說到晶體，一般可能會(huì)想到水晶、氯化鈉、冰、明礬等，有的人可能會(huì)想到玻璃，然而玻璃并不是晶體，那么什么是晶體呢？晶體，是由大量微觀物質(zhì)單位（原子、離子、分子等）按一定規(guī)則有序排列的結(jié)構(gòu)，因此可以從結(jié)構(gòu)單位的大小來研究判斷排列規(guī)則和晶體形態(tài)。

如何判斷是不是晶體

1、判斷是不是晶體，我們可以依據(jù)晶體的特征

（1）自然凝結(jié)的、不受外界干擾而形成的晶體擁有整齊規(guī)則的幾何外形，即晶體的自范性。

（2）晶體擁有固定的熔點(diǎn)，在熔化過程中，溫度始終保持不變。

（3）單晶體有各向異性的特點(diǎn)。

（4）晶體可以使X光發(fā)生有規(guī)律的衍射。

宏觀上能否產(chǎn)生X光衍射現(xiàn)象，是實(shí)驗(yàn)上判定某物質(zhì)是不是晶體的主要方法。

（5）晶體相對應(yīng)的晶面角相等，稱為晶面角守恒。

2、判斷是不是晶體，通過了解晶體和非晶體的區(qū)別

非晶體是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間不成周期性重復(fù)排列的固體，具有近程有序，但不具有長程有序。如玻璃。外形為無規(guī)則形狀的固體。晶體和非晶體所以含有不同的物理性質(zhì)，主要是由于它的微觀結(jié)構(gòu)不同。

石英、云母、明礬、食鹽、硫酸銅、糖、味精等就是常見的晶體；玻璃、蜂蠟、松香、瀝青、橡膠等就是常見的非晶體。

晶體結(jié)構(gòu)

為了描述晶體的結(jié)構(gòu)，我們把構(gòu)成晶體的原子當(dāng)成一個(gè)點(diǎn)，再用假想的線段將這些代表原子的各點(diǎn)連接起來，就繪成了像圖中所表示的格架式空間結(jié)構(gòu)。這種用來描述原子在晶體中排列的幾何空間格架，稱為晶格。由于晶體中原子的排列是有規(guī)律的，可以從晶格中拿出一個(gè)完全能夠表達(dá)晶格結(jié)構(gòu)的最小單元，這個(gè)最小單元就叫作晶胞。許多取向相同的晶胞組成晶粒，由取向不同的晶粒組成的物體，叫做多晶體，而單晶體內(nèi)所有的晶胞取向完全一致，常見的單晶如單晶硅、單晶石英。大家最常見到的一般是多晶體。

晶體按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為七大晶系和14種晶格類型。

立方晶系：鉆石 明礬 金鐵鉛

正方晶系：錫 金紅石 白鎢

斜方晶系：硫 碘 硝酸銀

單斜晶系：硼砂 蔗糖石膏

三斜晶系：硫酸銅 硼酸

三方（菱形）晶系：砷 水晶 冰 石墨

六方晶系：鎂 鋅 鈹 鎘 鈣

晶體都有一定的對稱性，有32種對稱元素系，對應(yīng)的對稱動(dòng)作群稱做晶體系點(diǎn)群。按照內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間作用力性質(zhì)不同，晶體可分為離子晶體、原子晶體、分子晶體、金屬晶體等四大典型晶體，如食鹽、金剛石、干冰和各種金屬等。同一晶體也有單晶和多晶(或粉晶)的區(qū)別。在實(shí)際中還存在混合型晶體。說到晶體，還得從結(jié)晶談起。大家知道，所有物質(zhì)都是由原子或分子構(gòu)成的。眾所周知，物質(zhì)有三種聚集形態(tài)：氣體、液體和固體。根據(jù)其內(nèi)部構(gòu)造特點(diǎn)，固體又可分為晶體、非晶體和準(zhǔn)晶體三大類。

晶體、非晶體和準(zhǔn)晶體

晶體通常呈現(xiàn)規(guī)則的幾何形狀，就像有人特意加工出來的一樣。其內(nèi)部原子的排列十分規(guī)整嚴(yán)格，比士兵的方陣還要整齊得多。如果把晶體中任意一個(gè)原子沿某一方向平移一定距離，必能找到一個(gè)同樣的原子。而玻璃、珍珠、瀝青、塑料等非晶體，內(nèi)部原子的排列則是雜亂無章的。準(zhǔn)晶體是發(fā)現(xiàn)的一類新物質(zhì)，其內(nèi)部排列既不同于晶體，也不同于非晶體。

