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晶體
本詞條是多義詞，共3個義項
有明確衍射圖案的固體
晶體（crystal）是原子、離子或分子按照一定的周期性，在結(jié)晶過程中，在空間排列形成具有一定規(guī)則的幾何外形的固體。其分布非常廣泛，自然界的固體物質(zhì)中，絕大多數(shù)是晶體。氣體、液體和非晶物質(zhì)在一定的合適條件下也可以轉(zhuǎn)變成晶體。
基本信息
| 中文名 | 晶體 |
| 外文名 | crystal |
| 外觀 | 固體 |
| 應(yīng)用學(xué)科 | 物理 |
| 特點 | 呈現(xiàn)規(guī)則的幾何形狀 |
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。
晶體
（3）單晶體有各向異性的特點。
（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，是實驗上判定某物質(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。
結(jié)構(gòu)
具有整齊規(guī)則的幾何外形、固定熔點和各向異性的固態(tài)物質(zhì)，是物質(zhì)存在的一種基本形式。固態(tài)物質(zhì)是否為晶體，一般可由X射線衍射法予以鑒定。
晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點（原子、離子、分子、原子團）有規(guī)則地在三維空間呈周期性重復(fù)排列，組成一定形式的晶格，外形上表現(xiàn)為一定形狀的幾何多面體。組成某種幾何多面體的平面稱為晶面，由于生長的條件不同，晶體在外形上可能有些歪斜，但同種晶體晶面間夾角（晶面角）是一定的，稱為晶面角不變原理。
合成鉍單晶
幾何形狀
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)整嚴格，比士兵的方陣還要整齊得多。如果把晶體中任意一個原子沿某一方向平移一定距離，必能找到一個同樣的原子。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。
晶體
但僅從外觀上，用肉眼很難區(qū)分晶體、非晶體與準晶體。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光對固體進行結(jié)構(gòu)分析，你很快就會發(fā)現(xiàn)，晶體和非晶體、準晶體是截然不同的三類固體。
為了描述晶體的結(jié)構(gòu)，我們把構(gòu)成晶體的原子當成一個點，再用假想的線段將這些代表原子的各點連接起來，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完全能夠表達晶格結(jié)構(gòu)的最小單元，這個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。
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，當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，從軟化到熔化是一個較大的溫度范圍。
類別實例
3.斜方晶系：硫 碘 硝酸銀
5.三斜晶系：硫酸銅 硼酸
6.三方（菱形）晶系：砷 水晶 冰 石墨
特性
晶體
1. 長程有序：晶體內(nèi)部原子在至少在微米級范圍內(nèi)的規(guī)則排列。
2. 均勻性：晶體內(nèi)部各個部分的宏觀性質(zhì)是相同的。
3. 各向異性：晶體中不同的方向上具有不同的物理性質(zhì)。
4 .對稱性：晶體的理想外形和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)都具有特定的對稱性。
