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1、材料化学材料化学的理论基础材料化学的学科前沿和理论基础是固体化学固体化学是研究固体物质的制备、组成、结构和性质的科学固体化学也是化学学科的发展向材料科学延伸并与之相结合而形成的交叉学科固体化学固体物理材料工程学现代固体科学和技术解决新材料的科学技术问题1材料化学材料化学的理论基础固体——晶体和非晶体晶体材料的微观结构晶体的能带理论缺陷和非整比化合物非晶态结构的几何特征相图和相图化学固态相变聚合物的结构特征2材料化学材料化学的理论基础1.固体——晶体和非晶体1.1固体性和流动性•固体类型：晶体和非晶体基本属性：固体中的原子都处于完全确定的
2、平衡位置附近,围绕平衡位置作振动特征：结构稳定,不流动,有确定的形状和体积性质：具有弹性硬度来反抗切应力3材料化学材料化学的理论基础组成:宏观上，连续刚体微观上，由分立的原子组成固体是一个很复杂的客体，每一立方米中包含有1029个原子和更多的电子，而且它们之间的相互作用相当强烈。固体的宏观性质（如硬度、解理性、熔点等）就是如此大量的粒子之间的相互作用和集体运动的表现。原子和电子，其相互作用集中反映在化学键上4材料化学材料化学的理论基础晶体和非晶体的划分按固体材料组成原子排列的不同划分（1）非晶体结构特点:长程无序、短程有序状态:热力学亚
3、稳态非晶态材料:大量具有某种程度变形的短程有序的结构单元的无序堆积。非晶体材料特征：长程无序而短程有序5材料化学材料化学的理论基础（2）晶体原子的平衡位置形成一个平移的周期阵列，这种原子的位置显示出长程序（3）晶体和非晶体的共同特征具有高度短程有序，由化学键共同维持固体•流体:气体和液体统称为流体。原子可以自由地作长距离的不停的平移运动，即具有流动性。6材料化学材料化学的理论基础1.2晶体的宏观性质•规则的几何外形晶体具有规则的几何外形晶体的共性:具有自发地形成封闭的几何多面体外形的能力规则的几何多面体外形表明晶体内部结构是规则的影响晶
4、体结晶形貌的因素晶体结构本身,晶体生长时的物理及化学条件7材料化学材料化学的理论基础•晶面角守恒晶面:在适当条件下,晶体能自发地发展成为一个凸多面体的单晶体,围成这样一个多面体的面晶面角:晶面间的夹角石英晶体的不同样品,a,c晶面间夹角总是113o08′,b,c晶面夹角总是120o00′.8晶面角守恒定律属于同一晶种的晶体,两个对应晶面间的夹角恒定不变定律表明:同一种晶体,其内部结构的规律性是相同的.晶面角才是晶体外形的特征因素材料化学材料化学的理论基础9材料化学材料化学的理论基础•有固定的熔点溶解时温度随时间的变化曲线A—晶体；B—非
5、晶体熔化过程是晶体长程序解体的过程，破坏长程序所需的能量就是平常说的熔解热，所以晶体具有一定的熔点，表明晶体内部结构的规则性是长程序的。10材料化学材料化学的理论基础•物理性质的各向异性晶体是各向异性的,非晶体是各向同性的.各向异性是指同一晶体在不同的方向上具有不同的性质如:云母和方解石,它们都具有完好的解理性,受力后都是沿着一定方向裂开.晶体的各向异性表明晶体内部结构的规则性在不同方向上是不一样的11材料化学材料化学的理论基础1.3非晶态与晶态间的转化给定组分的非晶态比相应的晶态有更高的能量.熔点以下取吉布斯自由能为小的状态吉布斯自由
6、能高亚稳状态T中间步骤有突变特征,复杂过程动力学上,晶状基态往往难以达到,实际上非晶态一旦形成就能够保持无限长的时间如:金刚石和石墨12材料化学材料化学的理论基础晶态向非晶态转化的方法•机械能——研磨，破碎•冲击波•自然界中的强烈冲击作用13材料化学材料化学的理论基础2.晶体材料的微观结构2.1空间点阵晶体内的原子、离子、分子在三维空间作规则排列，即相同的部分具有直线周期平移的特点。14材料化学材料化学的理论基础空间点阵学说一个理想晶体是由全同的称作基元的结构单元在空间无限重复而构成。基元可以是原子、离子、分子，晶体中的所有基元是等同的
7、，即它们的组成、位形和取向都是相同的。因此，晶体的内部结构可抽象为由一些相同的几何点在空间作周期性的无限分布，几何点代表基元的某个相同位置，点的总体就称作空间点阵，简称点阵。15材料化学材料化学的理论基础••••••••••••••••点阵空间点阵是实际晶体结构的数学抽象,是一种空间几何构图.它突出了晶体结构中微粒排列的周期性的基本特点。构成晶体的物理实体——微粒，与点阵结合才能成为晶体。点阵＋基元＝晶体结构16材料化学材料化学的理论基础（a）(b)点阵图图（a）表示含有两个原子的基元，图（b）中黑点组成点阵，黑点称作阵点每个黑点上安置
8、上具体的基元，就得到了晶体结构17材料化学材料化学的理论基础点阵是一种数学抽象,用来概括晶体结构的周期性。整个晶体结构可看作由代表基元的点沿空间三个不同的方向，按一定的距离周期性地平移而构成。因此空间点阵是