究竟什么樣的物質(zhì)才能算作晶體呢?首先，除液晶外，晶體一般是固體形態(tài)。其次，組成物質(zhì)的原子、分子或離子具有規(guī)律、周期性的排列，這樣的物質(zhì)就是晶體。

但僅從外觀上，用肉眼很難區(qū)分晶體、非晶體與準(zhǔn)晶體。那么，如何才能快速鑒定出它們呢？一種最常用的技術(shù)是X光技術(shù)。用X光對固體進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，你很快就會(huì)發(fā)現(xiàn)，晶體和非晶體、準(zhǔn)晶體是截然不同的三類固體。

由于物質(zhì)內(nèi)部原子排列的明顯差異，導(dǎo)致了晶體與非晶體物理化學(xué)性質(zhì)的巨大差異。例如，晶體有固定的熔點(diǎn)，當(dāng)溫度高到某一溫度便立即熔化；而玻璃及其它非晶體則沒有固定的熔點(diǎn)，從軟化到熔化是一個(gè)較大的溫度范圍。

晶體特性介紹

1、對稱性

晶體的對稱表現(xiàn)在晶體中相等的晶面，晶棱和角頂有規(guī)律的重復(fù)出現(xiàn)。這是由于它具有規(guī)律的格子構(gòu)造。是其在三維空間周期性重復(fù)的體現(xiàn)。既晶體的對稱性不僅表現(xiàn)在外部形態(tài)上，而且其內(nèi)部構(gòu)造也同樣也是對稱的。

在晶體的外形以及其他宏觀表現(xiàn)中還反映了晶體結(jié)構(gòu)的對稱性。晶體的理想外形或其結(jié)構(gòu)都是對稱圖象。這類圖象都能經(jīng)過不改變其中任何兩點(diǎn)間距離的操作後復(fù)原。這樣的操作稱為對稱操作,平移、旋轉(zhuǎn)、反映和倒反都是對稱操作。能使一個(gè)圖象復(fù)原的全部不等同操作，形成一個(gè)對稱操作群。

2、均一性和異向性

因?yàn)榫w是具有格子構(gòu)造的固體，同一晶體的各個(gè)部分質(zhì)點(diǎn)分布是相同的，所以同一晶體的各個(gè)部分的性質(zhì)是相同的，此即晶體的均一性；同一晶體格子中，在不同的方向上質(zhì)點(diǎn)的排列一般是不相同的，晶體的性質(zhì)也隨方向的不同而有所差異，此即晶體的異向性。

3、最小內(nèi)能與穩(wěn)定性

晶體與同種物質(zhì)的非晶體、液體、氣體比較，具有最小內(nèi)能。晶體是具有格子構(gòu)造的固體，其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)作規(guī)律排列。這種規(guī)律排列的質(zhì)點(diǎn)是質(zhì)點(diǎn)間的引力與斥力達(dá)到平衡，使晶體的各個(gè)部分處于位能最低的結(jié)果。

晶體缺陷

假如晶體中進(jìn)入了一些雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在縝密的晶體結(jié)構(gòu)中占據(jù)一定的位置，會(huì)造成晶體缺陷。晶體缺陷各種偏離晶體結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)周期重復(fù)排列的因素，嚴(yán)格說，造成晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)周期勢場畸變的一切因素。晶體中缺陷的存在，它嚴(yán)重影響晶體性質(zhì)，有些是決定性的，如半導(dǎo)體導(dǎo)電性質(zhì)，幾乎完全是由外來雜質(zhì)原子和缺陷存在決定的，許多離子晶體的顏色、發(fā)光等。另外，固體的強(qiáng)度，陶瓷、耐火材料的燒結(jié)和固相反應(yīng)等等均與缺陷有關(guān)，晶體缺陷是近三、四年國內(nèi)外科學(xué)研究十分注意的一個(gè)內(nèi)容。

