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晶体学

晶体学,又称结晶学,是一门以确定固体中原子(或离子)排列方式为目的的实验科学。“晶体学”(crystallography)一词原先仅指对各种晶体性质的研究,但随着人们对物质在微观尺度上认识的加深,其词义已大大扩充。

在X射线衍射晶体学提出之前(介绍见下文),人们对晶体的研究主要集中于晶体的点阵几何上,包括测量各晶面相对于理论参考坐标系(晶体坐标轴)的夹角,以及建立晶体点阵的对称关系等等。夹角的测量用测角仪完成。每个晶面在三维空间中的位置用它们在一个立体球面坐标“网”上的投影点(一般称为投影“极”)表示。坐标网的又根据不同取法分为Wolff网Lambert网。将一个晶体的各个晶面对应的极点在坐标网上画出,并标出晶面相应的密勒指数(Miller Indices),最终便可确定晶体的对称性关系

现代晶体学研究主要通过分析晶体对各种电磁波束或粒子束的衍射图像来进行。辐射源除了最常用的X射线外,还包括电子束和中子束(根据德...

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晶体学
基本理论普通显微成像的原理是利用光学透镜组汇聚来自待观测的物体的可见光,进行多次成像放大。然而,可见光的波长通常要远大于固体中化学键的键长和原子尺度,难以与之发生物理光学作用,因此晶体学观测学要选择波长更短的辐射源,如X射线。但一旦使用短波长辐射源,就意味着传统的“显微放大”和“实像拍摄”方法将不能(或难以)应用到晶体学研究中,因为自然界没有材料能制造出可以汇聚短波长射线的透镜。所以要研究固体中原子或离子(在晶体学中抽象成点阵)的排列方式,需要使用间接的方法——利用晶格点阵排列的空间周期性。晶体具有高度的有序性和周期性,是分析固体微观结构的理想材料。以X射线衍射为例,被某个固体原子(或离子)的外层电子散射的X射线光子太少,构成的辐射强度不足以被仪器检测到。但由晶体中满足一定条件(布拉格定律,Bragg"slaw)的多个晶面上的原子(或离子)散射的X射线由于可以发生相长干涉,将可能构成足够的...
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X射线晶体学
研究方法概述(以高分子材料的X射线晶体学为主)由于所有的原子都含有电子,并且X射线的波长范围为0.001-10纳米,其波长与成键原子之间的距离(约数十纳米)相当,因此X射线可用于研究各类分子的结构。但是,到目前为止还不能用X射线对单个的分子成像,因为没有X射线透镜可以聚焦X射线,而且X射线对单个分子的衍射能力非常弱,无法被探测。而晶体(一般为单晶)中含有数量巨大的方位相同的分子,X射线对这些分子的衍射叠加在一起就能够产生足以被探测的信号。从这个意义上说,晶体就是一个X射线的信号放大器。X射线晶体学将X射线与晶体学联系在一起,从而可以对各类晶体结构进行研究,特别是蛋白质晶体结构。获得晶体显微镜下的蛋白质晶体。用于X射线晶体学研究的晶体通常边长小于一个毫米。通过X射线衍射分析结构必须首先获得样品的单晶。晶体生长的方法有很多,如气相扩散法、液相扩散法、温度渐变法、真空升华法、对流法等等,而目前应
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