08级晶体生长理论考试试题.docx

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1、08级争论生晶体生长理论考试试题论述题（共100分，每题25分）一、试述晶体生长的平衡形态理论。二、试论述晶体界面模型的优缺点。三、试从单原子（单分子）动身推导临界核原子团的大小和形核功。四、晶体生长理论的根本科学问题有那些？你认为那些问题有待进一步深入争论？08级争论生晶体生长理论考试试题论述题（共100分，每题25分）一、试述晶体生长的平衡形态理论。二、试论述晶体界面模型的优缺点。三、试从单原子（单分子）动身推导临界核原子团的大小和形核功。四、晶体生长理论的根本科学问题有那些？你认为那些问题有待进一步深入争论？第一章引论1.1晶体学进展简史人类对晶体的生疏是从具有规章外形的矿物岩石开头的.

2、早在史前.人类为了生存，H1.石头做成各种石器，作为劳开工具利防卫武器，在采集石头的同时，也就觉察了各件外形境则的矿物岩石.例如.在我国周1店的中国猿人遗址中就有用水描等矿物岩石做成的工具.人们把这些有WiiS外形的矿物岩石叫做品体，这是人类生诚晶体的开头。曲静时间的推移，人们觉察右观市外形的晶体种类越来越多.其中不少是对人类有用的苗物晶体.经过长期的现在和比较，后来人们觉察这些矿物品体最具有代表性的特点，是各种晶体都有它特有的外形.晶体结晶学作为一门科学萌芽于17世纪人们对矿物品体外形的规章性争论。1669年，意大利科学家斯丹诺(NiCo1.aUSSICn0对水晶、金刚石，黄铁矿等各种晶体进

3、展了大量的争论,觉察了品面向守忸定律.当时，斯丹诺指出：总体是从外外表长大的,即的物质包围在1.1.经结晶的外衣品而上.因此，各个晶面都按原来的方向平行地向外进展，在生长过程中，各个晶面的大小虽然都在变化，倒它们既然平行地向外进展，其间交角就不应当粒变。换句话说，对于同物质的不同晶体,晶面的大小、外形和个数都可能不同，但相应的晶面之间的夹角都是固定不变的。例如石英晶体(即水晶)可以有各肿不同的外形如图1,1所示|,但其中a和b面夹角总是。47小和C面夹角总是120。00.C和a面夹角总是113。08.国1.1石奂体的外方品面向守恒定律的觉察，使人们生疏到可以从晶体外形来鉴别各种不同的矿物和其它

4、晶体,为此，法国学者得利RomeDe1.”IsM(17367790)利用他的学生克兰诺(CarangeOO制造的测用仪，对大量矿沏曷体进展了晶面角测定，得出了面角恒等普涧规律,利用晶面角守恒定律进展品体鉴定的方法很牢靠,即使外形很相近的两仲品体也不会发生混询.例如，方解石有一个品用为101。5父而外形同它很相近的智利硝石，相应的晶面角是1024IS,其间之差不到!.用肉眼是区分不出来的.可是用测角仪却很简洁觉察它们的差异.品风光用守恒定律的觉察促使人们留意到晶体内部构造问题即晶体为什么会有规章外形、它的内在本质到底是什么.一次偈然的大中成为生说晶体内部构造问题的启发.17世纪，斯丹诺的教师丹麦

5、学者巴尔托林ErasmusBan。IinS(IG251690年)1有次在对晶体进展争论的时候，不慎将一大块的冰洲石晶体摔到地上,他慢恼格外，白干冰洲石晶体是很难弄到的自然晶体，尤其是大块的,当他以格外惋惜的心情扑到地上去捡拾冰洲石砰块的时候，他惊异地觉察全筋的碎块都与大块的冰洲石晶体一样,具有规章的完全一样的斜方六面体外形.这一意外的觉察，使巴尔托林欣喜假设狂，他不但不再为失手打碎冰洲石晶体而懊枪i,至还特意把一块冰洲石。撷碎，看看是否也会得到外形一样的碎块结果他觉察了晶体的解理性,即晶体总是沿肯定的品而碎裂.I圃满的是.他没右再进一步思考这样连续碎裂下去最终将如何,以致使人们对晶体内郃构造的

