無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)要點(diǎn)

無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)要點(diǎn)第1頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六主要參考書《無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》陸佩文主編，武漢工業(yè)大學(xué)出版社《無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》曾燕偉主編，武漢理工大學(xué)出版社第2頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六1.1離子鍵與離子晶體1.2共價(jià)鍵與分子軌道理論第一章無機(jī)材料的化學(xué)鍵與電子結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵是決定材料結(jié)構(gòu)與性能的最基本因素離子鍵特征及離子晶體一般特性：熔點(diǎn)高、硬度大、質(zhì)脆、延展性差、熔融狀態(tài)可導(dǎo)電熔點(diǎn)高、強(qiáng)度高、硬度高、導(dǎo)電性能差

P8第3頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六2.1晶體的周期結(jié)構(gòu)2.2晶體的宏觀對(duì)稱性2.3點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的微觀對(duì)稱性第二章晶體結(jié)構(gòu)及常見晶體結(jié)構(gòu)類型2.4常見的晶體結(jié)構(gòu)第4頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六1、晶體的基本特性質(zhì)點(diǎn)在三維空間成周期性重復(fù)排列各向異性同一晶體在不同方向上的性質(zhì)差異

anisotropy

抗拉強(qiáng)度自范性

具有自發(fā)形成封閉的多面體的性質(zhì)宏觀均勻性晶體中任意兩個(gè)形狀、大小、取向都相同的微觀足夠大，宏觀足夠小的體積元，性質(zhì)相同。對(duì)稱性飽和溶液中球形明礬晶種的生長(zhǎng)第5頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六2、點(diǎn)陣、格子、元胞與復(fù)胞P16-173、晶面(Miller)指數(shù)、晶向指數(shù)的含義與計(jì)算4、對(duì)稱：物體中的相同部分作有規(guī)律的重復(fù)

宏觀對(duì)稱要素：對(duì)稱/反映面

對(duì)稱中心旋轉(zhuǎn)軸n

（慣用符號(hào)：L1、L2、L3、L4、L6、C、P）旋轉(zhuǎn)反軸

4次倒轉(zhuǎn)軸不能被其他的對(duì)稱要素及其組合取代

P23對(duì)稱操作:使對(duì)稱圖形中相同部分重復(fù)的操作對(duì)稱要素的組合必須滿足晶體的整體對(duì)稱要求，不是無限的5、對(duì)稱型（點(diǎn)群）結(jié)構(gòu)基元:周期重復(fù)的最小單元。對(duì)稱性操作不變性P20第6頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六32個(gè)對(duì)稱型（點(diǎn)群）P23-24晶體形態(tài)中，全部對(duì)稱要素的組合，稱為該晶體形態(tài)的對(duì)稱型或點(diǎn)群。

一般來說，當(dāng)強(qiáng)調(diào)對(duì)稱要素時(shí)稱對(duì)稱型，強(qiáng)調(diào)對(duì)稱操作時(shí)稱點(diǎn)群。

為什么叫點(diǎn)群？因?yàn)閷?duì)稱型中所有對(duì)稱操作可構(gòu)成一個(gè)群，符合數(shù)學(xué)中群的概念，并且在操作時(shí)有一點(diǎn)不動(dòng)，所以稱為點(diǎn)群。根據(jù)晶體中可能存在的對(duì)稱要素及其組合規(guī)律，推導(dǎo)出宏觀晶體中可能出現(xiàn)的對(duì)稱型（點(diǎn)群）是非常有限的，僅有32個(gè)。第7頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六6、空間點(diǎn)陣及14種布拉維格子（P、I、F、C格子）

7、晶體及晶族分類、晶胞參數(shù)P258、微觀對(duì)稱要素的特征、空間群的概念（230種）

在微觀對(duì)稱操作中都包含有平移動(dòng)作

9、球體緊密堆積原理（六方密堆、立方密堆）

10、決定晶體結(jié)構(gòu)的因素：組成、質(zhì)點(diǎn)大小、極化性質(zhì)11、典型晶體結(jié)構(gòu)（描述：晶胞參數(shù)、堆積填充、配位）CaF2結(jié)構(gòu)、金剛石結(jié)構(gòu)、金紅石結(jié)構(gòu)、剛玉結(jié)構(gòu)、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)、尖晶石結(jié)構(gòu)12、硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)、硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)分類的依據(jù)

