为了便于对材料进行研究，常常将材料进行分类。如果按材料的状态进行分类，可以将材料分成晶态材料，非晶材料及准晶材料。因所有的晶态材料有其共同的规律，近代晶体学知识就是为研究这些共同规律而必备的基础。
同时为了研究非晶材料与准晶材料及准晶材料也必须以晶体学理论做为基础。在一般的教材中对晶体学的基础知识已经有了不同深度的阐述，作为辅导教材，对教科书上已经有较多阐述的内容，本章中就简要的进行说明，而重点在于用动画形式，将在教材中难以用文字表达清楚的内容进行较多的阐述，加深对教材内容的理解记忆。
2.1晶体学基础
2.1.1 空间点阵和晶胞。
具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。将晶胞作三维的重复堆砌就构成了空间点阵。
为了便于分析研究晶体中质点的排列规律性，可先将实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体并简化，将其中每个质点抽象为规则排列于空间的几何点，称之为阵点。这些阵点在空间呈周期性规则排列并具有完全相同的周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵，简称点阵。同一空间点阵可因选取方式不同而得到不相同的晶胞
晶胞、晶轴和点阵矢量》
根据6个点阵参数间的相互关系，可将全部空间点阵归属于7种类型，即7个晶系。按照"每个阵点的周围环境相同"的要求，布拉菲（br**ais a．）用数学方法推导出能够反映空间点阵全部特征的单位平面六面体只有14种，这14种空间点阵也称布拉菲点阵。
空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象。
1 空间点阵。
最初人们认为凡是具有规则外形的天然矿物均为晶体。但现在人们认识到晶体的规则的几何外形是内部结构规律的外在反映。 近代的科学研究表明了下面的两个基本事实：
1） 如果说某一种材料是晶体，其基本的特征是：组成该材料的内部的微观粒子(原子，分子，离子等)在三微的空间做有规则的周期性的排列。
2） 这种排列的规律决定了材料的性能。
根据这样的事实我们可以抽象出个的重要概念即空间点阵。为了清楚地表明原子在空间排列的规律性，常常将构成晶体的实际质点抽象为纯粹的几何点，称之为点阵或节点。
2 晶胞。1 晶胞定义。
晶胞：单位格子圈出的晶体结构。即将单位格子中的格点换成基元该格子就成为晶胞。
图2－22 晶格常数。
晶胞的边长度一般称为晶格常数或点阵常数，在x,y,z轴上分别以表示。
3 棱间夹角。
晶胞间夹角又称轴间夹角，通常用y-z轴，z-x轴和x-y轴之间的夹角分别用表示。
2.1.2 晶向指数和晶面指数
为了便于确定和区别晶体中不同方位的晶向和晶面，国际上通用密勒（miller）指数来统一标定晶。
向指数与晶面指数。
1.晶向指数
晶向指数的确定步骤如下：
1)以晶胞的某一阵点o为原点，过原点o的晶轴为坐标轴x, y , z, 以晶胞点阵矢量的长度作为坐标轴的长度单位。
2)过原点o作一直线op，使其平行于待定晶向。
3)在直线op上选取距原点o最近的一个阵点p，确定p点的3个坐标值。
4)将这3个坐标值化为最小整数u，v，w，加以方括号，[u v w]即为待定晶向的晶向指数。
2. 晶面指数
晶面指数标定步骤如下：
1)在点阵中设定参考坐标系，设置方法与确定晶向指数时相同；
2)求得待定晶面在三个晶轴上的截距，若该晶面与某轴平行，则在此轴上截距为无穷大；若该晶面与某轴负方向相截，则在此轴上截距为一负值；
3)取各截距的倒数；
4)将三倒数化为互质的整数比，并加上圆括号，即表示该晶面的指数，记为( h k l )。
