晶體的邊界究竟呈現為怎樣？

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我們學習的晶胞都是假設晶體無限延伸的，可是現實中並沒有無限延伸的晶胞，那晶體的邊界究竟呈現為怎樣？

首先，晶體的邊緣和內部結構是不同的。好吧這是句廢話……下面擺貨。不夠干，湊合著看吧，不幹的好處是我能盡量解釋得通俗一點。大牛看到了請不用客氣直接打臉。

我們從三種晶體切入這個問題，再討論一些理論與現實結合的地方。

第一個是二氧化硅。

上圖為正四面體形的二氧化硅的結構單元，在晶體內部是這種結構單元的簡單重複。但是在晶體表面事情就變得不一樣了

按照簡單重複的規則，在晶體表面的最後一層結構單元的排列方式應該如上圖所示。
然而這種結構顯然不符合高中學習的價鍵理論。
根據已有的知識我們可以有三種思路：

即：
1.去掉氧原子，並使硅原子帶上一個單位正電荷；
2.使氧原子帶上一個單位負電荷；
3.使氧原子與氫原子結合形成一個羥基。

事實上這三種方式都可以通過一定手段做到。生活中的晶體二氧化硅在處理時表面打磨方式的不同決定表面以何種形式存在。當然還有其他的存在形式，只不過這三種最常見，會自然形成。

金剛石

金剛石與二氧化硅結構大同小異，表面形式是一樣的。

不同之處是我選擇它作為單質的原子晶體的代表，二氧化硅作為化合物原子晶體的代表。值得注意的是碳原子自己作為正四面體的體心和頂點，而硅原子只作為體心。所以金剛石表面如果存在氧原子的話，和二氧化硅的氧地位是不一樣的，氧作為參雜原子存在。
相同點是它們沒有改變表面原子的雜化方式（姑且這麼叫），也就是說空間結構沒有變化。下面要提到的那貨就不一樣了。

石墨烯

石墨和上面兩個傢伙都不同，它是個混合晶體。所以我們研究它作為原子晶體的單片層，石墨烯。
【這個倒是我初中以來困擾已久的疑問，今天能在這裡寫個開懷，人生真是不可思議的奇蹟呀】
初中剛學這玩意的時候只覺得很神奇，那時候連原子軌道都不知道，更別提p-π共軛了。當時就在想，這貨遲早有個盡頭，盡頭是什麼呢？不可能什麼都沒有，不然不符合價鍵理論啊【又是價鍵理論orz】。會是一圈氫么？那豈不是一個超超超大的稠環芳烴？超~帶感啊有木有！
扯遠了回歸正題。
我院的教授們中有一些擁有研究石墨烯的課題組，我有幸以一個參觀者的身份獲得了不少賜教。了解石墨烯剝離的人知道，除了用膠帶紙粘下來【不要吐槽】之外，還有一種很有效的方式是氧化法。即，石墨烯是很平很平的，又很巨大，因此兩層之間的結合效果非常好。而我們只需要使它變得不平，剝離就變得容易了，比如將其中幾個碳氧化為羰基或者添加羥基什麼的。

對於石墨烯而言

其邊緣一旦成為碳負離子、羥基碳或者羰基，其空間結構必然改變，形象地說就是一張紙的邊緣「起皺」了。這種「起皺」幾乎無法避免。

其它的晶體：金屬晶體和離子晶體

這兩種晶體看上去不需要遵守像原子晶體那樣的條件，但是實質上表面和內部依然存在差別。
以金屬晶體為例，金屬晶體由金屬原子或離子和電子氣構成，單個電子在表面和內部分布的概率不相等。電子分布不均造成反應性的差異。

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下文為總結了
儘管看上去晶體的邊緣十分「不完美」，比起內部來有著巨大的結構甚至性質上的差異，但是生活中遇到的晶體都是十分「巨大」的，其表面的原子個數與內部相比可以忽略，對整體分子軌道的影響可以忽略。也就是說晶體整體對外顯示的性質是內部的性質，與表面關係不大（只用到表面而不是整體參與反應的催化劑例外）。

這裡就不得不提為了利用這一性質的科研方向，即納米技術的一支，研究材料表面的納米技術。
早在很多年前就有人研究金屬簇（metal cluster）了，當年曾掀起一股狂潮。金屬晶體在變得越來越小的時候表面效應越來越顯著，反應活性越來越高。當小到只有若干個原子的時候，甚至會形成類似分子的結構，具有明顯的軌道（也可以表述為彼此形成共價鍵），這就是金屬簇。

上圖是5個錫原子形成的金屬簇，具有三角雙錐形的結構，是典型的分子。

同樣的道理，當原子晶體只剩下表面的時候，它具有的分子軌道比起原來將發生劇變。金剛石甚至會變成類似有機物的樣子。

除了讓它們更小，我們還可以在體積不變的情況下增大表面積，即多孔材料、分子篩。

晶體表面技術將為我們尋找更高效的催化劑提供新的思路。

金相圖上晶體邊界看起來跟細胞邊界好像

有個重要的概念叫表面重構（surface reconstruction），詳情請自行瀏覽：Surface reconstruction

那就要看是共格，半共格還是非共格的晶粒了，一般看起來就和地圖上的國界差不多、就是晶體邊界上能量高，位錯多

晶體的缺陷分點缺陷，線缺陷、面缺陷和體缺陷，其中面缺陷包括外表面、晶界、相界等，你問的應該是外表面，與內部原子相比，外表面處於高能量狀態，具體形態也與所處環境有關。