无机晶体的结构、组成和性质－晶格能、热膨胀、体模量和硬度 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

本书详细阐述无机晶体的结构特征，以及品格能、热膨胀、体模量、硬等物理量的测量方法和理论计算方法；累计大量晶体物理参数结果，并利用介电化学键理论方法估算多种复杂晶体系列的力学参数和热学参数，为全面了解晶体性质提供基础数据。本书包括基本概念、理论分析、公式推导、数据结果和物理规律，同时还提供一种从结构出发估算晶体力学和热学性能的方法。

本书可供材料科学、理论化学、固体物理和无机化学领域的科研工作者，以及高等学校教师和研究生参考。

前言

第1章  晶体的对称性及其基本概念

　1.1  晶体的点对称性

　1.2  对称操作的符号和含义

　1.3  点群

　1.4  晶体的晶胞和晶系

　1.5  布拉维点阵

　1.6  晶体的平移对称性

　1.7  晶体的空间群

　参考文献

第2章  无机晶体的结构特征和性质

　2.1  无机晶体的结构分布特征

    2.1.1  晶体的空间群分布

    2.1.2  晶体的点群分布

　2.2  稀土无机晶体的结构分析

　2.3  晶体的结构和性质关系

    参考文献

第3章  无机晶体的晶格能

　3.1  晶格能的实验方法

　3.2  品格能的理论计算方法

    3.2.l  Born-Lande方程

    3.2.2  Born-Mayer方程

    3.2.3  全面计算方法

    3.2.4  Kapustinskii方程

    3.2.5  分子体积和品格能

　3.3  品格能的介电化学键理论计算方法

    3.3.1  晶体化学键的介电理论 

    3.3.2  简单晶体晶格能的计算方法

    3.3.3  复杂离子晶体品格能的计算

    参考文献

第4章  无机晶体的热膨胀

  4.1  热膨胀系数的定义

  4.2  格临爱森系数

  4.3  热膨胀系数的测定

    4.3.1  宏观方法

    4.3.2  微观方法

  4.4  热膨胀系数的计算方法

    4.4.1  晶体化学计算方法

    4.4.2理论计算方法

    4.4.3  晶体膨胀系数计算的介电理论方法

    参考文献

第5章  晶体的弹性模量

  5.1  体积弹性模量的定义

  5.2  体模量的实验测定方法

    5.2.1活塞位移法

    5.2.2光学干涉法

    5.2.3 X射线衍射法

    5.2.4  冲击波法

    5.2.5  超声波法

  5.3  体模量的理论计算方法

    5.3.1  弹性系数和模量

    5.3.2  物态方程计算方法

    5.3.3  晶体化学计算方法

    5.3.4  晶体结构和化学键参数的计算方法

    5.3.5  密度泛函理论计算方法

  5.4  晶体体模量计算的介电方法

    5.4.1  简单晶体体模量的计算公式

    5.4.2  LnX(Ln=镧系元素；X=N，P，As，Sb，Bi) 

晶体的体模量

    5.4.3  复杂晶体体模量的计算公式

    5.4.4  石榴石型晶体的体模量

    参考文献

第6章  晶体的硬度

  6.1  晶体硬度的测量方法

    6.1.1  莫氏硬度

    6.1.2  维氏硬度

　　……

第7章　复杂晶体的结构、组成和性质

第8章　高温超导晶体的结构和性质

附录

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　　第1章 晶体的对称性及其基本概念