晶面指数所代表的不仅是某一晶面，而是代表着一组相互平行的晶面。另外，在晶体内凡晶面间距和晶面上原子的分布完全相同，只是空间位向不同的晶面可以归并为同一晶面族，以表示，它代表由对称性相联系的若干组等效晶面的总和。
3.六方晶系指数
六方晶系的晶向指数和晶面指数同样可以应用上述方法标定，这时取a1，a2，c为晶轴，而a1轴与a2轴的夹角为120度，c轴与a1，a2轴相垂直，如图2.13所示。但这种方法标定的晶面指数和晶向指数，不能完全显示六方晶系的对称性，为了更好地表达其对称性，根据六方晶系的对称特点，对六方晶系采用a1，a2，a3及c四个晶轴，a1，a2，a3之间的夹角均为120度，这样，其晶面指数就以(h k i l)四个指数来表示。
根据几何学可知，三维空间独立的坐标轴最多不超过三个。前三个指数中只有两个是独立的，它们之间存在以下关系：i ＝－h + k )
采用4轴坐标时，晶向指数的确定原则仍同前述（见图2.14），晶向指数可用｛u v t w｝来表示，这里 u + v = t。
4.晶带。所有平行或相交于同一直线的这些晶面构成一个晶轴，此直线称为晶带轴。属此晶带的晶面称为晶带面。
晶带轴[u v w]与该晶带的晶面（h k l）之间存在以下关系： hu + kv + lw = 0
凡满足此关系的晶面都属于以[u v w]为晶带轴的晶带，故此关系式也称作晶带定律。
5.晶面间距。
由晶面指数还可求出面间距dhkl。通常，低指数的面间距较大，而高指数的晶面间距则较小。
2.1.3 晶体的对称性
1.对称元素。
晶体的对称元素可分为宏观和微观两类。宏观对称元素反映出晶体外形和其宏观性质的。
对称性。而微观对称元素与宏观对称元素配合运用就能反映出晶体中原子排列的对称性。
a.宏观对称元素；
1)回转对称轴。
当晶体绕某一轴回转而能完全复原时，此轴即为回转对称轴。注意该轴线定要通过晶格单元的几何中心，且位于该几何中心与角顶或棱边的中心或面心的连线上。在回转一周的过程中，晶体能复原n次，就称为n次对称轴。
2) 对称面。
晶体通过某一平面作镜像反映而能复原，则该平面称为对称面或镜面。
3) 对称中心。
若晶体中所有的点在经过某一点反演后能复原，则该点就称为对称中心，用符号 i 表示。
4) 回转-反演轴
若晶体绕某一轴回转一定角度，再以轴上的一个中心点作反演之后能得到复原时，此轴称为回转－反演轴。
b.微观对称元素；
1)滑动面。
一个对称面加上沿着此面的平移所组成，晶体结构可借此面的反映并沿此面平移一段距离而复原。
2)螺旋轴。
回转轴和平行于轴的平移所构成。
2.32种点群。
点群是指一个晶体中所有点对称元素的集合。点群在宏观上表现为晶体外形的对称。利。
用组合定理可导出晶体外形中只能有32种对称点群。
2.1.4极射投影
1.极射投影原理
网 3.标准投影
以晶体的某个晶面平行于投影面上作出全部主要晶面的极射投影图称为标准投影。一般选择一些重要的低指数的晶面作为投影面，这样得到的图形能反映晶体的对称性。立方晶系常用的投影面是 ( 001 ),110 )和( 111 )；六方晶系则为( 0001 )。
立方晶系的( 001 )标准投影如上图所示
2.2金属的晶体结构。
2.2.1 三种典型的金属晶体结构。
面心立方结构a1或 fcc、体心立方结构a2或 bcc和密排六方结构a3或 hcp三种。
1.晶胞中的原子数。
2.点阵常数与原子半径。
3.配位数和致密度
体心立方晶格
1).晶胞中的原子数。
体心立方晶体每个角上的原子只有1/8个属于这个晶胞，晶胞中心原子完全属于这个晶胞，所以体心立方晶胞中的原子数为8*1/8+1=2.
2).原子半径。
原子沿立方体对角线紧密接触。设晶格常数为 ,则立方体对角线长度为 ,等于4个原子半径，所以体心立方晶胞中的原子半径 .
