材料科学与工程基础思考题第1部分

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1、材料科学与工程基础思考题姓名：程扬学号：111100322班级：高分子1101班1、计算NaCl的填充因子，离子半径：Na+=0.102nm,Cl-=0.181nm解：晶格常数：?=2rNa++2rCl−=2×0.102+0.181nm=0.566nm;晶胞体积：V=?3=0.5663nm3=0.18132nm314343离子体积：V2=VNa++VCl−=4×πrNa++4×πrCl−3343433=4×π×0.102+4×π×0.181nm33=0.117134nm3V20.117134填充因子

2、：?NaCl===0.646V10.18132+-2、计算NaCl的密度，离子半径Na=0.102nm,Cl=0.181nm，Na的摩尔质量为22.99g/mol，Cl的摩尔质量为35.45g/mol。解：晶格常数：?=2rNa++2rCl−=2×0.102+0.181nm=0.566nm;晶胞体积：V=?3=0.5663nm3=0.18132nm3=1.8132×10−22cm34−22一个晶胞中离子的质量：m=mNa++mCl−=23×22.9+35.45g=3.877×10g6.02×10m3

3、.877×10−22g3密度ρ===2.1382g/cmV1.8132×10−22cm33、计算CsCl的填充因子，已知离子半径：Cs+=0.170nm,Cl-=0.181nm解：由题意可得：3?=2rCs++2rCl−=2×0.170+0.181nm=0.702nm则：晶格常数?=0.4053nm晶胞体积：V=?3=0.40533nm3=0.06658nm314343离子体积：V2=VCs++VCl−=πrCs++πrCl−3343433=π×0.170+π×0.181nm33=0.04542nm

4、3V20.04542填充因子：?CsCl===0.6823V10.066584、在离子晶体中，密堆积的负离子恰好互相接触并与中心正离子也恰好相互接触时，正负离子的半径比为临界半径比，分别计算：(1)立方体配位；(2)八面体配位；(3)四面体配位和(4)三角形配位的临界半径比。解：（1）立方配位：如图所示：3?=2r++2r−○1而：?=2r−○2r+联立○1○2可得：=3−1=0.732r−（2）八面体配位：如图所示：4r−=22（r++r−）r+则：=2−1=0.414r−109.5o/2（3）四

5、面体配位：109.5°r−如图所示：sin=2r++r−r+则：=0.225r−（4）三角形配位：r−如图所示：=cos30°r++r−r+则：=0.155r−5、闪锌矿相ZnS中硫离子为面心立方堆积，Zn离子位于四面体间隙。已知离子半径数据为2+2-Zn=0.06nm,S=0.174nm,计算ZnS的密度。3解：由图可得：?=rZn2++rS2−4=0.06+0.174nm=0.234nm则：晶格常数?=0.5404nm晶胞体积：V=?3=0.54043nm3=0.1578nm3=1.578×10

6、−22cm34离子质量：m=mZn2++mS2−=23×（65+32）g6.02×10=6.445×10−22gm6.445×10−22g3闪锌矿密度：?ZnS=V=1.578×10−22cm3=4.0844g/cm6、钙钛矿相的通式是ABO3，A和B分别代表哪些元素？钙钛矿相CaTiO3中Ca、Ti和O的位数分别是多少？画出CaTiO3晶体的单位晶胞结构示意图。说明它们主要用途。答：（1）A为与Ca2+相近的大正离子，如：Sr2+、Ba2+、Cd2+、Pb2+、Y3+、La3+；B为与Ti4+相近

7、的小正离子，如：Fe3+、Mn3+、Mn4+、Co3+、Al3+、Zr4+。（2）Ca的配位数为：12；Ti的配位数为：6；O的配位数为：6。（3）晶胞结构如下图所示（4）用途：压电材料、温敏开关材料7、硅酸盐是含氧矿物中品种最多的一类矿物，根据[SiO4]硅氧四面体与相邻四面体共顶情况，其在空间排列可分成哪五个亚类？答：岛状结构、环状结构、链状结构、层状结构、架状结构8、从显微结构的角度看，陶瓷主要是有哪几个部分构成的？陶器、炻器和瓷器具有不同的外观特征，其显微结构的主要差别是什么？将其弹性模量和

8、热导率进行排序。答：（1）组成：晶相、玻璃相、气相、晶界；（2）主要差别：○1陶器显微结构中，气孔多，气孔率大，且大小不均匀，微裂纹多，几乎只有晶粒；○2瓷器的气孔小，大小分布窄，微裂纹少，除了晶粒外还有玻璃相；炻器介于二者之间。（3）弹性模量：陶器<炻器<瓷器热导率：陶器<炻器<瓷器9、什么是玻璃的“晶子学说”和“无规网络学说”？答：晶子学说：硅酸盐玻璃是有无数“晶子”组成，“晶子”的化学性质取决于玻璃的化学组成，所谓“晶子”不同于一般微晶，而是带有晶格变形的有序区