材料化學導論Chapter2

1、7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter217/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter22化學組成化學組成組織結構組織結構材料性能材料性能合成合成與與加工加工7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter232.1 2.1 概述概述 2.2 2.2 晶體與非晶體晶體與非晶體 2.3 2.3 晶體的結構與性能晶體的結構與性能 2.4 2.4 晶體缺陷及其對性能的影響晶體缺陷及其對性能的影響 2.5 2.5 非晶態(tài)材料的結構與性能非晶態(tài)材料的結構與性能JJJJJ7

2、/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter242.1 概述概述2.1.1 材料組元的結合形式材料組元的結合形式2.1.2 材料的結構基礎材料的結構基礎2.1.3 材料性能簡介材料性能簡介JJJ7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter252.1 概述概述2.1.1 材料組元的結合形式材料組元的結合形式2.1.1.1 基本概念基本概念組組元元組成材料最基本、組成材料最基本、獨立的物質獨立的物質相相材料中具有同一化材料中具有同一化學成分并且結構相學成分并且結構相同的均勻部分同的均勻部分組織組織材料內部的材料內

3、部的微觀形貌微觀形貌7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter26phaseatom 組織是材料性能的組織是材料性能的決定性因素決定性因素Relation of component，phase and textureFigure 2-1chemical elementchemical substancemoleculecomponenttexturesimplex texturemultiple texture7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2720 nm 20 nmSi (111) 7 7

4、surface7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter28Photonic Crystal7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter291D Photonic Crystal3D Photonic Crystal2D Photonic Crystal7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter210溶液溶液2.1.1.2 Solid solution（1）定義）定義7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter211

5、Solvent 溶劑溶劑Solute溶質溶質 一個（或幾個）一個（或幾個） 組元的原子（化合物）組元的原子（化合物）溶入另一個組元的晶格溶入另一個組元的晶格中，而仍保持另一組元中，而仍保持另一組元的晶格類型的固態(tài)晶體。的晶格類型的固態(tài)晶體。固溶體固溶體7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter212 溶質和溶劑原子占據一個共溶質和溶劑原子占據一個共同的晶體點陣，點陣類型和溶劑同的晶體點陣，點陣類型和溶劑的點陣類型相同的點陣類型相同。 有一定的成分范圍有一定的成分范圍 具有比較明顯的金屬性質具有比較明顯的金屬性質（2） 基本基本 特征特征solid

6、solubility結合鍵主要是金屬鍵7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter213按溶質原子在按溶質原子在點陣中的位置點陣中的位置Substitutional solid solutionInterstitial solid solution （3）分類）分類按各組元原子按各組元原子分布的規(guī)律性分布的規(guī)律性 Disordered solid solutionOrdered solid solution按固溶度按固溶度Finite solid solutionInfinite solid solution 7/5/2022Chemistry of

7、 Materials 2004, Chapter214A A、置換型固溶體、置換型固溶體由溶質原子代替由溶質原子代替一部分溶劑原子而占據著溶劑晶格某些一部分溶劑原子而占據著溶劑晶格某些結點位置所組成。結點位置所組成。 7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter215結構結構Ni : 1s22s22p63s23p63d84s2Cu: 1s22s22p63s23p63d94s2半徑半徑Ni ：0.1246nmCu：0.1278nm 7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter216MgOMgO的結構中的結構中

8、MgMg2+2+離子被離子被FeFe2+2+離子所取代。離子所取代。條件：條件：1. 1. 半徑相近半徑相近 2. 2. 電荷數相同電荷數相同CaCa2+2+能取代能取代MgMg2+2+嗎？嗎？ LiLi+ + 能取代能取代MgMg2+2+嗎？嗎？Ionic solid solution7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2177/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter218晶格結構的空隙越大，晶格結構的空隙越大，越有利于形成固溶體。越有利于形成固溶體。形成填隙型固溶體的次序？形成填隙型固溶體的次

