材料科學(xué)基礎(chǔ)課件

1、寫(xiě)在前面寫(xiě)在前面 本本PPT中列出的知識(shí)點(diǎn)都很重要中列出的知識(shí)點(diǎn)都很重要 紅色標(biāo)出的是特別重要的紅色標(biāo)出的是特別重要的 本本PPT作為教案的配合材料，較之作為教案的配合材料，較之教案更為精簡(jiǎn)教案更為精簡(jiǎn)第一章第一章 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 1-1晶體學(xué)基礎(chǔ)晶體學(xué)基礎(chǔ) 1-2晶體化學(xué)基本原理晶體化學(xué)基本原理 1-3典型晶體結(jié)構(gòu)典型晶體結(jié)構(gòu)1-1晶體學(xué)基礎(chǔ)晶體學(xué)基礎(chǔ) 材料性能決定因素：內(nèi)部微觀構(gòu)造。材料性能決定因素：內(nèi)部微觀構(gòu)造。 固態(tài)材料分類(lèi)：晶體與非晶體固態(tài)材料分類(lèi)：晶體與非晶體 要關(guān)注二者的區(qū)別要關(guān)注二者的區(qū)別 掌握材料性能，不根據(jù)外觀，必需從原掌握材料性能，不根據(jù)外觀，必需從原子排列情況確定子排

2、列情況確定 1-1晶體學(xué)基礎(chǔ)晶體學(xué)基礎(chǔ)一、空間點(diǎn)陣一、空間點(diǎn)陣 空間點(diǎn)陣和晶胞的概念空間點(diǎn)陣和晶胞的概念 晶胞的描述方法晶胞的描述方法 7種晶系、種晶系、14種布拉菲點(diǎn)陣、晶族的概種布拉菲點(diǎn)陣、晶族的概念念 關(guān)注關(guān)注晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣區(qū)別與關(guān)聯(lián)晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣區(qū)別與關(guān)聯(lián) 1-1晶體學(xué)基礎(chǔ)晶體學(xué)基礎(chǔ)二、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)二、晶向指數(shù)和晶面指數(shù) 晶向、晶面、晶向指數(shù)、晶面指數(shù)、晶向族、晶向、晶面、晶向指數(shù)、晶面指數(shù)、晶向族、晶面族的概念晶面族的概念 關(guān)注關(guān)注六方晶系按兩種晶軸系所得指數(shù)的轉(zhuǎn)換：六方晶系按兩種晶軸系所得指數(shù)的轉(zhuǎn)換： 從從(hkil)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成(hkl)：去掉：去掉i即可，反之：加

3、上即可，反之：加上i= -(h+k) UVW與與uvtw間互換關(guān)系間互換關(guān)系: :U=u-t， V=v-t， W=w；u=(2U-V)， v=(2V-U)， t= -(u+v)， w=W 1-1晶體學(xué)基礎(chǔ)晶體學(xué)基礎(chǔ)二、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)二、晶向指數(shù)和晶面指數(shù) 晶帶與晶帶軸的概念晶帶與晶帶軸的概念 關(guān)注關(guān)注 1、晶帶軸、晶帶軸uvw與該晶帶的晶面與該晶帶的晶面(hkl)之之間的關(guān)系：間的關(guān)系：hu+kv+lw=0 2、任兩個(gè)不平行晶面的晶帶軸：、任兩個(gè)不平行晶面的晶帶軸：(h1k1l1)和和(h2k2l2) 則有則有u=k1l2-k2l1， v=l1h2-l2h1， w=h1k2-h2k11-1

4、晶體學(xué)基礎(chǔ)晶體學(xué)基礎(chǔ)二、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)二、晶向指數(shù)和晶面指數(shù) 晶面間距的概念、特點(diǎn)晶面間距的概念、特點(diǎn) 關(guān)注關(guān)注晶面間距的計(jì)算晶面間距的計(jì)算正交晶系面間距計(jì)算式：正交晶系面間距計(jì)算式：立方晶系面間距計(jì)算式：立方晶系面間距計(jì)算式：注意：以上對(duì)簡(jiǎn)單晶胞而言；復(fù)雜晶胞應(yīng)考慮層注意：以上對(duì)簡(jiǎn)單晶胞而言；復(fù)雜晶胞應(yīng)考慮層面增加的影響。如，在體心立方或面心立方晶面增加的影響。如，在體心立方或面心立方晶胞中間有一層，故實(shí)際晶面間距應(yīng)為胞中間有一層，故實(shí)際晶面間距應(yīng)為d001/2。2221clbkahdhkl222lkhadhkl1-1晶體學(xué)基礎(chǔ)晶體學(xué)基礎(chǔ)三、晶體的對(duì)稱(chēng)性三、晶體的對(duì)稱(chēng)性 宏觀和微觀對(duì)稱(chēng)要

5、素、點(diǎn)群、空間群、宏觀和微觀對(duì)稱(chēng)要素、點(diǎn)群、空間群、單形、聚形的概念的概念單形、聚形的概念的概念 關(guān)注關(guān)注所有對(duì)稱(chēng)要素歸納：所有對(duì)稱(chēng)要素歸納：1-2晶體化學(xué)基本原理晶體化學(xué)基本原理一、電負(fù)性一、電負(fù)性 電負(fù)性的概念、分界電負(fù)性的概念、分界 化合物形成與電負(fù)性關(guān)系：兩元素電負(fù)性差別很小，化合物形成與電負(fù)性關(guān)系：兩元素電負(fù)性差別很小，鍵合為非極性共價(jià)鍵或金屬鍵；電負(fù)性差別增加，鍵鍵合為非極性共價(jià)鍵或金屬鍵；電負(fù)性差別增加，鍵合極性增加，傾向于離子性鍵合。合極性增加，傾向于離子性鍵合。 （純共價(jià)鍵合）（純共價(jià)鍵合）SiMgSNaCl（離子鍵合）（離子鍵合） 兩頭是兩頭是極端極端 （強(qiáng)極性特征）（強(qiáng)極

6、性特征）HFHClHBrHI（弱極性特征）（弱極性特征） 大多數(shù)實(shí)際材料鍵合特點(diǎn)：幾種鍵合形式同時(shí)存在。大多數(shù)實(shí)際材料鍵合特點(diǎn)：幾種鍵合形式同時(shí)存在。1-2晶體化學(xué)基本原理晶體化學(xué)基本原理二、晶體中的鍵型二、晶體中的鍵型 化學(xué)鍵的概念、種類(lèi)，分子鍵的概念化學(xué)鍵的概念、種類(lèi)，分子鍵的概念 關(guān)注關(guān)注離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵 、范式鍵、范式鍵、氫鍵的特點(diǎn)、成鍵方式、強(qiáng)度、形成條氫鍵的特點(diǎn)、成鍵方式、強(qiáng)度、形成條件件1-2晶體化學(xué)基本原理晶體化學(xué)基本原理三、結(jié)合能和結(jié)合力三、結(jié)合能和結(jié)合力 原子結(jié)合為晶體的原因：原子結(jié)合起來(lái)后，體原子結(jié)合為晶體的原因：原子結(jié)合起來(lái)后，體系能量降低系

7、能量降低 結(jié)合能：分散原子結(jié)合成晶體過(guò)程中，釋放出結(jié)合能：分散原子結(jié)合成晶體過(guò)程中，釋放出的能量的能量V 原子間的吸引與排斥：吸引是長(zhǎng)程力，源自異原子間的吸引與排斥：吸引是長(zhǎng)程力，源自異性電荷庫(kù)侖引力，遠(yuǎn)距離時(shí)起主要作用；排斥性電荷庫(kù)侖引力，遠(yuǎn)距離時(shí)起主要作用；排斥是短程力，源自同性電荷間的庫(kù)侖力和原子實(shí)是短程力，源自同性電荷間的庫(kù)侖力和原子實(shí)周?chē)娮託庀嗷ブ丿B引起的排斥，十分接近時(shí)周?chē)娮託庀嗷ブ丿B引起的排斥，十分接近時(shí)起主要作用。起主要作用。1-2晶體化學(xué)基本原理晶體化學(xué)基本原理四、原子半徑四、原子半徑 范德瓦耳斯半徑范德瓦耳斯半徑 、共價(jià)半徑、離子半徑、共價(jià)半徑、離子半徑、金屬半徑的概念