5. 自限性：晶體具有自發(fā)地形成封閉幾何多面體的特性。
6. 解理性：晶體具有沿某些確定方位的 晶面劈裂的性質(zhì)。
7. 最小內(nèi)能：成型晶體內(nèi)能最小。
8. 晶面角守恒：屬于同種晶體的兩個對應(yīng)晶面之間的夾角恒定不變。
具體介紹：
均一性和異向性
因為晶體是具有格子構(gòu)造的固體，同一晶體的各個部分質(zhì)點分布是相同的，所以同一晶體的各個部分的性質(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。
最小內(nèi)能與穩(wěn)定性
晶體
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。能使一個圖象復(fù)原的全部不等同操作，形成一個對稱操作群。
鎵， 一種很容易結(jié)成大塊單晶的金屬
（2）空間點陣只能有14種形式。n次對稱軸的基本旋轉(zhuǎn)操作為旋轉(zhuǎn)
，因此，晶體能在外形和宏觀中反映出來的軸對稱性也只限于這些軸次。
晶體
種類
晶體的一些性質(zhì)取決于將分子聯(lián)結(jié)成固體的結(jié)合力。這些力通常涉及原子或分子的最外層的電子（或稱價電子）的相互作用。如果結(jié)合力強，晶體有較高的熔點。如果它們稍弱一些，晶體將有較低的熔點，也可能較易彎曲和變形。如果它們很弱，晶體只能在很低溫度下形成，此時分子可利用的能量不多。
有四種主要的晶體鍵。離子晶體由正離子和負離子構(gòu)成，靠不同電荷之間的引力（離子鍵）結(jié)合在一起。氯化鈉是離子晶體的一例。原子晶體（共價晶體）的原子或分子共享它們的價電子（共價鍵）。鉆石、鍺和硅是重要的共價晶體。金屬晶體是金屬的原子變?yōu)殡x子，被自由的價電子所包圍，它們能夠容易地從一個原子運動到另一個原子，可形象的描述為沉浸在自由電子的海洋里（金屬鍵）。當這些電子全在同一方向運動時，它們的運動稱為電流。分子晶體的分子完全不分享它們的電子。它們的結(jié)合是由于從分子的一端到另一端電場有微小的變動。因為這個結(jié)合力很弱（范德華力和氫鍵），這些晶體在很低的溫度下就熔化，且硬度極低。典型的分子結(jié)晶如固態(tài)氧和冰。
在離子晶體中，電子從一個原子轉(zhuǎn)移到另一個原子。共價晶體的原子分享它們的價電子。金屬原子的一端有少量的負電荷，另一端有少量的正電荷。一個弱的電引力使分子就位。
用來制作工業(yè)用的晶體的技術(shù)之一，是從熔液中生長。籽晶可用來促進單晶體的形成。在這個工序里，籽晶降落到裝有熔融物質(zhì)的容器中。籽晶周圍的熔液冷卻，它的分子就依附在籽晶上。這些新的晶體分子承接籽晶的取向，形成了一個大的單晶體。藍寶石和紅寶石的基本成分是氧化鋁，它的熔點高，制成一個盛裝它的熔液的容器是困難的。人工合成藍寶石和紅寶石是用維爾納葉法（焰熔法）制成，即將氧化鋁粉和少量上色用的鈦、鐵或鉻粉，通過火焰下滴到籽晶上?；鹧鎸⒎廴劢?，然后在籽晶上重新結(jié)晶。
生長人造鉆石需要高于
的溫度和
大氣壓。人造鉆石砂粒小且黑，它們適宜工業(yè)應(yīng)用。區(qū)域熔化過程用來純化半導(dǎo)體工業(yè)中的硅晶體。一個單晶體垂直懸掛在硅棒的頂端上。在兩者接觸處加熱，棒的頂端熔化，并在單晶體上重結(jié)晶，然后將加熱處慢慢地沿棒下移。
缺陷
分類
晶體缺陷各種偏離晶體結(jié)構(gòu)中質(zhì)點周期重復(fù)排列的因素，嚴格說，造成晶體點陣結(jié)構(gòu)周期勢場畸變的一切因素。
如晶體中進入了一些雜質(zhì)。這些雜質(zhì)也會占據(jù)一定的位置，這樣破壞了原質(zhì)點排列的周期性，在二十世紀中期，發(fā)現(xiàn)晶體中缺陷的存在，它嚴重影響晶體性質(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內(nèi)容。
根據(jù)缺陷的作用范圍把真實晶體缺陷分四類：
點缺陷：在三維尺寸均很小，只在某些位置發(fā)生，只影響鄰近幾個原子。