9、序？片沸石、片沸石、CaF2、TiO2、MgO 為什么高溫下碳易于填入鐵晶格的空隙？為什么高溫下碳易于填入鐵晶格的空隙？7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter219確定固溶體的點陣類型和點陣常數，確定固溶體的點陣類型和點陣常數，由此推出一個晶胞內的原子數由此推出一個晶胞內的原子數n n 和晶胞體積和晶胞體積V V利用利用X X射線衍射射線衍射或電子衍射或電子衍射 置換型還是填隙型？置換型還是填隙型？根據該固溶體的平均原子量根據該固溶體的平均原子量A A及阿弗及阿弗伽德羅常數伽德羅常數N NA A即可算出固溶體的理論密度即可算出固溶體的理論密度

10、c通過實驗直接測出該固溶體的實際密度通過實驗直接測出該固溶體的實際密度 eAcNV 比較比較 和和 ec 若若 ：缺位式：缺位式eeeccc7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter220在熱力學處于在熱力學處于平衡狀態(tài)的平衡狀態(tài)的固溶體中，固溶體中，溶質原子的分布溶質原子的分布宏觀上是宏觀上是均勻的。均勻的。C C、無序固溶體、無序固溶體各組元原子的分布各組元原子的分布是隨機的。是隨機的。7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter221D D、有序固溶體、有序固溶體組元原子在晶體點陣組元原子在晶體點陣

11、中不是隨機分布的，而是出現某種傾向性中不是隨機分布的，而是出現某種傾向性排列，如異類原子互相吸引形成有規(guī)則的排列，如異類原子互相吸引形成有規(guī)則的排列結構。排列結構。Ordering固溶體的有序化固溶體的有序化7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter222鐵鐵鉻、鐵鉻、鐵銅、鐵銅、鐵鎳鎳F F、有限固溶體、有限固溶體固溶度小于固溶度小于100%100%。E E、無限固溶體（又稱連續(xù)固溶體）、無限固溶體（又稱連續(xù)固溶體）是由兩個（或多個）晶體結構相同的是由兩個（或多個）晶體結構相同的組元形成的，任一組元的成分范圍均為組元形成的，任一組元的成分范圍均為

12、0 0100%100%。銅銅鋅、銅鋅、銅錫錫7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter223無限置換固溶體中兩組元素原子置換無限置換固溶體中兩組元素原子置換 7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter224 固溶強化固溶強化 溶質原子的溶入，溶質原子的溶入， 使固溶體的強度、使固溶體的強度、 硬度升高硬度升高 。（4）應用）應用碳原子溶入碳原子溶入 -Fe 硅原子溶入硅原子溶入 -Fe 7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter225石英和云母石英和云母2.

13、1.1.3 Aggregate純金屬和合金純金屬和合金聚集體聚集體由無數的原子或晶粒聚集由無數的原子或晶粒聚集而成的固體。而成的固體。 7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2262.1.1.4 Composite復合體復合體 由兩種或兩種以上的不由兩種或兩種以上的不同材料通過一定的方式復合同材料通過一定的方式復合而構成的新型材料，各相之而構成的新型材料，各相之間存在著明顯的界面。間存在著明顯的界面。 7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter227骨骼骨骼天然的納米復合材料天然的納米復合材料7/5

14、/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter228特點特點保持各相的固有特性；保持各相的固有特性；各相原有特性的強化（協同效應）；各相原有特性的強化（協同效應）；賦予單一材料所不具備的特殊性能。賦予單一材料所不具備的特殊性能。 J7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2292.1.2 The Structure of Materials宏觀組織結構宏觀組織結構亞微觀組織結構亞微觀組織結構微觀結構微觀結構7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter230應用角度應用

15、角度2.1.2.1 材料結構的重要性材料結構的重要性 理論角度理論角度 材料科學中最基本、最重要的知識。材料科學中最基本、最重要的知識。7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter231鉆石薄膜在放大鉆石薄膜在放大10001000倍下顯示的亞微觀結構倍下顯示的亞微觀結構7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter232Fe原子在原子在Cu基板上原子像基板上原子像( (IBM) )7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter233Co原子在原子在Pt基板上原子像基板

16、上原子像( (IBM) )7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter234Xe原子在原子在Ni基板上原子像基板上原子像( (IBM) )7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2352.1.2.2 材料中的化學鍵合材料中的化學鍵合Metallic bondIonic bondCovalent bondHydrogen bondVan der Waals bond7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter236（1）Metallic bond7/5/2022

