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晶胞中还有3个变形八面体空隙(即8×1/4+2 × 1/2=3), 每个空隙由2La+4Ni共6个原子围成, 如下图正方形所示.
但H原子通常并不 填充这种空隙, 而 只填在较大的变形 四面体空隙中, 组 成为LaNi5H6 .
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假定吸氢后体积不变, 则合金中氢的密度为： [6/（6.022 1023)g]／(90 10-24 cm3)＝0.111 g·cm-3
准周期性 失配 瘦菱面体 胖菱面体 Y-Ba-Cu-O超导氧化物 多层碳纳米管（MWNT） 单层碳纳米管（SWNT） 手性矢量 手性角 单臂纳米管 锯齿形纳米管 手性纳米管
STM
材料被称为人类社会进化的里程碑、现 代文明的三大支柱之一. 特别是20世纪下半叶， 世界进入新技术革命时代以来，新材料已成 为各个高新技术领域发展的突破口.
8.2 非晶态材料
8.2.1 非晶态固体及其结构特征
非晶态（amorphous）又称玻璃态。1960年，P.Duwez 首次获得非晶态合金.
非晶态物质的结构特点: 短程有序，原子排列既不具备 晶态物质的长程有序性，又不像气体那样混乱无序，而是在 每个原子周围零点几纳米内，最近邻原子数目及化学键的键 长、键角与晶态固体相似.
材料研究的一个重要方向就是其结构与 性能的关系，这正是结构化学的任务。
在本章简短的篇幅中，我们选取一些有 代表性的新型材料，介绍其结构特征和新颖 的性能.
8.1 新型合金材料
8.1.1 储氢合金
1968年, 美国发现Mg -Ni合金具有储氢性能. 此后，对 储氢合金研究开发进一步加强.
目前，利用金属或合金储氢已取得很大进展，先后发 现了Ni、Mg、Fe基三个系列的储氢材料，其中LaNi5性能 良好，储氢密度超过液氢.
下面以LaNi5为例介绍储氢合金.
储氢合金 LaNi5
LaNi5是CaCu5型结构，六方晶系，晶胞中含1个LaNi5. 晶体结构如下图:
请单击按钮打开模型观察
晶体由两种结构不同的层交替堆积而成. 请单击各个图片 打开有关模型:
晶胞中有6个变形四面体储氢空隙(Δ), 每个空隙由2La+2Ni共 4个原子围成:
第八章 新型材料的结构简介
Chapter 8. Introduction to the Structure of New Materials
Contents
第八章目录
8.1 新型合金材料 8.1.1 储氢合金 8.1.2 形状记忆合金
8.2 非晶态材料 8.2.1 非晶态固体及其结构特征 8.2.2 非晶态合金 8.2.3 非晶态半导体
在短程有序的前提下，对非晶态物质的结构提出了不同 模型，两种常见的模型是无规网络和微晶粒模型：
无规网络模型认为非晶态材料中的原子完全无规排列堆 积，呈现混乱性和随机性，没有任何小区有序的部分:
无 规 网 络 模 型
微晶粒模型则认为非晶态材料由纳米量级的微晶（几个 到几十个原子间距）组成，在微晶内部的小范围内具有晶态 性质，但各个微晶无规取向，不存在长程有序性。
8.2.3 非晶态半导体
晶态半导体的电学性质可用固体能带理论作出圆满的解 释,但人们由此产生过一种误解, 以为非晶态不可能是半导体. 1955年发现非晶态也有半导体性质后, 经过大量研究, 逐步了 解到：晶体的周期性结构不是解释固体电学、光学、磁学性 质的必要条件. 非晶态的电学性质主要起因于短程有序，而不 是长程有序.
8.3 准晶态材料 8.4 高温超导材料
Contents
8. 5 纳米材料 8.5.1 纳米材料 8.5.2 纳米材料的基本物理效应 8.5.3 碳纳米管的结构 8.5.4 扫描探针显微技术 8.5.5 纳米材料的应用
关键词超连接
LaNi5 形状记忆合金 无规网络模型 微晶粒模型 非晶态半导体 硫属玻璃 非晶硅 换价对(VAP) 准晶态材料 谢氏体 瘦菱形 胖菱形
8.1.2 形状记忆合金
1962年, 美国海军军械实验室在Ni-Ti合金中发现了形状记 忆效应．后来, 多种形状记忆合金（SMA）被发现，如Ni-Ti、 Ti-Ni-Cu、Ti-Ni-Nb、Cu-Zn-Al、Cu-Al-Ni、Fe-Mn-Si等.
