晶體結構是指晶體的周期性結構。固體材料可以分為晶體、準晶體和非晶體三大類,其中,晶體內部原子的排列具有周期性,外部具有規則外形,比如鑽石(圖)。
勒內·朱斯特·阿維(René Just Haüy)最早提出晶體的規則外型是因為晶體內部原子分子呈規則排列,比如鑽石所具有的完美外形和優良光學性質就可以歸結為其內部原子的規則排列。20世紀初期,勞厄發明X射線衍射法,從此人們可以使用X射線來研究晶體內部的原子排列,其研究結果進而證實了阿維的判斷。
晶體內部原子排列的具體形式一般稱為晶格,不同的晶體內部原子排列稱為具有不同的晶格結構。各種晶格結構又可以歸納為七大晶系,各種晶系分別與十四種空間格(稱作布拉維晶格)相對應,在宏觀上又可以歸結為三十二種空間點群,在微觀上可進一步細分為230個空間群。
對於晶體結構的研究是研究固體材料的宏觀性質及各種微觀過程的基礎。專門研究分子結晶結構的科學稱為晶體學,經常應用在化學、生物化學與分子生物學。
晶格的基本類型
所謂的晶體晶格是可以經由平移或其他對稱操作後,仍可得到自己本身的晶格,一種典型的對稱操作是繞著通過晶格點的軸作旋轉,稱為一重、二重、三重、四重及六重對稱,分別是旋轉、、、、,其中以布拉菲晶格較常使用。
二維晶格類型
布拉菲晶格在二維平面上有五種類型,兩晶軸、,夾角
- 斜晶格:任意的晶軸、,只有在旋轉或,才能保持不變。
- 正方形晶格:、
- 六角形晶格:、
- 矩形晶格:、
- 有心矩形晶格、,但在矩形晶格正中間上有一晶格點,故有兩種繪法。
三維晶格類型
布拉維晶格在三維平面上有七大晶系,分別為三斜晶系、單斜晶系、斜方晶系、四方晶系、立方晶系、三方晶系、六方晶系。依照簡單、體心、面心及底心這四種類型,這七大晶系又總共可細分為14種晶格。
晶系與布拉菲格子及空間點群的關係
晶系
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布拉菲格子
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所屬點群
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三斜晶系
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簡單三斜
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C1, Ci
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單斜晶系
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簡單單斜、底心單斜
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C2, Cs, C2h
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斜方晶系
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簡單正交、底心正交、體心正交、面心正交
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D2, C2v, D2h
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三方晶系
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三方
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C3 C3i D3 C3v D3d
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四方晶系
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簡單四方、體心四方
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C4 C4h D4 C4v D4h S4 D2d
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六方晶系
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六方
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C6 C6h D6 C3v D6h C3h D2h
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立方晶系
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簡單立方、體心立方、面心立方
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T Th Td O Oh
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單質的晶體結構
化合物的晶體結構
注釋
參考文獻