晶體知多少?

2020-11-25 新華網客戶端

在我們的日常生活中,晶體無處不在。冬天的雪花是晶體、烹飪時使用的味精和食鹽是晶體、名貴的金剛石是晶體等。人們曾用X射線方法對大量物體進行了檢測,發現絕大多數的固體都是晶體。

但是,晶體究竟是什麼樣的?今天,就讓我們來聊聊與晶體有關的那些事。

晶體是什麼?

十九世紀末,德國科學家威廉·倫琴發現了X射線,開啟了人類認識微觀世界的大門。之後,人們通過使用X射線測定了晶體的結構。英國科學家布拉格從晶體的微觀結構出發,提出了晶體的科學定義:晶體是由原子或分子在空間按一定規律周期性的有規則排列而成的固體,或者說晶體的基本特徵就是長程有序。

對稱性不同的各種晶體結構可以形成不同的晶格,晶體是由於晶格格位被相應的原子或摹團佔據而形成的。晶體具有對稱性、均勻性、各向異性、自範性和最小內能性等性質。

對稱性即晶體外形和結構在本身某幾個不同方位自相重合的特性,晶體的物理性質在這些方位也可以是相同的。均勻性是指晶體所有同一方向上的宏觀性質是均勻的。各向異性指出了晶體在不同方向呈現出性質差異的特性。均勻性和各向異性可以說是晶體的格子結構在宏觀性質上表現出的兩個側面。自範性指晶體都會在空間自發生長出由晶面、晶稜和頂點構成的完整幾何多面體外形,這一特性也是在自由狀態下生長發育的晶體擁有規則外形的原因。最小內能性指的是晶態物質在所有的物質態中內能最小,這也表明了晶體的穩定。

晶體有哪些分類?

晶體有許多分類方法。按組成情況分類,晶體可分為單晶體和多晶體;按生長方法分類,晶體可分為天然晶體和人工晶體;按功能分類,晶體可分為熱釋電晶體、電光晶體、介電晶體、壓電晶體和半導體晶體等;按實際晶體的點對稱特徵分類,晶體又可分為三斜、單斜、正交、四方、立方、三方和六方等晶系。

晶體有什麼應用?

目前,晶體在許多領域應用廣泛。在材料學領域,人們利用現代晶體學方法研究小分子和無機材料結構已經成為當前實驗室的常規方法,包含了晶體學信息和許多材料性能信息,各種各樣的晶體學資料庫也在前人研究的基礎上陸續建立起來,為未來的晶體材料研究提供了方便。

本作品為「科普中國-科學原理一點通」原創,轉載時務請註明出處。

作者: 趙晶晶 吳一波   [責任編輯: 李浩]

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