗(yàn)八 晶體的形成287
參考文獻(xiàn)290