什么是单晶体什么是双晶体结晶矿物中单晶体与双晶体是如何区分的

Question

什么是单晶体
什么是双晶体
结晶矿物中单晶体与双晶体是如何区分的

Answer 1

两个或两个以上同种晶体构成的、非平行的规律连生体.又称孪晶.在构成双晶的两个单晶体间,必会有部分的对应晶面、对应晶棱相互平行,但不可能全部一一平行,然而它们必可通过某一反映、旋转180°或反伸(倒反)的对称操作而达到彼此重合或完全平行.
双晶要素 指用来表徵双晶中单晶体方位间的对称取向关系的假想几何要素.它包括：双晶面,为一假想的平面.通过它的反映可使构成双晶的两个单晶体重合或达到完全平行.因此,双晶面必定是两者晶格中的一个相互等同而且平行一致的公共面网.双晶面的方向用平行某晶面或垂直某晶带轴的符号形式来表示.例如锡石的膝状双晶(图1 锡石的膝状双晶 ),双晶面‖(101)；正长石的卡尔斯巴律双晶(图2 正长石的卡尔斯巴律双晶 ),双晶面⊥(001).双晶面决不可能平行於单晶体中的对称面,否则就会使两个单晶体处於完全平行的关系而构成平行连生.双晶轴,为一假想的直线.当围绕它旋转180°后,可使构成双晶的两个单晶体重合或达到完全平行一致.因此,双晶轴必定是两者晶格中的一个相互等同而且平行一致的公共行列.双晶轴的方向用平行於某晶带轴或垂直於某晶面的符号形式来表示.例如卡尔斯巴律双晶的双晶轴‖(001)；膝状双晶的双晶轴⊥ (101).双晶轴决不能平行於单晶体中的偶次对称轴.双晶中心,为一假想的定点.通过它的反伸后,可使构成双晶的两个单体重合或达到平行一致的方位(图3 黝铜矿双晶(圆圈代表双晶中心) ).双晶中心只有在单晶体本身无对称中心的情况才有可能出现；而且在一般情况下,它只是一种派生的双晶要素,故可不予考虑.
接合面 指双晶中单晶体间相互接合的实际界面.双晶中以接合面为界,其两侧单晶体的晶格互不连续.接合面可以呈阶梯状或很不规则,亦可为一平面,且是两单晶体中相互等同的一个公共面.接合面往往平行於单晶体中具简单指数的晶面,此时即可用该晶面的符号表示接合面的方向.但个别双晶中,接合面也可能为一无理指数面.接合面可以与单晶体中的对称面平行,但实际上更经常的是与双晶面重合,或平行於双晶轴.
双晶律 指双晶中单晶体间相互连生的规律.双晶律由双晶要素来表徵,并经常被赋予特定的名称.其命名原则大致如下：以经常具该双晶的特徵矿物名称命名.如尖晶石族矿物中以 (111)为双晶面的称尖晶石律；以最初发现该双晶的地名命名,如长石中以 C轴,即(001)晶带轴为双晶轴的卡尔斯巴律双晶；以双晶的形状命名,如金红石族矿物中以 (101)为双晶面的膝状双晶律(又称肘状双晶)；以双晶面和接合面命名,如方解石中以负菱面体的晶面(012)为双晶面和接合面的双晶即称为负菱面双晶律.
双晶类型 在矿物学中,通常根据单晶体间相互接合的特点而将双晶分为下列类型.简单双晶,仅由两个单晶体构成.又分为：接触双晶,两单晶体相邻接触,具确定而规则的接合面(图1 锡石的膝状双晶 )；贯穿双晶,两单晶体相互穿插,接合面曲折而不规则(图2 正长石的卡尔斯巴律双晶 和图3 黝铜矿双晶(圆圈代表双晶中心) ),亦称透入双晶.反覆双晶,由两个以上的单晶体按同一双晶律依次反覆成双晶关系连生而组成.