8、金屬半徑的概念1-3典型晶體結(jié)構(gòu)典型晶體結(jié)構(gòu)一、金屬晶體一、金屬晶體 （一）晶體中的原子排列及典型金屬晶（一）晶體中的原子排列及典型金屬晶體結(jié)構(gòu)：最典型結(jié)構(gòu)、堆積特征、密排體結(jié)構(gòu)：最典型結(jié)構(gòu)、堆積特征、密排面、密排面上原子排列方式、晶格常數(shù)面、密排面上原子排列方式、晶格常數(shù)與原子半徑的關(guān)系、間隙與原子半徑的關(guān)系、間隙 （二）晶體中原子間的間隙：八面體、（二）晶體中原子間的間隙：八面體、四面體間隙、配位數(shù)、致密度的概念四面體間隙、配位數(shù)、致密度的概念 關(guān)注計(jì)算關(guān)注計(jì)算1-3典型晶體結(jié)構(gòu)典型晶體結(jié)構(gòu)二、共價(jià)晶體二、共價(jià)晶體 典型結(jié)構(gòu)：?jiǎn)尉Ч瑁ń饎偸?、低于室溫時(shí)的典型結(jié)構(gòu)：?jiǎn)尉Ч瑁ń饎偸⒌陀谑覝貢r(shí)

9、的C、Ge、Sn）結(jié)構(gòu)稱(chēng)金剛石立方結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)稱(chēng)金剛石立方結(jié)構(gòu)(骨架狀，四骨架狀，四原子近鄰原子近鄰)； As、Sb、Bi結(jié)晶成層狀結(jié)構(gòu)結(jié)晶成層狀結(jié)構(gòu)(片片狀，三原子近鄰狀，三原子近鄰)；S、Se、Te螺旋鏈結(jié)構(gòu)（兩螺旋鏈結(jié)構(gòu)（兩原子近鄰鍵合）原子近鄰鍵合） 成鍵強(qiáng)度：金剛石結(jié)構(gòu)成鍵強(qiáng)；層狀結(jié)構(gòu)層內(nèi)成鍵強(qiáng)度：金剛石結(jié)構(gòu)成鍵強(qiáng)；層狀結(jié)構(gòu)層內(nèi)強(qiáng)，層間弱；鏈結(jié)構(gòu)鏈內(nèi)共價(jià)鍵，鏈間分子鍵強(qiáng)，層間弱；鏈結(jié)構(gòu)鏈內(nèi)共價(jià)鍵，鏈間分子鍵1-3典型晶體結(jié)構(gòu)典型晶體結(jié)構(gòu)二、共價(jià)晶體二、共價(jià)晶體 其它重要結(jié)構(gòu)：其它重要結(jié)構(gòu)：閃鋅礦和纖鋅礦，有極性共價(jià)鍵，是共價(jià)閃鋅礦和纖鋅礦，有極性共價(jià)鍵，是共價(jià)晶體的兩種典型結(jié)構(gòu)晶體的兩

10、種典型結(jié)構(gòu)方石英結(jié)構(gòu)：共價(jià)晶體方石英結(jié)構(gòu)：共價(jià)晶體SiO2的一種變體，的一種變體，立方立方ZnS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)鱗石英結(jié)構(gòu)：共價(jià)晶體鱗石英結(jié)構(gòu)：共價(jià)晶體SiO2的一種變體，的一種變體，六方六方ZnS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)1-3典型晶體結(jié)構(gòu)典型晶體結(jié)構(gòu)三、離子晶體三、離子晶體 負(fù)離子配位多面體：以正離子為中心，將周?chē)?fù)離子配位多面體：以正離子為中心，將周?chē)罱徟渲玫母髫?fù)離子的中心連起來(lái)形成的多最近鄰配置的各負(fù)離子的中心連起來(lái)形成的多面體面體,負(fù)離子配位多面體的形狀正離子配位數(shù)：負(fù)離子配位多面體的形狀正離子配位數(shù)：配置于正離子周?chē)呢?fù)離子數(shù)配置于正離子周?chē)呢?fù)離子數(shù) 三者之間三者之間 關(guān)系：關(guān)系：1-3典型晶體結(jié)構(gòu)典

11、型晶體結(jié)構(gòu)三、離子晶體三、離子晶體 形成晶體結(jié)構(gòu)的泡林五規(guī)則形成晶體結(jié)構(gòu)的泡林五規(guī)則 關(guān)注用規(guī)則分析結(jié)構(gòu)關(guān)注用規(guī)則分析結(jié)構(gòu)1-3典型晶體結(jié)構(gòu)典型晶體結(jié)構(gòu)四、硅酸鹽晶體四、硅酸鹽晶體 硅酸鹽礦物結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物結(jié)構(gòu)關(guān)注計(jì)算關(guān)注計(jì)算 島狀硅酸鹽：島狀硅酸鹽： 焦硅酸鹽：焦硅酸鹽： 環(huán)狀硅酸鹽：環(huán)狀硅酸鹽： 鏈狀硅酸鹽：鏈狀硅酸鹽： 層狀硅酸鹽：層狀硅酸鹽： 單鏈與環(huán)狀的區(qū)別：化學(xué)式中單鏈單鏈與環(huán)狀的區(qū)別：化學(xué)式中單鏈Si的數(shù)量是的數(shù)量是1或或2；環(huán)狀是環(huán)狀是3以上以上4,SiFOHSiRRNN3,SiFOHSiRRNN23,SiFOHBBSiRRNNN23)(,)(,),(,tAlSitAlFOHB

12、BtAlSiRRNNNN13)(,)(,),(,tAlSitAlFOHBBtAlSiRRNNNN1-3典型晶體結(jié)構(gòu)典型晶體結(jié)構(gòu)五、高分子晶體五、高分子晶體 ( (一一) ) 高分子晶體的形成高分子晶體的形成 基本形態(tài)基本形態(tài) 、高分子材料特點(diǎn)高分子材料特點(diǎn) 、高分子結(jié)構(gòu)單高分子結(jié)構(gòu)單元連接特點(diǎn)元連接特點(diǎn) 、結(jié)構(gòu)形態(tài)結(jié)構(gòu)形態(tài) 、結(jié)晶特性結(jié)晶特性 ( (二二) )高分子晶體的形態(tài)高分子晶體的形態(tài) 高分子晶體形貌高分子晶體形貌：結(jié)晶高分子較多地具有球晶：結(jié)晶高分子較多地具有球晶的形貌。一個(gè)球晶由沿半徑垂直方向的多層晶的形貌。一個(gè)球晶由沿半徑垂直方向的多層晶片組成。晶片內(nèi)是纓束狀晶區(qū)或折疊鏈晶區(qū)。片組

13、成。晶片內(nèi)是纓束狀晶區(qū)或折疊鏈晶區(qū)。晶片間是無(wú)定形的非晶區(qū)偏振光顯微鏡下聚乙晶片間是無(wú)定形的非晶區(qū)偏振光顯微鏡下聚乙烯球晶烯球晶第二章第二章 晶體的不完整性晶體的不完整性 2-1點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷 2-2位錯(cuò)位錯(cuò) 2-3表面、界面結(jié)構(gòu)及不完整性表面、界面結(jié)構(gòu)及不完整性 第二章第二章 晶體的不完整性晶體的不完整性 缺陷：晶體中偏離完整性的區(qū)域，即造成晶體點(diǎn)陣周缺陷：晶體中偏離完整性的區(qū)域，即造成晶體點(diǎn)陣周期勢(shì)場(chǎng)畸變的一切因素期勢(shì)場(chǎng)畸變的一切因素 晶體缺陷分類(lèi)：晶體缺陷分類(lèi)：(1)點(diǎn)缺陷（零維缺陷）。其特點(diǎn)是在點(diǎn)缺陷（零維缺陷）。其特點(diǎn)是在X、Y、Z三個(gè)方向三個(gè)方向上的尺寸都很小上的尺寸都很小(相當(dāng)于原

