孿晶
孿晶是指：由兩個或者兩個以上同種晶體構成的﹑非平行的規則連生體。又稱雙晶。在構成孿晶的兩個單晶體間﹐必然會有部分的對應晶面﹑對應晶棱相互平行﹐但不可能全部一一平行﹐然而它們必可通過某一反映﹑旋轉180°或者反伸（倒反）的對稱操作而達到彼此重合或者完全平行。[1]
孿晶要素
孿晶要素是用來表徵孿晶中單晶體方位間的對稱取向關係的假想幾何要素。它包括﹕
孿晶面
是一個假想的平面，通過它，可使形成孿晶的兩個單晶體重合或者完全平行。因此﹐孿晶面必定是兩個晶體晶格中的一個相互等同且平行一致的公共面網。孿晶面的方向可用平行某晶面或者垂直於某晶帶軸的形式來表示。孿晶面絕不可能平行於單晶體中的對稱面﹐否則就會使兩個單晶體處於完全平行的關係而構成平行連生。[2]
孿晶軸
是一個假想的直線，當圍繞這條直線旋轉180°後﹐可使形成孿晶的兩個單晶體重合或者達到完全平行。因此﹐孿晶軸必定是兩個晶體晶格中的一個相互等同且平行一致的公共行列。孿晶軸的方向可用平行於某晶帶軸或者垂直於某晶面的符號形式來表示。孿晶軸決不能平行於單晶體中的偶次對稱軸。[2]
孿晶中心
為一假想的定點，通過它﹐可使形成孿晶的兩個單晶體重合或者達到完全平行。孿晶中心只有在單晶體本身無對稱中心的情況才有可能出現，而且在一般情況下﹐它只是一種派生的孿晶要素﹐故可以不予考慮。[2]
接合面
指孿晶中單晶體間相互接合的實際界面。孿晶中以接合面為界﹐其兩側單晶體的晶格互不連續。接合面可以呈階梯狀或者很不規則﹐亦可為一平面﹐且是兩單晶體中相互等同的一個公共面。接合面往往平行於單晶體中具簡單指數的晶面﹐此時即可用該晶面的符號表示接合面的方向。但個別孿晶中﹐接合面也可能為一無理指數面。接合面可以與單晶體中的對稱面平行﹐但實際上更經常的是與孿晶面重合﹐或者平行於孿晶軸。[1]
孿晶律
指孿晶中單晶體間相互連生的規律。孿晶律由孿晶要素來表示﹐並經常被命名為特定的名稱。大致原則如下﹕
- 以經常具該孿晶的特徵礦物名稱命名；
- 以最初發現該孿晶的地名命名；
- 以孿晶的形狀命名﹔
- 以孿晶面和接合面命名。[3]
孿晶類型
根據單晶體間相互接合的特點分類
- 接觸孿晶﹐兩單晶體相鄰接觸﹐具確定而規則的接合面；貫穿孿晶﹐兩單晶體相互穿插﹐接合面曲折而不規則，亦稱透入孿晶。
- 反覆孿晶﹐由兩個以上的單晶體按同一孿晶律依次反覆成孿晶關係連生而組成。可再分為﹕聚片孿晶﹐所有接合面均相互平行﹐各單晶體呈片狀而依次疊合﹐在橫截接合面的晶面和解理面上可見由接合面的跡線所構成的一系列平行直線狀的孿晶紋；輪式孿晶﹐各接合面依次成等角度相交﹐孿晶外貌常呈輪輻狀或者環狀﹐按所含單晶體的個數而可稱為三連晶﹑四連晶﹑五連晶﹑六連晶或者八連晶。
- 複合孿晶﹐由兩個以上的單晶體兩兩間分別依不同的孿晶律連生而組合在一起的孿晶。[3]
根據孿晶軸與接合面間的關係分類
- 正交孿晶﹐孿晶軸垂直於接合面﹐亦稱面律孿晶﹔
- 平行孿晶﹐孿晶軸平行於接合面﹐同時還平行於單晶體中的某一主要晶帶軸﹐亦稱軸律孿晶﹔
- 混合孿晶﹐孿晶軸亦平行於接合面﹐但同時還垂直於單晶體中的某一主要晶帶軸。[3]
根據孿晶形成時間分類
按孿晶的形成機理分類
- 生長孿晶﹐在晶體的成核階段或者其後的成長階段中形成的原生孿晶。它是質點在某個方向上中斷了按原先的晶格位置所進行的堆積﹐改變為按與之成孿晶關係的晶格方位進行堆積的結果﹐而此種改變並不導致鍵的破壞和晶體內能的明顯增大。此外﹐在液相結晶條件下﹐懸浮在介質中漂流的兩個小晶體有可能以孿晶關係的方位相互連接﹐以降低表面能﹐然後共同繼續成長為孿晶。
- 轉變孿晶﹐在同質多相轉變過程中產生的孿晶。它是由高溫變體經同質多象轉變而變為對稱程度較低的低溫變體時所產生的孿晶。