17、Chemistry of Materials 2004, Chapter237高導電率和高導熱率高導電率和高導熱率 不透明性不透明性 金屬表面的高反射性金屬表面的高反射性 延展性延展性 金屬鍵的金屬鍵的特點特點金屬的特性金屬的特性電子的離域性電子的離域性鍵的球對稱性質鍵的球對稱性質7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter238（2）Ionic bond離子鍵的離子鍵的特點特點飽和性和無定向性飽和性和無定向性 離子化合物的特性離子化合物的特性配位數高、堆積致密配位數高、堆積致密 本質上可以歸結于靜電引力本質上可以歸結于靜電引力7/5/2022Che

18、mistry of Materials 2004, Chapter239氯化鈉的離子鍵氯化鈉的離子鍵7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter240離子鍵的形成離子鍵的形成7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2417/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter242離子鍵離子鍵CsCl結構示意圖結構示意圖7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter243庫侖引力與離子間距離的關系庫侖引力與離子間距離的關系7/5/

19、2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2447/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter245（3）Covalent bond兩個原子共有最外殼層電子的鍵合兩個原子共有最外殼層電子的鍵合共價鍵的特點共價鍵的特點 方向性和飽和性方向性和飽和性 共價鍵晶體的特性共價鍵晶體的特性 很高的熔點和硬度很高的熔點和硬度 良好的光學特性良好的光學特性 不良的導電性不良的導電性7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2467/5/2022Chemistry of Materia

20、ls 2004, Chapter247金剛石中的共價鍵金剛石中的共價鍵7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter248甲烷的電子層結構甲烷的電子層結構7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter249（4）Hydrogen bond兩個條件兩個條件 分子中必須含氫分子中必須含氫另一個元素必須是顯著的非金另一個元素必須是顯著的非金屬元素屬元素 有方向性有方向性7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter250水分子之間的氫鍵水分子之間的氫鍵7/5/2022Chem

21、istry of Materials 2004, Chapter251（5）Van der Waals bond 電中性的分子電中性的分子之間的長程作用力之間的長程作用力 Johannes Diderik Van der Waals 1837 1923The Nobel Prize in Physics 1910“for his work on the equation of state for gases and liquids”7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter252氬原子間的氬原子間的范德華鍵形成示意圖范德華鍵形成示意圖7/5/202

22、2Chemistry of Materials 2004, Chapter253碘晶體結構示意圖碘晶體結構示意圖7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter254范德華鍵范德華鍵范德華鍵范德華鍵分子鏈受力滑動分子鏈受力滑動聚氯乙烯聚氯乙烯分子間的范德華鍵分子間的范德華鍵7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter255（5）Comparison物理鍵物理鍵化學鍵化學鍵離子鍵離子鍵共價鍵共價鍵金屬鍵金屬鍵范德華鍵范德華鍵氫鍵氫鍵7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chap

23、ter256表表 2-1. 各種結合鍵主要特點比較各種結合鍵主要特點比較類類 型型作用力來源作用力來源鍵合鍵合 強弱強弱形成晶體的特點形成晶體的特點離子鍵離子鍵原子得、失電子后形原子得、失電子后形成負、正離子，正負成負、正離子，正負離子間的庫侖引力離子間的庫侖引力最強最強無方向性鍵、高配位數、高熔無方向性鍵、高配位數、高熔點、高強度、高硬度、低膨脹點、高強度、高硬度、低膨脹系數、塑性較差、固態(tài)不導電、系數、塑性較差、固態(tài)不導電、熔態(tài)離子導電熔態(tài)離子導電共價鍵共價鍵相鄰原子價電子各處相鄰原子價電子各處于相反的自旋狀態(tài)，于相反的自旋狀態(tài)，原子核間的庫侖引力原子核間的庫侖引力強強有方向性鍵、低配位數

