固体材料的结构基础知识共34页文档
第九章固体结构PPT课件
AB型：NaCl型
晶格:面心立方 配位比:6:6
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氯化钠的晶格扩展
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（2） 氯化铯的晶体结构
AB型：CsCl型
晶格:简单立方 配位比: 8:8
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（3） 硫化锌的晶体结构
AB型： ZnS型
晶格: 面心立方 配位比: 4:4
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其它类型的离子晶体
AB2型：CaF2的结构
离子半径的概念在预言物质性质、判断矿物中离子相互取 代等方面十分有用，但使用时要注意选用同一套数据，不 能将来源不同的数据混用。
形成离子晶体时只有当正、负离子紧靠在一起，晶体才能 稳定。离子能否完全紧靠与正. 、负离子半径之比r+/r-有关。29
半径比(r+/r-)规则:
(4r)22(2r2r)2
+ e- + e-
e- e- e-
+ e-
e- + e-
e-
e-
+
+
+
+
e- e-
+ e- +
e- e-
e-
++金属键的电子海模型（碱金属）
.
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二、金属晶体的结构
❖ 1.金属晶体的定义
金属原子或离子彼此靠金属键结合而成的晶体。
❖ 2.金属晶体的特点
有金属光泽，能导电、传热，富有延展性等。
❖ 3.金属晶体中粒子的排列方式
❖1.晶格能的定义
在标准状态下，按下列化学反应计量式使离子晶体 变为气态正离子和气态负离子时所吸收的能量。
M a X b ( s ) ab M g ba X g
材料科学基础 第二章 固体材料的结构
第二章固体材料的结构固体材料的各种性质主要取决于它的晶体结构。
原子之间的作用结合键与晶体结构密切相关。
通过研究固体材料的结构可以最直接、最有效地确定结合键的类型和特征。
固体材料主要包括：金属、合金、非金属、离子晶体、陶瓷研究方法：X光、电子、中子衍射——最重要、应用最多§2-1 结合键结合键——原子结合成分子或固体的结合键决定了物质的物理、化学、力学性质。
一切原子之间的结合力都起源于原子核与电子间的静电交互作用（库仑力）。
不同的结合键代表了实现结构）的不同方式。
一、离子键典型的金属与典型的非金属元素就是通过离子键而化合的。
从而形成离子化合物或离子晶体由共价键方向性特点决定了的SiO2四面体晶体结构极性共价键非极性共价键五、氢键含有氢的分子都是通过极性共价键结合，极性分子之间结合成晶体时，通过氢键结合。
例如：H 2O ，HF ，NH 3等固态冰液态水§2-2 金属原子间的结合能一、原子作用模型固态金属相邻二个原子之间存在两种相互作用：a) 相互吸引——自由电子吸引金属正离子，长程力；b) 相互排斥——金属正离子之间的相互排斥，短程力。
平衡时这二个力相互抵消，原子受力为0，原子处于能量最低状态。
此时原子间的距离为r0。
§2-3 合金相结构基本概念♦合金——由两种或两种以上的金属或金属非金属元素通过化学键结合而组成的具有金属特性的材料。
♦组元、元——组成合金的元素。
♦相——具有相同的成分或连续变化、结构和性能的区域。
♦组织——合金发生转变（反应）的结果，可以包含若干个不同的相，一般只有一到二个相。
♦合金成分表示法：(1) 重量（质量）百分数A-B二元合金为例m B——元素B的重量(质量m A——元素A的重量(质量合金中的相分为：固溶体，化合物两大类。
固溶体金属晶体(溶剂)中溶入了其它元素(溶质)后，就称为固溶体。
一、固溶体的分类：♦按溶质原子在溶剂中的位置分为：置换固溶体，间隙固溶体♦按溶解度分为：有限固溶体，无限固溶体♦按溶质原子在溶剂中的分布规律分为：有序固溶体，无序固溶体置换固溶体：溶质原子置换了溶剂点阵中部分溶剂原子。
