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各種材料具有不同的物理、化學(xué)性能，這些性質(zhì)主要是由材料的化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)狀況（原子在固體中的排列方式、化學(xué)鍵的種類、固體中的電子態(tài)、實(shí)際晶體中的缺陷及顯微結(jié)構(gòu)狀況等）所決定。影響材料各種性能的結(jié)構(gòu)層次及類別是十分豐富多樣的。從尺度上講，運(yùn)動(dòng)范圍從只有埃量級(jí)的核外電子結(jié)構(gòu)到微米級(jí)的晶粒以至尺度更大的孔隙、裂紋等均對(duì)材料的不同性質(zhì)起著不同的影響。毫無(wú)疑問(wèn)，原子、離子的理想排列狀況即晶體結(jié)構(gòu)對(duì)材料性質(zhì)有決定性的影響，所以掌握晶體結(jié)構(gòu)方面的知識(shí)是非常重要的。

人們對(duì)晶體的認(rèn)識(shí)，是從石英開(kāi)始的。古代人們把外形上具有規(guī)則的幾何多面體形態(tài)的石英（即水晶）稱為晶體。后來(lái)，人們把凡是天然的具有幾何多面體形態(tài)的固體，例如，食鹽、方解石、磁鐵礦等，都稱為晶體。

隨著生產(chǎn)的發(fā)展科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)晶體的認(rèn)識(shí)不斷深化。本世紀(jì)初，應(yīng)用X射線分析的方法，研究了晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以后，發(fā)現(xiàn)一切晶體不論其外形如何，它的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）都是有規(guī)律排列的，即晶體內(nèi)部相同質(zhì)點(diǎn)在二維空間均成周期性重復(fù)，構(gòu)成了格子構(gòu)造。所以，嚴(yán)格說(shuō)對(duì)晶體的定義是：晶體是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間成周期性重復(fù)排列的固體；或者說(shuō)，晶體是具有格子構(gòu)造的固體。

  任何一種晶體，不管它有多少種類的質(zhì)點(diǎn)，也不管它們?cè)诙S空間排布的具體形式如何復(fù)雜，其晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的最基本的特征都是質(zhì)點(diǎn)在三維空間作有規(guī)律的周期重復(fù)。空間點(diǎn)陣是表示晶體結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)重復(fù)規(guī)律的幾何圖形。

現(xiàn)以NaNO₂晶體結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行說(shuō)明。圖1—1（a）是NaNO₂晶體結(jié)構(gòu)的二維圖形，其中單位矢量長(zhǎng)度：

b=0.556nm    c=0.538nm 

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圖1—l   NaNO₂晶體結(jié)構(gòu)的二維結(jié)構(gòu)（a）結(jié)構(gòu)圖（b）結(jié)構(gòu)單元（c）空間點(diǎn)陣

    這個(gè)圖形告訴我們，在晶體結(jié)構(gòu)中有一個(gè)象圖1—2（b）中所示的那樣一個(gè)基本單元，如果我們把整個(gè)晶體結(jié)構(gòu)圖形比擬成一塊花布，這個(gè)基本單元就是花布中的一朵花。在晶體結(jié)構(gòu)中，這個(gè)由質(zhì)點(diǎn)（原子或離子）組成的基本單元稱為結(jié)構(gòu)單元（或稱為基元）。這個(gè)結(jié)構(gòu)單元可以是由一個(gè)原子（或離子，下同）或一個(gè)包含著幾個(gè)原子的分子所組成，也可以由幾個(gè)同種類的原子或包含著幾個(gè)分子的復(fù)雜原子團(tuán)所組成。在任何理想的晶體內(nèi)，結(jié)構(gòu)單元中所包含的質(zhì)點(diǎn)間相互關(guān)系，在整個(gè)晶體中都是一樣的。NaNO₂的結(jié)構(gòu)單元就由包含著兩個(gè)氧原子，一個(gè)氮原子及一個(gè)鈉原子四個(gè)質(zhì)點(diǎn)的亞硝酸鈉分子所組成的。結(jié)構(gòu)單元應(yīng)該包括這個(gè)晶體中所有的不等同的原子，但又不應(yīng)該包括完全等同的原子。這里所說(shuō)的等同，不僅是指屬于同一種元素的原子，還包括其周圍的物理化學(xué)環(huán)境及幾何環(huán)境也應(yīng)該相同。例如圖1—1（b）有兩個(gè)氧原子，但在NaNO₂晶體中它們所處的幾何環(huán)境就不一樣，一個(gè)氧原子在左上角有氮原子，但在右上角則沒(méi)有氮原子與其相鄰，而另一個(gè)氧原子的環(huán)境卻為相反。因此這兩個(gè)氧原子在晶體結(jié)構(gòu)中是不等同的，所以應(yīng)該把這兩個(gè)氧原子都包括在同一個(gè)結(jié)構(gòu)單元中。另一方面我們不應(yīng)該把這個(gè)結(jié)構(gòu)單元再擴(kuò)大了，因?yàn)榫w中任何其他原子都是與圖1—1（b）這個(gè)圖案中的某一個(gè)原子等同的。

這個(gè)結(jié)構(gòu)單元在空間是以一定周期重復(fù)出現(xiàn)的。例如由圖1—1（a）可以著出來(lái)，在b軸及c軸方向上，各以0.556nm及0.538nm為間隔作周期重復(fù)。這個(gè)重復(fù)周期的尺度與實(shí)際晶體尺寸比較是如此小，如對(duì)于邊長(zhǎng)為1厘米尺度的晶體來(lái)說(shuō)，這種重復(fù)達(dá)10⁷～10^８數(shù)量級(jí)，因此把它看成是無(wú)限多次重復(fù)是可以的。這樣在NaNO₂晶體中，我們?nèi)舭颜麄€(gè)圖形沿著b方向移動(dòng)0.556nm或其整數(shù)倍，圖形就和沒(méi)有移動(dòng)過(guò)以前一樣，同樣在c方向移動(dòng)0.538nm或其整數(shù)倍，整個(gè)圖形也可以復(fù)原，在垂直紙面的a方向，如以0.355nm或其整數(shù)倍移動(dòng)也同樣可以復(fù)原。按以上周期依次在兩個(gè)或三個(gè)方向平移，當(dāng)然也可以把圖形復(fù)原。晶體中的這個(gè)特點(diǎn)稱之為周期重復(fù)性，或說(shuō)具有平移對(duì)稱性。

    我們可以用數(shù)學(xué)矢量形式來(lái)表達(dá)這個(gè)周期重復(fù)的性質(zhì)，即對(duì)整個(gè)圖形作

Ｔ＝ｍa＋nb＋pc  （ｍ，n，p＝0，±1，±2……任意整數(shù)）    （1—1）

的平移，圖形可以復(fù)原，Ｔ稱為平移矢量。Ｔ可以有一系列無(wú)限多的大小及方向不同的值。在晶體中一定有這樣的性質(zhì)：

    （1）從晶體結(jié)構(gòu)中任何一個(gè)原子（或其它任何點(diǎn)）出發(fā)，以矢量Ｔ進(jìn)行平移，一定會(huì)重合在另一個(gè)等同的原子上（或相應(yīng)的等同點(diǎn)上）。

    （2）任何兩個(gè)等同原子（或其他等同點(diǎn)）的連線一定也是一個(gè)Ｔ矢量。

    不符合這兩條原則的固體結(jié)構(gòu)就不屬于晶體，或者把平移的單位矢量選錯(cuò)了。所以我們也可以說(shuō)晶體就是有Ｔ矢量的固體材料。

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