24、、高熔有方向性鍵、低配位數、高熔點、高強度、高硬度、低膨脹點、高強度、高硬度、低膨脹系數、塑性較差、在熔態(tài)也不系數、塑性較差、在熔態(tài)也不導電導電金屬鍵金屬鍵自由電子氣與正離子自由電子氣與正離子實之間的庫侖引力實之間的庫侖引力較強較強無方向性鍵、結構密堆、配位無方向性鍵、結構密堆、配位數高、塑性較好、有光澤、良數高、塑性較好、有光澤、良好的導熱、導電性好的導熱、導電性范德華范德華鍵鍵原子間瞬時電偶極矩原子間瞬時電偶極矩的感應作用的感應作用最弱最弱無方向性鍵、結構密堆、高熔無方向性鍵、結構密堆、高熔點、絕緣點、絕緣氫鍵氫鍵氫原子核與極性分子氫原子核與極性分子間的庫侖引力間的庫侖引力弱弱7/5/20

25、22Chemistry of Materials 2004, Chapter257實際材料中的結合鍵實際材料中的結合鍵7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter258原子能夠結合為晶體的根本原因，原子能夠結合為晶體的根本原因，是原子或分子結合起來后，體系的能量是原子或分子結合起來后，體系的能量可以降低，可以降低，即在分散的原子結合成晶體過程中，即在分散的原子結合成晶體過程中，會有一定的能量釋放出來。會有一定的能量釋放出來。 Binding Energy 結合能結合能晶體的結合能晶體的結合能等于它的升華熱等于它的升華熱 7/5/2022Chemist

26、ry of Materials 2004, Chapter259Attractive forcem mr ra af f 引Repulsive forcen nr rb bf f 斥式中式中a，b，m，n均為常數，其中均為常數，其中m n n nm mr rb br ra af ff ff f 斥引總凈作用力凈作用力原子間原子間7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter260E-r和和f-r曲線曲線 J7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2612.1.3 Property of Materials

27、2.1.3.1 各類材料的一般特性各類材料的一般特性 Figure 2-2 General Characters of Materials7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter262溶蝕性溶蝕性耐腐蝕性耐腐蝕性抗?jié)B透性抗?jié)B透性抗氧化性抗氧化性2.1.3.2 Chemical Performance材料抵抗各種介質作用的能力材料抵抗各種介質作用的能力化學穩(wěn)定性化學穩(wěn)定性7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter263氧化物成核氧化物成核 生長生長氧溶解氧溶解氧化膜生長氧化膜生長內氧化內氧化縫隙縫隙孔洞

28、孔洞微裂紋微裂紋宏觀裂紋宏觀裂紋吸附吸附A. 化學腐蝕化學腐蝕（1）金屬材料）金屬材料的化學穩(wěn)定性的化學穩(wěn)定性金屬氧化反應的金屬氧化反應的主要過程示意圖主要過程示意圖7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter264SO2氣體對鐵的侵蝕過程氣體對鐵的侵蝕過程B. 電化學腐蝕電化學腐蝕7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter265海水對金屬的侵蝕示意圖海水對金屬的侵蝕示意圖7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter266A. 材斜的化學成分和礦物組成材斜的化學

29、成分和礦物組成（2）無機非金屬材料的化學穩(wěn)定性）無機非金屬材料的化學穩(wěn)定性耐酸材料耐酸材料 以酸性氧化物以酸性氧化物SiO2為主為主耐耐堿堿材材料料 含有大量堿性氧化物含有大量堿性氧化物如如CaO、MgO7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter267B.材料孔隙和結構材料孔隙和結構結晶的二氧化硅（石英）結晶的二氧化硅（石英）和和無定形二氧化硅（普通玻璃）無定形二氧化硅（普通玻璃）C.腐蝕介質腐蝕介質7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter268化學穩(wěn)定性好，耐酸耐堿化學穩(wěn)定性好，耐酸耐堿（3）高分子

30、材料的化學穩(wěn)定性）高分子材料的化學穩(wěn)定性主鏈原子以共價鍵結合主鏈原子以共價鍵結合長分子鏈對反應基團的保護長分子鏈對反應基團的保護電絕緣性，無電化學腐蝕電絕緣性，無電化學腐蝕7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2692.1.3.3 Mechanical Property材料受外力作用時的變形行為材料受外力作用時的變形行為及其抵抗破壞的能力及其抵抗破壞的能力（1）Intensity and Plasticity7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter270樣品拉伸實驗示意圖樣品拉伸實驗示意圖7/5/

