本書內(nèi)容包括緒論、晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對稱性、晶系和布拉維格子、晶體學指數(shù)、晶體投影、倒易點陣、晶體的坐標變換、點群、空間群以及晶體結(jié)構(gòu)共10章內(nèi)容。為了便于初學者掌握書中的內(nèi)容，本書在編寫過程中力求文字通俗易懂，對倒易點陣、晶體投影以及點群等較為抽象的內(nèi)容做了詳細的介紹和推導，并在每章后附有鞏固習題。本書可以作為材料學、功能材料、材料物理、材料化學等專業(yè)的本科生教材，也可作為相關(guān)專業(yè)的研究生和科研工作者的參考書。
本書系統(tǒng)涵蓋晶體結(jié)構(gòu)等 10 章核心內(nèi)容，針對倒易點陣等抽象概念詳加推導，文字通俗易讀。每章配備習題鞏固知識，既適合材料學等專業(yè)本科生作教材，也可供研究生及科研工作者參考，是兼具實用性與專業(yè)性的晶體學學習用書。
前言一代材料，一代裝備，材料科學是高新技術(shù)、高端裝備和制造業(yè)發(fā)展的基礎。材料的性能和服役行為與其內(nèi)部的原子排列方式即晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，即使是相同成分的材料（如金剛石和石墨），當其晶體結(jié)構(gòu)不同時，其物理、化學性能也截然不同。因此，了解和掌握晶體結(jié)構(gòu)相關(guān)基礎知識對研究和開發(fā)高性能新材料具有十分重要的意義。晶體學的發(fā)展始于人們對天然礦物晶體規(guī)則外形的感性認識，并逐漸由表及里，不斷深化而形成。1669年，丹麥學者斯坦諾（N.Steno）通過對石英晶體的研究發(fā)現(xiàn)了面角守恒定律，使得人們從晶體千變?nèi)f化的復雜外形中找到了反映晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)在規(guī)律，奠定了經(jīng)典晶體學的基礎。1801年，法國晶體學家郝依（R.J.Hauy）通過對方解石晶體解理破裂的研究，提出了有理指數(shù)定律，圓滿揭示了晶體外形與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在聯(lián)系，推動了晶體結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展。19世紀初，德國學者魏斯（C.S.Weiss）總結(jié)出晶體對稱定律，將晶體分成七大晶系，并提出了晶體學中的第三個重要定律晶帶定律，闡明了晶面與晶向之間的相互關(guān)系。1830年，德國學者赫薩爾（L.F.Ch.Hessel）推導出描述晶體外形對稱性的32種點群；1890年，俄國學者費德洛夫推導出描述晶體結(jié)構(gòu)對稱性的230種空間群。到19世紀末期，晶體結(jié)構(gòu)的點陣理論和經(jīng)典晶體學基本成熟。一方面，隨著X射線、電子顯微分析等現(xiàn)代分析測試技術(shù)的出現(xiàn)，點陣理論和經(jīng)典晶體學的正確性被進一步證實；另一方面，隨著提拉法、區(qū)熔法、泡生法等新型晶體生長技術(shù)的發(fā)展，在晶體學理論的指導下，許多人工功能晶體（如激光晶體、半導體晶體材料）的可控制備生長得以實現(xiàn)，推動了許多高新技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。由此可見，學習和了解晶體學基礎理論知識對相關(guān)高新技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)具有十分重要的意義。本書可以作為材料學、功能材料、材料物理、材料化學等專業(yè)的本科教材，也可供相關(guān)專業(yè)的研究生和科研工作者參考。由于編者水平有限，書中難免有錯誤和不當之處，懇請讀者批評指正。編者 2025年2月
楊君友教授是教育*新世紀優(yōu)秀人才資助計劃入選者，湖北省楚天學者特聘教授，華中科技大學華中學者特聘教授，現(xiàn)任材料科學與工程學院副院長。主持和參與國家自然科學基金科學儀器專項、國家自然科學基金重點項目、973前期專項、國家自然科學基金面上項目以及省部級項目20余項，在JACS、Adv Energy Mater、Adv Funct Mater、Chem Eng J等權(quán)威期刊發(fā)表相關(guān)學術(shù)論文 200 余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利 20 余項。
第1章緒論（1）1.1晶體的宏觀形態(tài)（1）1.2晶體的微觀結(jié)構(gòu)（2）1.3晶體的基本特征（3）1.3.1晶體的均勻性（3）1.3.2晶體的各向異性（3）1.3.3晶體的對稱性（4）1.3.4晶體的自范性（5）1.3.5*小內(nèi)能（5）1.4準晶體（5）1.5錯位螺旋陣列晶（6）1.6晶體中原子間結(jié)合鍵（7）1.6.1金屬鍵（7）1.6.2共價鍵（8）1.6.3離子鍵（8）1.6.4van de