1、根據(jù)缺陷的作用范圍把真實(shí)晶體缺陷分四類：

a、點(diǎn)缺陷：在三維尺寸均很小，只在某些位置發(fā)生，只影響鄰近幾個(gè)原子。

b、線缺陷：在二維尺寸小，在另一維尺寸大，可被電鏡觀察到。

c、面缺陷：在一維尺寸小，在另二維尺寸大，可被光學(xué)顯微鏡觀察到。

d、體缺陷：在三維尺寸較大，如鑲嵌塊，沉淀相，空洞，氣泡等。

2、按形成的原因不同晶體缺陷分三類：

a、熱缺陷（晶格位置缺陷）

在晶體點(diǎn)陣的正常格點(diǎn)位出現(xiàn)空位，不該有質(zhì)點(diǎn)的位置出現(xiàn)了質(zhì)點(diǎn)（間隙質(zhì)點(diǎn)）。

b、組成缺陷

外來質(zhì)點(diǎn)（雜質(zhì)）取代正常質(zhì)點(diǎn)位置或進(jìn)入正常結(jié)點(diǎn)的間隙位置。

c、電荷缺陷

晶體中某些質(zhì)點(diǎn)個(gè)別電子處于激發(fā)狀態(tài)，有的離開原來質(zhì)點(diǎn)，形成自由電子，在原來電子軌道上留下了電子空穴。

晶體的形成——結(jié)晶

1、晶體的形成過程——晶核生成和晶體生長

結(jié)晶是物質(zhì)從液態(tài)（溶液或熔融狀態(tài)）或氣態(tài)形成晶體的過程?？煞譃榫Ш松桑ǔ珊耍┖途w生長兩個(gè)階段，兩個(gè)階段的推動(dòng)力都是溶液的過飽和度（

溶液中溶質(zhì)的濃度超過其飽和溶解度之值）。

晶核的生成有三種形式：即初級均相成核、初級非均相成核及二次成核。在高過飽和度下，溶液自發(fā)地生成晶核的過程，稱為初級均相成核；溶液在外來物（如大氣中的微塵）的誘導(dǎo)下生成晶核的過程，稱為初級非均相成核；而在含有溶質(zhì)晶體的溶液中的成核過程，稱為二次成核。二次成核也屬于非均相成核過程，它是在晶體之間或晶體與其他固體（器壁、攪拌器等）碰撞時(shí)所產(chǎn)生的微小晶粒的誘導(dǎo)下發(fā)生的。

2、結(jié)晶的方法

結(jié)晶的方法一般有2種：一種是蒸發(fā)溶劑法，它適用于溫度對溶解度影響不大的物質(zhì)。沿海地區(qū)“曬鹽”就是利用的這種方法。另一種是冷卻熱飽和溶液法。此法適用于溫度升高，溶解度也增加的物質(zhì)。如北方地區(qū)的鹽湖，夏天溫度高，湖面上無晶體出現(xiàn)；每到冬季，氣溫降低，石堿(Na2CO3·10H2O)、芒硝(Na2SO4·10H2O)等物質(zhì)就從鹽湖里析出來。在實(shí)驗(yàn)室里為獲得較大的完整晶體，常使用緩慢降低溫度，減慢結(jié)晶速率的方法。

海波是晶體嗎

什么是海波？學(xué)名硫代硫酸鈉的海波作用是作為臨床上常用的解毒藥，常被用于搶救氰化物中毒、抗過敏以及治療砷、汞、鉍、鉛等金屬中毒，也大量用在照相、制革、造紙、紡織等...[查看全部]

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準(zhǔn)晶體，也稱為“擬晶體”，是一種介于晶體和非晶體之間的固體結(jié)構(gòu)。準(zhǔn)晶體是一種具有完全有序結(jié)構(gòu)的特殊材料，但所謂的有序并不是指簡單的周期性重復(fù)排列。到目前為止，大部分都是在實(shí)驗(yàn)室中制得的，只發(fā)現(xiàn)了一例純天然準(zhǔn)晶體?，F(xiàn)在，物理學(xué)家相信，他們已經(jīng)弄清了準(zhǔn)晶體的產(chǎn)生機(jī)制。