- 滑移孿晶﹐一般是在晶體形成之後受機械應力的作用﹐在部分晶格中的一連串相鄰面網間同時發生均勻滑移的範性形變﹐使滑移部分與未滑移部分的晶格間形成孿晶關係﹐故又稱機械孿晶或者形變孿晶。滑移孿晶都表現為聚片孿晶﹐在遭受過區域變質作用的一些礦物晶體中和某些低對稱的金屬晶體中常見。
- 某些金屬在退火時的再結晶過程中﹐通過質點的擴散和晶間界面的變化﹐容易產生孿晶接合面取代一般的晶間界面而形成退火孿晶。它幾乎只限於有立方面心晶格的金屬中。[4]
孿晶分佈
- 各種晶體中﹐出現孿晶的幾率並不一致的。例如方解石﹑錫石﹑十字石等礦物的孿晶十分常見﹐但在大多數種類的晶體中並不會出現孿晶或者孿晶十分少見。
- 孿晶在各晶系中的分佈也不一致﹐屬於單斜晶系和正交晶系（斜方晶系）的孿晶最常見﹐此後依次為三斜晶系、三方晶系﹑等軸晶系和四方晶系。六方晶系的孿晶則十分少見。這些現象與晶體結構特點和晶系的對稱性密切相關。[4]
孿晶的研究意義
- 有些礦物常呈孿晶產出﹐孿晶是識別這些礦物的一個非常重要的特徵﹐可據此判斷晶體在空間的方位。滑移孿晶的出現還具有成因上的意義。
- 孿晶的存在對於晶體的利用通常有害。比如水晶﹐如果帶有道芬律孿晶﹐兩單晶體中電軸的正負端剛好相反﹐使壓電效應的結果相互抵消，而不能用作壓電的材料﹔如果帶有巴西律孿晶﹐兩單晶體的旋光方向也剛好相反﹐就既不能用作壓電材料﹐也不能用作光學材料。少數孿晶﹐如水晶的道芬律孿晶﹐可由人工方法消除。[4]
孿晶與光性礦物學
在在顯微鏡下觀察礦物薄片，可利用消光規律找出孿晶形狀，從而判斷礦物種類。
孿晶的表徵
孿晶可以通過單晶XRD觀測得到。[5]
註釋
- ^ 1.0 1.1 Prof. Stephen A. Nelson. Twinning in Crystals. Tulane University. 2008-09-22. （原始內容存檔於2009-07-22） （英語）.
- ^ 2.0 2.1 2.2 The Twinned Minerals. （原始內容存檔於2009-10-01） （英語）.
- ^ 3.0 3.1 3.2 Research themes: Crystal twinning. International Union of Crystallography. （原始內容存檔於2009-12-03） （英語）.
- ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 Articles in category "Twinning". Online Dictionary of Crystallography. （原始內容存檔於2009-07-28） （英語）.
- ^ 王書明, 張華, 楊堅,等. YBCO薄膜的織構和孿晶的XRD分析[C]// 帕納科用戶x射線分析儀器技術交流會. 2012:593-597.
參考資料
- 南京大學地質學系岩礦教研室編著：《結晶學與礦物學》，地質出版社，北京，1978。
- F. C. Phillips， An Introduction to Crystallography，4th ed.，Oliver & Boyd，Edinburgh，1971.
- Hurlbut, Cornelius S.; Klein, Cornelis, 1985, Manual of Mineralogy, 20th ed., ISBN 0-471-80580-7
- 本條目包含來自公有領域出版物的文本: Chisholm, Hugh (編). Encyclopædia Britannica (第11版). London: Cambridge University Press. 1911.