體缺陷：在三維尺寸較大，如鑲嵌塊，沉淀相，空洞，氣泡等。
按形成的原因不同分三類：
1熱缺陷（晶格位置缺陷）
在晶體點陣的正常格點位出現(xiàn)空位，不該有質(zhì)點的位置出現(xiàn)了質(zhì)點（間隙質(zhì)點）。
2 組成缺陷
外來質(zhì)點（雜質(zhì)）取代正常質(zhì)點位置或進入正常結(jié)點的間隙位置。
3 電荷缺陷
晶體中某些質(zhì)點個別電子處于激發(fā)狀態(tài)，有的離開原來質(zhì)點，形成自由電子，在原來電子軌道上留下了電子空穴。
符號及反應(yīng)方程式
1. 缺陷符號及缺陷反應(yīng)方程式
（1）晶格空位：正常結(jié)點位沒有質(zhì)點，
（2）間隙離子：除正常結(jié)點位置外的位置出現(xiàn)了質(zhì)點，
（3）錯位離子：M排列在X位置，或X排列在M位置上，若處在正常結(jié)點位置上，則
（4）取代離子：外來雜質(zhì)L進入晶體中，若取代M，則LM，若取代X，則LX，若占據(jù)間隙位，則Li。
晶體
（5）電子空穴 h·(代表存在一個正電荷)，·表示有效正電荷
如：從
晶體中取走一個
，留下一個空位造成電價不平衡，多出負一價。相當于取走Na原子加一個負有效負電荷，e失去→自由電子，剩下位置為電子空穴h·
（7）復(fù)合缺陷
缺陷反應(yīng)方程式
必須遵守三個原則
（1）位置平衡——反應(yīng)前后位置數(shù)不變（相對物質(zhì)位置而言）
（2）質(zhì)點平衡——反應(yīng)前后質(zhì)量不變（相對加入物質(zhì)而言）
（3）電價平衡——反應(yīng)前后呈電中性
例：將
中：
將
中
注意：只從缺陷反應(yīng)方程看，只要符合三個平衡就是對的，但實際上往往只有一種是對的，這要知道其它條件才能確定哪個缺陷反應(yīng)是正確的。
確定（1）式密度增加，要根據(jù)具體實驗和計算。
熱缺陷
（晶格位置缺陷)
只要晶體的溫度高于絕對零度，原子就要吸收熱能而運動，但由于固體質(zhì)點是牢固結(jié)合在一起的，或者說晶體中每一個質(zhì)點的運動必然受到周圍質(zhì)點結(jié)合力的限制而只能以質(zhì)點的平衡位置為中心作微小運動，振動的幅度隨溫度升高而增大，溫度越高，平均熱能越大，而相應(yīng)一定溫度的熱能是指原子的平均動能，當某些質(zhì)點大于平均動能就要離開平衡位置，在原來的位置上留下一個空位而形成缺陷，實際上在任何溫度下總有少數(shù)質(zhì)點擺脫周圍離子的束縛而離開原來的平衡位置，這種由于熱運動而產(chǎn)生的點缺陷——熱缺陷。
熱缺陷兩種基本形式：
a-弗侖克爾缺陷,
b-肖特基缺陷
（1）弗侖克爾缺陷
具有足夠大能量的原子（離子）離開平衡位置后，擠入晶格間隙中，形成間隙原子離子），在原來位置上留下空位。
特點：空位與間隙粒子成對出現(xiàn)，數(shù)量相等，晶體體積不發(fā)生變化。
在晶體中弗侖克爾缺陷的數(shù)目多少與晶體結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系，格點位質(zhì)點要進入間隙位，間隙必須要足夠大，如螢石（
）型結(jié)構(gòu)的物質(zhì)空隙較大，易形成，而型結(jié)構(gòu)不易形成?？偟膩碚f，離子晶體，共價晶體形成該缺陷困難。
（2）肖特基缺陷
表面層原子獲得較大能量，離開原來格點位跑到表面外新的格點位，原來位置形成空位這樣晶格深處的原子就依次填入，結(jié)果表面上的空位逐漸轉(zhuǎn)移到內(nèi)部去。
特點：體積增大，對離子晶體、正負離子空位成對出現(xiàn)，數(shù)量相等。結(jié)構(gòu)致密易形成肖特基缺陷。
晶體熱缺陷的存在對晶體性質(zhì)及一系列物理化學(xué)過程，導(dǎo)電、擴散、固相反應(yīng)、燒結(jié)等產(chǎn)生重要影響，適當提高溫度，可提高缺陷濃度，有利于擴散，燒結(jié)作用，外加少量填加劑也可提高熱缺陷濃度，有些過程需要最大限度避免缺陷產(chǎn)生，如單晶生產(chǎn)，要非?？炖鋮s。
