浅 谈 晶 体

教育观

　　浅 谈 晶 体

一、 自 然 界 中 的 晶 体

如果用一架几百倍的显微镜去观察花岗石或者一块钢铁的截面，就能清楚地看到，它们中间有许多带棱角的多面体，这种多面体就是晶体。少数固体的晶体很大。例如金刚石，用肉眼就可以看清它由许多棱角分明的晶体组成，正是这种棱角分明的晶体，在光照射下，从不同角度反射而闪闪发光，使金刚石变得更加晶荧、美丽。

还有许多晶体能生成很大的矿物，有的石英柱状晶体，竟有几吨重。有一种叫云母的矿物，它的晶体呈片状，可以一层一层剥下来。透明的大片云母晶体非常珍贵，古代人用以制作屏风。唐代诗人李商隐就有“云母屏风烛影深”的著名诗句。

另外我们平时吃的砂糖和食盐，海滩上和河滩上的砂子，也都是由棱角分明的晶体组成。甚至我们吃的冰棍，它的截面也是呈片状有棱角的晶体。所以晶体是普遍存在的。

　　二、怎样观察晶体结构

可以采用很多科学实验方法来观察晶体中原子排列状况。比较方便和直接的方法就是采用高倍的电子显微镜观察，最有效的方法是用

x光照相的方法来研究。先将晶体磨碎成小晶体颗粒，然后用x光透过晶体散射到照相底片上便能映出许多条理分明的线条，这些线条的位置和强度反映了晶体中原子排列规律。

x光晶体结构分析的结果告诉我们很多有趣的事情。比如，云母为什么能形成片状并能形成一片片薄片呢?这是因为在云母晶体里面氧原子和硅原子互相连接，组成了片状的网。这种片状的网互相叠在一起，就象许多张纸叠放在一起，形成一本书那样，可以一页一页翻开。

　　三、多晶体与单晶体

晶体分为多晶体和单晶体。很多物质是由大批小晶体集合在一起而组成的。这种固体就听做多晶体。这些小晶体，随着制造条件的不同，可以制得更小些或者稍大些。有些晶体的形状还可以实行人工控制，这在许多金属材料的生产技术中，是非常有用的。如，一般生铁中碳晶体呈片状结构。当生铁受到打击时，片状碳晶体会出现裂缝，因而，生铁虽硬但比较脆弱。如果在生铁铸造前加些镁，生铁里的碳晶体就形成球状，这时再打击的话，就不容易出现裂缝了。这就是比普通生铁好得多的新材料球墨铸铁。又如，人们想了种种办法，

使制造飞机用的铝合会，呈细晶状体，这样，可以增大铝合金的强度。

　　在制造晶体管或集成电路时，需要大的单个晶体，就是平时人们所说的单晶体，制造单晶体现在已经成了一门重要的技术。有些单晶体很容易制作的，如具有条件自己可以做个简单的实验，把无水硫酸纳容解在摄氏三十多度的温水里一直到饱和为止，然后把多余的硫酸纳过滤掉，再把澄清的滤液放在一只干净的烧杯里静置过夜，如果是冬天气温在5-6摄氏度，第二天早上就可以看到烧杯里结满了整齐的柱状结晶。这些就是含有十个结晶水的硫酸纳单晶。这种实验就叫做“单晶培养”，凡是能溶解在水里的物质，都可以采用这种方法。

半导体工业和激光发生器常用的单晶，例如，硅单晶，锗单晶或者钇铝石榴石单晶，就不能从水溶夜里生长了。它们一般都要放在石英坩锅中、先加热到摄氏一千多度使它熔化，然后在特制的单晶炉里用晶种慢慢拉出的单晶来，我国中国科学院声学研究所研制成了一种特大的单晶——铌酸锂单晶，其直径100毫米，达到国际先进水平 ，铌酸锂单晶可以作为彩色电视机的中频滤波器。此外它在声学、雷达、激光、计算机、核反应堆和航天技术等许多领域中，都有广泛的用途。