14、子的尺寸相當(dāng)于原子的尺寸)；(2)線缺陷（一維缺陷）。其特點(diǎn)是在兩個(gè)方向上的尺寸線缺陷（一維缺陷）。其特點(diǎn)是在兩個(gè)方向上的尺寸很小，另一個(gè)方向上的尺寸相對(duì)很長(zhǎng)；很小，另一個(gè)方向上的尺寸相對(duì)很長(zhǎng)；(3)面缺陷（二維缺陷）。其特點(diǎn)是在一個(gè)方向上的尺寸面缺陷（二維缺陷）。其特點(diǎn)是在一個(gè)方向上的尺寸很小，另外兩個(gè)方向上的尺寸很大。很小，另外兩個(gè)方向上的尺寸很大。2-1點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷一、點(diǎn)缺陷的類(lèi)型一、點(diǎn)缺陷的類(lèi)型 （一）熱缺陷（一）熱缺陷 弗倫克爾缺陷：原子離開(kāi)平衡位置后，弗倫克爾缺陷：原子離開(kāi)平衡位置后，擠到格子點(diǎn)的間隙中，形成間隙離子，擠到格子點(diǎn)的間隙中，形成間隙離子，而原來(lái)位置上形成空位，成對(duì)產(chǎn)生

15、。而原來(lái)位置上形成空位，成對(duì)產(chǎn)生。 肖特基缺陷：原子獲得較大能量，移到肖特基缺陷：原子獲得較大能量，移到表面外新的位置上去，原來(lái)位置則形成表面外新的位置上去，原來(lái)位置則形成空位，空位逐漸轉(zhuǎn)移到內(nèi)部，體積增加?？瘴唬瘴恢饾u轉(zhuǎn)移到內(nèi)部，體積增加。2-1點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷一、點(diǎn)缺陷的類(lèi)型一、點(diǎn)缺陷的類(lèi)型 在晶體中，幾種缺陷可以同時(shí)存在，但在晶體中，幾種缺陷可以同時(shí)存在，但通常有一種是主要的。一般說(shuō)，正負(fù)離通常有一種是主要的。一般說(shuō)，正負(fù)離子半徑相差不大時(shí)，肖特基缺陷是主要子半徑相差不大時(shí)，肖特基缺陷是主要的。兩種離子半徑相差大時(shí)弗倫克爾缺的。兩種離子半徑相差大時(shí)弗倫克爾缺陷是主要的。陷是主要的。 ( (

16、二二) )組成缺陷組成缺陷 產(chǎn)生和類(lèi)型產(chǎn)生和類(lèi)型2-1點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷一、點(diǎn)缺陷的類(lèi)型一、點(diǎn)缺陷的類(lèi)型 ( (三三) )電荷缺陷電荷缺陷 產(chǎn)生產(chǎn)生 ( (四四) )非化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)缺陷非化學(xué)計(jì)量結(jié)構(gòu)缺陷 產(chǎn)生產(chǎn)生2-1點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷二、點(diǎn)缺陷的反應(yīng)與濃度平衡二、點(diǎn)缺陷的反應(yīng)與濃度平衡 （一）熱缺陷（一）熱缺陷2-1點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷二、點(diǎn)缺陷的反應(yīng)與濃度平衡二、點(diǎn)缺陷的反應(yīng)與濃度平衡 ( (二二) )組成缺陷和電子缺陷組成缺陷和電子缺陷 ( (三三) )非化學(xué)計(jì)量缺陷與色心，關(guān)注計(jì)算非化學(xué)計(jì)量缺陷與色心，關(guān)注計(jì)算1 1、負(fù)離子缺位，金屬離子過(guò)剩、負(fù)離子缺位，金屬離子過(guò)剩2 2、間隙正離子，金屬離子過(guò)剩、間隙

17、正離子，金屬離子過(guò)剩3 3、間隙負(fù)離子，負(fù)離子過(guò)剩、間隙負(fù)離子，負(fù)離子過(guò)剩4 4、正離子空位，負(fù)離子過(guò)剩、正離子空位，負(fù)離子過(guò)剩2-2位錯(cuò)位錯(cuò)一、位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型一、位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型 刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)、混合型位錯(cuò)的概刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)、混合型位錯(cuò)的概念念 Burgers回路與位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)特征：回路與位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)特征：Burgers矢量矢量 、位錯(cuò)強(qiáng)度、位錯(cuò)強(qiáng)度 、Burgers回路回路 概念概念 位錯(cuò)柏格斯矢量的守恒性位錯(cuò)柏格斯矢量的守恒性 2-2位錯(cuò)位錯(cuò)一、位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型一、位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型 位錯(cuò)密度：位錯(cuò)密度： 在單位體積晶體中所包含的位錯(cuò)線的總在單位體積晶體中所包含的位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度。長(zhǎng)度。VS2

18、-2位錯(cuò)位錯(cuò)二、位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)二、位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng) ( (一一) )位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)刃型位錯(cuò)：連續(xù)彈性介質(zhì)模型：設(shè)一內(nèi)半徑刃型位錯(cuò)：連續(xù)彈性介質(zhì)模型：設(shè)一內(nèi)半徑rc，外半徑外半徑R的無(wú)限長(zhǎng)的空心彈性圓柱，圓柱軸與的無(wú)限長(zhǎng)的空心彈性圓柱，圓柱軸與z軸重合。將它沿徑向切開(kāi)至中心，將切面兩軸重合。將它沿徑向切開(kāi)至中心，將切面兩側(cè)沿側(cè)沿x軸相對(duì)移動(dòng)一個(gè)距離軸相對(duì)移動(dòng)一個(gè)距離b，然后再粘合起來(lái)，然后再粘合起來(lái),畸變狀態(tài)與含正刃型位錯(cuò)晶體相似，可通過(guò)它畸變狀態(tài)與含正刃型位錯(cuò)晶體相似，可通過(guò)它求出刃型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)求出刃型位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng) 2-2位錯(cuò)位錯(cuò)一、位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型一、位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型 螺型位錯(cuò)：螺型位錯(cuò)：

19、 連續(xù)彈性介質(zhì)模型：彈性圓柱切開(kāi)至中連續(xù)彈性介質(zhì)模型：彈性圓柱切開(kāi)至中心，然后將切面兩側(cè)沿心，然后將切面兩側(cè)沿z軸相對(duì)移動(dòng)軸相對(duì)移動(dòng)b，再粘合起來(lái)，就得到沿再粘合起來(lái)，就得到沿z軸的螺型位錯(cuò)模軸的螺型位錯(cuò)模型型 2-2位錯(cuò)位錯(cuò)二、位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)二、位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng) ( (二二) )位錯(cuò)的應(yīng)變能與線張力位錯(cuò)的應(yīng)變能與線張力 刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)、混合型位錯(cuò)應(yīng)變能的刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)、混合型位錯(cuò)應(yīng)變能的計(jì)算計(jì)算 位錯(cuò)線張力：位錯(cuò)線長(zhǎng)度增加一個(gè)單位時(shí)，晶位錯(cuò)線張力：位錯(cuò)線長(zhǎng)度增加一個(gè)單位時(shí)，晶體能量的增加體能量的增加 直線形位錯(cuò)：直線形位錯(cuò)：T大約等于大約等于mb2 彎曲位錯(cuò)線：正、負(fù)位錯(cuò)在遠(yuǎn)處會(huì)部分抵消，