準(zhǔn)晶體的原子排列中，其結(jié)構(gòu)是長程有序的，這一點(diǎn)和晶體相似；但是準(zhǔn)晶不具備平移對稱性，這一點(diǎn)又和晶體不同。普通晶體具有的是二次、三次、四次或六次旋轉(zhuǎn)對稱性，但是準(zhǔn)晶的布拉格衍射圖具有其他的對稱性，例如五次對稱性或者更高的六次以上對稱性。

準(zhǔn)晶體的發(fā)現(xiàn)

1982 年，以色列Dan Shechtman 教授于例行教授休假研究期間發(fā)現(xiàn)了鋁錳合金(Al6Mn)的準(zhǔn)晶相，從而開創(chuàng)了物理、化學(xué)和材料的新領(lǐng)域，更重寫并擴(kuò)展了科學(xué)家對“晶體”(crystal)的定義。

當(dāng)時(shí)，謝赫特曼首次在電子顯微鏡下觀察到一種“反?！爆F(xiàn)象：鋁錳合金的原子采用一種不重復(fù)、非周期性但對稱有序的方式排列。而當(dāng)時(shí)人們普遍認(rèn)為，晶體內(nèi)的原子都以周期性不斷重復(fù)的對稱模式排列，這種重復(fù)結(jié)構(gòu)是形成晶體所必須的，自然界中不可能存在具有謝赫特曼發(fā)現(xiàn)的那種原子排列方式的晶體。隨后，科學(xué)家們在實(shí)驗(yàn)室中制造出了越來越多的各種準(zhǔn)晶體，并于2009年首次發(fā)現(xiàn)了純天然準(zhǔn)晶體。

準(zhǔn)晶體并不是稀有之物(至少有數(shù)百種合金以上)，在室溫下也基本穩(wěn)定，而且不難制作(可以使用多種方法制備)，可是一直要等到1982 年才被他個(gè)人發(fā)現(xiàn)

欲在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶體的“有序”(order)，但卻呈“準(zhǔn)周期性”(quasi-periodic)的晶體結(jié)構(gòu)，需要使用透射( 穿透式) 電子顯微鏡。因?yàn)樵缙诘臏?zhǔn)晶樣品的體積都只有亞(次)微米大小，而傳統(tǒng)的X光衍射技術(shù)需要使用到毫米尺度的樣品，因此不能采用標(biāo)準(zhǔn)的X光衍射技術(shù)來測定其三維原子排列。

另外一個(gè)重要原因是，當(dāng)時(shí)的晶體學(xué)家仍然固守傳統(tǒng)，只愿意接受由X光實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的衍射圖形來

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晶體以其內(nèi)部原子、離子、分子在空間作三維周期性的規(guī)則排列為其最基本的結(jié)構(gòu)特征。任一晶體總可找到一套與三維周期性對應(yīng)的基向量及與之相應(yīng)的晶胞，因此可以將晶體結(jié)構(gòu)看作是由內(nèi)含相同的具平行六面體形狀的晶胞按前、后、左、右、上、下方向彼此相鄰“并置”而組成的一個(gè)集合。晶體學(xué)中對晶體結(jié)構(gòu)的表達(dá)可采取原子分立分布的方式，亦可用具連續(xù)分布的電子密度函數(shù)的方式。

晶體按照內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間作用力性質(zhì)不同，晶體可分為離子晶體、原子晶體、分子晶體、金屬晶體等四大典型晶體。按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為立方晶系、正方晶系、斜方晶系、單斜晶系、三斜晶系、三方晶系、六方晶系等七大晶系。

晶體結(jié)構(gòu)描述

1、晶格

為了描述晶體的結(jié)構(gòu)，我們把構(gòu)成晶體的原子當(dāng)成一個(gè)點(diǎn)，再用假想的線段將這些代表原子的各點(diǎn)連接起來，就繪成了像圖中所表示的格架式空間結(jié)構(gòu)。這種用來描述原子在晶體中排列的幾何空間格架，稱為晶格。

2、晶胞

由于晶體中原子的排列是有規(guī)律的，可以從晶格中拿出一個(gè)完全能夠表達(dá)晶格結(jié)構(gòu)的最小單元，這個(gè)最小單元就叫作晶胞。其形狀、大小與空間格子的平行六面體單位相同，保留了整個(gè)晶格的所有特征。晶胞是能完整反映晶體內(nèi)部原子或離子在三維空間分布之化學(xué)-結(jié)構(gòu)特征的平行六面體最小單元。其中既能夠保持晶體結(jié)構(gòu)的對稱性而體積又最基本特稱“單位晶胞”，但亦常簡稱晶胞。

