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第一章 晶体结构
1. 氯化钠与金刚石型结构是复式格子还是布拉维格子，各自的基元为何？写出这两种
结构的原胞与晶胞基矢，设晶格常数为a。 解：
氯化钠与金刚石型结构都是复式格子。氯化钠的基元为一个Na+和一个Cl－组成的正负离子对。金刚石的基元是一个面心立方上的Ｃ原子和一个体对角线上的Ｃ原子组成的Ｃ原子对。
由于NaCl和金刚石都由面心立方结构套构而成，所以，其元胞基矢都为：
a?a??12(j?k)?a?a?(k?i) ?22?a?a??32(i?j)?相应的晶胞基矢都为：
?a?ai,??b?aj, ?c?ak.?
2. 六角密集结构可取四个原胞基矢a1,a2,a3与a4,如图所示。试写出
O?A1A3、A1A3B3B1、A2B2B5A5、A1A2A3A4A5A6这四个晶面所属
晶面族的晶面指数?hklm?。
解：(1)．对于O?A1A3面，其在四个原胞基矢上的截矩分别为：１，１，
1?，１。所以，其晶面指数为?1121?。 2(2)．对于A1A3B3B1面，其在四个原胞基矢上的截矩分别为：１，１，?1，?。所以，其晶面指数为?1120?。 2(3)．对于A2B2B5A5面，其在四个原胞基矢上的截矩分别为：１，?1，?，?。
所以，其晶面指数为1100。
(4)．对于A1A2A3A4A5A6面，其在四个原胞基矢上的截矩分别为：?，?，?，１。所以，其晶面指数为?0001?。
3. 如将等体积的硬球堆成下列结构，求证球体可能占据的最大体积与总体积的比为：
?? ..........
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简立方：
2?3?2?3??；体心立方：；面心立方：；六角密集：；金刚石：。
616866
证明：由于晶格常数为a，所以：
(1)．构成简立方时，最大球半径为Rm?a，每个原胞中占有一个原子， 24?a?? ?Vm?????a3
3?26? ?3Vm?? 3a6(2)．构成体心立方时，体对角线等于４倍的最大球半径，即：4Rm?3a，每个晶胞中占有两个原子，
34?3??33a?a ?2Vm?2?????3?48?? ?2Vm3?? a38(3)．构成面心立方时，面对角线等于４倍的最大球半径，即：4Rm?2a，每个晶胞占有４个原子，
34?2??23a?a ?4Vm?4?????3?46?? ?4Vm2?? a3646Rm。3(4)．构成六角密集结构时，中间层的三个原子与底面中心的那个原子恰构成一个正四面体，其高则正好是其原胞基矢c的长度的一半，由几何知识易知c?原胞底面边长为2Rm。每个晶胞占有两个原子，
33 ?2Vm?2??Rm， ??Rm4383原胞的体积为：V??2Rm?sin60 ?2463Rm?82Rm 32Vm?2? ??V632143a，42Rm?(5)．构成金刚石结构时，的体对角线长度等于两个最大球半径，即：
每个晶胞包含8个原子，
..........
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34?3??33a?a ?8Vm?8?????3?816?? ?8Vm3?? a3164. 金刚石结构原子间的键间角与立方体的体对角线间的夹角相同，试用矢量分析的方
法证明这一夹角为10928?。 证明：
如图所示，沿晶胞基矢的方向建立坐标系，并设晶格常数为１。选择体对角线AB和CD，用坐标表示为{1,1,?1}和
{?1,1,1}。
所以,其夹角的余弦为：
cos??1??
3ABCDABCD1???arccos(?)?10928?