第8頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)a.[SiO]4是結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)b.Si4＋間不直接相鍵，通過O2-來實(shí)現(xiàn)c.[SiO]4每個(gè)頂點(diǎn)，最多能被2個(gè)[SiO]4所共用d.兩個(gè)相鄰的[SiO]4之間可以共頂，而不以共棱、共面相連接第9頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六4.1熱力學(xué)平衡態(tài)點(diǎn)缺陷4.2非熱力學(xué)平衡態(tài)點(diǎn)缺陷4.3點(diǎn)缺陷與化學(xué)方程式4.4離子晶體中的點(diǎn)缺陷與色心4.6晶體的線缺陷——位錯(cuò)4.5摻雜與非化學(xué)計(jì)量化合物第四章、晶體結(jié)構(gòu)缺陷第10頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六缺陷—偏離理想晶體周期性或平移對(duì)稱性的結(jié)構(gòu)形式?？煞譃椤c(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷、體缺陷缺陷defects小尺寸缺陷引起的畸變局限在幾個(gè)原子間距范圍內(nèi)，可看成零維的點(diǎn)，稱作點(diǎn)缺陷：它可以是固有的，也可以是外來的雜質(zhì)原子引起的；前者稱作本征缺陷，后者則為非本征缺陷。點(diǎn)缺陷可分為熱缺陷(點(diǎn)陣空穴和填隙原子)、組成缺陷、

電荷缺陷和非化學(xué)計(jì)量缺陷。第11頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六1、缺陷的概念2、熱缺陷（弗倫克爾缺陷、肖特基缺陷）熱缺陷是一種本征缺陷、高于0K就存在，熱缺陷濃度的計(jì)算影響熱缺陷濃度的因數(shù)：溫度和熱缺陷形成能（晶體結(jié)構(gòu)）3、雜質(zhì)缺陷、固溶體4、非化學(xué)計(jì)量化合物結(jié)構(gòu)缺陷（半導(dǎo)體）種類、形成條件、缺陷的計(jì)算等5、連續(xù)置換型固溶體的形成條件6、影響形成間隙型固溶體的因素7、組分缺陷（補(bǔ)償缺陷）：不等價(jià)離子取代形成條件、特點(diǎn)（濃度取決于摻雜量和固溶度）缺陷濃度的計(jì)算、與熱缺陷的比較

淬火退火工藝非平衡態(tài)點(diǎn)缺陷P120-122區(qū)別——固溶體、混合物、化合物相數(shù)單相多相單相組成可變可變確定第12頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六8、缺陷反應(yīng)方程和固溶式

9、固溶體的研究與計(jì)算寫出缺陷反應(yīng)方程

固溶式、算出晶胞的體積和重量

理論密度（間隙型、置換型）和實(shí)測(cè)密度比較10、位錯(cuò)概念刃位錯(cuò)：滑移方向與位錯(cuò)線垂直，伯格斯矢量b與位錯(cuò)線垂直

螺位錯(cuò)：滑移方向與位錯(cuò)線平行，伯格斯矢量b與位錯(cuò)線平行第13頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六特點(diǎn)：表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性質(zhì)相差懸殊，研究固體表面比研究液體表面困難，難以定量描述。

表面可以由一系列的物理化學(xué)數(shù)據(jù)來描述（表面積、表面組成、表面張力、表面自由能、熵、焓等），表面與界面的組成和結(jié)構(gòu)對(duì)其性能有著重要的影響。

