石英晶体为什么会有规则（石英晶体的理想外形竟然是这样的）

石英晶体俗称水晶，成份是SiO2，它不但是较好的光学材料，而且是重要的压电材料。石英晶振在常压下不同温度时，石英晶体的结构是不同的。温度低于573℃时，是a石英晶体;温度在573℃~870℃时，是B石英晶体;温度在870℃~1470℃时，是磷石英，温度达1470℃时，就转变成方石英，它的熔点是1750℃。用于制造压电晶体元件的为a石英晶体，石英晶振。

固体可以分为结晶体(晶体)与非结晶体(非晶体)两大类。晶体中有外形高度对称的单晶体(如石英晶体)和由许多微细晶体组成的多晶体(如各种金属)。石英贴片晶振的主要特性是原子和分子的有规则排列，这种排列反映在宏观上是外形的对称性，而非晶体就不具备这种特性，例如石英玻璃，它的成份与石英晶体一样是SiO2，但不属于晶体。

晶体可以是天然的，也可以由人工培养。晶态物质在适当条件下，能自发地发展成为一个凸多面体形的单晶体。围成这样一个多面体的面称为晶面;晶面的交线称为晶棱;晶棱的会集点称为顶点。发育良好的单晶体，外形上最显著的特征是晶面有规则的配置，属于同一品种的石英晶振晶体，两个对应晶面(或晶棱)间的夹角恒定不变。图1给出了理想石英晶体的外形。石英晶体的晶面共30个，分为五组，六个m面(柱面)，六个R面(大棱面)，六个r面(小棱面)六个s面(三方双锥面)，六个x面(三方偏方面)，相邻m面的夹角为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面的夹角等于25°57。由于外界条件能使某一个或某一组晶面相对地变小或完全隐没，所以实际见到的石英晶体很少如图1所示，就是人造石英晶振，石英晶体振荡器，石英晶体的外形也只是接近理想情况。

(a)右旋石英晶体 (b)左旋石英晶体

图1石英晶体的理想外形

晶体内部结构的规律性，造成了它在外形上的对称性。例如:晶体可以有对称轴、对称中心、对称面等对称元素。石英晶振晶体存在一个三次对称轴(或三次轴即晶体绕该轴旋360°3后能够复原)和三个互成120°的二次轴，如图2中的a、b、d轴

图2石英晶体的对称轴和直角坐标系

在结晶学中，晶体的内部结构可以概括为是由一些“点子”在空间有规则地作周期的无限分布:“点子”代表原子、离子、分子或其集团的重心。这些“点子”的总体称为点阵，构成石英晶振，有源晶振，石英晶体的是二氧化硅分子，而二氧化硅分子的重心又正好与硅离子重合，因此硅离子的点阵就可以反映出石英晶体的内部结构。石英晶体的各层硅离子若按右手螺旋规则分布，则称为右旋石英晶体;若按左手螺旋规则分布，称为左旋石英晶体。从外形上看，右旋石英晶体的s面在R面的右下方或m面的左上方，左旋石英晶体的s面在R面的左下方或m面的右上方(见图1)，它们互为镜象对称。

石英晶振晶体物理性质的各向异性和晶体外形的对称性有关，因此讨论石英晶体的物理性质时，采用为图2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轴垂直的轴为y轴。其指向按1949年IRE标准规定对左、右旋石英晶体均采用右手直角坐标系。