晶体学教程(王进)

本书系统阐述了晶体学基础理论，包括几何结晶学、晶体构造学、晶体化学、晶体生长学和晶体物理学。全书共分为7章，第1章为绪论，主要介绍晶体学的研究内容、晶体学发展史以及晶体、非晶体和准晶体的概念；第2章为几何结晶学基础，系统阐述晶体的投影、晶体的宏观对称、晶体定向和晶体学符号、单形和聚形、晶体的规则连生；第3章为晶体构造学基础，阐述晶体的空间格子构造规律、晶体内部结构的对称要素、空间群和等效点系；第4章为晶体化学基础，包括密堆积原理、配位数和配位多面体、鲍林规则、类质同象和同质多象、晶格缺陷等；第5章为晶体生长学基础，包括晶体的形成方式、晶体生长的基本理论、晶面的发育、影响晶体的生长因素、常用晶体生长技术等；第6章为晶体物理学基础，简要介绍晶体的力学、热学、电学、磁学性质；第7章为常见晶体结构，简要介绍单质、典型无机化合物、新能源材料、磁性材料、超硬材料、硅酸盐及硅酸盐水泥的晶体结构。全书采用彩色印刷，每章均有思考题，附有实验指导。此外，本书每章后面都有与课程内容相关的延伸阅读，包括相关的课程思政内容。 本书可作为材料、化学、地矿、宝石等专业本科生、研究生教材，也可作为相关学科研究人员的参考书。

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第1章 绪论 001 1.1 晶体学 001 1.1.1 晶体学的研究内容 001 1.1.2 晶体学与其他学科的关系002 1.1.3 晶体学发展史003 1.2 晶体007 1.2.1 晶体的概念007 1.2.2 晶体的基本性质009 1.3 非晶体和准晶体 011 1.3.1 非晶体 011 1.3.2 准晶体 011 延伸阅读1 液晶 012 延伸阅读2 郭可信——将中国电子显微学推向世界 014 思考题 015 第2章 几何结晶学基础 016 2.1 晶体的测角与投影 016 2.1.1 面角恒等定律 016 2.1.2 晶体的测角 016 2.1.3 晶体的球面投影及其坐标 018 2.1.4 极射赤平投影 019 2.1.5 吴氏网及应用 021 2.2 晶体的宏观对称022 2.2.1 对称的概念和特点 022 2.2.2 宏观对称要素和对称操作023 2.2.3 对称要素的组合定理032 2.2.4 对称型（点群）034 2.2.5 晶体的对称分类042 2.3 晶体定向和晶体学符号 044 2.3.1 晶体学坐标系及晶体定向方法045 2.3.2 晶面符号 049 2.3.3 整数定律052 2.3.4 晶棱符号053 2.3.5 晶带、晶带符号及晶带定律055 2.3.6 对称型（点群） 的符号 058 2.4 单形和聚形060 2.4.1 单形的概念和符号 061 2.4.2 单形的推导062 2.4.3 47 种几何单形 068 2.4.4 单形的分类和命名073 2.4.5 聚形074 2.5 晶体的规则连生075 2.5.1 平行连生076 2.5.2 双晶077 2.5.3 浮生和交生082 延伸阅读1 群论在晶体对称理论中的应用 083 延伸阅读2 双晶形成的内部结构机制 089 延伸阅读3 晶体学中的对称之美与和谐社会构建 091 思考题092 第3章 晶体构造学基础095 3.1 晶体的空间格子规律095 3.1.1 空间格子要素097 3.1.2 单位平行六面体的选择 098 3.1.3 晶体结构中确定空间格子的方法 101 3.1.4 十四种布拉维空间格子 102 3.2 晶胞 105 3.3 空间格子中点的坐标、行列及面网符号 106 3.3.1 空间格子中点的坐标 107 3.3.2 行列符号 107 3.3.3 面网符号 107 3.4 晶体内部结构的对称要素 109 3.4.1 平移轴（平移群） 109 3.4.2 螺旋轴 110 3.4.3 滑移面 113 3.5 晶体结构的空间群 116 3.5.1 空间群的概念 116 3.5.2 空间群的符号 118 3.6 等效点系 119 3.6.1 等效点系的概念 119 3.6.2 等效点系的表示方法 120 延伸阅读1 空间格子的对称性与晶体结构对称性的区别 122 延伸阅读2 平凡中的伟大——威廉亨利布拉格 124 思考题 125 第4章 晶体化学基础 127 4.1 离子类型和晶格类型 127 4.1.1 离子类型 127 4.1.2 晶格类型 128 4.2 原子半径和离子半径 129 4.2.1 绝对半径和有效半径 129 4.2.2 原子半径和离子半径的变化规律 129 4.2.3 离子极化 133 4.3 球体的紧密堆积原理 134 4.3.1 最紧密堆积原理 134 4.3.2 最紧密堆积方式 135 4.3.3 最紧密堆积空隙 135 4.4 配位数和配位多面体 137 4.4.1 配位数和配位多面体的概念 137 4.4.2 离子极化对配位数的影响 141 4.5 鲍林规则 143 4.6 同质多象 144 4.6.1 同质多象的概念 144 4.6.2 同质多象的转变及类型 