3. 組成缺陷
主要是一種雜質(zhì)缺陷，在原晶體結(jié)構(gòu)中進入了雜質(zhì)原子，它與固有原子性質(zhì)不同，破壞了原子排列的周期性，雜質(zhì)原子在晶體中占據(jù)兩種位置（1）填隙位（2）格點位
4. 電荷缺陷（Charge defect）
從物理學(xué)中固體的能帶理論來看，非金屬固體具有價帶，禁帶和導(dǎo)帶，當在OR時，導(dǎo)帶全部完善，價帶全部被電子填滿，由于熱能作用或其它能量傳遞過程，價帶中電子得到一能量Eg，而被激發(fā)入導(dǎo)帶，這時在導(dǎo)帶中存在一個電子，在價帶留一孔穴，孔穴也可以導(dǎo)電，這樣雖末破壞原子排列的周期性，在由于孔穴和電子分別帶有正負電荷，在它們附近形成一個附加電場，引起周期勢場畸變，造成晶體不完整性稱電荷缺陷。
例：純半導(dǎo)體禁帶較寬，價電帶電子很難越過禁帶進入導(dǎo)帶，導(dǎo)電率很低，為改善導(dǎo)電性，可采用摻加雜質(zhì)的辦法，如在半導(dǎo)體硅中摻入P和B，摻入一個P，則與周圍Si原子形成四對共價鍵，并導(dǎo)出一個電子，叫施主型雜質(zhì)，這個多余電子處于半束縛狀態(tài)，只須填加很少能量，就能躍遷到導(dǎo)帶中，它的能量狀態(tài)是在禁帶上部靠近導(dǎo)帶下部的一個附加能級上，叫施主能級，叫n型半導(dǎo)體。當摻入一個B，少一個電子，不得不向其它Si原子奪取一個電子補充，這就在Si原子中造成空穴，叫受主型雜質(zhì)，這個空穴也僅增加一點能量就能把價帶中電子吸過來，它的能量狀態(tài)在禁帶下部靠近價帶頂部一個附加能級，叫受主能級，叫P型半導(dǎo)體，自由電子，空穴都是晶體一種缺
點缺陷在實踐中有重要意義：燒成燒結(jié)，固相反應(yīng)，擴散，對半導(dǎo)體，電絕緣用陶瓷有重要意義，使晶體著色等。
線缺陷
實際晶體在結(jié)晶時，受到雜質(zhì)，溫度變化或振動產(chǎn)生的應(yīng)力作用或晶體由于受到打擊，切割等機械應(yīng)力作用，使晶體內(nèi)部質(zhì)點排列變形，原子行列間相互滑移，不再符合理想晶體的有序排列，形成線狀缺陷。
位錯直觀定義：晶體中已滑移面與未滑移面的邊界線。
這種線缺陷又稱位錯，注意：位錯不是一條幾何線，而是一個有一定寬度的管道，位錯區(qū)域質(zhì)點排列嚴重畸變，有時造成晶體面網(wǎng)發(fā)生錯動。對晶體強度有很大影響。
刃型位錯
其形式可以設(shè)想為：在一完整晶體，沿
晶面橫切一刀，從
，將
面上半部分，作用以壓力δ，使之產(chǎn)生滑移，距離（柏氏矢量晶格常數(shù)或數(shù)倍）滑移面，滑移區(qū)，未滑移區(qū)
，AD為已滑移區(qū)交界線—位錯線。
正面看簡圖：如上圖
滑移上部多出半個原子面，就象刀刃一樣（劈木材）稱刃型位錯。
特點：滑移方向與位錯線垂直，符號⊥，有多余半片原子面。
螺型位錯
其形成可設(shè)想為：在一完整晶體，沿晶面橫切一刀，在面上部分沿X方向施一力δ，使其生產(chǎn)滑移，滑移區(qū)未滑移區(qū)，交界線AD（位錯線）
特點：滑移方向與位錯線平行，與位錯線垂直的面不是平面，呈螺施狀，稱螺型位錯。
刃型位錯與螺型位錯
a-正常面網(wǎng),
b-刃型位錯，
c-螺型位錯
主要從各自特點區(qū)別
刃型：滑移方向與位錯線垂直，多半個原子面，位錯線可為曲線。
螺型：滑移方向與位錯線平行，呈螺旋狀，位錯線直線。
位錯具有以下基本性質(zhì)：
（1）位錯是晶體中原子排列的線缺陷，不是幾何意義的線，是有一定尺度的管道。
（2）形變滑移是位錯運動的結(jié)果，并不是說位錯是由形變產(chǎn)生的，因為一塊生長很完事的晶體中，本身就存在很多位錯。
（3）位錯線可以終止在晶體的表面（或多晶體的晶界上），但不能終止在一個完事的晶體內(nèi)部。
（4）在位錯線附近有很大應(yīng)力集中，附近原子能量較高，易運動。
