晶体内部结构的微观对称和空间群.ppt
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1、第八章 晶体内部结构的微观对称和空间群,十四种空间格子 空间点阵中结点、行列和面网的指标 晶体内部结构的对称要素 空间群 等效点系,1平行六面体的选择 对于每一种晶体结构而言,其结点的分布是客观存在的,但平行六面体的选择是人为的。,一、十四种空间格子,所选取的平行六面体应能反映结点分 布固有的对称性; 在上述前提下,所选取的平行六面体 棱与棱之间的直角力求最多; 在满足以上两条件的基础上,所选取 的平行六面体的体积力求最小。,十四种空间格子,平行六面体的选择原则:,空间格子的划分,划分7种平行六面体 对应于7个晶系 形状及参数?,十四种空间格子,4mm,十四种空间格子,2平行六面体中结点的分布
2、,1)原始格子( primitive, P):结点分布于平行六面体的八个角顶。 2)底心格子( end-centered, C、A、B):结点分布于平行六面体 的角顶及某一对面的中心。 3)体心格子( body-centered, I):结点分布于平行六面体的角顶和 体中心。 4)面心格子( face-centered, F):结点分布于平行六面体的角顶和 三对面的中心。,十四种空间格子,以下两个平面点阵图案,画出其空间格子:,十四种空间格子,4mm(L44P),mm2(L22P),4mm,十四种空间格子,引出问题:空间格子可以有带心的格子; 另外请思考:如果上面的图案对称为3m,该怎么画?,
3、十四种空间格子,mm2,总结: 在四种格子类型当中,其中底心、体心、面心格子称带心的格子,这是因为有些晶体结构在符合其对称的前提下不能画出原始格子,只能画出带心的格子。,十四种空间格子,七个晶系七套晶体常数七种平行六面体种形状。 每种形状有四种类型,那么就有74=28种空间格子? 但在这28种中,某些类型的格子彼此重复并可转换,还有 一些不符合某晶系的对称特点而不能在该晶系中存在,因 此,只有14种空间格子,也叫14种布拉维格子。(A.Bravis 于1848年最先推导出来的) 举例说明: 1、四方底心格子可转变为体积更小的四方原始格子 ; 2、在等轴晶系中,若在立方格子中的一对面的中心安置结
4、点,则完全不符合等轴晶系具有4L3的对称特点,故不可能存在立方底心格子。,十四种空间格子,例1:四方底心格子 四方原始格子,十四种空间格子,例2:立方底心格子不符合等轴晶系对称 思考:立方底心格子符合什么晶系的对称?,十四种空间格子,空间格子的划分,Why not 7 4 = 28 ?,请判断CsCl的格子类型,十四种空间格子,举例:金红石和石盐晶体模型,上述画格子的条件实质上与前面所讲的晶体定向的原则是一致的(回忆晶体定向原则?),也就是说,我们在宏观晶体上选出的晶轴就是内部晶体结构中空间格子三个方向的行列。,十四种空间格子,平行六面体的形状和大小用它的三根棱长(轴长)a、b、c及棱间的夹角
5、(轴角)、表征。这组参数(a、b、c;、)即为晶胞参数。 在晶体宏观形态中我们可以得到各晶系的晶体常数特点,是根据晶轴对称特点得出的。 宏观上的晶体常数与微观的晶胞参数是对应的,但微观的晶体结构中我们可以得到晶胞参数的具体数值。,十四种空间格子,3各晶系平行六面体的形状和大小,二、空间格子中结点、 行列和面网的指标,空间格子中,结点、行列和面网可进行指标。即通过一定的符号形式把它们的位置或方法表示出来。,点的坐标 行列符号 面网符号,点的坐标 coordinates of point,点的坐标的表示方法与空间解析几何中确定空间某点的坐标位置的标记方法完全相同,表达形式为u、v、w。,可以全为正
6、值:1,1,1 也可以有负值:-x,x, 0 分数:1/2,1/2,1/2 小数:0.5,0.5,0.5 例:金红石中x0.33,点的坐标 coordinates of point,空间格子中结点、行列符号的表示方法 图中粗实线及箭头表示行列方向,圆圈代表结点,行列符号(row symbol),行列符号与晶棱符号在表示方法及形式上完全相同,即uvw。 行列符号特征:表示一组互相平行、取向相同的行列。 等效行列:可通过晶体结构中的对称要素联系起来的一组行列,用表示。 例:等轴晶系中100、-100、010、0-10、 001、00-1可用表示。,面网符号,面网符号与晶面符号的表示方法及形式基本相
7、同。但晶面符号是表示某一个晶面的位置(空间方位),而面网符号是表示一组相互平行且面网间距相等的面网。 对(hkl)一组面网,面网间距用dhkl表示,hkl绝对值越小(每一项指数的绝对值相加),dhkl愈大,面网密度也大;hkl绝对值越大,dhkl愈小,面网密度也小。 晶面符号(hkl)中无公约数,但对于面网符号,可以有公约数。,面网符号,平行于(010)晶面的几组面网的符号,面网符号,面网符号中存在以下关系: dnhnknl1/ndhkl d0301/3d010 例如:金刚石(diamond) CuK1.5046nm,a3.536,Fd3m,测得d4400.63,则d2201.26,d1102
8、.52, 合成锐钛矿(TiO2): d0081.1871,则d0042.3742;d3031.1714,则d1013.5144。,三、晶体内部结构的对称要素,研究空间格子仅仅是研究了晶体结构的平移对称性,除了平移对称外,晶体结构还有与宏观形态上一样的旋转、反映对称。并且这些旋转、反映操作与平移操作复合起来就会产生内部结构特有的一些对称要素:,平移轴(translation axis) 螺旋轴(screw axis): 滑移面(glide plane),平移轴(translation axis) 为一直线方向,相应的对称操作为沿此直线方向平移一定的距离。对于具有平移轴的图形,当施行上述对称操作后
9、,可使图形相同部分重复。在平移这一对称变换中,能够使图形复原的最小平移距离,称为平移轴的移距。 晶体结构中的行列均是平移轴 平移轴有无限多,晶体微观对称元素,螺旋轴(screw axis):,晶体微观对称元素,是一种复合的对称元素。其辅助几何要素为:一根假想的直线及与之平行的直线方向。相应的对称操作为:围绕此直接旋转一定角度,沿此直线方向平移一定距离后,结构中的每一质点都与其相同的质点重合。 螺旋轴的国际符号一般写成ns。n为轴次,s为小于n的自然数。,有2, 3, 4, 6 次四个轴次, 分为21, 31, 32, 41, 42, 43, 61, 62, 63, 64, 65等11种,晶体微
10、观对称元素,螺旋轴(screw axis)- ns 21 31、32 41、42、43 6l、62、63、64、65,螺旋轴(screw axis):,晶体微观对称元素,若沿螺旋轴方向的结点间距标记为T,则质点平移的距 离t 应为(s/n)T,其中 t 称为螺距。螺旋轴据其轴次 和螺距可分为21;31、32;41、42、43;61、62、 63、 64、65共11种。,它们各代表什么意思? 举例:41 意为按右旋方向旋转90度后移距1/4 T;而43意为按右旋方向旋转90度后移距3/4 T。那么, 41和43是什么关系?,晶体微观对称元素,螺旋轴(screw axis):,43在旋转2个90度
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