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晶胞是晶体结构中最小的重复单元,它包含了晶体结构的所有基本信息。通过晶胞在三维空间中的周期性重复排列,可以构建出完整的晶体结构。每个晶胞内部的原子排列方式决定了整个晶体的性质。
简单立方晶胞是最基础的晶体结构。在这种结构中,原子位于立方体的8个顶点位置。由于每个顶点原子被8个相邻晶胞共享,因此每个原子对单个晶胞的贡献是八分之一。所以一个简单立方晶胞有效包含的原子数为8乘以八分之一等于1个原子。
体心立方晶胞在简单立方的基础上,在立方体的中心位置增加了一个原子。这个中心原子完全属于该晶胞,贡献为1。加上8个顶点原子各贡献八分之一,总的有效原子数为2个。中心原子与8个顶点原子形成配位关系,配位数为8。
面心立方晶胞是另一种重要的晶体结构。除了8个顶点原子外,还在立方体的6个面心位置各有一个原子。每个面心原子被两个相邻晶胞共享,贡献为二分之一。因此总的有效原子数为8乘以八分之一加上6乘以二分之一等于4个原子。这种结构具有更高的原子堆积密度。
通过晶胞在三维空间中的周期性重复,我们可以构建出完整的晶体结构。单个晶胞包含了晶体的所有基本信息,而整个晶体就是这个基本单元在空间中的无限扩展。这种从微观晶胞到宏观晶体的层次关系,体现了晶体材料结构的有序性和周期性特征。