20、彎曲位錯(cuò)線：正、負(fù)位錯(cuò)在遠(yuǎn)處會(huì)部分抵消，系統(tǒng)能量變化小于系統(tǒng)能量變化小于mb2 ，常取，常取 221bT2-2位錯(cuò)位錯(cuò)二、位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)二、位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng) ( (三三) )位錯(cuò)核心位錯(cuò)核心 位錯(cuò)核心錯(cuò)排嚴(yán)重，不能再簡(jiǎn)化為連續(xù)彈性體。以點(diǎn)位錯(cuò)核心錯(cuò)排嚴(yán)重，不能再簡(jiǎn)化為連續(xù)彈性體。以點(diǎn)陣模型解決陣模型解決 派派納納(Peierls-Nabarro)模型：實(shí)際上是不完全的點(diǎn)陣模型：實(shí)際上是不完全的點(diǎn)陣模型。設(shè)晶體由被滑移面隔開(kāi)的兩個(gè)半塊晶體組成。模型。設(shè)晶體由被滑移面隔開(kāi)的兩個(gè)半塊晶體組成。銜接處直接考慮原子間相互作用，內(nèi)部簡(jiǎn)化成連續(xù)彈銜接處直接考慮原子間相互作用，內(nèi)部簡(jiǎn)化成連續(xù)彈性介質(zhì)。性介質(zhì)。派派-

21、 -納模型中位錯(cuò)的能量組成：兩部分。納模型中位錯(cuò)的能量組成：兩部分。一是兩半晶一是兩半晶體中的彈性應(yīng)變能（主要分布于位錯(cuò)核心之外）；另體中的彈性應(yīng)變能（主要分布于位錯(cuò)核心之外）；另一是滑移面兩側(cè)原子互作用能（錯(cuò)排能）（基本集中一是滑移面兩側(cè)原子互作用能（錯(cuò)排能）（基本集中于位錯(cuò)核心范圍內(nèi)）于位錯(cuò)核心范圍內(nèi)）2-2位錯(cuò)位錯(cuò)三、位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)三、位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方式：位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方式： 刃型位錯(cuò)：滑移：位錯(cuò)線沿著滑移面移刃型位錯(cuò)：滑移：位錯(cuò)線沿著滑移面移動(dòng)；攀移：位錯(cuò)線垂直于滑移面的移動(dòng)。動(dòng)；攀移：位錯(cuò)線垂直于滑移面的移動(dòng)。 螺型位錯(cuò)：只作滑移螺型位錯(cuò)：只作滑移2-2位錯(cuò)位錯(cuò)三、位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)三、位錯(cuò)

22、的運(yùn)動(dòng) ( (一一) )位錯(cuò)的滑移位錯(cuò)的滑移 三類(lèi)位錯(cuò)的滑移特性三類(lèi)位錯(cuò)的滑移特性 位錯(cuò)滑移的驅(qū)動(dòng)力：設(shè)想位錯(cuò)受到一種力而運(yùn)位錯(cuò)滑移的驅(qū)動(dòng)力：設(shè)想位錯(cuò)受到一種力而運(yùn)動(dòng)（實(shí)際上位錯(cuò)是一種原子組態(tài)，力是作用于動(dòng)（實(shí)際上位錯(cuò)是一種原子組態(tài)，力是作用于晶體中的原子）。使位錯(cuò)發(fā)生運(yùn)動(dòng)的力。稱(chēng)為晶體中的原子）。使位錯(cuò)發(fā)生運(yùn)動(dòng)的力。稱(chēng)為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。 注意：驅(qū)動(dòng)力不必一定是外力，晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)、注意：驅(qū)動(dòng)力不必一定是外力，晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)、界面或其它位錯(cuò)引起的應(yīng)力界面或其它位錯(cuò)引起的應(yīng)力2-2位錯(cuò)位錯(cuò)三、位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)三、位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) 點(diǎn)陣阻力：源于晶格結(jié)構(gòu)的周期性，滑點(diǎn)陣阻力：源于晶格結(jié)構(gòu)的周期

23、性，滑移面兩側(cè)原子之間的相互作用力移面兩側(cè)原子之間的相互作用力 派派-納應(yīng)力：派納應(yīng)力：派-納模型，提出了為克服納模型，提出了為克服點(diǎn)陣阻力推動(dòng)位錯(cuò)前進(jìn)所必須的滑移力點(diǎn)陣阻力推動(dòng)位錯(cuò)前進(jìn)所必須的滑移力和相應(yīng)的切應(yīng)力：和相應(yīng)的切應(yīng)力：)/2exp()1 (2bwp2-2位錯(cuò)位錯(cuò)三、位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)三、位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) ( (二二) )位錯(cuò)攀移位錯(cuò)攀移 位錯(cuò)攀移特征：與滑移不同，位錯(cuò)攀移時(shí)伴隨位錯(cuò)攀移特征：與滑移不同，位錯(cuò)攀移時(shí)伴隨物質(zhì)遷移，需物質(zhì)遷移，需擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)。需要熱激活，比滑移擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)。需要熱激活，比滑移需要更大的能量。另外，易在多余半原子面邊需要更大的能量。另外，易在多余半原子面邊緣產(chǎn)生曲折緣產(chǎn)生曲折

24、 單位長(zhǎng)度位錯(cuò)線所受的化學(xué)攀移力：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度位錯(cuò)線所受的化學(xué)攀移力： 單位長(zhǎng)度位錯(cuò)線所受的彈性攀移驅(qū)動(dòng)力：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度位錯(cuò)線所受的彈性攀移驅(qū)動(dòng)力：02ln1CCkTbFsbdydybFc2-2位錯(cuò)位錯(cuò)四、位錯(cuò)與缺陷的相互作用四、位錯(cuò)與缺陷的相互作用 ( (一一) )位錯(cuò)之間的相互作用位錯(cuò)之間的相互作用 1 1、位錯(cuò)間的彈性相互作用：位錯(cuò)的彈性應(yīng)力、位錯(cuò)間的彈性相互作用：位錯(cuò)的彈性應(yīng)力場(chǎng)間發(fā)生的干涉和相互作用，將影響到位錯(cuò)的場(chǎng)間發(fā)生的干涉和相互作用，將影響到位錯(cuò)的分布和運(yùn)動(dòng)分布和運(yùn)動(dòng) 2 2、位錯(cuò)塞積：許多位錯(cuò)被迫堆積在某種障礙、位錯(cuò)塞積：許多位錯(cuò)被迫堆積在某種障礙物前，它們來(lái)自同一位錯(cuò)源，具相同的柏

25、格斯物前，它們來(lái)自同一位錯(cuò)源，具相同的柏格斯矢量，障礙物如晶界矢量，障礙物如晶界 3.3.位錯(cuò)反應(yīng)位錯(cuò)反應(yīng) : :位錯(cuò)之間的相互轉(zhuǎn)化。譬如位錯(cuò)之間的相互轉(zhuǎn)化。譬如一分為二或兩合為一，一分為二或兩合為一，bbb22-2位錯(cuò)位錯(cuò)四、位錯(cuò)與缺陷的相互作用四、位錯(cuò)與缺陷的相互作用 ( (二二) )位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷的相互作用位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷的相互作用位錯(cuò)與溶質(zhì)原子的相互作用能位錯(cuò)與溶質(zhì)原子的相互作用能 史諾克史諾克(Snoek)氣團(tuán)氣團(tuán) 柯垂耳柯垂耳(Cottrell)氣團(tuán)氣團(tuán) 電學(xué)相互作用電學(xué)相互作用 化學(xué)相互作用化學(xué)相互作用 空位、間隙原子和位錯(cuò)的互相轉(zhuǎn)化空位、間隙原子和位錯(cuò)的互相轉(zhuǎn)化 2-2位錯(cuò)位錯(cuò)五、位

