材料结构基础

第二章 材料结构基础
第一节 固体结构
三种结构: 1 晶体结构 2 无定形结构 3 液晶结构
一 晶体结构
1 什么是晶体？ 晶体是在三维空间上由原子按一定排列的 空间结构重复单元组成的。 2 什么是空间点阵？ 把原子作为一个点,把这些点在空间的 排列用线连接起来, 所形成的网络。在空间 点阵中的每个点周围的原子都是相同的原 子。
方体的八个顶角和六个面的中心各有一个原子。属于面心 立方的金属有：γ-Fe（温度在912~1394℃的铁）、铝 （Al）、铜（Cu）、银（Ag）、金（Au）、镍（Ni） 等。
• [密排六方晶格]： 密排六方晶格的晶胞是一个上下底面为
正六边形的六柱体，在六柱体的十二个顶角和上、下底面 的中心各有一个原子，六柱体的中间还有三个原子。具有 密排六方晶格的金属有：镁（Mg）、锌（Zn）、α-Ti（温 度低于883℃的钛）、镉（Cd）、铍（Be）等。
二 无定性结构
• 固体材料中，原子或离子在三维空间上排
列没有规律性和周期性，呈杂乱堆积的状 态，包括：无机玻璃﹑凝胶﹑非晶态半导 体﹑无定形碳﹑合金玻璃等。
• 玻璃的特殊性：
玻璃有玻璃态转化温度Tg, 而其它非晶态 固体没有。在温度低于Tg之前，玻璃是固 态的，在Tg之后，玻璃从固态变为过冷液 态然后变为液态。因此，无定型结构也叫 非晶态，分为玻璃态和非玻璃态两种。
2 高分子的远程结构 指高分子链的尺寸和状态（构象），分子 链中键的旋转和旋转的状态宏观地表现为 高分子链的柔性。
晶态结构 非晶态结构
聚集态结构
取向态结构
多相结构
液晶结构 聚集态结构指高分子材料整体的内部结构
3 聚集态结构 凝聚态 （1）分子间的作用力（内聚能密度） （2）结晶结构（结晶度很难达到100%） 四种模型 （3）非晶结构（高分子链全部处于无规 无序状态）四种模型 （4）取向结构 （5）液晶结构 （6）多相结构
二 高分子的链结构和聚集态结构
一级结构（近程结构）
链结构
二级结构（远程结构） 链结构指单个高分子的结构和形态，包括高分 子的化学组成，链的形状（构象）
1 高分子的近程结构包括： （1）结构单元的化学组成
（2）结构单元键接方式 （3）结构单元空间构型
（4）支化（接枝）与交联
（5）结构单元空间排序
三 液晶结构
• 一些物质的结晶结构受热熔融或被溶剂溶
解之后，表现上虽然失去了固态物质的刚 性，变成了具有流动性的液态物质，但结 构上依然保存着一维或二维有序排列，从 而在物理性质上呈现各向异性，形成一种 兼有部分晶体和液体的性质的过渡状态， 这种中介态为液晶态。
第二节 高分子材料结构
一 高分子结构特点 1 高分子的链式结构（均聚物﹑共聚物） 2 高分子链的柔性（内旋转自由度﹑构象） 3 高分子的多分散性（分子量与分子链长不 是单一的） 4 高分子凝聚态结构的复杂性 5 பைடு நூலகம்分子的交联网状结构（交联点）
3 什么是晶胞？ 在空间点阵中选取一个能够代表整体 的简单单元，这个单元叫晶胞。晶胞的形 状和大小用三个矢量a﹑b﹑c 表示,以一 个晶胞的角为原点，则a﹑b﹑c与坐标的 夹角为α﹑β﹑γ (晶格常数)
4 什么是晶面指数？ 晶面指数即晶胞某一个晶面在三维坐标 轴上的坐标。由于晶体在不同方向上有不 同的物理化学性质，因此采用晶面指数表 示晶面。
（a)
•
[体心立方晶格]：体心立方晶格的晶胞是一个立方体， 立方体的八个顶角和立方体的中心各有一个原子。具有体 心立方晶格的金属有：α-Fe（温度低于912℃的铁）、铬 （Cr）、钨（W）、钼（Mo）、钒（V）、β-Ti（温度在 883~1668℃的钛）等。
• [面心立方晶格]：面心立方晶格的晶胞是一个立方体，立