晶體結構與晶體材料
絕大多數材料都是固態物質，以晶態物質為主，也有一些是非晶態的。因此作為學習材料部分的基礎知識，了解晶體結構特點和晶體的基本性質及晶體的宏觀對稱性與晶係的關係是十分必要的。
晶體的結構特點
什麼是晶體？晶體是由原子或分子按照一定的周期性規律在空間重複排列而成的固體物質。今以NaCl晶體為例討論晶體結構的特點。
NaCl是食鹽的主要成分，市售粗鹽經過重結晶可得到純淨、漂亮的NaCl晶體。NaCl晶體呈立方體外形，肉眼可以看到平滑的晶麵，尖銳的頂角和筆直的棱邊。NaCl晶體整齊的外形反映了晶體的內部結構規整性。用X射線衍射法測定的NaCl的晶體結構，如圖6－1所示。
晶胞晶胞是晶體的一個基本結構單位，它的形狀是一個平行六麵體。圖6－1給出了NaCl晶體的一個晶胞，無數的這種晶胞在空間規則地重複排列就形成NaCl晶體。
要確定晶體的結構，首先要知道晶胞的大小和形狀，其次要知道晶胞中原子的種類、數目和原子的坐標位置。
晶胞的大小和形狀由晶胞參數規定。若把晶胞放在坐標係中，如圖6－2所示，它的三條棱邊a，b，c和三條棱邊兩兩之間的夾角α，β，γ合稱為晶胞參數。如NaCl晶體的晶胞參數為：a=b=c=562.8pm，α=β=γ=90°，這種晶胞稱為立方晶胞。NaCl晶體中Na+與Cl-以離子鍵結合，所以NaCl晶體稱為離子晶體。在NaCl晶體中，一個Na+周圍配有6個Cl-（配位數為6）。這6個配位Cl-形成一個八麵體，Na+處於八麵體的空隙中。同樣地，以一個Cl-為中心，周圍也配有6個Na+，Cl-也處於Na+的八麵體空隙中。由此可見，NaCl隻是個化學式，整塊NaCl晶體是個巨大的分子，把NaCl看作一個分子（或分子式）是不確切的。
結構基元晶體結構具有周期性特點。結構基元是指晶體中做周期性規律重複排列的那一部分內容。它是晶體中重複排列的基本單位，必須滿足化學組成相同、空間結構相同、排列取向相同和周圍環境相同的條件。晶胞中含一個結構基元的稱為素晶胞，含2個和2個以上結構基元的稱複晶胞。圖6－1的NaCl晶胞中含4個Na－Cl結構基元，是麵心立方型式的複晶胞。圖6－3給出了CsCl晶體和金屬鎢晶體的晶胞結構。CsCl晶胞中隻含1個結構基元（Cs－Cl），所以是素晶胞，它是立方晶胞，故稱為簡單立方。
金屬鎢立方晶胞中有2個W原子，一個W原子為一個結構基元，所以是複晶胞，稱為體心立方。立方晶胞共有三種形式：簡單立方、體心立方和麵心立方。
晶體的基本性質
晶體的基本性質由晶體的周期性結構決定的。晶體具有均勻性和各向異性。均勻性如晶體的化學組成、密度等性質在晶體中各部分都是相同的，這是由於晶體周期性結構中的周期很小，宏觀上分辨不出的緣故。然而晶體中沿不同方向，原子或分子排列的情況不同，因此在不同方向上呈現不同的性質，這稱為各向異性。例如石墨晶體是層狀結構，層內的電導率為2.5×104～0.2×104Ω-1·cm-1，但垂直於層方向為5～1Ω-1·cm-1，兩者相差5000倍。此外，像熱膨脹係數、折光率、機械強度和力學性質等都存在各向異性。
晶體具有確定的熔點如果把晶體加熱，隨著溫度的升高，晶體中原子之間的化學鍵會發生斷裂，晶體的周期性規則排列遭到破壞，晶態向液態轉化，轉化時的溫度就是晶體的熔點。
晶體具有對稱性對稱性是晶體的重要性質之一，晶體的外形和內部結構都具有特有的對稱性，下麵將做具體討論。不論是天然晶體或人工培養的晶體，都呈現多麵體外形。
晶體能使X射線產生衍射當入射光的波長與光柵隙縫大小相當時，能產生光的衍射現象。X射線的波長與晶體結構的周期大小相近，所以晶體是個理想的光柵，它能使X射線產生衍射。利用這種性質人們建立了測定晶體結構的重要實驗方法。非晶態物質沒有周期性結構，不能使X射線產生衍射，隻有散射效應。
晶體的對稱性與晶係
自然界不論是宏觀物體還是微觀粒子，普遍存在著對稱性。晶瑩的雪花、美麗的花朵、豔麗的蝴蝶都具有對稱性，人體也具有對稱性。地下的礦物，如水晶、鑽石、閃鋅礦……也都具有對稱性。微觀粒子如水分子、苯分子以及所有分子都具有對稱性。對稱性顯示出物體的勻稱和完美，為人們所喜愛和追求，因而設計師設計的宏偉建築如天安門、人民大會堂、長江大橋……都呈現出對稱性。
主要介紹晶體的宏觀對稱性，包括旋轉軸、對稱麵和對稱中心等，以及晶體宏觀對稱性與晶係的關係。
一、晶體的宏觀對稱性