固体材料的结构基础知识
结构材料的失效
材料的磨损：在机件表面互相接触并作相 对运动产生摩擦的过程中，会有微小颗粒 从表面不断分离出来形成尺寸和形状不同 的磨屑，使材料逐渐损失，导致机件尺寸 变化和质量的损失，这种表面损伤的现象 即为磨损。 磨损的分类：黏着磨损、磨料磨损、腐蚀 磨损及疲劳磨损。
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结构材料的失效
材料的腐蚀：腐蚀就是物质表面因发生化 学或电化学反应而受到破坏的现象。分为 化学腐蚀和电化学腐蚀。
（4）离子键合的材料具有较高的对称性、结构稳定、熔点较高、 硬度大、膨胀系数较小而脆性较大。
（5）离子晶体材料中没有自由电子，所以，通常是电或热的不良 导体是绝缘体，但是，在高温下可以是借助离子本身在晶体中 的运动而导电。
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（2）共价健
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共价健的意义及其特点： （1）通过共享电子对的结合使相邻原子键合起来的形式称为共价
间则为范德华键或氢键。
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1．2．2 键合的本质及其性能 (1) 原子间斥力和引力
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原子间距(r0) ： 两原子在某距离下吸引力和排斥力相等，此时， 该两原子便被稳定在此相对位置上，这一距离r0 称为原子的平衡距离，简称原子间距。 结合能（E）: 原子在平衡距离下的作用能称为原子的结合能。 结合能的大小相当于把两原子分开所需要作的功， E越大，原子的结合也就越稳定。 一般而言： 离子键、共价健的E值最大；金属键的次之；而范 德华的E最小。
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（4）范德华键 意义及其特点：
范德华键力是一种因电偶极矩的感应作用而产生的 键合现象； 除高分子外，键的结合力不如化学键牢固，也无饱 和性和方向性。
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（5）氢键 意义及其特点：
依靠原子或分子的偶极矩引力而形成，但是氢原子 起到了关键作用； 具有明显的饱和性和方向性，结合力大于范德华键， 主要存在于分子内或分子间，如高分子材料中存在 着大量的氢键。
固体的结构与性质
固体的结构与性质固体是物质的一种基本状态，其结构和性质对于我们理解和应用物质至关重要。
本文将从固体的结构与性质两个方面进行探讨，帮助读者深入了解固体的特点和相关知识。
一、固体的结构固体是由原子、离子或分子组成的，其内部结构紧密有序。
常见的固体结构有晶体和非晶体两类。
1. 晶体结构晶体是由规则重复排列的三维晶体格点构成的。
按照晶格的形状分类，晶体又可分为立方晶系、四方晶系、六方晶系、正交晶系、单斜晶系和三斜晶系六类。
晶体结构的特点包括：（1）周期性：晶体结构呈现规律的重复性，几何形状具有对称性。
（2）硬度：晶体由于内部原子、离子或分子的结合力较强，因此常具有较高的硬度。
（3）透明性：某些晶体的结构对入射光具有高度的吸收和散射，从而使得它们呈现出透明的性质。
2. 非晶体结构非晶体没有明确的晶体结构，其原子、离子或分子的排列形式是无序的、杂乱的。
非晶体的特点包括：（1）无规则性：非晶体内部原子、离子或分子无明显的规律性排列，呈现无序状态。
（2）随机性：在非晶态下，固体的物理性质随着组成成分的变化呈现连续性、可调节性。
（3）折射性：非晶体对光的折射性较强，使得它们呈现出不透明的特征。
