材料化学导论第2章材料化学的理论基础ppt课件.ppt

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1、材料化学的理论基础第二章1固体的分类晶体和非晶体结构示意图2（1）晶体原子或原子团、离子或分子在空间按一定规律呈周期性排列构成。长程有序长程无序短程有序（2）非晶体原子、离子或分子在空间无规则堆积在一起所形成。3晶体的分类1.按晶体的结构分：4单晶金刚石5单晶冰糖6多晶金刚石微粉72.1晶体与非晶体固体（晶体与非晶体）晶体：长程有序（单晶、多晶、准晶）单晶—所有质点三维空间周期排列。例Si、Ge单晶是半导体的基础。多晶—由无数个单晶组成，存在晶界缺陷。例大部分晶体材料。准晶—有取向序,无长程平移序的物质。1

2、984年首次发现的二面体存在5次对称轴。非晶体：只是短程有序8晶体单晶体多晶体由一个晶核各向均匀生长而成,晶体内部的粒子基本上保持其特有的排列规律。如单晶冰糖、单晶硅、宝石、金刚石由很多单晶微粒杂乱无规则地聚结而成的。各向异性的特征消失，使整体一般不表现各向异性。多数金属和合金都是多晶体。9固体材料按其质点的聚集状态可分为：晶体：金属与合金、大部分无机材料，某些有机高分子材料。非晶体：玻璃（脆），橡胶（弹性）等。102.1.1固体的基本属性微观：具有固体性（质点在确定的位置平衡振动）宏观：有确定的外形。思考

3、题：气体、液体有什么不同？11液体固化的两种方式相变1：（气相—Tb—液相）相变2：（液相——固相）液相—Tf—晶体：V突变，有固定熔点Tf液相—Tg—玻璃：V渐变，无固定熔点（Tg范围）热力学特征：晶体—能量最小，热力学稳定态；非晶体—热力学亚稳态教材P19图2-112之后固体的体积随温度的降低缓慢减小。注意到曲线的斜率应该对应于体系的热膨胀系数：固体的热膨胀系数小于液体。一个明显的弯曲标志着随着温度的下降体系中发生了相变：在沸腾温度处首先发生气相到液相的转变。随着温度的继续降低，液体的体积连续减小。当温

4、度足够低时将发生从液体到固体的转变。液体可以通过两种方式固化。第一种方式：在某一个确定的温度(凝固点)下，液体的体积突然收缩，在V~T曲线上表现为斜率的不连续变化第二种方式：快速冷却时可以获得过冷液体之后过冷液体凝固形成非晶态固体。13晶体与非晶体的结构特点晶体：1具有点阵周期性和对称性；2三维空间有序排列（近程有序,远程有序）。非晶体：1不具有点阵周期性和对称性；2无序结构（近程有序,远程无序）。142.1.2晶体的宏观特性1、具有规则外形：自发形成封闭多面体2、晶面角守恒：P223、有固定熔点：P224

5、、各向异性：同一晶体不同方向的性质不同思考题：非晶体呢？15晶体的性质1.有一定的几何形状（自限性或自范性）晶体具有自发地形成规则的几何外形的特性。食盐石英方解石非晶体（无定形体）—没有一定的几何外形如玻璃、松香、石蜡162.有固定的熔点tT晶体非晶体此方法可区别晶体与非晶体17晶体与非晶性质不同的原因晶体内部的微粒的排布是有序的，在不同方向按确定的规律重复性地排列，造成晶体的各向异性。非晶体内部微粒的排列是无序的、不规律的。石英晶体石英玻璃182.1.3非晶态与晶态的转化1、亚稳态热力学观点：玻璃不是最低

6、能量状态，有向晶体转变的趋势—不稳定；动力学观点：内能差别较小（速度慢）—亚稳存在。2、非晶态材料的稳定性（P83）例SiO2，液体→石英晶体：△H=-860kJ/mol液体→石英玻璃：△H=-848kJ/mol193、非晶态材料的转化1）结构松弛—非晶态向能量较低的另一种非晶亚稳态的转变过程。特点：不结晶，但能量有所降低，结构有所调整，并伴随性能的变化和稳定。2）部分晶化—例微晶玻璃3）结晶（晶化）—向能量最低的晶态转化。202.2晶体材料的微观结构21描述晶体结构的物理量点阵分类：分布在同一直线上的叫直

7、线点阵;分布在同一平面的叫平面点阵；分布在三维空间的叫空间点阵。22布拉菲点阵与晶系格子的结点：点阵结构点阵的质点：原子、分子、离子、原子团每个结点有完全相同的周围环境23NaCl的晶体结构晶体的晶胞参数晶胞参数a、b、cα、β、γ24晶胞和晶格从一个空间点阵结构中一定可以划出一个平行六面体，这一平行六面体称为晶胞。晶胞由晶体空间点阵中3个不共面的单位矢量a，b，c所规定，其大小形状用晶胞参数a，b，c，α,β,γ表示。空间点阵按照确定的平行六面体单位划分后，称为晶格。晶格中的一个晶胞晶格是晶胞在三维空间中

8、的堆积25晶体结构＝点阵+结构基元基元点阵图26基元：周期性排列构成晶体的最小原子（分子或离子）基团，称为该晶体的基本结构单元，简称基元。布拉菲格子（点阵）晶体一定具有平移周期性。在每个基元里找一个点，使他们具备完全相同的物理、化学和几何环境，即等同点。27基矢和元胞基矢a1,a2,a3：（1）起点，终点必须落在阵点上。（2）a1,a2,a3不共面。（3）基矢上不能有阵点。任何一个阵点的位置矢量都可以写为：Rm=