35. 试求面心立方结构(110)和(111)晶面族的原子数面密度，设晶格常数为a。
解：
如图所示，面ABCD即(110)面，面CDE即为(111)面。设该面心立方的晶格常数为a，则
在(110)面内选取只包含一个原子的面AFGD，其面积为a222a?a，所以其原子数面密度为： 2212?2 22aa2在(111)面内选取只包含一个原子的面DHIG，其面积为：(22?32a)sin?a， 234所以其原子数面密度为：
1432?a
332a4
6. 若在面心立方结构的立方体心位置上也有一原子，试确定此结构的原胞，每个原胞
内包含几个原子，设立方边长为a。 解：
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这种体心立方结构中有五种不同的原子。顶角、体心上的原子是两种不同的原子，另外，面心上的原子前后、上下、左右的原子两两一组，是互不相同的原子。故此种结构共有五种不同的原子，整个面心立方就是一个原胞。每个原胞中的原子数为：
118??1?3?2??5（个） 82
7. 底心立方（立方顶角与上、下底心处有原子）、侧心立方（立方顶角与四个侧面的
中心处有原子）与边心立方（立方顶角与十二条棱的中点有原子）各属何种布拉维格子？每个原胞包含几个原子？ 解：
这三种结构都属于简立方结构，原胞包含的原子数分别为：
1811侧心立方：?8??4?3
8211边心立方：?8??12?4
84底心立方：?8?1
第二章
1. 由实验测得NaCl晶体的密度为2.16g/cm3 , 它的弹性模量为2.14×1010 N/m2 ，试求NaCl晶体的每对离子内聚能35.45）
解：NaCl晶体中Na+和Cl-的最近距离为r0
晶胞基矢长为 2r0， 一个晶胞中含有四对正负离子对 ? 一个原胞（一个NaCl分子）的体积为：
Uc。（已知马德隆常数M=1.7476, Na和Cl的原子量分别为23和Nm(23?35.45)?10?6? v?2r0= 23?N2.16?6.02?103 ? NaCl晶体中的正负离子的平衡间距为： r0?2.82?10?8cm?0.282nm 由晶体体积弹性模量的公式：
(n?1)Me2 ， Bm?36??0?r04并且由于NaCl晶体为面心立方结构，参数?=2，故由上式可得：
36??0?r04Bm n?1?Me236?3.14?8.85?1012?2?(0.282?10?9)410?2.41?10 =1?
1.7476?(1.6?10?19)2 =7.82
..........
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由平衡时离子晶体的内聚能公式：
NMe21Uc??(1?)，
4??0r0n将n=7.82代入得NaCl晶体的每对离子的内聚能为：
UcMe21??(1?) N4??0r0n1.7476?(1.6?10?19)21?(1?) =?12?194?3.14?8.85?10?0.282?107.82
2. LiF晶体具有NaCl结构，已由实验测得正负离子间的最近距离r0=0.2014nm(1摩尔的内聚能Uc＝1012.8kJ/mol, 以孤立离子系统的内能为能量的零点)。试计算该晶体的体积弹性模量Bm，并与它的实验植6.71?1010N/m2进行比较。
??1.24?10?18J
NMe21 解： 由平衡时离子晶体的内聚能公式：Uc??(1?)，其中M=1.784
4??0r0n 计算1mol的内聚能时，N=Na=6.02×10，且r0=0.2014，计算得：
23
4??0r0Uc?1) n=(1?2NMe4?3.14?8.85?10?19?0.2014?10?9?(?1012.8?103)] =[1?23?1926.02?10?1.748?(1.6?10) =6.33
(n?1)Me2? Bm?4
36??0?r0LiF晶体具有NaCl结构，将 ?=2，n =6.33, r0=0.2014代入上式得：晶体的弹性模量为:
(n?1)Me2 Bm?= 7.242×101 0 (N/m2) 436??0?r0相对误差为：
3. 由气体分子的实验测得惰性气体Xe的伦纳德——琼斯势参数??0.02eV,??0.398nm在低温下Xe 元素形成面心立方的晶体，试求Xe晶体的晶格常数a,每个原子的内聚能
7.242?6.71?100%?7.9%
6.71Uc及N体积弹性模量Bm。若对Xe晶体施加压力P?6?108N/m2。试在近似假定体积弹性模量不
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