相界：指具有不同組成或結(jié)構(gòu)的兩固相間的分界面晶界：是指同材料相同結(jié)構(gòu)的兩個(gè)晶粒之間的邊界固體材料中存在的界面包括相界和晶界界面和表面(interfaceand

surface)界面是指兩相接觸的約幾個(gè)分子厚度的過渡區(qū).兩相中的一相為氣體時(shí)的界面通常稱為表面。第14頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六第五章、表面與界面1、界面的分類與特點(diǎn)，固體是如何降低其表面能的？2、晶體表面弛豫與重構(gòu)，表面的TLK模型3、潤(rùn)濕的概念、定義改善潤(rùn)濕的方法：去除表面吸附膜（提高固體表面能）、改變表面粗糙度、降低固液界面能5、決定晶界構(gòu)型的因素（界面能與晶界能的相互關(guān)系）6、粘土荷電的原因、粘土與水的作用、電動(dòng)電位7*、泥漿膠溶的原理與條件、粘土泥漿屬于塑性流動(dòng)8*、泥漿發(fā)生觸變的原因第15頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六第六章、相平衡1、相律以及相圖中的一些基本概念：相、獨(dú)立組分、自由度等2、水型物質(zhì)相圖的特點(diǎn)（固液界線的斜率為負(fù)）3、SiO2相圖中的可逆與不可逆多晶轉(zhuǎn)變（重建型轉(zhuǎn)變、位移型轉(zhuǎn)變）4、一致熔化合物和不一致熔化合物的特點(diǎn)5、形成連續(xù)固溶體的二元相圖的特點(diǎn)（沒有二元無變量點(diǎn)）6、界線、連線的概念及相互關(guān)系7、等含量規(guī)則、等比例規(guī)則、背向規(guī)則、杠桿規(guī)則、連線規(guī)則、切線規(guī)則、重心規(guī)則。8、三元相圖析晶路徑的分析

判斷化合物的性質(zhì)劃分副三角形標(biāo)出界線上的溫度走向和界線的性質(zhì)確定無變量點(diǎn)的性質(zhì)分析具體的析晶路程第16頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六第七章、固體中質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散1、固體中擴(kuò)散的特點(diǎn)各向異性、擴(kuò)散速率低2、菲克定律（宏觀現(xiàn)象）與擴(kuò)散系數(shù)菲克第一定律：穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散菲克第二定律：不穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散3、擴(kuò)散推動(dòng)力（化學(xué)位梯度）4、擴(kuò)散系數(shù)的一般熱力學(xué)關(guān)系式5、質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散方式（五種、其中空位最常見，所需能量最小）6、本征擴(kuò)散、非本征擴(kuò)散及其相應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)D產(chǎn)生本征擴(kuò)散與非本征擴(kuò)散的原因7、擴(kuò)散的影響因素第17頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六1、固相反應(yīng)的定義、泰曼溫度2、固相反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率3、固相反應(yīng)的一般動(dòng)力學(xué)關(guān)系（反應(yīng)的總阻力=各個(gè)分阻力之和）4、固相反應(yīng)的特點(diǎn)（化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)范圍、擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)范圍）5、楊德爾方程G＜0.36、金斯特林格方程G＜0.87、影響固相反應(yīng)的因素8、如果要合成MgAl2O4，可提供選擇的原料為MgCO3、Mg(OH)2、MgO、Al2O3·3H2O、γ-Al2O3、α-Al2O3,從提高反應(yīng)速率的角度出發(fā)，選擇什么原料較好？第八章、固相化學(xué)反應(yīng)第18頁，共20頁，2023年，2月20日，星期六第九章、固態(tài)相變1、相變的概念2、相變的分類，無擴(kuò)散型相變的特點(diǎn)3、一級(jí)相變、二級(jí)相變、馬氏體相變、有序－無序相變4、相變過程中的亞穩(wěn)態(tài)5、晶核的形成條件、臨界晶核rk。（要有△T）6、影響成核速率的因素：核坯的數(shù)目、質(zhì)點(diǎn)加到核坯上的速率Iv=P·D7、均勻成核與非均勻成核的區(qū)別8、影響晶體生長(zhǎng)速率的因素：溫度