　　　四、晶体形状各异

晶体有别于非晶体的重要持征是外形上具有规则的各种几何形状，有平整的录面和棱角。这是因为所有晶体中间的原子都排列得很整齐，好象一支排列整齐的队伍，每个人都前后左右对齐，整个队位的外形就整齐了。例如，食盐的晶体呈立方体形，明矾的晶体是八面体，石英的晶体中间是一个六面棱柱，两端是六面棱锥，冬天的雪花是水蒸气在空气中冻结时形成的冰的晶体，它们的形状虽然不同，但都是六角形的规则图案。

五、晶体的各向异性

晶体有别于非晶体的另一重要特征是在物理性质上具有各向异性。取一张云母薄片，在上面涂一层很薄的石蜡，然后用烧热的钢针去

接触云母片的反面，熔化了的石蜡成椭圆形。如果用玻璃片做同样的实验，熔化了的石蜡成圆形，这表明在云母晶体里各个方向上的导热

性能不同。有些晶体在导电性上的表现出显著的各向异性(如方铅矿），有些晶体在弹性上表现出各向异性(如之方形铜晶体，有些晶体在光的折射上表现出各向异性如方解石。这是因为多晶体是由许多细小的单晶体杂乱集合而成的。在多晶体内，沿着不同的方向都要通过许多排列极不整齐的单晶体，因此它的导热性、导电性等性质是所有这些单晶体的平均效果，而这种平均效果也就使多晶体表现不出各向异性来。

　　值得一提的是，并非每一种晶体都能在各种物理性质上表现出各向异性。另外，晶体和非晶体在适当条件下可以转化。例如天然的石英是晶体，而熔融过的石英却是非晶体。如果把晶体的硫加热熔化并使温度超过3000c，然后把它倒进冷水里，它就会变成柔软的非晶体的硫，非晶体的硫过了一段时间后又会转化成晶体的硫。玻璃(非晶体）经过一段时间后里面会出观一些模糊的斑点，这就是形成的微小晶粒，对固体来说。非晶体是不稳定的，在适当条件下是要向晶体转化的。

　　六、组成晶体空间点阵的粒子

组成晶体空间点阵的粒子可以是离子、分子、原子等不同情况。由离子组成点阵，叫离子点阵。如岩盐晶体，这种晶体是靠离子间静电力(离子键）结合的。由原子组成的点阵，叫原子点阵，如金刚石晶体，这种晶体是共有电子而产生的结合力(共价建动结合的，由于结合力较大，这类晶体可以有很大的硬度。由中性分子组成的点阵，叫分子点阵，如萘晶体及多数有机化合物晶体，这类晶体是靠分子间的引力结合的。还有金属所特有的金属点阵。如金属晶体、金属晶体的结合主要是同由电子和阳离子间的吸引力(金属键）的作用。

　　七、奇异的液晶

一种持殊的的体——液晶，液晶虽然是液体，但它的分子却从某一角度作整齐排列，所以兼有晶体的某些性质。液晶只能存在于一定的温度范围内，温度高于这个范围，就熔解成普通的液体，温度低于这个范围，就会凝固成普通的晶体。

液晶是不稳定的，外界影响的微小变动，都会引起液晶分子排列的发化;改变它的光学性质，有一种液晶，只要通过很小的电流，就会由透明状态变成不透明的，没有了电流，又恢复透明状态。因此可以利用液晶的这种性质制成显示器件，在两块镀有很薄金属层的玻璃板中间，用液晶涂成某个数码在玻璃板间加几十伏电压，透明的液晶就变得混浊了，数码就显示出来了。例如数字显示式电子手表。由子计算器里都是用液晶做显示器件，这种液品还可以用于仪器、显示数码、文字、图象等，有的液晶具有灵敏的温度效应，只要温度升高摄氏度，夜晶就会按红、橙、黄、绿、青 、蓝、紫的顺序变化颜色，温度降低时，又按相反顺序变化颜色。利用这一性质，在医学上检查肿瘤，在病人皮肤上涂一层液晶，由于肿瘤部分的温度与周围正常组织的温度不一样，液晶就显示出不同的颜色，利用这种液晶涂在的印刷线路板上，由于短路处温度升高，此处液晶显示的颜色与其它处不用，从而检查出电路中的短路点。

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