26、錯(cuò)源與位錯(cuò)增殖五、位錯(cuò)源與位錯(cuò)增殖 （一）位錯(cuò)的來(lái)源（一）位錯(cuò)的來(lái)源位錯(cuò)產(chǎn)生位錯(cuò)產(chǎn)生 ( (二二) )位錯(cuò)的增殖位錯(cuò)的增殖弗蘭克一瑞弗蘭克一瑞德德(Frank-Read)源源 弗蘭克弗蘭克-瑞德源需要施加的應(yīng)力瑞德源需要施加的應(yīng)力 弗蘭克弗蘭克-瑞德源開(kāi)動(dòng)的臨界瑞德源開(kāi)動(dòng)的臨界應(yīng)力應(yīng)力 雙交滑移增殖機(jī)構(gòu)雙交滑移增殖機(jī)構(gòu) 單點(diǎn)源單點(diǎn)源 2-3表面、界面結(jié)構(gòu)及不完表面、界面結(jié)構(gòu)及不完整性整性一、晶體的表面一、晶體的表面 ( (一一) )表面力場(chǎng)表面力場(chǎng)固體表面力固體表面力 分子間引力主要來(lái)源分子間引力主要來(lái)源 ( (二二) )晶體表面狀態(tài)晶體表面狀態(tài)表面能表面能 2-3表面、界面結(jié)構(gòu)及不完表面、界

27、面結(jié)構(gòu)及不完整性整性一、晶體的表面一、晶體的表面( (三三) )晶體表面的不均勻性晶體表面的不均勻性完美晶格結(jié)構(gòu)的晶體表面：完美晶格結(jié)構(gòu)的晶體表面：分成兩種類(lèi)型：分成兩種類(lèi)型：緊密堆積表面：表面平坦，沒(méi)有波折，所有的原緊密堆積表面：表面平坦，沒(méi)有波折，所有的原子距離該表面的平行平面的距離都相等子距離該表面的平行平面的距離都相等不緊密堆積的表面：即臺(tái)階式的表面，表面有波不緊密堆積的表面：即臺(tái)階式的表面，表面有波折。折。2-3表面、界面結(jié)構(gòu)及不完表面、界面結(jié)構(gòu)及不完整性整性二、晶界二、晶界 ( (一一) ) 晶界幾何晶界幾何晶界分類(lèi)：根據(jù)位向差晶界分類(lèi)：根據(jù)位向差( ( ) )的不同，晶界分為兩類(lèi)

28、：的不同，晶界分為兩類(lèi)：(1)(1)小角度晶界小角度晶界- -兩相鄰晶粒的位向差約小于兩相鄰晶粒的位向差約小于1010 ；(2)(2)大角度晶界大角度晶界- -兩晶粒間的位向差較大，一般大于兩晶粒間的位向差較大，一般大于1010 以以上。上。 ( (二二) )小角度晶界小角度晶界傾側(cè)晶界傾側(cè)晶界 位錯(cuò)間距位錯(cuò)間距 2-3表面、界面結(jié)構(gòu)及不完表面、界面結(jié)構(gòu)及不完整性整性二、晶界二、晶界不對(duì)稱(chēng)傾側(cè)晶界不對(duì)稱(chēng)傾側(cè)晶界扭轉(zhuǎn)晶界扭轉(zhuǎn)晶界一般小角度晶界：旋轉(zhuǎn)軸和界面可任意取向，由一般小角度晶界：旋轉(zhuǎn)軸和界面可任意取向，由刃型和螺型位錯(cuò)組合構(gòu)成。刃型和螺型位錯(cuò)組合構(gòu)成。晶界能：晶界上原子排列畸變，增高的能量

29、。主晶界能：晶界上原子排列畸變，增高的能量。主要要來(lái)自位錯(cuò)能量（位錯(cuò)密度又決定于晶粒間的來(lái)自位錯(cuò)能量（位錯(cuò)密度又決定于晶粒間的位向差），隨位向差增加而增大，僅適用于位向差），隨位向差增加而增大，僅適用于 15 。式中為常數(shù)，。式中為常數(shù)，A取決于位錯(cuò)中心的原取決于位錯(cuò)中心的原子錯(cuò)排能子錯(cuò)排能2-3表面、界面結(jié)構(gòu)及不完表面、界面結(jié)構(gòu)及不完整性整性二、晶界二、晶界( (三三) )大角度晶界大角度晶界“重合位置點(diǎn)陣重合位置點(diǎn)陣”模型模型 ( (四四) )晶界能晶界能晶界能：金屬晶界能：金屬多晶體的晶界一般為大角度晶界，多晶體的晶界一般為大角度晶界，金屬大角度晶界能約在金屬大角度晶界能約在0.251.

30、0J/m2范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，與晶粒之間的位向差無(wú)關(guān)，大體上為定值。與晶粒之間的位向差無(wú)關(guān)，大體上為定值。( (五五) )孿晶界孿晶界2-3表面、界面結(jié)構(gòu)及不完表面、界面結(jié)構(gòu)及不完整性整性二、晶界二、晶界 孿晶面孿晶面 共格孿晶界共格孿晶界 非共格孿晶界非共格孿晶界 孿晶形成與堆垛層錯(cuò)的關(guān)系孿晶形成與堆垛層錯(cuò)的關(guān)系 孿晶面界面能孿晶面界面能 ( (六六) )晶界的特性晶界的特性 晶界的特性晶界的特性 第三章第三章 固溶體固溶體 3-1影響固溶度的因素影響固溶度的因素 3-2固溶體各論固溶體各論第三章第三章 固溶體固溶體 固溶體固溶體 固溶度固溶度 中間相中間相 固溶體分類(lèi)固溶體分類(lèi) 溶體的有序和無(wú)

31、序分類(lèi)溶體的有序和無(wú)序分類(lèi) 有限和無(wú)限固溶體分類(lèi)有限和無(wú)限固溶體分類(lèi) 3-1影響固溶度的因素影響固溶度的因素一、休姆一、休姆-羅瑟里羅瑟里(Hume-Rothery)規(guī)律規(guī)律固溶體固溶度的一般規(guī)律：固溶體固溶度的一般規(guī)律：1、尺寸因素、尺寸因素:當(dāng)尺寸因素不利時(shí)，固溶度很??；當(dāng)尺寸因素不利時(shí)，固溶度很小；2、化學(xué)親和力、化學(xué)親和力:穩(wěn)定中間相（和組元的化學(xué)親和穩(wěn)定中間相（和組元的化學(xué)親和力有關(guān)）會(huì)使一次固溶體的固溶度下降（中間相自由力有關(guān)）會(huì)使一次固溶體的固溶度下降（中間相自由能曲線低）；能曲線低）；3、電子濃度、電子濃度:電子濃度（價(jià)電子數(shù)和原子數(shù)的比電子濃度（價(jià)電子數(shù)和原子數(shù)的比值）影響固

32、溶度和中間相穩(wěn)定性，值）影響固溶度和中間相穩(wěn)定性， （溶質(zhì)價(jià)為（溶質(zhì)價(jià)為v，溶劑價(jià)為，溶劑價(jià)為V）。還有適用于某些合金系）。還有適用于某些合金系的的“相對(duì)價(jià)效應(yīng)相對(duì)價(jià)效應(yīng)” ，即高價(jià)元素在低價(jià)中的固溶度，即高價(jià)元素在低價(jià)中的固溶度大大100)100(vxxVae3-1影響固溶度的因素影響固溶度的因素二、尺寸因素二、尺寸因素 尺寸與溶解度關(guān)系尺寸與溶解度關(guān)系 維伽定律維伽定律 靜位移靜位移 尺寸因素對(duì)固溶度的影響尺寸因素對(duì)固溶度的影響 15%15%規(guī)律規(guī)律 寬容系數(shù)寬容系數(shù) 3-1影響固溶度的因素影響固溶度的因素三、電價(jià)因素三、電價(jià)因素 電子濃度與溶解度電子濃度與溶解度 極限電子濃度與晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)