二、固体的性质固体的性质是其结构特点所决定的，在以下几个方面表现出差异：1. 密度不同结构的固体具有不同的密度。
在一定温度和压力下，晶体的密度较大，而非晶体的密度较小。
这是因为晶体的有序排列使得原子、离子或分子之间的间隙较小，而非晶体中的无序性使得间隙较大。
2. 热导率晶体的热导率一般较高，是因为晶体中原子、离子或分子的排列紧密有序，传热路径较短。
非晶体由于其无序性，传热路径较长，因此热导率较低。
3. 电导率根据固体中携带电荷的粒子类型和可移动性的不同，固体的电导率表现出多样性。
金属固体因其自由电子的存在具有优良的导电性；离子晶体由于离子在结构中的周期性排列具有较高的电离度和离子迁移性；而非金属固体的电导率则相对较低。
4. 弹性固体的弹性是指其在受力作用下产生的变形和恢复的能力。
【课件】第一章固体结构PPT
§1.1 固体中原子（离子）排列的完整性
• 自然界中的固体物质一般可分为晶态固体（晶体）和非晶 态固体（非晶体）两类。晶体的内部结构至少在纳米量级 的范围内是有序排列的，这叫做长程有序。非晶体又叫做 过冷液体，它们在凝固过程中不发生有序化（结晶），非 晶体中原子与原子之间的排列是无规的。晶体具有一些非 晶体所没有的性质，如锐熔性、解理性、各向异性等
基元是由相距的两个原子组成。初基原胞 和晶胞相同，如图中粗线所示。原胞的底 边长，高为，与的夹角为120º，垂直和构 成的平面。由于每个原子有12个与之等距 离的最近邻原子，故密排六方结构的配位 数为12。
(a)六方密积结构
(b)两个六方布喇菲晶格的嵌套
图1.1-5 密排六方的晶体结构
• （3）金刚石结构和闪锌矿结构 金刚 石虽然是由一种原子构成，但它的晶格 却是一个复式格子。金刚石结构的布喇 菲点阵是面心立方，如图1.1-6(a)所示。 它的每个基元包含两个碳原子，其中一 个碳原子与晶格中所有与其等价的碳原 子一起形成一个面心立方晶格，另一个 碳原子也与晶格中所有与其等价者一起 形成一个面心立方晶格。整个晶格可以 看成是这两个面心立方晶格沿晶胞的体 对角线位移了体对角线的距离套构而成， 如图1.1-6(b)所示。每个基元中的两个 碳原子分别位于（0,0,0）和 （1/4,1/4,1/4） 处。金刚石结构的每个 晶胞含有4个基元，每个原子有4个最 近邻和12个次近邻，每个碳原子在最 近邻的4个碳原子组成的正四面体的中 心，所以金刚石结构的配位数是4。具 有金刚石结构的还有硅和锗等，它们也 是复式格子。
a3
a i
2
a i
2
a - i
2
j k j k j k
固体的结构与性质
固体的结构与性质固体是物质存在的一种状态，其分子或原子以固定的位置排列，相互间具有一定的结构和性质。
本文将探讨固体的结构特征以及对其性质的影响。
一、晶体结构晶体是固体中最有序、结构最规则的形态。
晶体的结构由重复排列的单位结构单元组成，这些结构单元通过晶体内部的转换与堆积形成整齐的晶体结构。
1. 点阵结构晶体结构的基本特征是点阵结构，即离子、分子或原子在晶体中以一定的法则排列。
常见的点阵结构包括立方晶系、四方晶系、正交晶系、斜方晶系、六方晶系和三斜晶系等。
2. 晶体面及晶胞晶体面指晶体的各个表面，其位置由晶胞决定。
晶胞是晶体中最小的结构单位，由一定数量的晶体面组成。
不同晶体的晶胞形状和大小各异，反映了各自的晶体结构。
3. 空间群空间群是描述晶体点阵结构的数学概念，它由旋转、平移、镜像操作和点群对称等元素组成。
空间群的不同反映了晶体的对称性，对晶体的性质和应用具有重要的影响。
二、非晶态结构非晶态是一种无典型结构的固体形态，其原子或分子排列无序。
非晶态是具有熵增益的形态，因而具有较高的熔点和较大的硬度。
非晶态结构的形成与快速冷却或高压下的固化有关。
1. 玻璃态玻璃是一种典型的非晶态结构，具有无序排列的原子或分子。
玻璃的制备通常通过快速冷却，使晶体无法形成有序结构，从而呈现出非晶态特征。
玻璃具有良好的透明性、热稳定性和化学稳定性。
2. 聚合物非晶态聚合物在液态聚合过程中，由于聚合物链的缩短和杂乱的分子运动，导致聚合物呈现无序排列的非晶态结构。
