2 材料结构理论.ppt

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时间:2020-01-24

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1、第2章材料结构理论(1)基本概念:周期性有序排列、晶胞及晶胞类型、晶胞中粒子数的计算、配位数、空隙、堆积方式、晶格能、并置碓砌;(2)堆积方式:面心立方最密堆积、六方最密堆积、体心立方密堆积和简单立方堆积;(3)晶体种类和性质:金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体,自范性、各向异性、。第一节晶体的结构自范性:在适宜的条件下,晶体能够自发地呈现封闭的规则和凸面体外形的性质.或者说,在适宜的条件下,晶体能够自发地呈现封闭的、规则的多面体外形,这称为晶体的自范性。第一节晶体的结构一、晶体的分类按来源分为:天然晶体(宝

2、石、冰、砂子等)人工晶体(各种人工晶体材料等)按成键特点分为:原子晶体:金刚石(共价键)离子晶体:NaCl(离子键)分子晶体:冰(极化键)金属晶体:Cu(金属键)结合键:原子间的结合力称为结合键,它主要表现为原子间吸引力与排斥力的合力结果。根据不同的原子结合方式,结合键可分为以下几类:1:离子键大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合。离子键键合的基本特点是以离子而不是以原子为结合单元。一般离子晶体中正负离子静电引力较强,结合牢固。因此。其熔点和硬度均较高。另外,在离子晶体中很难产生自由运动的电子,因此

3、,它们都是良好的电绝缘体。但当处在高温熔融状态时,正负离子在外电场作用下可以自由运动,即呈现离子导电性.2:共价键共价键的实质就是两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。共价键键合的基本特点是核外电子云达到最大的重叠,形成“共用电子对”,有确定的方位,且配位数较小。共价键的结合极为牢固,故共价晶体具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点。共价形成的材料一般是绝缘体,其导电性能差。3:金属键金属中的自由电子和金属正离子相互作用所构成键合称为金属键。金属键的基本特点是电子的共有化。既无饱和性又无方向性

4、,因而每个原子有可能同更多的原子相结合,并趋于形成低能量的密堆结构。当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时,不至于使金属键破坏,这就使金属具有良好延展性,并且,由于自由电子的存在,金属一般都具有良好的导电和导热性能。4、分子键(VanderWaals'Bond)分子键是电中性的分子之间的长程作用力。所有惰性气体原子在低温下就是通过范氏力而结合成晶体的。N2,O2,CO,Cl2,Br2和I2等由共价键结合而成的双原子分子在低温下聚集成所谓分子晶体,此时每个结点上有一个分子,相邻结点上的分子之间就存在着范德瓦尔斯力

5、。正是此种范氏力使分子结合成分子晶体(分子键的名称即由此而来)。类型作用力来源键合强弱形成晶体的特点离子键原子得、失电子后形成负、正离子,正负离子间的库仑引力最强无方向性键、高配位数、高熔点、高强度、低膨胀系数、塑性较差、固态不导电、熔态离子导电共价键相邻原子价电子各处于相反的自旋状态,原子核间的库仑引力强有方向性键、低配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、即使在熔态也不导电金属键自由电子气与正离子实之间的库仑引力较强无方向性键、结构密堆、配位数高、塑性较好、有光泽、良好的导热导电性分子键原子间瞬

6、时电偶极矩的感应作用较弱无方向性键、结构密堆、高熔点、绝缘二、晶体的定义“晶体是由原子或分子在空间按一定规律周期性地重复排列构成的固体物质。”注意:(1)一种物质是否是晶体是由其内部结构决定的,而非由外观判断;(2)周期性是晶体结构最基本的特征。晶体不仅与我们的日常生活密不可分,而且在许多高科技领域也有着重要的应用。晶体的外观和性质都是由其内部结构决定的:决定结构性能反映图片1图片2图片3图片4图片5BBO(β-BaB2O4晶体三、晶体性质⑴均匀性⑵各向异性⑶自发地形成多面体外形:F+V=E+2其中,F-晶面,V

7、-顶点,E-晶棱⑷有明显确定的熔点⑸有特定的对称性⑹使X射线产生衍射四、晶胞空间点阵必可选择3个不相平行的连结相邻两个点阵间的单位矢量a,b,c,它们将点阵划分成并置的平行六面体单位,称为点阵单位。相应地,按照晶体结构的周期性划分所得的平行六面体单位称为晶胞。矢量a,b,c的长度a,b,c及其相互间的夹角α,β,γ称为点阵参数或晶胞参数。晶胞是充分反映晶体对称性的基本结构单位。晶胞在三维空间有规则地重复排列组成了晶体。晶胞结构图晶胞晶胞与晶格晶胞知识要点晶胞一定是一个平行六面体,其三边长度a,b,c不一定相等,也

8、不一定垂直。整个晶体就是由晶胞周期性地在三维空间并置堆砌而成的。划分晶胞要遵循2个原则:一是尽可能反映晶体内结构的对称性;二是尽可能小。原胞与单胞(晶胞)的区别原胞和晶胞都是反映晶格周期性的平行六面体,它们在空间的无间隙堆垛能得到晶体的结构。一、原胞选取满足条件:晶格的最小周期性单元(体积最小),要求反映晶格的周期性,不必反映晶格的对称性。1)简单晶格:原胞中只含有一个原

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