6、生疏推迟了100多年.俯汨提的是巴尔托林也在1669年还觉察,当光束通过冰洲石晶体时会分解成两束.它们沿着略微不同的方向前进.离开晶体后，两束光的传播方向与原光束的传播方向平行(如图1.2所示)，这就叫做晶体的双折射观望.虽然之后不久荷兰科学家惠史斯(HUigCnS)具体争论石英、方解石等品体的双折射现象，认为方解石是由菱形物质堆切而成的，但在相当一段时间内对晶体内部构造问题的生硫没有大的突破.尽管如此,而角恒等定律、解理现假、双折射现象的觉察促使人们留量到晶体内都构造同2,从而里定了结品学、特别是几何结品学的根底，1.2冰洲石双折*3U1.1784年，法国科学家阿羽衣(RenCJUiIHai

7、.1743-1826)认JX争论了晶体的耕刊!性，提出了著名的品胞学说，他认为母种晶体都有一个外形肯定的最小的加成细恤，叫做品胞，大块晶体就是山干干”个晶胞堆砌在一起而成的.例如图1.3所示的是食盐晶体中(7和N/两种离子的规章排列的图形.图1.3(b)是食盐品体的一个品胞图,图1.3（八）是由大()鼻息JR子”(b)M格构遗13食筵体中C7和两片育子的好得亮收的晶胞枳存成的大块晶体他的这现解对晶体内部构造的探讨起到了启蒙的作用，可以说这是人类对晶体的生硫由表及里的第一步猜.测.据此他提出益体具有对称性的推理.晶体的对称性不但及现在晶体的外观形猊.而且在物理性侦方面也有所反映.1805年德国学

8、者斯(ChriStianSamUdWCiSS)就以试脸证明白晶体中存在莉不同的对称轴，于1815年提出了晶体分类，建议将晶体分为6个晶泵后来被证明7大晶系(等轴晶系，四方晶系，六方品系,三方品系，制方品系，单制品系,三斜品系)。1818年他提出了一种标识晶体空间位置的方法，被称为1氏符号，并觉察了晶带定律.19世纪初,几何结晶学得到了快速进展,这是由丁解析儿何的进展应用于结晶学领域并且与准确而大量测读晶面用工作亲热相大，1880年饭.国学者米勃IWiniamHa1.1.owesMi1.ICr(IM)I-IX纲)”领先把解析几何的用到结晶学领域中.1837年提出表示品面空间位置的方法一一米氏符号

9、，始终沿用至今。不久，人们生疏到全部的物体都是由原子组成的.法国科学家布拉维A.Bravais(1X11-1S631Hh此洱到启发于1855年提出f空间点阵学说.并用数学方法导出品体空间格子有十四种类型.称之为布拉维格子，依据其对徐要素分屈于7个晶系，空间点阵学说认为；在晶体内郃，分子、原子或因子的排列是有规章的，何成肯定形式的空间点阵，而所谓品胞，就是其中一个小块的体枳.晶体的空间格子是代表翳体全部构造的缩影.这种空间格子称之为品胞，但品苑的外形可以有多样，每个晶胞都应当能帔代发晶体的何造特征.1867年俄国学者加道林Acc,cBHAMeAbMoBHqTaHOAHHU8281892)用数学方

10、法推导出晶体外形对称形式有32种对称性。虽然很多学者对自然界矿物结晶学争论枳存了人量的实际科学资料，但这些争论人多局限于实际观若的描述弓记载.对形成机理的分析却较少,至19世纪中叶以后,几何结品学才进入分析阶段，理论的总结与科学的推理才得到应有的正视.现代结晶学家俄国学者版多洛夫(ECejupoB,18531919)在结晶学各个颖域中都有卓越的奉航.在几何结晶学和晶体构造理沦方面,他创立了平行而学说,推导出晶体构造对称23()个空间群(1889年)，并觉察J结晶学极限定律，1889年费多洛夫制造了双圈反射测角仪，极大地简化了储体测角工作.为争论描体光学性能还制造费多洛夫旋转台.在他的晚年又完版

11、f一部巨著结品学,这是一部晶体混定表。19世纪末,百大储体构造的理论预备渐渐成熟.空间点阵学说己为很多知名学者所成认，但仍缺乏足峥的试验依据.1912年街国学者劳埃(M.Von1.aUo川试验所证明X射线通过晶体后发生衍射现收,从而证明白晶体确实具彳f规章的格子构造.可以说1912年是结晶学进展划时代的一年C自此以后，物理学家与钻晶学家对晶体几何结晶学开展了大中的争论。英国学者布拉格父子(W.HBragHUW1.Buigg),贝纳尔(J.D.Berna1.)、伍I州W.A.Woosier)和原苏联学者日丹诺夫(T.C.JKmhob)等人相缚承受X射线争论晶体的内部内造，俄国学者吴I1.1.弗(

