《晶態(tài)和非晶態(tài)》PPT課件

《《晶態(tài)和非晶態(tài)》PPT課件》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第二章晶態(tài)和非晶態(tài)材料的特性2.1晶體特征的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)2.2非整比化合物材料2.3液晶材料2.4玻璃與陶瓷2.1晶體特征的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)晶態(tài)物質(zhì)有別于氣體、液體的最典型特征是具有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，正是由于本身結(jié)構(gòu)的特殊性，使晶體呈現(xiàn)出與其它物質(zhì)完全不同的特殊性質(zhì)。１、晶體的均勻性由于晶體中原子排布的周期性規(guī)則，同時(shí)該周期非常小，在宏觀觀察中不能分辨出晶體微觀結(jié)構(gòu)中的不連續(xù)性，從而導(dǎo)致了晶體各部分具有相同的密度、化學(xué)組成等性質(zhì)。因此，從宏觀角度看，晶體具有均勻性。氣體、液體和玻璃體也有均勻性，但那是由于原子雜亂無章的分布，即它們的均勻性來源于原子的無序分布的統(tǒng)計(jì)性規(guī)律。兩者之

2、間有著實(shí)質(zhì)的不同。晶體的均勻性是焓因素決定的；非晶體的均勻性是由熵因素引起的。２、晶體的各向異性由于晶體在各個(gè)方向上的點(diǎn)陣向量不同，導(dǎo)致了晶體在不同方向上具有不同的物理性質(zhì)，即各向異性。最重要的各向異性包括電導(dǎo)率、膨脹系數(shù)、折光率、機(jī)械強(qiáng)度等。３、晶體的自范性在適宜的外界條件下，晶體能自發(fā)生長出晶面，晶棱等幾何元素所轉(zhuǎn)成的凸多面體，晶體的這一性質(zhì)即為晶體的自范性。在理想的環(huán)境中，晶體可以生長成凸多面體，此凸多面體的晶面數(shù)(F)、晶棱數(shù)(E)和頂點(diǎn)數(shù)(V)之間的關(guān)系符合下式：Ｆ＋Ｖ＝Ｅ＋２如：四面體：Ｆ＝４，Ｖ＝４，Ｅ＝６八面體：Ｆ＝８，Ｖ＝６，Ｅ＝１２三角雙

3、錐：？晶體的外形既受內(nèi)部結(jié)構(gòu)（點(diǎn)陣排列方式）制約，又在一定程度上受外因（溫度、壓力、濃度、雜質(zhì)）的影響。但同一種晶體的每兩個(gè)相應(yīng)界面的夾角是不受外界條件的影響，保持恒定不變。這個(gè)規(guī)律稱為“晶面角守恒定律”非晶體如玻璃體在從液相冷卻時(shí)，形成的固體表面圓滑，沒有固定的外形。４、晶體的熔點(diǎn)晶體在受到熱作用時(shí)，溫度升高，組成晶體的點(diǎn)陣上的原子或原子團(tuán)而因振動(dòng)加劇，當(dāng)此振動(dòng)的能量（平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)）達(dá)到晶格能（晶格對(duì)原子的束縛）時(shí)，晶體的結(jié)構(gòu)被破壞，晶體開始熔化。因晶體中各原子所處的環(huán)境相同，所以熔化的溫度也相同。所以晶體有一定的熔點(diǎn)，即在一特定的溫度下完全熔化。而非晶體由

4、于各質(zhì)點(diǎn)的環(huán)境不同，原子或原子團(tuán)所受的約束力不同。受約束力小的部分在較低溫度下開始熔化，而受約束力大的部分此時(shí)仍不能自由運(yùn)動(dòng)，以固體形態(tài)存在。固體材料的升溫和降溫曲線５、晶體的對(duì)稱性晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)決定了晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和理想外形都具有對(duì)稱性。理想外形的對(duì)稱性屬于宏觀對(duì)稱性；內(nèi)部結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性屬于微觀對(duì)稱性。2.2非整比化合物材料當(dāng)晶體中出現(xiàn)空位或填隙原子,從而使化合物的成份偏離整數(shù)比，這在晶體中是很普遍的現(xiàn)象。有這種現(xiàn)象的晶體被稱為非整比化合物，即晶體的組成中各類原子的相對(duì)數(shù)目不能用幾個(gè)小整數(shù)比表示的化合物。非整比化合物在光學(xué)性能、半導(dǎo)體性、金屬性、磁性及化學(xué)反