33、型極限電子濃度與晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型 固溶限度與平均族數(shù)固溶限度與平均族數(shù) 離子價(jià)對(duì)固溶體的影響離子價(jià)對(duì)固溶體的影響 3-1影響固溶度的因素影響固溶度的因素四、電負(fù)性因素四、電負(fù)性因素 化學(xué)親和力對(duì)固溶體溶解度的影響化學(xué)親和力對(duì)固溶體溶解度的影響 化學(xué)親和力與固溶度化學(xué)親和力與固溶度 達(dá)肯經(jīng)驗(yàn)規(guī)律達(dá)肯經(jīng)驗(yàn)規(guī)律 場(chǎng)強(qiáng)與固溶度場(chǎng)強(qiáng)與固溶度 3-2固溶體各論固溶體各論一、置換固溶體一、置換固溶體 三類(lèi)固溶體的區(qū)分方法三類(lèi)固溶體的區(qū)分方法 固溶體的計(jì)算確定固溶體的計(jì)算確定 關(guān)注關(guān)注 結(jié)構(gòu)相容與置換結(jié)構(gòu)相容與置換 尺寸因素分析尺寸因素分析 3-2固溶體各論固溶體各論二、間隙固溶體二、間隙固溶體 間隙固溶體間隙固

34、溶體 在金屬中：溶質(zhì)元素是半徑小于在金屬中：溶質(zhì)元素是半徑小于1A的一些非金屬元的一些非金屬元素。即氫、硼、碳、氮、氧等素。即氫、硼、碳、氮、氧等 間隙形狀、大小與溶解度：間隙元素小間隙大，溶解度間隙形狀、大小與溶解度：間隙元素小間隙大，溶解度相對(duì)較大，但與具體情況有關(guān)。相對(duì)較大，但與具體情況有關(guān)。 -Fe中溶入碳原子，八中溶入碳原子，八面體間隙面體間隙0.535A，碳，碳0.77A，點(diǎn)陣畸變，溶解度受限，點(diǎn)陣畸變，溶解度受限，(1148 C)僅僅2.11wt%，約相當(dāng)于，約相當(dāng)于9.2atm%； -Fe中，雖四中，雖四面體間隙大于八面體間隙，但尺寸仍遠(yuǎn)小于碳，溶解度面體間隙大于八面體間隙，但

35、尺寸仍遠(yuǎn)小于碳，溶解度極小。且測(cè)定表明，碳在極小。且測(cè)定表明，碳在 -Fe八面體間隙中八面體間隙中在無(wú)機(jī)非金屬材料中：可利用的空隙較多。面心立在無(wú)機(jī)非金屬材料中：可利用的空隙較多。面心立方結(jié)構(gòu)的方結(jié)構(gòu)的MgO，四面體空隙可利用；，四面體空隙可利用；TiO2中還有八面體中還有八面體空隙可利用；空隙可利用；CaF2結(jié)構(gòu)中則有配位為八的較大空隙存在結(jié)構(gòu)中則有配位為八的較大空隙存在3-2固溶體各論固溶體各論三、有序固溶體三、有序固溶體 （一）短程有序（一）短程有序-微觀不均勻性微觀不均勻性 1、無(wú)序分布、無(wú)序分布 2、偏聚狀態(tài)、偏聚狀態(tài) 3、有序分布、有序分布 短程有序短程有序 “短程序參數(shù)短程序參數(shù)

36、” 短程序參數(shù)短程序參數(shù) 3-2固溶體各論固溶體各論三、有序固溶體三、有序固溶體 ( (二二) )長(zhǎng)程有序長(zhǎng)程有序 長(zhǎng)程有序長(zhǎng)程有序 長(zhǎng)程序參數(shù)長(zhǎng)程序參數(shù) 長(zhǎng)程序和短程序的不同長(zhǎng)程序和短程序的不同 3-2固溶體各論固溶體各論 四、固溶體的理論分析與計(jì)算四、固溶體的理論分析與計(jì)算 固溶體中的缺陷、固溶體的密度及晶格固溶體中的缺陷、固溶體的密度及晶格參數(shù)參數(shù) 關(guān)注計(jì)算關(guān)注計(jì)算 1、生成置換型固溶體時(shí)的缺陷反應(yīng)計(jì)算、生成置換型固溶體時(shí)的缺陷反應(yīng)計(jì)算（其中（其中 為為CaO的溶入摩爾數(shù)）的溶入摩爾數(shù)） 2、生成填隙型固溶體時(shí)的缺陷反應(yīng)計(jì)算、生成填隙型固溶體時(shí)的缺陷反應(yīng)計(jì)算（其中（其中 為為CaO的溶入

37、摩爾數(shù)）的溶入摩爾數(shù)）3-2固溶體各論固溶體各論 五、中間相五、中間相 中間相中間相 金屬中間相特點(diǎn)金屬中間相特點(diǎn) 金屬間化合物金屬間化合物 中間相分類(lèi)中間相分類(lèi) 3-2固溶體各論固溶體各論 五、中間相五、中間相 （一）電子化合物（一）電子化合物 電子相電子相 (二二)間隙相間隙相 間隙相間隙相 間隙相的晶體結(jié)構(gòu)間隙相的晶體結(jié)構(gòu) (三三)間隙化合物間隙化合物 間隙化合物間隙化合物 間隙化合物的晶體結(jié)構(gòu)間隙化合物的晶體結(jié)構(gòu) 間隙化合物固溶體間隙化合物固溶體 3-2固溶體各論固溶體各論 五、中間相五、中間相 (四四)拓?fù)涿芏严嗤負(fù)涿芏严?拓?fù)涿芏严啵河蓛煞N大小不同的原子構(gòu)成的一類(lèi)中間拓?fù)涿芏严啵河?/p>

38、兩種大小不同的原子構(gòu)成的一類(lèi)中間相。大小原子通過(guò)適當(dāng)配合構(gòu)成空間利用率和配位數(shù)相。大小原子通過(guò)適當(dāng)配合構(gòu)成空間利用率和配位數(shù)都很高的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，配位數(shù)可達(dá)都很高的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，配位數(shù)可達(dá)12、14、15及及16。具。具有拓?fù)鋵W(xué)特點(diǎn)有拓?fù)鋵W(xué)特點(diǎn) 拓?fù)涿芏严囝?lèi)型：有拓?fù)涿芏严囝?lèi)型：有Cr3Si型相型相(Cr3Si、Nb3Sn、Nb3Sb等等)，拉弗斯，拉弗斯(Laves)相相(MgCu2、MgZn2、MgNi2等等)， 相相(Fe7W6、Fe7Mo6等等)，R相相(Cr18Mo31Co)，P相相(Crl8Ni40Mo42)， 相相(FeCr、FeV、FeW、FeMo、CrCo、MoCo、WCo等等)等等

39、。等等。第四章第四章 非晶態(tài)固體非晶態(tài)固體非晶態(tài)固體：原子在空間排布沒(méi)有長(zhǎng)非晶態(tài)固體：原子在空間排布沒(méi)有長(zhǎng)程序的固體程序的固體非晶態(tài)固體范疇：玻璃、非晶態(tài)金屬非晶態(tài)固體范疇：玻璃、非晶態(tài)金屬及非晶態(tài)半導(dǎo)體等及非晶態(tài)半導(dǎo)體等結(jié)構(gòu)是認(rèn)識(shí)和研究物質(zhì)的基礎(chǔ)，然而，結(jié)構(gòu)是認(rèn)識(shí)和研究物質(zhì)的基礎(chǔ)，然而，非晶態(tài)固體的結(jié)構(gòu)比晶體要復(fù)雜得多。非晶態(tài)固體的結(jié)構(gòu)比晶體要復(fù)雜得多。第四章第四章 非晶態(tài)固體非晶態(tài)固體 4-1非晶態(tài)固體的特征與表述非晶態(tài)固體的特征與表述 4-2非晶態(tài)半導(dǎo)體非晶態(tài)半導(dǎo)體 4-3非晶態(tài)金屬非晶態(tài)金屬 4-4玻璃玻璃 4-5非晶態(tài)高分子非晶態(tài)高分子4-1 非晶態(tài)固體的特征與表述非晶態(tài)固體的特征與