面缺陷
晶面不對稱
由于晶體表面處的離子或原子具有不飽和鍵，有很大反應(yīng)活性，表面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不對稱性，使點陣受到很大彎曲變形，因而能量比內(nèi)部能量高，是一種缺陷。
（1）小角度晶界（鑲嵌塊）
尺寸在
的小晶塊，彼此間以幾秒到的微?。?）角度傾斜相交，形成鑲嵌結(jié)構(gòu)，有人認為是棱位錯，由于晶粒以微小角度相交，可以認為合并在一起，在晶界面是形成了一系列刃型位錯。
（2）大角度晶界，各晶面取向互不相同，交角較大，在多晶體中，晶體可能出現(xiàn)大角度晶界。在這種晶界中，頂點排列接近無序狀態(tài)，晶界處是缺陷位置，所以能量較高，可吸附外來質(zhì)點。晶界是原子或離子擴散的快速通道，也是空位消除的地方，這種特殊作用對固相反應(yīng)，燒結(jié)起重要作用，對陶瓷、耐火材料等多晶材料性能如蠕變、強度等力學(xué)性能和極化、損耗等介電性能影響較大。
堆垛層錯
離子堆垛過程中發(fā)生了層次錯動，出現(xiàn)堆垛層錯，如面心立方堆積形式為
中間的B層和C層發(fā)生了層次錯動，出現(xiàn)缺陷（一般了解）
定義：化合物中各元素的原子數(shù)之比不是簡單的整數(shù)而出現(xiàn)了分數(shù)，如
等。
可偏離化合式的化合物
非化學(xué)計量化合物缺陷
（2）也可看成部分O由晶格逸出變成氣體
可見：這種非化學(xué)計量化合物的形成多是由變價正離子構(gòu)成的氧化物，由高價變?yōu)榈蛢r，形成負離子空位，還有
等，與氣氛有關(guān)。
陽離子過剩
形成間隙陽離子
如
，過剩的金屬離子進入間隙位，為保持電中性，等價電子被束縛在間隙位的金屬離子周圍。例：
在鋅蒸氣中加熱，顏色逐漸加深變化。
負電子過剩
形成間隙負離子。
發(fā)現(xiàn)
，可以看作
中的固溶體，當負離子過剩進入間隙位置時，結(jié)構(gòu)中必須出現(xiàn)兩個電子空穴，以平衡整體電中性，相應(yīng)正離子電價升高，電子空穴在電場作用下產(chǎn)生運動，這種材料稱P型半導(dǎo)體。
形成正離子空位
由于存在正離子空位，為保持電中性，在正離子空位周圍捕獲電子空位，因此其也是P型半導(dǎo)體，如
即是。例：
在氧氣下形成這種缺陷，實際上是
中形成的固溶體（高價取代低價），即
，同時在晶格中形成個正離子空位，在氧氣條件下，氧氣進入FeO晶格結(jié)構(gòu)中，變?yōu)檠蹼x子，必須從鐵離子獲得兩個電子，使
，并形成VFe。
可見，非化學(xué)計量化合物缺陷的形成主要受氣氛影響，也與溫度有關(guān)，嚴格說，世界上所有化合物都是非化學(xué)計量的，只是程度不同而已。
結(jié)晶
結(jié)晶分兩種，一種是降溫結(jié)晶，另一種是蒸發(fā)結(jié)晶。降溫結(jié)晶：首先加熱溶液，蒸發(fā)溶劑成飽和溶液，此時降低熱飽和溶液的溫度，溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì)就會呈晶體析出，叫降溫結(jié)晶。
蒸發(fā)結(jié)晶：蒸發(fā)溶劑，使溶液由不飽和變?yōu)轱柡?，繼續(xù)蒸發(fā)，過剩的溶質(zhì)就會呈晶體析出，叫蒸發(fā)結(jié)晶。
產(chǎn)品代表
石英、云母、明礬、食鹽、硫酸銅、味精。
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章和是東漢章帝劉炟的第三個年號，也是他的最后一個年號，共計18個月。該年號在歷史上被用作幾個政權(quán)的年號。據(jù)《資治通鑒》記載，元和四年七月廿七壬戌（87年9月12日），章和正式改元。在章和二年二月，漢和帝即位時沿用該年號，但次年正月初一（89年1月30日）改元永元。
尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒寫！
作者