聚合物非晶态结构的形成直接影响了聚合物的物理性质、力学性能和热稳定性。
三、结构与性质的关系固体的结构直接影响其性质，不同结构的固体表现出不同的物理、化学性质。
以下是几个典型的例子。
1. 晶体的硬度晶体的硬度与其晶体结构以及离子或分子间的相互作用力有关。
通常，离子键和共价键较强，因此具有离子结构或共价结构的晶体通常比分子结构的晶体硬度更高。
2. 聚合物的弹性聚合物的结构对其弹性和可塑性起着关键作用。
固体材料结构基础
[111]
[110]
晶面及其表示方法
空间点阵的结点可以从各个方向被划分为 许多组平行且等距的平面点阵。这些平面 点阵所处的平面称为晶面 晶面具有两个特点
晶面族一经划定，所有结点都全部包含在晶 面族中而无一遗漏 一族晶面平行且两两等距，这是空间点阵周 期性的必然结果
晶面可以采用一组密勒指数 (h1, h2, h3) 来 表示
2.1 固体材料的分类
固体材料可以按照其中原子的排列的有 序程度分为晶态和非晶态两大类。
一个明显的弯曲标志着随着温 第二种方式：快速冷却时可 当温度足够低时将发生从液体到 之后过冷液体凝固 度的下降体系中发生了相变： 以获得过冷液体 固体的转变。液体可以通过两种 形成非晶态固体。 在沸腾温度处首先发生气相到 方式固化。 液相的转变。
点阵 ＋ 基元 ＝ 晶体结构
在空间点阵中，分布在同一直线上的结点构成一 个行列 行列。很显然，任意两个结点就可以决定一个 行列 行列。行列中两个相邻结点间的距离称为结点间 结点间 距 。连接分布在同一平面内的结点即构成一个面 面 网 (图 A)。连接分布在三维空间内的结点就构成 图 了空间点阵 (图B)。其实，由三个不共面的行列就 空间点阵 图 可以构成一个空间点阵。
固体结构全部优秀PPT
45°
65.1°
82.8
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晶体的对称性
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2.2金属的晶体结构
重点与难点：
1.三种典型金属晶体结构的晶体学特点；
2.晶体中的原子堆垛方式和间隙。
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一、三种典型的金属晶体结构
最常见金属晶体结构
面心立方晶体结构
面心立方
A1或fcc（face-centred cubic lattice）
体心立方
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原子是实在物体
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晶向指数的求法及标定
第一种求法：
1） 确定坐标系
2） 过坐标原点，作直线与待求晶向平行；
3） 在该直线上任取一点，并确定该点的坐标（x，y，z）
4） 将此值化成最小整数u，v，w并加以方括号[u v w]即
是。
z
[101]
y
视频
o
x <100>晶向族
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2.晶面指数（ Miller Indices of Crystallographic Planes ）
晶面指数为（233）
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晶面指数不仅仅代表一个面，而是代表着一组相互平
行的晶面。
这两个面晶面指数相同吗？
晶面族：
晶体内凡晶面间距和晶面上原子的分布完全相同，
只是空间位向不同的晶面可以归并为同一晶面族，
以{hkl}表示。
它代表由对称性相联系的若干组等效晶面的总和。
对称性越高，所包括的晶面数越多！
固体结构全部
第二章 固体结构
气态（gas state）
物质（substance）
液态（liquid state）
晶体（crystal）
固态（solid state）
