結晶學

　　研究晶體的發生成長、外部形貌、化學成分、晶體結構、物理性質以及它們的相互關係的學科。晶體廣泛存在，從自然界的冰雪和礦物，到日常生活中的食鹽和食糖，陶瓷和鋼材，多種固態藥品及試劑等，都是晶體。結晶學的知識被廣泛用於地質、冶金、化工、材料科學、工農業生產和尖端科學技術中。

　　發展簡史　①人類認識晶體是從具有規則外形的天然礦物晶體開始的。1784年法國學者R.-J.阿維提出瞭有理指數數定律，闡述瞭晶面與晶棱的關系，為晶體定向和晶面符號的確定提供瞭理論依據。C.S.魏斯提出晶帶定律。此二定律從不同角度闡明瞭晶面與晶棱間的關系。1830年德國學者J.F.C.赫塞爾建立瞭晶體按對稱的分類體系。1839年，英國學者W.H.米勒創立用以表示晶面空間方位的米氏符號，並得到廣泛的應用。②在外形幾何規律的啟示下，人們開始瞭晶體內部結構的探索。1842年德國學者M.L.弗蘭肯海姆推出晶體結構的15種空間格子；1848年法國學者A.佈拉維修正瞭這一成果，最終確定瞭空間格子的14種型式（佈拉維格子）。俄國結晶學傢Е.С.費多羅夫和德國學者A.M.聖佛利斯各自獨立地於1889和1891年導出瞭晶體結構對稱的230種空間群。至此，一個晶體結構完備的幾何理論形成。③1912年德國學者 M.T.F.von勞厄成功地完成瞭晶體衍射 X射線的實驗，他與英國學者 W.L.佈喇格先後提出瞭晶體結構X射線分析的兩個基本方程，開創瞭結晶學微觀研究的新階段。在大量實測晶體結構資料的基礎上，逐漸建立起探索晶體成分與結構關系的新學科──晶體化學。1927年挪威學者V.M.戈爾德施密特提出瞭闡明晶體成分與結構的第一個晶體化學定律──戈爾德施密特定律。1929年美國學者N.L.鮑溫總結出關於離子晶體結構的五條規則──鮑溫法則。④1855年佈拉維提出瞭闡明晶面發育順序的佈拉維法則，認為實際晶體被網面密度大的晶面所包圍。1927年德國學者W.科塞爾提出瞭晶體的層生長理論。1949年F.C.夫蘭克提出螺旋生長理論。1955年P.哈特曼和 N.G.佩多克提出周期鍵鏈（PBC）理論。晶體發生成長機理的研究日益深入，同時還開展瞭晶體人工培育的研究。⑤20世紀中葉以來晶體結構測定的速度和精度大大提高；由晶體平均結構的測定到真實的精細結構和晶體缺陷的研究，從間接的結構數據推算到電子顯微鏡下晶格象的直接觀察，把結晶學推進到瞭一個現代結晶學的新階段。

　　分支學科及其研究內容　結晶學包括如下分支：①晶體生長學。研究晶體發生、成長的機理和晶體的人工合成，用以追溯自然界晶體形成的環境和指導晶體的人工制備。②幾何結晶學。研究晶體外形的幾何規律，是結晶學的經典內容和基礎。③晶體結構學。研究晶體中質點排佈的規律及其測定。晶體結構資料為闡釋晶體的一系列現象和性質提供依據。④晶體化學。研究晶體化學成分與結構的關系，成分、結構與晶體性能、形成條件的關系，其理論用於解釋晶體的一系列現象和性質，指導發現或制備具有預期特性的晶體。⑤晶體物理學。研究晶體的物理性能及其產生機理，對於晶體的利用有重要指導意義。

　　研究手段和方法　①研究晶體化學成分一般采用化學分析、光譜分析和電子探針分析等。②研究晶體結構的基本方法是 X射線衍射分析。為瞭特殊需要還須采用透射電鏡和紅外光譜、穆斯堡爾譜等各種譜學方法。③對晶體形貌的研究，傳統的測角術仍是基本方法。研究晶體表面微形貌，還需要進行幹涉顯微鏡和電子顯微鏡研究。④對晶體生長的研究，除對天然晶體的觀測外，主要是通過人工晶體的培養，研究晶體生長機理，並合成所需的各種晶體。⑤對晶體的各種物理性能的研究和物理常數的測定，常采用偏光顯微鏡、電子顯微鏡、波譜分析和電學、磁學、熱學、力學等各種方法。

　　與其他科學的關系　結晶學在理論和應用上都需要數學知識；物理學特別是固體物理學的新理論、新技術的引入，大大促進瞭現代結晶學的發展；晶體化學探討成分與結構的關系更需要化學基礎。結晶學的成果也豐富瞭物理學和化學的內容，促進瞭它們的發展。自然界的礦物都是晶體，礦物是地殼和地幔的組成單位，因而結晶學是地球科學，特別是研究其物質組成的礦物學、巖石學、礦床學、地球化學的基礎。蛋白質等許多生物體也是晶體，因此結晶學也是生物學的基礎。

　　

參考書目

羅谷風：《結晶學導論》，地質出版社，北京，1985。

　W.L.Bragg，ed.，The Crystalline State，Bell，London，1949～1965.

　В.К.Вайнщмейн，А.А.Чернов и А.А.Щувиллов（ред.），СοВpемеННаяκpисталлοгpафия，《Наука》，Москва，1979～1981.