12、7.8.8丫24,1863-1925)和英国学拧丫.H.布仙格及W.1.布技格各向独立的推导出测定晶体构造中而网间跖的公式.称之为吴里弗一布拉格公式.在争论晶体内部构造的根底上消灭了结晶学的分支，即结品化学.M箱晶体材料的进展，结晶化学越来越显示出它在科学与技术领域中的重要性吴里弗W.H.布，潞、W.C.力前.格、尼格里(P.Nigg1.i),勃林(1.PanIing)、戈尔曲密特(V.M.Go1.dsmidt)以及费尔斯曼(A.E.epcMaH.1883-1945)等人对结晶化学的进展都做出了卓越的奉献.吴里弗对于晶体生长理沦及晶体物理性质等方面进展了卓有成效的争论，在人工培育晶体方面进展了

13、有有用价假的探讨，他设if了水溶液法生.长品体的恒温器.至今仍为人们所运用.原苏联学者舒布尼科夫(A.B.IUyeiuiXB)不仅对晶体结品学作门艮多争论,而且对晶体对称件、品体生长.结晶光学以及压电性方面都做出了突出的密献.舒布尼柯夫是将晶体结晶学拓宽应用于工业技术上的光用者，他创立了原苏联科学院结晶化学争论所，原苏联晶体化学家别洛夫(H.B.IiCAoB)对物质质点,最严密积存原理做出精港的争论成果.对离子品体构造争论仃后.蒙的作用.出版了胃离子晶体和金国相构造书是别洛夫的巨大奉献.晶体形态学是一种极为严谐的精细科学，在理论上，它是以物理学、化学、数学等为根底的.早期晶体形态学争论的对望是

14、自然犷物晶体,直至19世纪末对晶体形态的争论虽然能修做到由表及里，由宏观至微观的观看，但仍只限于时晶体静止形态的描述，对于晶体各面朕显准大小差异的嫁Ih和同一种晶体处于不同的生长条件下可以消灭千姿百态的结招形态现象.还是处于只知其然、不知其所以然的阶段,晶体形态的变化涉及到生长物理化学问遨，有关晶体生长物化条件的争论是从人工品体问世之后才真正开头的,所以结晶化学的发展从17世纪中期到19世纪末方显得日臻成熟.从1669年斯丹诺觉察品面角守恒定律开头,历经1784年阿羽衣的品胞学说和1885年布拉维的空间点阵学说，到1889年费多洛夫的空间群理论.200多年的进展，晶体构造的儿何理论根本上完成。

15、但是，的若现代科学的进展，晶体构造的几何理论也在连续进展。例如,关于色群的论己经在空间群根底I.导出1651种苏布尼可夫群.近年来在准晶体研究中,进一步觉察5次、IO次、2()次外旋转对称性,这又给晶体构造几何理论十出r史的课题,与此同时，晶体学的争论手段也得到快速进展，自1912年，律国科学家劳厄(Maxvan1.aUC)第一次做晶体射线衍射试验,半个多世纪以来,X射线衍射方法至今始终成为争论品体做观构造的公爪要工具.X射战构造分析方法也己经有了格外快速的进展，并且枳存了大成晶体构造的资料和阅历.现在.晶体构造分析方法中又有中子衍射、电子折射、光谱法等.目前，用用先进的电子显面镜己羟能鲂看到

16、某些晶体中的原子，各的分析方法相互补充，使人们对晶体构造的/解史加深入而准确.1.2 人工晶体争论与进展长期以来.自然矿物晶体是大块址晶的唯来源.由于形成条件限蒯，大而完整的堆晶矿物M1.当稀有。某些罕见宝石单品，如钻石、红宝石、蓝宝石、绿宝石等，大都成了稀奇的保儡品、员重的装饰品和博物馆中的展览品.觉察一些尔品具有贵重的物理性质及其应用价值是最近一个多世纪的事.随着生产和科学技术的进展，人们对单品的需求口益增加,例如加工工业需要金刚石.Mr密仪表和钟表工业需要红宝石作轴承.光学工业需要大块冰洲石制造儡光情,超声和乐电技术需要压电水晶等，但白然单品矿物无论在品种、敢砍和质心上都不能满足H益增长的僭求。于是人们想方设法用人工方法合成单晶,促进人工储体的快速进展.该项工作是由19世纪初期开头的，用熔熔法生长晶体始于