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晶体学的研究范围

http://www.kq81.com 时间:2021/11/5 9:43:12 来源:本站原创 点击次数:51

  晶体学,又称结晶学,是一门以确定固体中原子(或离子)排列方式为目的的实验科学。

 

  研究晶体及类晶体生成、形貌、组成、结构及其物理化学性质规律的学科。它包括三个主要组成:几何晶体学是晶体学的基础,其主要内含是有关晶体三维周期性的晶格理论与有关晶体(外形、结构…)对称性的晶体学点群、空间群理论;晶体衍射学是现代晶体学的核心,它研究晶体及类晶的(X射线、中子、电子)衍射效应及晶体物相分析、结构分析的方法与理论;晶体物理化学主要涉及有关生长、缺陷与物性的晶体物理及有关化学、地学、生物体系各类晶体的晶体化学。晶体学分支甚多,如表面晶体学、晶体工程、蛋白晶体学等。

 

  “晶体学”(crystallography)一词原先仅指对各种晶体性质的研究,但随着人们对物质在微观尺度上认识的加深,其词义已大大扩充。

 

  在X射线衍射晶体学提出之前,人们对晶体的研究主要集中于晶体的点阵几何上,包括测量各晶面相对于理论参考坐标系(晶体坐标轴)的夹角,以及建立晶体点阵的对称关系等等。夹角的测量用测角仪完成。每个晶面在三维空间中的位置用它们在一个立体球面坐标“网”上的投影点(一般称为投影“极”)表示。坐标网的又根据不同取法分为Wolff网和Lambert网。将一个晶体的各个晶面对应的极点在坐标网上画出,并标出晶面相应的密勒指数(Miller Indices),最终便可确定晶体的对称性关系。

 

  现代晶体学研究主要通过分析晶体对各种电磁波束或粒子束的衍射图像来进行。辐射源除了最常用的X射线外,还包括电子束和中子束(根据德布罗意理论,这些基本粒子都具有波动性,参见条目波粒二象性),可以表现出和光波类似的性质)。晶体学家直接用辐射源的名字命名各种标定方法,如X射线衍射(常用英文缩写XRD),中子衍射和电子衍射。

 

  以上三种辐射源与晶体学试样的作用方式有很大区别:X射线主要被原子(或离子)的最外层价电子所散射;电子由于带负电,会与包括原子核和核外电子在内的整个空间电荷分布场发生相互作用;中子不带电且质量较大,主要在与原子核发生碰撞时(碰撞的概率非常低)受到来自原子核的作用力;与此同时,由于中子自身的自旋磁矩不为零,它还会与原子(或离子)磁场相互作用。这三种不同的作用方式适应晶体学中不同方面的研究。

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关键字:晶体学
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