　　1.1 晶体的点对称性

　　晶体的对称性包括方向上的旋转对称性和位置上的平移对称性。旋转对称性

也称为点对称性，是以点对称操作形式呈现的。点对称操作是在操作过程中至少

保持一个不动点的对称操作，可分为两类：类点对称操作和第二类点对称操

作。类点对称操作是真旋转，即绕任意一个轴线的旋转，被作用的对象没有手

性变化；第二类点对称操作是象旋转，是反演和旋转相结合的操作，被作用的对象

有手性变化［1，2］。

　　晶体中类点对称操作只有1，2，3，4，6次旋转对称轴五种操作。第二类点

对称操作也有五种，表示为1，2，3，4，6。在熊夫利（Schoenflies）的方案中，第二类

点对称操作是反映和旋转相结合的操作，称为映转操作。对称要素称为映转轴，符

号表示为S1，S2，S3，S4，S6。映转轴和象旋转的对应关系如下：

　　S1?2

　　S2?1

　　S3?6

　　S4?4

　　S6?3

　　晶体的对称操作是指晶体的几何图像经过任何一种对称操作后，包括旋转，反

映和反演，不改变图像的形状和图像中任何两个质点间的距离，使图像得以复原。

　　1.2 对称操作的符号和含义

　　1.类点对称操作

　　正旋转操作是群的元素，它被表示如下：

　　E（1）：恒等操作，绕旋转轴旋转+360°。

　　C2（2）：绕旋转轴旋转+180°。

　　C3（3）：绕旋转轴旋转+120°。

　　C4（4）：绕旋转轴旋转+90°。

　　C6（6）：绕旋转轴旋转+60°。

　　逆旋转操作也是群的元素，它被表示如下：

　　C-1

　　2：绕旋转轴旋转-180°。

　　C-1

　　3：绕旋转轴旋转-120°。

　　C-1

　　4：绕旋转轴旋转-90°。

　　C-1

　　6：绕旋转轴旋转-60°。

　　2.第二类点对称操作

　　I：反演操作。

　　σ：垂直于C2轴的反射面。

　　σh：垂直于主对称轴的反射面。

　　σv：包含对称主轴的反射面。

　　σd：包含对称主轴，并且垂直平分主轴的两个二重轴夹角的反射面。

　　Sn：旋转后再对垂直于主轴的平面反映，n＝3，4，6。

　　1.3 点  群

　　点对称操作的集合在数学上构成点群，晶体学的点群共有32种，称为32种晶

体学点群［3~6］。点群的符号可以用国际符号和Schoenflies符号表示，它们的对应

关系见表1.1，每个点群所包含的具体对称操作见附录A.5。

　　1.4 晶体的晶胞和晶系

　　可以取晶体中的任何一个重复单元作为晶胞，基元晶胞是体积小的重复单

元，它充分地反映了晶体结构的平移对称性。但是，基元晶胞没有考虑到晶体的点

对称性，因此，为了使重复单元既有平移对称性又有点对称性，人们在研究晶体结

构时通常选取比基元晶胞大一些的晶胞，这种晶胞称为惯用晶胞，目前固体物理和

晶体学的研究领域中所指的晶胞就是这种晶胞。选取惯用晶胞的原则如下：

　　（1）尽可能选取高次旋转轴的方向为晶轴方向。

　　（2）晶胞外形尽可能反映空间点阵的点对称性。

　　（3）独立的晶胞参数少，并且尽量使晶轴矢量相交成直角。

　　（4）在满足上述原则下，尽可能使晶胞体积小。

　　晶体的对称性有32种。将晶体晶轴矢量和晶胞相同的点群归成一类，称为晶

系，晶体可分成7个晶系。详细情况见表1.2。

　　1.5 布拉维点阵

　　每种晶系都有一个只在顶角存在格点的简单晶胞，这种晶胞延伸形成简单点

阵，或者称为简单格子，通常用符号“P”表示。在简单晶胞的基础上可以增加新的

格点，但是，增加格点后仍要保持原有晶胞的平移对称性和点对称性。所以，格点

只能加在一些特殊的位置上：①加在晶胞的体心上，用符号“I”表示。②加在晶胞

的某一个面心上，用符号“A”，“B”或“C”表示。③加在晶胞的全部面心上，用符号

