关于结晶学介绍

[拼音]：jiejingxue

[外文]：crystallography

研究晶体的发生成长、外部形貌、化学成分、晶体结构、物理性质以及它们的相互关系的学科。晶体广泛存在，从自然界的冰雪和矿物，到日常生活中的食盐和食糖，陶瓷和钢材，多种固态药品及试剂等，都是晶体。结晶学的知识被广泛用于地质、冶金、化工、材料科学、工农业生产和尖端科学技术中。

（1）人类认识晶体是从具有规则外形的天然矿物晶体开始的。1784年法国学者 R.-J.阿维提出了有理指数定律，阐述了晶面与晶棱的关系，为晶体定向和晶面符号的确定提供了理论依据。C.S.魏斯提出晶带定律。此二定律从不同角度阐明了晶面与晶棱间的关系。1830年德国学者J.F.C.赫塞尔建立了晶体按对称的分类体系。1839年，英国学者W.H.米勒创立用以表示晶面空间方位的米氏符号，并得到广泛的应用。

（2）在外形几何规律的启示下，人们开始了晶体内部结构的探索。1842年德国学者M.L.弗兰肯海姆推出晶体结构的15种空间格子；1848年法国学者A.布拉维修正了这一成果，最终确定了空间格子的14种型式（布拉维格子）。俄国结晶学家Е.С.费多罗夫和德国学者A.M.圣佛利斯各自独立地于1889和 1891年导出了晶体结构对称的230种空间群。至此，一个晶体结构完备的几何理论形成。

（3）1912年德国学者 M.T.F.von劳厄成功地完成了晶体衍射 X射线的实验，他与英国学者 W.L.布喇格先后提出了晶体结构X射线分析的两个基本方程，开创了结晶学微观研究的新阶段。在大量实测晶体结构资料的基础上，逐渐建立起探索晶体成分与结构关系的新学科──晶体化学。1927年挪威学者V.M.戈尔德施密特提出了阐明晶体成分与结构的第一个晶体化学定律──戈尔德施密特定律。1929年美国学者N.L.鲍温总结出关于离子晶体结构的五条规则──鲍温法则。

（4）1855年布拉维提出了阐明晶面发育顺序的布拉维法则，认为实际晶体被网面密度大的晶面所包围。1927年德国学者W.科塞尔提出了晶体的层生长理论。1949年F.C.夫兰克提出螺旋生长理论。1955年P.哈特曼和 N.G.佩多克提出周期键链(PBC)理论。晶体发生成长机理的研究日益深入，同时还开展了晶体人工培育的研究。

（5）20世纪中叶以来晶体结构测定的速度和精度大大提高；由晶体平均结构的测定到真实的精细结构和晶体缺陷的研究，从间接的结构数据推算到电子显微镜下晶格象的直接观察，把结晶学推进到了一个现代结晶学的新阶段。

结晶学包括如下分支：

（1）晶体生长学。研究晶体发生、成长的机理和晶体的人工合成，用以追溯自然界晶体形成的环境和指导晶体的人工制备。

（2）几何结晶学。研究晶体外形的几何规律，是结晶学的经典内容和基础。

（3）晶体结构学。研究晶体中质点排布的规律及其测定。晶体结构资料为阐释晶体的一系列现象和性质提供依据。

（4）晶体化学。研究晶体化学成分与结构的关系，成分、结构与晶体性能、形成条件的关系,其理论用于解释晶体的一系列现象和性质,指导发现或制备具有预期特性的晶体。

（5）晶体物理学。研究晶体的物理性能及其产生机理，对于晶体的利用有重要指导意义。

（1）研究晶体化学成分一般采用化学分析、光谱分析和电子探针分析等。

（2）研究晶体结构的基本方法是 X射线衍射分析。为了特殊需要还须采用透射电镜和红外光谱、穆斯堡尔谱等各种谱学方法。

（3）对晶体形貌的研究，传统的测角术仍是基本方法。研究晶体表面微形貌，还需要进行干涉显微镜和电子显微镜研究。

（4）对晶体生长的研究,除对天然晶体的观测外,主要是通过人工晶体的培养，研究晶体生长机理，并合成所需的各种晶体。

（5）对晶体的各种物理性能的研究和物理常数的测定，常采用偏光显微镜、电子显微镜、波谱分析和电学、磁学、热学、力学等各种方法。

结晶学在理论和应用上都需要数学知识；物理学特别是固体物理学的新理论、新技术的引入，大大促进了现代结晶学的发展；晶体化学探讨成分与结构的关系更需要化学基础。结晶学的成果也丰富了物理学和化学的内容，促进了它们的发展。自然界的矿物都是晶体,矿物是地壳和地幔的组成单位,因而结晶学是地球科学，特别是研究其物质组成的矿物学、岩石学、矿床学、地球化学的基础。蛋白质等许多生物体也是晶体，因此结晶学也是生物学的基础。

参考书目

1. 罗谷风：《结晶学导论》，地质出版社，北京，1985。
2. W.L.Bragg, ed., The Crystalline State, Bell,London,1949～1965.
3. В.К. Вайнщмейн, А.А.Чернов и А.А.Щувиллов(ред.),СοВpемеННаяκpисталлοгpафия,《Наука》,Москва,1979～1981.

参考文章

• 结晶学Crystallography地球科学
• X射线结晶学X-rayCrystallography地球科学