31、2022Chemistry of Materials 2004, Chapter271沖擊實驗裝置沖擊實驗裝置7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter272（2）硬度）硬度（3）斷裂與韌性）斷裂與韌性脆性斷裂和韌性斷裂脆性斷裂和韌性斷裂（4）疲勞特性與耐磨性）疲勞特性與耐磨性材料抵抗其他較硬物體材料抵抗其他較硬物體壓入表面的能力壓入表面的能力7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter273Heat CapacitydTdQC Thermal Expansion2.1.3.4 Thermal Prope

32、rty7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter274勢能一原子間距離曲線勢能一原子間距離曲線實際的實際的假想的假想的7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter275熱傳導熱傳導耐熱性耐熱性由材料熔由材料熔融或分解融或分解所需溫度所需溫度的高低反的高低反映出來映出來7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter276（1）Electrical Conductivity金屬：導體、半導體（半導體金屬砷、碲等）金屬：導體、半導體（半導體金屬砷、碲等）陶瓷：絕緣體、半

33、導體陶瓷：絕緣體、半導體高分子材料：絕緣體、半導體、導體高分子材料：絕緣體、半導體、導體其它：硅、鍺（半導體），石墨（導體）其它：硅、鍺（半導體），石墨（導體）2.1.3.5 Electrical Property7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter277電導率電導率/ Sm-17/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter278氧氧化物化物超導體超導體YBa2Cu3O7：92 KBi2Sr2Ca2Cu3O10：110 KTl2Ba2 Ca2Cu3O10：125 KHgBa2Cu2O8：153 K 7

34、/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter279（2）Dielectric Property 介電性質介電性質表表 2-2. 某些介電材料的性能某些介電材料的性能7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2807/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter281（3）Ferroelectricity 鐵電性鐵電性鐵電滯后現象鐵電滯后現象溫度對介電常數的影響溫度對介電常數的影響7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2

35、82BaTiO3 PbTiO3PbZrO3 NH4H2PO4（4）Piezoelectricity 壓電性壓電性外力外力 極化極化 電場電場7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2832.1.3.6 Optical Property表表 2-3. 光的反射、吸收和透過的特征光的反射、吸收和透過的特征7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter284磁磁化化曲曲線線2.1.3.7 Magnetic PropertyJ7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter

36、285非晶體非晶體2.2 晶體與非晶體晶體與非晶體2.2.1 結構和特點結構和特點2.2.1.1 晶體與非晶體的結構和特點晶體與非晶體的結構和特點固態(tài)物質固態(tài)物質原子或分子原子或分子聚集狀態(tài)聚集狀態(tài)不同不同 晶體晶體7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter286長程長程有序有序（1）晶體）晶體（2）非晶體）非晶體原子或原子團、離子或分子原子或原子團、離子或分子在空按一定規(guī)律呈周期性地在空按一定規(guī)律呈周期性地排列構成排列構成原子、分子或離子無原子、分子或離子無規(guī)則地堆積在一起所規(guī)則地堆積在一起所形成形成長程無序長程無序短程有序短程有序7/5/202

37、2Chemistry of Materials 2004, Chapter287（3）Comparison方石英方石英石英玻璃石英玻璃石英凝膠石英凝膠2()衍射強度衍射強度Curve of X-ray Diffraction7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2882.2.1.2 晶界晶界 Grain Boundary 多晶由許多取向不同的晶粒組成多晶由許多取向不同的晶粒組成兩個晶粒相遇時產生的界面稱為晶界兩個晶粒相遇時產生的界面稱為晶界多晶多晶 由單晶組成的聚集體由單晶組成的聚集體單晶單晶 只有一塊結構均勻的大晶體構成的固體只有一塊結構均勻