waals（范德瓦耳斯）鍵（9）1.6.5永久性偶極子（氫鍵）（9）第2章晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對稱性（11）2.1空間點陣（11）2.1.1一維點陣（13）2.1.2二維點陣（14）2.1.3三維點陣（14）2.2晶體的對稱性（16）2.2.1平移（17）2.2.2旋轉(zhuǎn)（17）2.2.3反映（20）2.2.4反演（21）2.2.5旋轉(zhuǎn)反演（22）2.2.6旋轉(zhuǎn)反映（24）2.3晶體的對稱操作分類（25）2.4準晶的對稱性及其操作分類（25）第3章晶系與布拉維格子（27）3.1單位格子及坐標系的選擇（27）3.2晶系（29）3.2.1三斜晶系（29）3.2.2單斜晶系（29）3.2.3正交晶系（30）3.2.4三方晶系（30）3.2.5四方晶系（30）3.2.6六方晶系（31）3.2.7立方晶系（31）3.3十四種布拉維格子（32）3.3.1三斜晶系（33）3.3.2單斜晶系（33）3.3.3正交晶系（34）3.3.4四方晶系（34）3.3.5立方晶系（35）3.3.6六方晶系和三方（菱方）晶系（35）3.4初基格子與非初基格子之間的坐標轉(zhuǎn)換（38）第4章晶體學指數(shù)（41）4.1陣點坐標（41）4.2晶向指數(shù)的確定方法（42）4.3六方晶系的晶向指數(shù)（45）4.4晶向指數(shù)的對稱性（48）4.4.1平面點陣晶向指數(shù)的對稱性（48）4.4.2三維點陣晶向指數(shù)的對稱性（49）4.5晶面指數(shù)（50）4.6單形與聚形（54）4.7晶面間距（55）4.8晶帶（57）第5章晶體投影（61）5.1極射赤面投影（61）5.2心射切面投影（63）5.3極射赤面投影網(wǎng)（64）5.4吳氏網(wǎng)的運用（66）5.4.1極點繞垂直于投影面的軸轉(zhuǎn)動（66）5.4.2極點繞處在投影面上的一個軸轉(zhuǎn)動角（66）5.4.3極點繞一個傾斜的軸轉(zhuǎn)動（67）5.4.4轉(zhuǎn)換投影平面（68）5.5極點的對稱操作（69）5.5.1旋轉(zhuǎn)（70）5.5.2反映（70）5.5.3反演（70）5.6晶帶的極射赤面投影（71）5.7晶體的標準投影圖（73）5.8極射赤面投影的應用（77）第6章倒易點陣（79）6.1倒易點陣概念的引入（79）6.2倒易點陣的性質(zhì)（83）6.3倒易點陣的物理意義（84）6.4晶帶與倒易面（85）6.4.1晶帶軸與倒易面的對應關(guān)系（85）6.4.2晶帶定律（86）6.5倒易點陣在晶體幾何學中的應用（87）6.5.1晶面法線的計算（87）6.5.2各晶系的晶面間距公式的推導（90）6.5.3平面間夾角的計算（91）6.5.4兩個平移矢量的矢積（91）6.5.5晶帶軸計算（92）6.6注意事項（92）第7章晶體的坐標變換（94）7.1晶體定向轉(zhuǎn)換的基本公式（94）7.2點坐標和晶向指數(shù)轉(zhuǎn)換公式（94）7.3晶面指數(shù)的轉(zhuǎn)換公式（95）7.4十四種布拉維格子對應的倒易格子（96）7.4.1非初基布拉維格子轉(zhuǎn)換成初基格子（96）7.4.2非初基布拉維格子的倒易格子（98）7.5非初基布拉維格子的（hkl）晶面在倒易點陣中出現(xiàn)的條件（102）7.6倒易點陣中的坐標（102）7.7非初基格子的倒易格子（105）7.8布里淵區(qū)（108）7.8.1布里淵區(qū)的定義（108）7.8.2布里淵區(qū)的確定（109）7.8.3布里淵區(qū)的特點（111）第8章點群（113）8.1群論初步（113）8.1.1群的基本性質(zhì)（113）8.1.2群的乘法表（114）8.1.3子群（116）8.1.4循環(huán)群（117）8.1.5同構(gòu)群（117）8.1.6交換群（117）8.1.7有限群的生殖元素（118）8.1.8群的直積（118）8.2宏觀對稱元素的組合（118）8.2.1對稱操作的分類（119）8.2.2對稱操作組合定理（119）8.3點群的表示方法（121）8.3.1點群的極射赤面投影圖（121）8.3.2點群的國際符號（122）8.432種點群推演（123）8.4.1第一類點群純旋轉(zhuǎn)點群（123）8.4.2第二類點群（126）8.5點群的轉(zhuǎn)換矩陣及分類（129）8.5.1點群的轉(zhuǎn)換矩陣（129）8.5.2點群與所屬晶系（130）第9章空間群（135）9.1晶體的微觀對稱性和對稱元素（135）9.2平移（136）9.3n次螺旋（旋轉(zhuǎn)平移）（136）9.4滑移（鏡面滑移）（138）9.5空間群（139）9.6空間群的符號（140）9.7等效點系（142）第10章晶體結(jié)構(gòu)（147）10.1原子堆積（等徑球堆積）（147）10.1.1密堆結(jié)構(gòu)（147）10.1.2堆積系數(shù)（148）10.1.3堆積間隙（149）10.2純金屬與合金晶體（151）10.3離子晶體（153）10.3.1AB型離子晶體（154）10.3.2AB2型離子晶體（螢石）（154）10.3.3AmBn型離子晶體（155）10.4共價晶體（155）10.5分子晶體（156）10.6晶體結(jié)構(gòu)的表示方法（156）10.6.1結(jié)構(gòu)基元的類型（156）10.6.2晶體結(jié)構(gòu)的分類（156）10.7多晶型性（158）10.8實際晶體的缺陷（160）10.8.1零維缺陷（點缺陷）（161）10.8.2一維缺陷（線缺陷）（163）10.8.3二維缺陷（面缺陷）（166）參考文獻（171）
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