
晶胞(unit cell)是晶體學中描述晶體結構的最小重複單元,由三維空間中周期排列的原子、離子或分子構成。其概念最早由奧古斯特·布拉菲在1848年提出,現已成為解析晶體對稱性與物理性質的基礎框架。
從結構特征分析,晶胞包含以下要素:
根據對稱性差異,晶胞可分為7大晶系,包括立方晶系(cubic system)的$a=b=c$且$α=β=γ=90°$,以及六方晶系(hexagonal system)的$a=b≠c$、$α=β=90°$、$γ=120°$等類型。美國國家标準技術研究院(NIST)的晶體數據庫顯示,約83%的已知晶體結構可歸入這七類晶胞。
在工程應用領域,晶胞參數測定主要依賴X射線衍射技術。如布拉格方程所述:
$$
nλ = 2dsinθ
$$
該公式成功解釋了1912年勞厄首次觀察到的晶體衍射現象,相關實驗方法詳見《固體物理學》教材第三章。
晶胞是晶體學中描述晶體結構的基本單元,它是構成晶體三維周期性排列的最小重複單位。以下從多個維度詳細解釋:
晶胞通過平移操作(即在三維空間内沿晶軸方向重複堆砌)可以填充整個晶體空間,展現晶體的長程有序性。它反映了晶體中原子、離子或分子的排列規律,是研究晶體對稱性和物理性質的基礎。
晶胞的形狀和大小由以下參數定義:
根據對稱性,晶胞可分為七大晶系(如立方、六方、四方等)。常見類型包括:
晶胞參數通過X射線衍射測定,可用于解析材料的結構與性能關系。例如,金屬的密度可通過晶胞體積和原子質量計算。
理解晶胞有助于分析材料的物理性質(如導電性、力學強度)和設計新型功能材料。
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