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Kristallstruktur enthüllt: Warum ist die Familie der hexagonalen Kristalle so einzigartig?
In der Kristallographie ist die Familie der hexagonalen Kristalle eine von sechs Kristallfamilien und umfasst zwei Kristallsysteme (hexagonal und trigonal) und zwei Gittersysteme (hexagonal und rhomboedrisch). Obwohl oft verwechselt, ist das trigonale Kristallsystem nicht gleichbedeutend mit dem rhomboedrischen Gittersystem, und dies ist in der Familie der hexagonalen Kristalle besonders wichtig. In diesem Artikel wird die Einzigartigkeit der hexagonalen Kristallfamilie untersucht und mehr über ihre Gitterstrukturen, Kristallsysteme und ihre Anwendungen in Mehrelementstrukturen erfahren.
Grundstruktur der hexagonalen Kristallfamilie
Die Familie der hexagonalen Kristalle besteht aus 12 Punktgruppen, und mindestens eine Raumgruppe hat ein hexagonales Gitter als Basis. Es gibt insgesamt 52 zugehörige Raumgruppen, deren Abmessungen durch das Bravais-Gitter entweder als hexagonal oder rhomboedrisch definiert werden. Diese Strukturen zeichnen sich durch ihre Symmetrien aus, die in kristallinen Systemen besonders gut spezifiziert sind.
Die Familie der hexagonalen Kristalle ist nicht nur in ihrer Struktur einzigartig, sondern auch in ihrer Symmetrie und ihrem Potenzial für Anwendungen in der Materialwissenschaft.
Einführung in das Gittersystem
Die Familie der hexagonalen Kristalle besteht aus zwei Gittersystemen: hexagonal und rhomboedrisch. Jedes Gittersystem besteht aus einem Bravais-Gitter. Im hexagonalen Kristallsystem wird der Kristall üblicherweise durch einen Kristall mit zwei gleichen Achsen (a und a) und einem Einschlusswinkel (γ) von 120° und einer Höhe (c) senkrecht zu den beiden Grundachsen dargestellt. Diese Struktur macht das hexagonale Gitter für praktische Anwendungen praktischer.
Sechseckige und trigonale Kristallsysteme
Zu den beiden Hauptkristallsystemen in der Familie der hexagonalen Kristalle gehören trigonale und hexagonale. Das trigonale Kristallsystem enthält fünf Punktgruppen mit einer einzigen dreizähligen Rotationsachse, während das hexagonale Kristallsystem sieben Punktgruppen mit einer einzigen sechszähligen Rotationsachse enthält. Beispielsweise entsprechen die fünf Punktgruppen eines trigonalen Kristallsystems seiner Raumgruppe, während die sieben Punktgruppen eines hexagonalen Kristallsystems 27 Raumgruppen haben, die als hexagonale Gittersysteme bezeichnet werden.
Das trigonale Kristallsystem ist das einzige mit mehreren verbundenen Gittersystemen, was seine Komplexität in der Kristallstruktur unterstreicht.
Hexagonale dicht gepackte Struktur
Hexagonale dichteste Packung (hcp) ist eine der beiden Arten der Atompackung mit der höchsten Dichte. Es unterscheidet sich vom kubisch-flächenzentrierten Gitter (fcc) darin, dass es sich nicht um ein Bravais-Gitter handelt, sondern um einen Gitterpunkt, der aus zwei Atomen besteht. Diese Eigenschaft bietet ein großes Anwendungspotenzial für die Materialwissenschaft, insbesondere für die Erforschung von Metallen und Legierungen.
Mehrelementstruktur
Verbindungen, die auf der Struktur der hexagonalen Kristallfamilie basieren, sind in der Materialwissenschaft relativ häufig. Ein Beispiel ist die Wurtzit-Struktur, die in der Kristallographie die B4-Struktur darstellt und verschiedene Anwendungen hat, unter anderem in Halbleitern. Die Wurtzit-Struktur kann nichtzentrosymmetrische Eigenschaften aufweisen und verfügt daher über hervorragende Eigenschaften wie Piezoelektrizität und Thermoelektrizität.
Eines der auffälligsten Merkmale der Wurtzit-Struktur ist das Fehlen einer Inversionssymmetrie, wodurch sich ihre Eigenschaften von anderen Strukturen unterscheiden.
Schlussfolgerung
Die Einzigartigkeit der hexagonalen Kristallfamilie spiegelt sich in ihrer komplexen Struktur, ihrem veränderlichen Kristallsystem und ihrem starken Anwendungspotenzial wider. Diese Kristallfamilie bietet endlose Möglichkeiten, sowohl in der Grundlagenforschung als auch in Anwendungen. Wie werden Wissenschaftler diese einzigartigen Strukturen in Zukunft nutzen, um den technologischen Fortschritt voranzutreiben?