5、應(yīng)活性等方面與整比化合物有很大的差異和特點(diǎn)。因而成為重要的固體材料。產(chǎn)生非整比化合物的情況有以下幾類：1、某種原子過多或短缺如氧化亞鐵，通常它的化學(xué)式可寫為Fe1-xO,晶體中部分Fe2+被氧化成三價(jià)（Fe3+），從而使Fe:O的比值在1:1~2:3之間發(fā)生變化。又如當(dāng)將ZnO在1000K以上置于金屬鋅蒸汽環(huán)境中可形成Zn1＋δO的半導(dǎo)體材料，同時(shí)晶體的顏色也從白色轉(zhuǎn)化為紅色。2、層間嵌入某些離子、原子或分子某些層狀晶體層間是以VanDeWauls力結(jié)合，容易在層間插入原子或分子材料，從而形成非整比化合物。3、晶體吸收某些小原子氫等原子半徑較小的離子或原子可

6、以和許多過渡金屬形成可變的間隙型化合物，如PdHx、Ni5Hx等。這些氫化物可以可逆地分解，從而恢復(fù)到金屬和氫氣狀態(tài)，因此是很好的儲(chǔ)氫材料。此外，Li、Be等原子或離子的半徑也足夠小，可形成間隙型化合物。2.3液晶材料1888年奧地利植物學(xué)家F.Reinitzer首先發(fā)現(xiàn)了液晶現(xiàn)象，但液晶技術(shù)和液晶材料直到20世紀(jì)50年代以后，隨著人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)研究的飛躍發(fā)展，逐漸加深了結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系的了解，才使探索液晶奧秘的研究出現(xiàn)了重大突破，也在實(shí)際應(yīng)用中取得了可喜進(jìn)展。1、液晶和塑晶通常物質(zhì)有固、液、氣三種狀態(tài)，但對(duì)有些物質(zhì)，它們的固態(tài)和液態(tài)就很難區(qū)分（就像超臨

7、界狀態(tài)中氣、液態(tài)不分）。存在許多中間狀態(tài)，晶體和液體之間存在著兩種中間狀態(tài)，類似晶體的液體和類似液體的晶體，分別稱為液晶和塑晶。在晶體和液體之間出現(xiàn)中間狀態(tài)是因?yàn)榫w熔化時(shí)會(huì)產(chǎn)生兩種無序運(yùn)動(dòng)：平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。絕大多數(shù)晶體在溫度升高后，同時(shí)產(chǎn)生平動(dòng)無序和轉(zhuǎn)動(dòng)無序。具體表現(xiàn)為晶格消失，發(fā)生熔化現(xiàn)象。但有一些材料，這兩種作用并非同時(shí)產(chǎn)生，其中一種運(yùn)動(dòng)比另一種運(yùn)動(dòng)相對(duì)容易，因而出現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變的中間狀態(tài)。當(dāng)晶體先失去平移對(duì)稱性的特點(diǎn)，即晶體點(diǎn)陣上的質(zhì)點(diǎn)可以自由運(yùn)動(dòng)，物理性質(zhì)上就變成了液體；液晶就屬于這種情況。當(dāng)晶體先開始轉(zhuǎn)動(dòng)無序，這時(shí)各質(zhì)點(diǎn)依然保持平移對(duì)稱性，也保持了固體的

8、形態(tài)，只有在溫度進(jìn)一步升高后，發(fā)生了平移無序，此時(shí)晶