形状记忆合金存在热弹性马氏体，含许多孪晶，受外力 易变形，但原子结合方式不变. 所以, 再加热到一定温度就会 逆变为稳定母相.
微 晶 粒 模 型
非晶态材料种类很多，其中有非晶态合金和非晶态半 导体.
8.2.2 非晶态合金
非晶态合金也称金属玻璃, 外观与金属晶体没有区别， 密度仅略低于相同成分的金属晶体，表明二者的原子间距 离相似.
晶态金属一般由微米量级的小晶粒组成，晶粒间存在 晶界. 而金属玻璃在微米量级水平上则是均匀固体，无晶 粒和晶界.
(6个H的质量) / (晶胞体积) = (氢的密度) 这比标准状态下氢气的密度大许多倍，也比液氢密度大．
各种储氢材料的储氢 机制不尽相同。对于LaNi5 来说，H2分子在合金表面 上首先原子化，然后进入 合金内部的间隙位置，因 此同时起到了纯化和功能 转换作用.
e
e
H2的σ*与Ni的d轨道叠加并 接受Ni的d电子，H2被打开.
形状记忆合金须具备三个特点: (1)马氏体是热弹性类型； (2)马氏体形变主要通过孪晶取向改变产生；(3)母相通常是有 序结构.
形状记忆性能源于马氏体相变及其逆转变特性
Ni-Ti合金母相, wenku.baidu.com序结构的奥氏体.
含很多孪晶、较 软的热弹性马氏体. 受外力易变形.
点击动画按钮,用播放键分步观察
变形马氏体. 择优、单一取向的 有序马氏体.
近年来，储氢材料的研究转向高容量、长寿命材料， 主要是固溶体储氢材料、络合催化氢化物、纳米储氢材 料、纳米碳管或纳米碳纤维。纳米碳管储氢的研究已被 国际能源协会（IEA）列为重点发展项目.
1997年，Heben等人发现单壁碳纳米管在室温下即可 大量储氢，引发了研究热潮, 已有许多研究报道. 但各种 文献对碳纳米管储氢性能报道的数据差别很大, 有的数据 不能被其他研究者重复. 有的文献指出：碳纳米管的纯度、 两端是否开口、长度和孔径是影响储氢性能的关键. 因此， 对碳纳米管的储氢性能仍须作大量艰苦细致的研究.
晶胞中还有3个变形八面体空隙(即8×1/4+2 × 1/2=3), 每个空隙由2La+4Ni共6个原子围成, 如下图正方形所示.
但H原子通常并不 填充这种空隙, 而 只填在较大的变形 四面体空隙中, 组 成为LaNi5H6 .
请单击按钮打开模型观察
假定吸氢后体积不变, 则合金中氢的密度为： [6/（6.022 1023)g]／(90 10-24 cm3)＝0.111 g·cm-3
准周期性 失配 瘦菱面体 胖菱面体 Y-Ba-Cu-O超导氧化物 多层碳纳米管（MWNT） 单层碳纳米管（SWNT） 手性矢量 手性角 单臂纳米管 锯齿形纳米管 手性纳米管
STM
材料被称为人类社会进化的里程碑、现 代文明的三大支柱之一. 特别是20世纪下半叶， 世界进入新技术革命时代以来，新材料已成 为各个高新技术领域发展的突破口.
8.2 非晶态材料
8.2.1 非晶态固体及其结构特征
非晶态（amorphous）又称玻璃态。1960年，P.Duwez 首次获得非晶态合金.
非晶态物质的结构特点: 短程有序，原子排列既不具备 晶态物质的长程有序性，又不像气体那样混乱无序，而是在 每个原子周围零点几纳米内，最近邻原子数目及化学键的键 长、键角与晶态固体相似.
材料研究的一个重要方向就是其结构与 性能的关系，这正是结构化学的任务。
在本章简短的篇幅中，我们选取一些有 代表性的新型材料，介绍其结构特征和新颖 的性能.
8.1 新型合金材料
8.1.1 储氢合金
1968年, 美国发现Mg -Ni合金具有储氢性能. 此后，对 储氢合金研究开发进一步加强.
目前，利用金属或合金储氢已取得很大进展，先后发 现了Ni、Mg、Fe基三个系列的储氢材料，其中LaNi5性能 良好，储氢密度超过液氢.
下面以LaNi5为例介绍储氢合金.
