什么是晶体,晶体结构的形成和缺陷有哪些

准晶体，也称为“拟晶体”，是一种介于晶体和非晶体之间的固体结构。准晶体是一种具有完全有序结构的特殊材料，但所谓的有序并不是指简单的周期性重复排列。到目前为止，大部分都是在实验室中制得的，只发现了一例纯天ran准晶体。现在，物理学家相信，他们已经弄清了准晶体的产生机制。

准晶体的原子排列中，其结构是长程有序的，这一点和晶体相似；但是准晶不具备平移对称性，这一点又和晶体不同。普通晶体具有的是二次、三次、四次或六次旋转对称性，但是准晶的布拉格衍射图具有其他的对称性，例如五次对称性或者更高的六次以上对称性。

1982 年，以色列Dan Shechtman 教授于例行教授休假研究期间发现了铝锰合金(Al6Mn)的准晶相，从而开创了物理、化学和材料的新领域，更重写并扩展了科学家对“晶体”(crystal)的定义。

当时，谢赫特曼首次在电子显微镜下观察到一种“反常”现象：铝锰合金的原子采用一种不重复、非周期性但对称有序的方式排列。而当时人们普遍认为，晶体内的原子都以周期性不断重复的对称模式排列，这种重复结构是形成晶体所必须的，自然界中不可能存在具有谢赫特曼发现的那种原子排列方式的晶体。随后，科学家们在实验室中制造出了越来越多的各种准晶体，并于2009年首次发现了纯天ran准晶体。

准晶体并不是稀有之物(至少有数百种合金以上)，在室温下也基本稳定，而且不难制作(可以使用多种方法制备)，可是一直要等到1982 年才被他个人发现

欲在实验中发现准晶体的“有序”(order)，但却呈“准周期性”(quasi-periodic)的晶体结构，需要使用透射( 穿透式) 电子显微镜。因为早期的准晶样品的体积都只有亚(次)微米大小，而传统的X光衍射技术需要使用到毫米尺度的样品，因此不能采用标准的X光衍射技术来

晶体以其内部原子、离子、分子在空间作三维周期性的规则排列为其Z基本的结构特征。任一晶体总可找到一套与三维周期性对应的基向量及与之相应的晶胞，因此可以将晶体结构看作是由内含相同的具平行六面体形状的晶胞按前、后、左、右、上、下方向彼此相邻“并置”而组成的一个集合。晶体学中对晶体结构的表达可采取原子分立分布的方式，亦可用具连续分布的电子密度函数的方式。

晶体按照内部质点间作用力性质不同，晶体可分为离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属晶体等四大典型晶体。按其内部结构可分为立方晶系、正方晶系、斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系、三方晶系、六方晶系等七大晶系。

为了描述晶体的结构，我们把构成晶体的原子当成一个点，再用假想的线段将这些代表原子的各点连接起来，就绘成了像图中所表示的格架式空间结构。这种用来描述原子在晶体中排列的几何空间格架，称为晶格。

由于晶体中原子的排列是有规律的，可以从晶格中拿出一个完全能够表达晶格结构的Z小单元，这个Z小单元就叫作晶胞。其形状、大小与空间格子的平行六面体单位相同，保留了整个晶格的所有特征。晶胞是能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布之化学-结构特征的平行六面体Z小单元。其中既能够保持晶体结构的对称性而体积又Z基本特称“单位晶胞”，但亦常简称晶胞。

许多取向相同的晶胞组成晶粒，由取向不同的晶粒组成的物体，叫做多晶体，而单晶体内所有的晶胞取向完全一致，常见的单晶如单晶硅、单晶石英。大家Z常见到的一般是多晶体。晶粒是结晶物质在生长过程中，由于受到外界空间的限制，未能发育成具有规则形态的晶体，而只是结晶成颗粒状，称晶粒，晶粒的内部晶胞方向与位置基本一致而外形不规则。

离子晶体是指由离子化合物结晶成的晶体，离子晶体属于离子化合物中的一种特殊形式，不能称为分子。由正、负离子或正、负离子集团按一定比例通过

任何事物的形成都不是一蹴而就的，都有一个萌芽和生长过程，晶体的形成过程也是如此。所谓晶体生长是物质在特定的物理和化学条件下由气相、液相或固相形成晶体的过程。晶体是在物相转变的情况下形成的。物相有三种，即气相、液相和固相，只有晶体才是真正的固体。

数千年前，人类在就会晒盐和制糖，就是利用了盐、糖晶体的生长；

约在1890年，维尔纳叶开始试验用氢氧焰熔融氧化铝粉末，以生长宝石，这个方法一直沿用至今，仍是生长轴承用宝石种装饰品宝石的主要方法；

人们还在超高压下合成了金刚石，在高温条件下生长了成分复杂的云母等重要矿物，以补充天然矿物的不足；

第二次世界大战后，由于天然水晶作为战略物资而引起人们的重视，科学家们又发明了水热法生长人工水晶；

20世纪50年代。锗、硅单晶的生长成功，促进了半导体技术和电子工业的发展。20世纪60年代，由于研制出红宝石和钇铝石榴石单晶，为激光技术打下了牢固的基础。

由气相、液相转变成固相时形成晶体，固相之间也可以直接产生转变。晶体生成的一般过程是先生成晶核，而后再逐渐长大。一般认为晶体从液相或气相中的生长有三个阶段：①介质达到过饱和、过冷却阶段；②成核阶段；③生长阶段。

在某种介质体系中，过饱和、过冷却状态的出现，并不意味着整个体系的同时结晶。体系内各处首先出现瞬时的微细结晶粒子。这时由于温度或浓度的局部变化，外部撞击，或一些杂质粒子的影响，都会导致体系中出现局部过饱和度、过冷却度较高的区域，使结晶粒子的大小达到临界值以上。这种形成结晶微粒子的作用称之为成核作用。

介质体系内的质点同时进入不稳定状态形成新相，称为均匀成核作用。

在体系内的某些局部小区首先形成新相的核，称为不均匀成核作用。

均匀成核是指在一个体系内，各处的成核几率相等，这要克服相当大的表面能位垒，即需要相当大的过冷却度才能成核。

非均匀成核过程是由于体系中已经存在某种不均匀性，例如