38、的大晶體構成的固體7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter289多晶材料的光學顯微組織多晶材料的光學顯微組織7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter290多晶鉛碇多晶鉛碇7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2912.2.2 TransformationJ晶態(tài)晶態(tài)非晶態(tài)非晶態(tài)7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2922.3 晶體的結構與性能晶體的結構與性能2.3.1 晶體結構基礎晶體結構基礎 2.3

39、.2 金屬和無機非金屬材料金屬和無機非金屬材料 的晶體結構的晶體結構2.3.3 晶體材料的結構晶體材料的結構 與物理性能與物理性能JJJ7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2932.3 晶體的結構與性能晶體的結構與性能多孔多孔Al2O3多晶多晶 Al2O3單晶單晶 纖維纖維Al2O3多晶多晶 立方氮化硼立方氮化硼六方六方氮化硼氮化硼7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2942.3.1 Crystal Structure 2.3.1.1 Lattice & Crystal System 空間點

40、陣空間點陣Space Lattice點陣點點陣點7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter295晶格晶格Crystal Lattice三維空間點陣三維空間點陣7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter296空間點陣和實際晶體結構之間的關系空間點陣和實際晶體結構之間的關系7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter297a、b、c : 確定晶胞大小確定晶胞大小 、 、 : 確定晶胞形狀確定晶胞形狀晶格常數晶格常數晶胞晶胞Unit Cell7/5/2022Chem

41、istry of Materials 2004, Chapter298表表 2-4. 7種晶系和種晶系和14種點陣類型種點陣類型Crystal System點陣參數間的關系點陣參數間的關系Lattice typeCubica=b=c, = = =90P、I、FTetragonala=b c, = = =90P、IHexaganola=b c, = =90, =120 PRhombohedral a=b=c, = = 90P、(R)Orthorhombic a b c, = = =90P、C、I、FMonoclinica b c, = =90, 90P、CTriclinica b c, 90P7

42、/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2992.3.1.2 Crystal Symmetry晶系晶系特征對稱元素特征對稱元素立方立方4 4個個3 3次軸次軸六方六方1 1個個6 6次軸次軸四方四方1 1個個4 4次軸次軸三方三方1 1個個3 3次軸次軸正交正交3 3個互相垂直個互相垂直2 2次軸，次軸，或或2 2個互相垂直對稱面?zhèn)€互相垂直對稱面單斜單斜1 1個個2 2次軸，或次軸，或1 1個對稱面?zhèn)€對稱面三斜三斜無無表表 2-5. 7大晶系及其特征對稱元素大晶系及其特征對稱元素J7/5/2022Chemistry of Materials 200

43、4, Chapter21002.3.2 The Structure of Materials金屬金屬陶瓷陶瓷玻璃玻璃瀝青瀝青塑料塑料液晶液晶7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2101金屬材料金屬材料2.3.2.1 Metallic Crystal Materials合合 金金多晶體、固溶體、多晶體、固溶體、金屬間化合物、中間相等金屬間化合物、中間相等金屬單質金屬單質金屬晶體金屬晶體7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2102金屬晶體的結構金屬晶體的結構Coordination Number

44、Atomic Packing Factor 單位晶胞體積單位晶胞體積單位晶胞內原子體積單位晶胞內原子體積原子堆積系數原子堆積系數 7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2103（1）bcc body-centered cubic structure堿金屬、堿金屬、-Fe 、難熔金屬難熔金屬（V，Nb，Ta，Cr，Mo，W）等等7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2104a ：晶格單位長度：晶格單位長度R ：原子半徑：原子半徑R Ra aa aR R3434 68. 0)3/4()3/4(2)3

45、/4(23333bcc R RR Ra aR R 單位晶胞原子數單位晶胞原子數 n n =2=27/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2105（2）fcc face-centered cubic structureAl，Ni，Pb，Pd，Pt，貴金屬貴金屬以及以及奧氏體不銹鋼等奧氏體不銹鋼等 7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2106R Ra aa aR R2424 n n =4=474. 0)2/4()3/4(4)3/4(43333fcc R RR Ra aR R 7/5/2022Chem

46、istry of Materials 2004, Chapter2107（3）hcp hexagonal close-packed structure-Ti，-Co，-Zr，Zn，Mg 等等 7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2108R Ra aa ac c238 n n =6=674. 0)3(3812)3/4(6)2321(6)3/4(633hcp R RR RR RR Ra aa ac cR R 7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2109表表 2-6. 常見晶體結構的幾何參數常見晶