储氢合金 LaNi5
LaNi5是CaCu5型结构，六方晶系，晶胞中含1个LaNi5. 晶体结构如下图:
请单击按钮打开模型观察
晶体由两种结构不同的层交替堆积而成. 请单击各个图片 打开有关模型:
晶胞中有6个变形四面体储氢空隙(Δ), 每个空隙由2La+2Ni共 4个原子围成:
第八章 新型材料的结构简介
Chapter 8. Introduction to the Structure of New Materials
Contents
第八章目录
8.1 新型合金材料 8.1.1 储氢合金 8.1.2 形状记忆合金
8.2 非晶态材料 8.2.1 非晶态固体及其结构特征 8.2.2 非晶态合金 8.2.3 非晶态半导体
在短程有序的前提下，对非晶态物质的结构提出了不同 模型，两种常见的模型是无规网络和微晶粒模型：
无规网络模型认为非晶态材料中的原子完全无规排列堆 积，呈现混乱性和随机性，没有任何小区有序的部分:
无 规 网 络 模 型
微晶粒模型则认为非晶态材料由纳米量级的微晶（几个 到几十个原子间距）组成，在微晶内部的小范围内具有晶态 性质，但各个微晶无规取向，不存在长程有序性。
8.2.3 非晶态半导体
晶态半导体的电学性质可用固体能带理论作出圆满的解 释,但人们由此产生过一种误解, 以为非晶态不可能是半导体. 1955年发现非晶态也有半导体性质后, 经过大量研究, 逐步了 解到：晶体的周期性结构不是解释固体电学、光学、磁学性 质的必要条件. 非晶态的电学性质主要起因于短程有序，而不 是长程有序.
8.3 准晶态材料 8.4 高温超导材料
Contents
8. 5 纳米材料 8.5.1 纳米材料 8.5.2 纳米材料的基本物理效应 8.5.3 碳纳米管的结构 8.5.4 扫描探针显微技术 8.5.5 纳米材料的应用
关键词超连接
LaNi5 形状记忆合金 无规网络模型 微晶粒模型 非晶态半导体 硫属玻璃 非晶硅 换价对(VAP) 准晶态材料 谢氏体 瘦菱形 胖菱形
8.1.2 形状记忆合金
1962年, 美国海军军械实验室在Ni-Ti合金中发现了形状记 忆效应．后来, 多种形状记忆合金（SMA）被发现，如Ni-Ti、 Ti-Ni-Cu、Ti-Ni-Nb、Cu-Zn-Al、Cu-Al-Ni、Fe-Mn-Si等.
形状记忆合金存在热弹性马氏体，含许多孪晶，受外力 易变形，但原子结合方式不变. 所以, 再加热到一定温度就会 逆变为稳定母相.
微 晶 粒 模 型
非晶态材料种类很多，其中有非晶态合金和非晶态半 导体.
8.2.2 非晶态合金
非晶态合金也称金属玻璃, 外观与金属晶体没有区别， 密度仅略低于相同成分的金属晶体，表明二者的原子间距 离相似.
晶态金属一般由微米量级的小晶粒组成，晶粒间存在 晶界. 而金属玻璃在微米量级水平上则是均匀固体，无晶 粒和晶界.
(6个H的质量) / (晶胞体积) = (氢的密度) 这比标准状态下氢气的密度大许多倍，也比液氢密度大．
各种储氢材料的储氢 机制不尽相同。对于LaNi5 来说，H2分子在合金表面 上首先原子化，然后进入 合金内部的间隙位置，因 此同时起到了纯化和功能 转换作用.
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H2的σ*与Ni的d轨道叠加并 接受Ni的d电子，H2被打开.
形状记忆合金须具备三个特点: (1)马氏体是热弹性类型； (2)马氏体形变主要通过孪晶取向改变产生；(3)母相通常是有 序结构.
形状记忆性能源于马氏体相变及其逆转变特性
Ni-Ti合金母相, wenku.baidu.com序结构的奥氏体.
含很多孪晶、较 软的热弹性马氏体. 受外力易变形.
点击动画按钮,用播放键分步观察
变形马氏体. 择优、单一取向的 有序马氏体.
近年来，储氢材料的研究转向高容量、长寿命材料， 主要是固溶体储氢材料、络合催化氢化物、纳米储氢材 料、纳米碳管或纳米碳纤维。纳米碳管储氢的研究已被 国际能源协会（IEA）列为重点发展项目.
1997年，Heben等人发现单壁碳纳米管在室温下即可 大量储氢，引发了研究热潮, 已有许多研究报道. 但各种 文献对碳纳米管储氢性能报道的数据差别很大, 有的数据 不能被其他研究者重复. 有的文献指出：碳纳米管的纯度、 两端是否开口、长度和孔径是影响储氢性能的关键. 因此， 对碳纳米管的储氢性能仍须作大量艰苦细致的研究.