40、表述一、非晶態(tài)固體的結(jié)構(gòu)特征一、非晶態(tài)固體的結(jié)構(gòu)特征 非晶態(tài)固體的微結(jié)構(gòu)非晶態(tài)固體的微結(jié)構(gòu) 無(wú)序態(tài)的類(lèi)型無(wú)序態(tài)的類(lèi)型 雙體相關(guān)函數(shù)雙體相關(guān)函數(shù) 4-1 非晶態(tài)固體的特征與表述非晶態(tài)固體的特征與表述二、非晶態(tài)固體的結(jié)構(gòu)表征函數(shù)二、非晶態(tài)固體的結(jié)構(gòu)表征函數(shù) （一）徑向分布函數(shù)（一）徑向分布函數(shù)RDF 原子徑向分布函數(shù)原子徑向分布函數(shù) 約化徑向分布函數(shù)約化徑向分布函數(shù) (二二)結(jié)構(gòu)描述參數(shù)結(jié)構(gòu)描述參數(shù) 結(jié)構(gòu)精確描述參量結(jié)構(gòu)精確描述參量 4-1 非晶態(tài)固體的特征與表述非晶態(tài)固體的特征與表述三、非晶態(tài)固體的短程序三、非晶態(tài)固體的短程序 短程序分類(lèi)短程序分類(lèi) （一）化學(xué)短程序（一）化學(xué)短程序（CSRO）

41、化學(xué)短程序化學(xué)短程序 化學(xué)短程序參數(shù)化學(xué)短程序參數(shù) (二二)幾何短程序幾何短程序(GSRO)與局域結(jié)構(gòu)參數(shù)與局域結(jié)構(gòu)參數(shù) Voronoi多面體多面體 Voronoi多面體的指數(shù)多面體的指數(shù)(Fi)描述描述 Voronoi多面體與配位數(shù)及局域原子體積多面體與配位數(shù)及局域原子體積 4-2 非晶態(tài)半導(dǎo)體非晶態(tài)半導(dǎo)體一、非晶半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)模型一、非晶半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)模型 結(jié)構(gòu)原子間的幾何關(guān)系定義結(jié)構(gòu)原子間的幾何關(guān)系定義 幾何短程有序幾何短程有序GSRO 幾何短程序局域結(jié)構(gòu)參數(shù)幾何短程序局域結(jié)構(gòu)參數(shù) 1.非晶態(tài)固體內(nèi)的流體靜壓力非晶態(tài)固體內(nèi)的流體靜壓力P 2.Von Mises切應(yīng)力切應(yīng)力 3.與近鄰原子的球

42、對(duì)稱(chēng)性發(fā)生橢圓偏離與近鄰原子的球?qū)ΨQ(chēng)性發(fā)生橢圓偏離的度量參數(shù)的度量參數(shù) 4-2 非晶態(tài)半導(dǎo)體非晶態(tài)半導(dǎo)體一、非晶半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)模型一、非晶半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)模型 蝕狀組態(tài)和交錯(cuò)組態(tài)蝕狀組態(tài)和交錯(cuò)組態(tài) 非晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)模型非晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)模型 微晶模型微晶模型 非晶子模型非晶子模型 連續(xù)無(wú)規(guī)網(wǎng)絡(luò)模型連續(xù)無(wú)規(guī)網(wǎng)絡(luò)模型(CRN) 描述非晶半導(dǎo)體的兩類(lèi)參量：一類(lèi)是局域原子描述非晶半導(dǎo)體的兩類(lèi)參量：一類(lèi)是局域原子團(tuán)，由短程有序參數(shù)確定；另一類(lèi)參量表征局團(tuán)，由短程有序參數(shù)確定；另一類(lèi)參量表征局域原子團(tuán)互連成網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮攸c(diǎn)。域原子團(tuán)互連成網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮攸c(diǎn)。4-2 非晶態(tài)半導(dǎo)體非晶態(tài)半導(dǎo)體二、非晶半導(dǎo)體的微結(jié)構(gòu)二、非晶半導(dǎo)

43、體的微結(jié)構(gòu) 硅和鍺的結(jié)構(gòu)硅和鍺的結(jié)構(gòu) III-V族結(jié)構(gòu)族結(jié)構(gòu) 硫系非晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)硫系非晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) a-Si:H薄膜結(jié)構(gòu)薄膜結(jié)構(gòu) a-Si:H的兩相結(jié)構(gòu)模型的兩相結(jié)構(gòu)模型 4-3 非晶態(tài)金屬非晶態(tài)金屬一、非晶態(tài)金屬和合金一、非晶態(tài)金屬和合金的結(jié)構(gòu)模型的結(jié)構(gòu)模型 微晶、非晶團(tuán)模型及偏離微晶、非晶團(tuán)模型及偏離 硬球無(wú)規(guī)密堆模型硬球無(wú)規(guī)密堆模型(DRPHS) 局域短程序特征的描述局域短程序特征的描述 Bernal空洞空洞 Voronoi多面體多面體 硬球無(wú)規(guī)密堆的（僅僅）五種不同硬球無(wú)規(guī)密堆的（僅僅）五種不同Bernal空洞空洞 硬球無(wú)規(guī)密堆模型中的硬球無(wú)規(guī)密堆模型中的Voronoi多面體多面體 4

44、-3 非晶態(tài)金屬非晶態(tài)金屬一、非晶態(tài)金屬和合金的結(jié)構(gòu)一、非晶態(tài)金屬和合金的結(jié)構(gòu)模型模型 Gaske1l的過(guò)渡金屬類(lèi)金屬多面體模的過(guò)渡金屬類(lèi)金屬多面體模型型三棱柱多面體三棱柱多面體 非晶結(jié)構(gòu)中的局域結(jié)構(gòu)單元與晶體的差非晶結(jié)構(gòu)中的局域結(jié)構(gòu)單元與晶體的差別別 非晶體最近鄰分布的非晶體最近鄰分布的Voronoi多面體多面體 4-3 非晶態(tài)金屬非晶態(tài)金屬二、非晶態(tài)金屬的微結(jié)構(gòu)二、非晶態(tài)金屬的微結(jié)構(gòu) 非晶態(tài)材料的微結(jié)構(gòu)非晶態(tài)材料的微結(jié)構(gòu) 非晶態(tài)材料中的局域晶場(chǎng)非晶態(tài)材料中的局域晶場(chǎng) （一）幾何微結(jié)構(gòu)（一）幾何微結(jié)構(gòu)非晶態(tài)金屬的幾何微結(jié)構(gòu)非晶態(tài)金屬的幾何微結(jié)構(gòu) 非晶態(tài)金屬中的應(yīng)力與微結(jié)構(gòu)非晶態(tài)金屬中的應(yīng)力與

45、微結(jié)構(gòu) (二二)化學(xué)微結(jié)構(gòu)化學(xué)微結(jié)構(gòu)非晶態(tài)金屬的化學(xué)微結(jié)構(gòu)非晶態(tài)金屬的化學(xué)微結(jié)構(gòu) (三三)磁各向異性與微結(jié)構(gòu)磁各向異性與微結(jié)構(gòu)4-4 玻璃玻璃一、玻璃結(jié)構(gòu)理論一、玻璃結(jié)構(gòu)理論 （一）玻璃結(jié)構(gòu)的無(wú)規(guī)網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)（一）玻璃結(jié)構(gòu)的無(wú)規(guī)網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō) 氧化物玻璃結(jié)構(gòu)氧化物玻璃結(jié)構(gòu) 形成穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)滿足的四條規(guī)則形成穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)滿足的四條規(guī)則 玻璃的無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)玻璃的無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 氧化物玻璃中的三種氧化物類(lèi)型氧化物玻璃中的三種氧化物類(lèi)型 (二二)玻璃結(jié)構(gòu)的微晶子學(xué)說(shuō)玻璃結(jié)構(gòu)的微晶子學(xué)說(shuō) 列別捷夫晶子觀點(diǎn)列別捷夫晶子觀點(diǎn) 蘭德?tīng)栁⒕W(xué)說(shuō)蘭德?tīng)栁⒕W(xué)說(shuō) 4-4 玻璃玻璃一、玻璃結(jié)構(gòu)理論一、玻璃結(jié)構(gòu)理論 玻璃結(jié)構(gòu)的