3、晶粒

許多取向相同的晶胞組成晶粒，由取向不同的晶粒組成的物體，叫做多晶體，而單晶體內(nèi)所有的晶胞取向完全一致，常見的單晶如單晶硅、單晶石英。大家最常見到的一般是多晶體。晶粒是結(jié)晶物質(zhì)在生長過程中，由于受到外界空間的限制，未能發(fā)育成具有規(guī)則形態(tài)的晶體，而只是結(jié)晶成顆粒狀，稱晶粒，晶粒的內(nèi)部晶胞方向與位置基本一致而外形不規(guī)則。

晶體結(jié)構(gòu)類型--四大典型晶體

a、離子晶體

離子晶體是指由離子化合物結(jié)晶成的晶體，離子晶體屬于離子化合物中的一種特殊形式，不能稱為分子。由正、負(fù)離子或正、負(fù)離子集團(tuán)按一定比例通過

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任何事物的形成都不是一蹴而就的，都有一個(gè)萌芽和生長過程，晶體的形成過程也是如此。所謂晶體生長是物質(zhì)在特定的物理和化學(xué)條件下由氣相、液相或固相形成晶體的過程。晶體是在物相轉(zhuǎn)變的情況下形成的。物相有三種，即氣相、液相和固相，只有晶體才是真正的固體。

人類對晶體生長的利用

數(shù)千年前，人類在就會(huì)曬鹽和制糖，就是利用了鹽、糖晶體的生長；

約在1890年，維爾納葉開始試驗(yàn)用氫氧焰熔融氧化鋁粉末，以生長寶石，這個(gè)方法一直沿用至今，仍是生長軸承用寶石種裝飾品寶石的主要方法；

人們還在超高壓下合成了金剛石，在高溫條件下生長了成分復(fù)雜的云母等重要礦物，以補(bǔ)充天然礦物的不足；

第二次世界大戰(zhàn)后，由于天然水晶作為戰(zhàn)略物資而引起人們的重視，科學(xué)家們又發(fā)明了水熱法生長人工水晶；

20世紀(jì)50年代。鍺、硅單晶的生長成功，促進(jìn)了半導(dǎo)體技術(shù)和電子工業(yè)的發(fā)展。20世紀(jì)60年代，由于研制出紅寶石和釔鋁石榴石單晶，為激光技術(shù)打下了牢固的基礎(chǔ)。

晶體生長過程

由氣相、液相轉(zhuǎn)變成固相時(shí)形成晶體，固相之間也可以直接產(chǎn)生轉(zhuǎn)變。晶體生成的一般過程是先生成晶核，而后再逐漸長大。一般認(rèn)為晶體從液相或氣相中的生長有三個(gè)階段：①介質(zhì)達(dá)到過飽和、過冷卻階段；②成核階段；③生長階段。

在某種介質(zhì)體系中，過飽和、過冷卻狀態(tài)的出現(xiàn)，并不意味著整個(gè)體系的同時(shí)結(jié)晶。體系內(nèi)各處首先出現(xiàn)瞬時(shí)的微細(xì)結(jié)晶粒子。這時(shí)由于溫度或濃度的局部變化，外部撞擊，或一些雜質(zhì)粒子的影響，都會(huì)導(dǎo)致體系中出現(xiàn)局部過飽和度、過冷卻度較高的區(qū)域，使結(jié)晶粒子的大小達(dá)到臨界值以上。這種形成結(jié)晶微粒子的作用稱之為成核作用。

介質(zhì)體系內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)形成新相，稱為均勻成核作用。

在體系內(nèi)的某些局部小區(qū)首先形成新相的核，稱為不均勻成核作用。

均勻成核是指在一個(gè)體系內(nèi)，各處的成核幾率相等，這要克服相當(dāng)大的表面能位壘，即需要相當(dāng)大的過冷卻度才能成核。

非均勻成核過程是由于體系中已經(jīng)存在某種不均勻性，例如

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