“F”表示。④对于三角晶系，当取菱形晶胞时，用符号“R”表示。这样，7种晶系共

有14种形式的晶胞，也就是14种布拉维点阵或布拉维格子，具体形式见

　　图1.1［1，3，4，7］。

　　1.6 晶体的平移对称性

　　晶体结构具有周期性，每一个空间点阵的矢量代表一个平移对称操作，整个

点阵按某个矢量进行平移操作之后，所有的格点都移到另一些格点的位置上，使

整个空间点阵图形复原，这种操作称为平移对称操作，这种性质叫做平移对

称性。

　　对称操作分为两大类：点式对称操作和非点式对称操作。点式对称操作是在

操作过程中至少保持一个不动点的对称操作，1.1~1.5节已经做了较详细的介

绍。没有不动点的对称操作称为非点式对称操作，如平移对称操作。平移对称操

作的元素是格矢，各种平移矢量的集合构成的群，称为平移群。平移群是交换群，

也是无限群［1，5］。

　　非点式对称操作在空间点阵中可以用两种方式进行描述：滑移操作和螺旋操

作。滑移操作中按平移的方向和平移量的大小将滑移分为轴滑移，对角线滑移和

金刚石滑移三类。轴滑移有a滑移，b滑移，c滑移三种，它们的滑移方向依次平行

于a，b，c轴，滑移量分别是a/2，b/2，c/2。对角滑移的滑移方向是a±b，b±c，c±a

或a±b±c，滑移量是对角线长度的二分之一，即（a±b）/2，（b±c）/2，（c±a）/2

或（a±b±c）/2。对角线滑移常用符号“n”表示，又称为n滑移。金刚石滑移的滑移

方向是对角线方向，滑移量是对角线长度的四分之一，即（a±b）/4，（b±c）/4（c±

a）/4或（a±b±c）/4。金刚石滑移常用符号“d”表示，又称为d滑移。螺旋操作是

n度旋转和平行于旋转轴矢量的分数平移量的结合操作，该n度旋转轴称为n度

螺旋轴，它与点对称的旋转轴一样，只有五种旋转方式。假设t是n度旋转轴的周

期矢量，则平移量m是t/n的整数倍，m是小于n的整数。n度螺旋轴的国际符号为

nm，共有11种：21，31，32，41，42，43，61，62，63，64，65。

　　1.7 晶体的空间群

　　晶体的全部点式对称操作和非点式对称操作的集合构成空间群，空间群可分

为两类：简单空间群，或称点式空间群；复杂空间群，或称非点式空间群。

点式空间群是由32种点群中的每一种点群和它所属晶系中可能有的布拉维

点阵相结合导出的。32种点群和14种布拉维点阵共可导出66种点式空间群。

如果考虑点群对称要素和点阵之间的取向关系，又可以得到7种点式空间群，这

样，总共有73种点式空间群。如果晶体点阵还有非点式对称操作，可以进一步导

出其他的非点式空间群。晶体结构共有230种空间群，包括73种点式空间群和

157种非点式空间群。空间群的简略国际符号和序号见表1.3。空间群中编号用

黑斜体字标记的空间群表示点式空间群。空间群的符号表示还可以用Schoenflies

符号表示，这里不再详细介绍，有兴趣读者可查相关文献［1，2，7］。

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书籍介绍

《无机晶体的结构、组成和性质:晶格能、热膨胀、体模量和硬度》详细阐述无机晶体的结构特征，以及品格能、热膨胀、体模量、硬度等物理量的测量方法和理论计算方法；累计大量晶体物理参数结果，并利用介电化学键理论方法估算多种复杂晶体系列的力学参数和热学参数，为全面了解晶体性质提供基础数据。《无机晶体的结构、组成和性质:晶格能、热膨胀、体模量和硬度》包括基本概念、理论分析、公式推导、数据结果和物理规律，同时还提供一种从结构出发估算晶体力学和热学性能的方法。

《无机晶体的结构、组成和性质:晶格能、热膨胀、体模量和硬度》可供材料科学、理论化学、固体物理和无机化学领域的科研工作者，以及高等学校教师和研究生参考。