可再分为：聚片双晶,所有接合面均相互平行,各单晶体呈片状而依次叠合,在横截接合面的晶面和解理面上可见由接合面的迹线所构成的一系列平行直线状的双晶纹(图4 斜长石的钠长石律聚片双晶 )；轮式双晶,各接合面依次成等角度相交,双晶外貌常呈轮辐状(图5 白铅矿假六方的轮式贯穿三连晶 )或环状(图6 金红石的环状接触六连晶 ),按所含单晶体的个数而可称为三连晶、四连晶、五连晶、六连晶或八连晶.复合双晶,由两个以上的单晶体两两间分别依不同的双晶律连生而组合在一起的双晶.
此外,在晶体光学中还常按双晶轴与接合面间的关系而将某些双晶分为：正交双晶,双晶轴垂直於接合面,亦称面律双晶；平行双晶,双晶轴平行於接合面,同时还平行於单晶体中的某一主要晶带轴,亦称轴律双晶；混合双晶,双晶轴亦平行於接合面,但同时还垂直於单晶体中的某一主要晶带轴.
双晶的成因 根据双晶形成的时间,可区分为在晶体生长过程中形成的原生双晶和在晶体形成以后产生的次生双晶两大类.按双晶的形成机理则一般分为以下几种：生长双晶,在晶体的成核阶段或其后的成长阶段中形成的原生双晶.它是质点在某个方向上中断了按原先的晶格位置所进行的堆积,改变为按与之成双晶关系的晶格方位进行堆积的结果,而此种改变并不导致键的破坏和晶体内能的明显增大.此外,在液相结晶条件下,悬浮在介质中漂流的两个小晶体有可能以双晶关系的方位相互连接,以降低表面能,然后共同继续成长为双晶.转变双晶,在同质多象转变过程中产生的双晶.它是由高温变体经同质多象转变而变为对称程度较低的低温变体时所产生的双晶.滑移双晶,一般是在晶体形成之后受机械应力的作用,在部分晶格中的一连串相邻面网间同时发生均匀滑移的范性形变,使滑移部分与未滑移部分的晶格间形成双晶关系,故又称机械双晶或形变双晶.滑移双晶都表现为聚片双晶,在遭受过区域变质作用的一些矿物晶体中和某些低对称的金属晶体中常见.
此外,某些金属在退火时的再结晶过程中,通过质点的扩散和晶间界面的变化,容易产生双晶接合面取代一般的晶间界面而形成退火双晶.它几乎只限於有立方面心晶格的金属中.
双晶的分布 在各种晶体中,出现双晶的几率很不一致的.例如方解石、锡石、十字石等矿物的双晶常见,物别是-石英和火成岩中的斜长石几乎无例外,均呈双晶产出；但在大多数种类的晶体中不出现双晶或双晶少见.双晶在各晶系中的分布也不均衡,属於单斜和正交(斜方)晶系的双晶最多,依次为三斜和三方、等轴、四方晶系.六方晶系的双晶则非常少见.这些现象与晶体结构特点及晶系的对称性密切有关.
双晶的研究意义 有些矿物常呈双晶产出,双晶是识别这些矿物的一个主要特徵,可据以确定晶体在空间的方位.滑移双晶的出现还具有成因意义.
双晶的存在对於晶体的利用一般是有害的.如水晶,具有道芬律双晶时,两单晶体中电轴的正负端正好相反,使压电效应相互抵消而不能用作压电材料；当存在巴西律双晶时,两单晶体的旋光方向也正好相反,既不能作为压电材料,也不能用作光学材料.个别双晶,如水晶的道芬双晶,可由人工消除(见石英族矿物).
参考书目
南京大学地质学系岩矿教研室编著：《结晶学与矿物学》,地质出版社,北京,1978.
F. C. Phillips, An Introduction to Crystallography,4th ed.,Oliver & Boyd,Edinburgh,1971.