石英晶体的结构及特点是什么?

 

石英晶体的结构及特点是什么?

(石英晶体图片)

中文名:石英晶体

英文名:Quartz Crystal

类别:二氧化硅

颜色:无色透明

硬度级别:7

密度:2.65 g/cm3

比重:2.22-2.65

应用领域:钟表、数码电子、工控、数据传输、人工智能、网络基站、远程控制、航空航天

熔点温度:1750℃

石英晶体的化学成分为SiO2,是单晶体结构,晶体属三方晶系的氧化物矿物,即低温石英(a-石英),是石英族矿物中分布最广的一个矿物种。广义的石英还包括高温石英(b-石英)。

低温石英常呈带尖顶的六方柱状晶体产出,柱面有横纹,类似于六方双锥状的尖顶实际上是由两个菱面体单形所形成的。在常压下不同温度时,石英晶体的结构不同,温度T<573℃时α石英晶体,当573℃<T<870℃时β石英晶体,熔点是1750℃,我们通常说的压电石英晶体指α石英晶体。

石英晶体是最重要的造岩矿物之一,在火成岩、沉积岩、变质岩中均有广泛分布。巴西是世界著名的水晶出产国,曾发现直径2.5米、高5米、重达40余吨的水晶晶体。

石英晶体的特点是无色透明,玻璃光泽,贝壳状断口上具油脂光泽,无解理。受压或受热能产生电效应。石英晶体作为一种具有良好压电特性(Piezoelectric property)的压电晶体,在几百摄氏度的温度范围内,其介电常数和压电系数几乎不随温度而变化,它有很大的机械强度和稳定的机械性能。

石英晶体是一种重要的电子材料。沿一定方向切割的石英晶片,当受到机械应力作用时将产生与应力成正比的电场或电荷,这种现象称为正压电效应。反之,当石英晶片受到电场作用时将产生与电场成正比的应变,这种现象称为逆压电效应。正、逆两种效应合称为压电效应。石英晶体不仅具有压电效应,而且还具有优良的机械特性、电学特性和温度特性。用它设计制作的石英晶体谐振器、石英晶体振荡器和滤波器等,在稳频和选频方面都有突出的优点。

石英晶体的结构及特点是什么?

(晶诺威品牌晶振产品图片)

石英晶体是一种良好的绝缘材料,导热系数在室温附近,沿Z轴方向是垂直于Z 轴方向的2 倍左右,沿Z 轴方向的线性膨胀系数a3 约为沿垂直于Z 轴方向线性膨胀系数a1 的1/2,其介电系数ε,压电系数d 等随方向的不同其数值也不同,在不同温度,导热系数K 与膨胀系数a 的数值也不同。

石英晶体的结构及特点是什么?

石英晶体的晶面共30 个,六个m 面(柱面),六个R 面(大棱面)六个r 面(小棱面)六个s 面(三方偏锥面),六个X 面(三方偏面),相邻M 面的夹角度为60°,相邻M 面和R面的夹角与相邻M 面和r 面的夹角都等于38°13′,相邻s 面与X 面的夹角为25°57′。

石英晶体的结构及特点是什么?

石英晶体存在一个三次对称轴C 和三个互成120°的轴a、b、d,在讨论石英晶体的物理性质时,采用下图所示的直角坐标系较为方便,选C 轴为z 轴,a或b、d)轴为X 轴,与X 轴Z 轴垂直的Y 轴,其指向按1949 年IRE 标准规定,对左右旋晶体均采用右手直角坐标系。

石英晶体的密度ρ=2.65g/cm2,硬度为莫氏硬度7,在常温常压下不溶于三酸(HCL,H2SO4,HNO3),属于溶解度极小的物质,但是氢氟酸和氟化氢铵却是石英晶体良好的溶解液,其化学反应方程式如下:

SiO2+4HF=SiF4+2H2O (3SiF4+3H2O=H2SiO3+2H2SiF6)

SiO2+4HF+2NH4F=(NH4)2SiF6+2H2O

在作为饰品材质方面,石英晶体也受到自古至今无数人青睐。含有不同矿物质,石英晶体会呈现不同颜色。

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