47、體結構的幾何參數StructureCNnbcc820.68fcc1240.74hcp1260.747/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter21102.3.2.2 Inorganic Nonmetallic Crystal Materials（1）Diamond Type StructureDiamond7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2111Graphite7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2112C607/5/2022Chemistry

48、 of Materials 2004, Chapter2113正二十面體正二十面體32面體面體7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2114（2）Silicate Structure7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2115多面體的排列方式多面體的排列方式7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2116硅酸鹽結構類型硅酸鹽結構類型島狀島狀 鏈狀鏈狀 層狀層狀 網絡狀網絡狀 7/5/2022Chemistry of Materials 2004,

49、 Chapter2117鎂橄欖石鎂橄欖石(Mg2SiO4)的的理想結構理想結構島狀結構島狀結構A、簡單硅酸鹽簡單硅酸鹽7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2118含成對有限硅氧團和環(huán)狀有限硅氧團的硅酸鹽含成對有限硅氧團和環(huán)狀有限硅氧團的硅酸鹽 7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2119B、鏈狀結構鏈狀結構(SiO3)n2n-(Si4O11)n6n-7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2120C、層層狀結構狀結構滑石滑石葉蠟石葉蠟石7/5/

50、2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2121石英結構石英結構D、網狀結構網狀結構J7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2122Gemstones ScapoliteTourmaline7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter21232.3.3 晶體材料的結構與物理性能晶體材料的結構與物理性能（1）均勻性均勻性（2）各向異性各向異性（3）自發(fā)地形成多面體外形自發(fā)地形成多面體外形（4）晶體具有明顯確定的熔點晶體具有明顯確定的熔點周期性周期性7/5/2022

51、Chemistry of Materials 2004, Chapter2124（5）晶體的對稱性晶體的對稱性 石英晶體的石英晶體的形狀與對稱元素形狀與對稱元素7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2125BaTiO3晶體結構晶體結構7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2126J（6）晶體對晶體對X X射線的衍射射線的衍射 晶體晶體透過透過( (絕大部分絕大部分) ) 非散射能量轉化非散射能量轉化 散射散射7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter

52、21272.4 晶體缺陷及其對性能的影響晶體缺陷及其對性能的影響2.4.1 缺陷的分類缺陷的分類2.4.2 缺陷對晶體性質的影響缺陷對晶體性質的影響 2.4.3 非整比化合物非整比化合物 JJJ7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter21282.4 晶體缺陷及其對性能的影響晶體缺陷及其對性能的影響7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2129平移對稱性的破壞平移對稱性的破壞平移對稱性示意圖平移對稱性示意圖7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter213

53、0點缺陷點缺陷結構缺陷結構缺陷( (本征缺陷本征缺陷) )線缺陷線缺陷體缺陷體缺陷面缺陷面缺陷2.4.1 缺陷的分類缺陷的分類7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter21312.4.1.1 Point Defect（1）概念）概念7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2132電子電子空穴空穴電子性缺陷電子性缺陷 空位空位間隙原子間隙原子位錯原子或離子位錯原子或離子外來原子或離子外來原子或離子原子或離子缺陷原子或離子缺陷 7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Ch

54、apter2133肖特基缺陷肖特基缺陷弗侖克爾缺陷弗侖克爾缺陷7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2134NaClAgBr肖特基缺陷肖特基缺陷 or 弗侖克爾缺陷弗侖克爾缺陷 ?陰陽離子半徑差異陰陽離子半徑差異7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2135空位的遷移空位的遷移空位的復合空位的復合7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2136（2）成因）成因熱致缺陷熱致缺陷 摻雜造成缺陷摻雜造成缺陷 與環(huán)境介質交換引起缺陷與環(huán)境介質交換引起缺陷 外部作用引起缺陷外部作用引起缺陷 7/5/2022Chemistry of Materials 2004, Chapter2137晶體滑移示意圖晶體滑移示意圖2.4.1.2 Dislocation7/5/2022Chemistry of Material