3).配位数。
所谓配位数是指晶体结构中与任一个原子最近的原子得数目。体心立方晶格的配位数位8.
4).致密度。
体心立方晶格的致密度为：
5).原子密排面和密排排方向。
密排面 密排方向： <111>
6).原子堆垛方式。
原子面的空隙是有四个原子所构成的，原子排列的紧密程度较差，通常称为次密排面。原子堆垛方式为ababab.
7)晶体中的间隙。
体心立方晶格有两种间隙，一种是八面体间隙，另一种是四面体间隙，如右图所示：
1>八面体间隙。
间隙原子半径的计算：
体心立方晶格四面体间隙的棱边长度不全相等，为不对称的扁八面体间隙。间隙半径为顶点原子之间隙中心的距离减去原子半径，原子中心到间隙中心的距离皆为 ,所以间隙半径为 .
2>四面体间隙。
间隙原子半径的计算：
体心立方晶格四面体间隙的棱边长度不全相等，为不对称的间隙。间隙半径为顶点原子之间隙中心的距离减去原子半径，原子中心到间隙中心的距离皆为 ,所以间隙半径为 .
面心立方晶格。
1).晶胞中的原子数。
面心立方晶体每个角上的原子只有1/8个属于这个晶胞，六个面中心的原子只有1/2属于这个晶胞，所以面心立方晶胞中的原子数为8*1/8+1/2x6=4.
2).原子半径。
在面心立方晶胞中，只有沿着晶胞六个面的对角线方向，原子是互相接触的，面对角线的长度为 .它与4个原子半径的长度相等，所以面心立方晶胞的原子半径 .
3).配位数。
所谓配位数是指晶体结构中与任一个原子最近的原子得数目。面心立方晶格的配位数位12.
4).致密度。
面心立方晶格的致密度为：
5).原子密排面和密排排方向。
密排面 密排方向： <110>
6).原子堆垛方式。
原子面的空隙是有三个原子所构成的，原子排列较为紧密，原子堆垛方式为abcabc.
7)晶体中的间隙。
面心立方晶格有两种间隙，一种是八面体间隙，另一种是四面体间隙，如右图所示：
1>八面体间隙。
间隙原子半径的计算：
面心立方晶格八面体间隙属于正八面体间隙。间隙半径为顶点原子之间隙中心的距离减去原子半径，原子中心到间隙中心的距离皆为 ,原子半径为所以间隙半径为： .
2>四面体间隙。
间隙原子半径的计算：
面心立方晶格四面体间隙属于正四面体间隙，间隙半径为顶点原子之间隙中心的距离减去原子半径，原子中心到间隙中心的距离皆为 ,所以间隙半径为： .
晶体结构总结
1 几种晶体的结构 性质比较。2 几种典型的晶体结构 1 nacl晶体 如图1 每个na 周围有6个cl 每个cl 周围有6个na 离子个数比为1 1。2 cscl晶体 如图2 每个cl 周围有8个cs 每个cs 周围有8个cl 距离cs 最近的且距离相等的cs 有6个，距离每个cl 最近的且距离相...
晶体结构提纲
晶体结构 1.基本概念 分子晶体 间以相结合的晶体叫作分子晶体。原子晶体 间以相结合而形成的晶体叫作原子晶体。离子晶体 间通过结合而成的晶体叫作离子晶体。金属晶体 离子与之间通过形成的单质晶体叫作金属晶体。3.几种典型的晶体结构特征 1 nacl晶体 每个na 周围有个cl 每个cl 周围有个na ...
晶体结构练习一
1 在下列有关晶体的叙述错误的是。a 离子晶体中，一定存在离子键 b 原子晶体中，只存在共价键。c 离子晶体中可能存在共价键 d 分子晶体中有可能存在离子键。2 科学家发现c60分子由60个碳原子构成，它的形状像足球 图c 含有c c键，因此又叫足球烯。1991年科学家又发现一种碳的单质 碳纳米管，...