144 4.7 类质同象和固溶体 146 4.7.1 类质同象的概念 146 4.7.2 类质同象的类型 147 4.7.3 决定和影响类质同象的因素 147 4.7.4 固溶体的概念 148 4.8 多型和多体 149 4.8.1 多型的概念及其特点 149 4.8.2 多体的概念 150 4.9 晶体结构描述及表达 151 4.9.1 晶体结构描述 151 4.9.2 晶体结构查询 152 4.9.3 晶体结构绘图 153 4.10 晶格缺陷 154 4.10.1 点缺陷 154 4.10.2 线缺陷 155 4.10.3 面缺陷 156 延伸阅读1 模块结构 159 延伸阅读2 中国晶体学和结构化学的主要奠基人——唐有祺 160 思考题 161 第5章 晶体生长学基础 163 5.1 晶体的形成 163 5.1.1 晶体的形成方式 163 5.1.2 晶核的形成与生长 164 5.2 晶体生长的几种基本理论 165 5.2.1 层生长理论 166 5.2.2 阶梯生长理论 167 5.2.3 螺旋生长理论 168 5.3 晶面发育的规律 169 5.3.1 布拉维法则 169 5.3.2 居里-乌尔夫原理 170 5.3.3 周期键链理论 171 5.4 影响晶体生长的外因 171 5.4.1 温度 171 5.4.2 涡流和介质流动方向 172 5.4.3 杂质与酸碱度 172 5.4.4 介质黏度 172 5.4.5 组分的相对浓度 173 5.4.6 结晶速度 173 5.4.7 生长顺序与生长空间 173 5.5 晶体生长技术简介 173 5.5.1 熔体生长法 174 5.5.2 溶液生长法 176 5.5.3 气相生长法 178 5.5.4 高温高压法 179 5.6 重要人工晶体及生长方法 180 5.6.1 非线性光学晶体 180 5.6.2 激光晶体 180 5.6.3 压、铁电晶体 181 5.6.4 磁光晶体 181 延伸阅读1 烧结过程中的晶体生长 182 延伸阅读2 中国激光晶体技术引领世界科技潮流 183 思考题 184 第6章 晶体物理学基础 186 6.1 张量的基础知识 186 6.2 晶体的力学性质 189 6.2.1 应力与应力张量 189 6.2.2 应变与应变张量 189 6.2.3 晶体的弹性和范性 190 6.2.4 晶体的硬度 191 6.3 晶体的热学性质 192 6.3.1 晶体的热容 192 6.3.2 晶体的热膨胀 194 6.3.3 晶体的热传导 196 6.4 晶体的电学性质 197 6.4.1 晶体的介电性质 197 6.4.2 晶体的压电性质 199 6.4.3 晶体的热释电性质200 6.4.4 晶体的铁电性质 201 6.4.5 晶体的导电性质203 6.5 晶体的磁学性质208 6.5.1 抗磁性 210 6.5.2 顺磁性 210 6.5.3 铁磁性 210 6.5.4 反铁磁性 211 6.5.5 亚铁磁性 212 延伸阅读1 晶体物理性质的对称性 213 延伸阅读2 心平气和地甘坐“冷板凳”——中国科学院院士闵乃本 214 思考题 216 第7章 晶体结构 217 7.1 单质的晶体结构 217 7.1.1 金属单质的晶体结构 217 7.1.2 非金属单质的晶体结构 219 7.1.3 惰性气体的晶体结构223 7.2 典型无机化合物的晶体结构223 7.2.1 AX 型223 7.2.2 AX2 型225 7.2.3 A2X3 型229 7.2.4 ABX3 型230 7.2.5 ABX4 型232 7.2.6 AB2O4 型234 7.2.7 A2B2O7 型234 7.3 新能源材料的晶体结构236 7.3.1 LiCoO2 型236 7.3.2 LiMn2O4 型236 7.3.3 LiFePO4 型237 7.4 磁性材料的晶体结构238 7.4.1 金属磁性材料的晶体结构238 7.4.2 铁氧体磁性材料的晶体结构 241 7.5 超硬材料的晶体结构244 7.5.1 碳化物244 7.5.2 氮化物245 7.5.3 硼化物247 7.6 硅酸盐的晶体结构249 7.6.1 岛状结构硅酸盐249 7.6.2 环状结构硅酸盐 251 7.6.3 链状结构硅酸盐253 7.6.4 架状结构硅酸盐257 7.6.5 层状结构硅酸盐260 7.7 硅酸盐水泥的晶体结构262 7.7.1 硅酸三钙262 7.7.2 硅酸二钙263 7.7.3 铝酸三钙266 7.7.4 铁铝酸四钙266 延伸阅读1 高熵材料（合金、高熵碳化物、氮化物、氧化物） 的晶体结构267 延伸阅读2 彭志忠——爱国敬业的矿物结晶学家270 思考题272 附录 晶体学实验274 实验一 晶体的测量与投影274 实验二 晶体的宏观对称275 实验三 晶体定向及晶面符号277 实验四 单形认识279 实验五 聚形分析 281 实验六 晶体内部结构的对称要素及空间群283 实验七 最紧密堆积与典型结构分析 284 实验八 晶体的形成287 参考文献290