材料科学基础-固体的结构
固体结构（Solid Structure）
第一节 晶体学基础
（Basis Fundamentals of crystallography） 固体物质按组成原子或分子排列特点分为： 晶体：原子或离子、分子在三维空间呈周期性、规则排列的固体。 非晶体：原子或离子分子呈无规则排列的固体。 晶体不同于非晶体的两大特点：固定的熔点，各向异性。
②已知两个晶向[u1v1w1]和[u2v2w2]，求出由其确定的晶面 (hkl)。
h : k : l (v1w2 v2 w1 ) : ( w1u2 w2u1 ) : (u1v2 u2v1 )
③判断空间两个晶向或两个晶面是否相互垂直。 ④判断某一晶向是否在某一晶面上(或平行于该晶面)。 ⑤已知晶带轴，判断哪些晶面属于该晶带。
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第二章
固体结构
3）三轴与四轴坐标系确定的晶面指数和晶向指数转换： ①晶面指数转换 由(hkl)转为(hkil)，加上一个指数i＝-(h+k)。
由(hkil)转换为(hkl)，去掉指数i 。
②晶向指数转换 由(U V W）转换为(uvtw)
U＝u-t V＝v-t 由(uvtw)转换为 (U V W）
例如:
(110) [110]
(111) [111]
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第二章
固体结构
3、六方晶系的晶面指数和晶向指数 六方晶系的晶面指数和晶向指数也可用三轴坐标确定。通常取a1, a2, c为晶轴，a1和a2之间的夹角为120，c轴与a1和a2垂直。 用三轴坐标系标定六方晶系的晶面指数和晶向指数时，对于同一 晶面族的晶面或同一晶向族的晶向，其指数不类同，从它们的晶面指 数上反映不出六个晶面的等价关系。 如六个柱面分别为： (100), (010), ( 110), ( 100), (010), (110)
初中化学知识点归纳固体的特性与结构
初中化学知识点归纳固体的特性与结构固体是一种物质的状态，它具有一定的形状和体积，呈现出相对稳定的结构和特性。
化学中，固体是我们研究的重要对象之一。
本文将对初中化学中固体的特性和结构进行归纳。
一、固体的特性固体与气体和液体相比，具有独特的特性，主要包括以下几个方面：1.形状和体积稳定固体具有一定的形状和体积，不易受外界影响而改变。
这是由于固体分子间的相互作用力比较强，使得分子排列有序，形成稳定的结构。
因此，固体在常温常压下呈现出固定的形态。
2.高密度由于固体分子紧密排列，分子之间的空隙较小，因此固体具有较高的密度。
相同质量的固体与气体和液体相比，占据的体积较小。
3.硬度与脆性固体的硬度和脆性是其特有的性质。
硬度指固体抵抗外力的能力，脆性则指固体在受到外力作用时会发生断裂。
这是由于固体分子之间的相互作用力的强度导致的。
4.熔点和沸点高固体的熔点和沸点较高，需要较高的温度才能使其发生熔化或汽化。
这是由于固体分子之间的相互作用力较强，需要克服较大的能量才能使其分子间距增大。
二、固体的结构固体的结构是指固体中分子或离子的排列方式和空间结构。
化学中，我们常见的固体结构主要有以下几种：1.晶体结构晶体是一种具有规则三维排列的物质。
在晶体中，分子或离子按照一定的规则排列，形成排列有序的结构。
晶体具有清晰的平面和面角，能够形成规则的晶体结构。
例如，盐类晶体中，正负离子按照一定比例和排列方式排列，形成晶体的立方结构。
2.非晶体结构非晶体是一种无法形成规则晶体结构的固体。
在非晶体中，分子或离子的排列是杂乱无序的，没有明显的平面和面角。
玻璃就是一种典型的非晶体，它的结构没有明确的规则性。
3.多晶结构多晶体是由多个晶体颗粒组成的物质。
在多晶体中，多个晶体颗粒具有不同的取向和晶格结构。
例如，金属材料常见的钢铁就是多晶体材料。
三、固体的分类根据固体的组成和性质，可以将固体分为以下几类：1.金属金属是一类特殊的固体，具有良好的导电性和导热性。