46、微晶學(xué)說(shuō)玻璃結(jié)構(gòu)的微晶學(xué)說(shuō) 無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)與微晶學(xué)說(shuō)比較統(tǒng)一的看法無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)與微晶學(xué)說(shuō)比較統(tǒng)一的看法 (三三)常見(jiàn)玻璃的微觀結(jié)構(gòu)常見(jiàn)玻璃的微觀結(jié)構(gòu) 1、硅酸鹽玻璃、硅酸鹽玻璃 橋氧與網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系橋氧與網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系 “逆性玻璃逆性玻璃” 2、硼酸鹽玻璃：、硼酸鹽玻璃： 3、磷酸鹽玻璃：、磷酸鹽玻璃：4-4 玻璃玻璃二、玻璃的轉(zhuǎn)變二、玻璃的轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變溫度區(qū)轉(zhuǎn)變溫度區(qū) 轉(zhuǎn)變溫度范圍微觀過(guò)程轉(zhuǎn)變溫度范圍微觀過(guò)程 轉(zhuǎn)變溫度范圍附近的結(jié)構(gòu)變化情況轉(zhuǎn)變溫度范圍附近的結(jié)構(gòu)變化情況 “假想溫度假想溫度” 4-4 玻璃玻璃三、玻璃化的條件三、玻璃化的條件（一）熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)條件（一）熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)條件玻璃的不穩(wěn)（

47、亞穩(wěn)）性玻璃的不穩(wěn)（亞穩(wěn)）性 玻璃的穩(wěn)定存在玻璃的穩(wěn)定存在 容積分率容積分率 玻璃形成能力的判斷玻璃形成能力的判斷三三T圖圖 在時(shí)間在時(shí)間t內(nèi)單位體積的結(jié)晶內(nèi)單位體積的結(jié)晶VL/V 玻璃生成的主要?jiǎng)恿W(xué)因素玻璃生成的主要?jiǎng)恿W(xué)因素 4-4 玻璃玻璃三、玻璃化的條件三、玻璃化的條件 (二二)結(jié)晶化學(xué)條件結(jié)晶化學(xué)條件 陰離子集團(tuán)對(duì)玻璃形成的影響陰離子集團(tuán)對(duì)玻璃形成的影響 化學(xué)鍵性質(zhì)對(duì)玻璃的形成的影響化學(xué)鍵性質(zhì)對(duì)玻璃的形成的影響 化學(xué)鍵強(qiáng)度的影響化學(xué)鍵強(qiáng)度的影響 4-5非晶態(tài)高分子非晶態(tài)高分子一、非晶態(tài)高分子的結(jié)構(gòu)模型一、非晶態(tài)高分子的結(jié)構(gòu)模型(一一)無(wú)規(guī)線團(tuán)模型無(wú)規(guī)線團(tuán)模型 理論基礎(chǔ)是高分子溶液理

48、論理論基礎(chǔ)是高分子溶液理論 非晶態(tài)高分子無(wú)規(guī)線團(tuán)模型非晶態(tài)高分子無(wú)規(guī)線團(tuán)模型 高分子的自由體積高分子的自由體積 (二二)局部有序模型局部有序模型 高分子的兩種結(jié)構(gòu)單元高分子的兩種結(jié)構(gòu)單元 粒子相與粒間相的形態(tài)粒子相與粒間相的形態(tài) 4-5非晶態(tài)高分子非晶態(tài)高分子二、玻璃化轉(zhuǎn)變二、玻璃化轉(zhuǎn)變 玻璃化轉(zhuǎn)變玻璃化轉(zhuǎn)變 玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)的特性變化玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)的特性變化 自由體積理論自由體積理論 自由體積與溫度及熱膨脹的關(guān)系自由體積與溫度及熱膨脹的關(guān)系 高彈態(tài)在某溫度高彈態(tài)在某溫度T時(shí)的自由體積時(shí)的自由體積 玻璃態(tài)自由體積狀態(tài)玻璃態(tài)自由體積狀態(tài) 第五章第五章 固體材料中的質(zhì)點(diǎn)固體材料中的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)與遷移運(yùn)動(dòng)與遷

49、移 5-1晶格中原子的運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散晶格中原子的運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散 5-2擴(kuò)散機(jī)制及影響擴(kuò)散的因素?cái)U(kuò)散機(jī)制及影響擴(kuò)散的因素5-1 晶格中原子的運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散晶格中原子的運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散一、熱缺陷的運(yùn)動(dòng)、產(chǎn)生與復(fù)合一、熱缺陷的運(yùn)動(dòng)、產(chǎn)生與復(fù)合 擴(kuò)散現(xiàn)象的本質(zhì)擴(kuò)散現(xiàn)象的本質(zhì) 1、通過(guò)填隙途徑遷移、通過(guò)填隙途徑遷移 2、通過(guò)空位的機(jī)構(gòu)而遷移、通過(guò)空位的機(jī)構(gòu)而遷移 5-1 晶格中原子的運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散晶格中原子的運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散二、基本擴(kuò)散定律二、基本擴(kuò)散定律菲克定律菲克定律關(guān)注計(jì)算關(guān)注計(jì)算（一）穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散（一）穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散菲克第一定律菲克第一定律（二）非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散（二）非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散菲克第二定律菲克第二定律5-1 晶格中原子的運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散晶格中原

50、子的運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散三、擴(kuò)散系數(shù)三、擴(kuò)散系數(shù)（一）自擴(kuò)散系數(shù)（一）自擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù) 擴(kuò)散的宏觀現(xiàn)象擴(kuò)散的宏觀現(xiàn)象 擴(kuò)散系數(shù)與原子遷移的關(guān)系擴(kuò)散系數(shù)與原子遷移的關(guān)系 遷移頻率遷移頻率 實(shí)際擴(kuò)散系數(shù)（對(duì)極稀的實(shí)際擴(kuò)散系數(shù)（對(duì)極稀的fcc結(jié)構(gòu)的間隙固結(jié)構(gòu)的間隙固溶體）溶體） 自擴(kuò)散系數(shù)自擴(kuò)散系數(shù) 5-1 晶格中原子的運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散晶格中原子的運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散三、擴(kuò)散系數(shù)三、擴(kuò)散系數(shù) (二二)偏擴(kuò)散系數(shù)偏擴(kuò)散系數(shù) 偏擴(kuò)散系數(shù)偏擴(kuò)散系數(shù) 偏擴(kuò)散系數(shù)的熱力學(xué)分析：例如偏擴(kuò)散系數(shù)的熱力學(xué)分析：例如CoO和和NiO二元系統(tǒng)的擴(kuò)散二元系統(tǒng)的擴(kuò)散 (三三)交互擴(kuò)散系數(shù)交互擴(kuò)散系數(shù)達(dá)肯方程達(dá)肯方程 1.克根達(dá)爾克根達(dá)爾(Kirkendall)效應(yīng)效應(yīng) 2、達(dá)肯、達(dá)肯(Darken)公式公式 5-2擴(kuò)散機(jī)制及影響擴(kuò)散的因素?cái)U(kuò)散機(jī)制及影響擴(kuò)散的因素一、擴(kuò)散機(jī)制一、擴(kuò)散機(jī)制（一）空位擴(kuò)散（一）空位擴(kuò)散空位擴(kuò)散機(jī)制空位擴(kuò)散機(jī)制 實(shí)現(xiàn)空位擴(kuò)散的兩個(gè)條件