单晶体和多晶体的定义
关于单晶体和多晶体力学性能的探讨
关于单晶体和多晶体力学性能的探讨1. 引言1.1 定义单晶体和多晶体单晶体是由同一种类型的原子或分子组成,具有排列有序、具有明确定向性和具有规则外形的晶体。
其内部原子或分子排列是一个连续的、无限大的晶格结构。
多晶体是由许多单晶体或晶粒组成的晶体,每个晶粒的取向可能不同。
多晶体的结构比较复杂,晶界和晶粒内部会存在一些缺陷或错位。
单晶体和多晶体在晶体结构上的不同导致了它们在力学性能上的差异。
单晶体由于具有明确定向性和无晶界的特点,通常具有较高的强度和韧性,但在特定方向上可能存在易损区。
而多晶体在一定程度上受制于晶间和晶内缺陷,因此其力学性能相对较差,但具有更好的塑性变形能力。
对于材料科学研究而言,深入了解单晶体和多晶体的力学性能及其差异,有助于指导材料的设计和制备过程,提高材料的性能和应用范围。
在工程领域中,根据材料的具体要求选择合适的晶体类型,能够更好地满足工程需要。
1.2 单晶体和多晶体的特点单晶体和多晶体是固体材料中晶体结构的两种基本形式,它们在结构和性能上存在着显著差异。
单晶体具有明显的晶向性,其晶格结构呈现明显的有序性。
单晶体内部没有晶界和晶粒边界,因此具有较高的强度和硬度。
单晶体在特定方向上具有各向同性的力学性能,这使得它在一些工程领域具有独特的应用价值。
而多晶体则是由多个晶粒组成的晶体结构,其中晶界和晶粒边界是其特征之一。
多晶体的晶界对其力学性能和导电性能等方面都会产生影响。
在力学性能方面,多晶体通常具有较好的塑性变形能力和韧性,但相对于单晶体而言,其各向异性更为显著。
单晶体和多晶体在晶体结构和性能上有明显差异,各自具有独特的特点和优劣势。
充分理解和掌握单晶体和多晶体的特点,对于研究其力学性能以及在工程领域的应用具有重要意义。
在实际应用中,需要根据具体情况选择适合的晶体形态,以发挥其最佳性能。
1.3 研究单晶体和多晶体力学性能的重要性研究单晶体和多晶体的力学性能对于材料科学和工程领域具有重要意义。
【高中物理】高中物理人教版选修3-3学案:第九章1固体
1固体1.晶体与非晶体(1)常见的晶体和非晶体①常见的晶体:石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、蔗糖、味精、雪花。
说明:雪花是水蒸气凝华时形成的晶体,它们的形状虽然不同,但都是六角形的图案。
食盐晶体总是立方体形,明矾晶体总是八面体形,石英晶体(俗称水晶)的中间是一个六棱柱,两端是六棱锥。
如图所示。
几种晶体的几何形状②常见的非晶体:玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶。
(2)单晶体与多晶体①单晶体:如果一个物体就是一个完整的晶体,这样的晶体叫做单晶体。
例如:雪花、食盐小颗粒、单晶硅、单晶锗等。
②多晶体:如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的,这样的物体叫做多晶体。
其中的小晶体叫做晶粒。
如:由许多食盐单晶体粘在一起而成大块的食盐,就是多晶体。
其中的小晶体叫做晶粒。
多晶体a.多晶体没有规则的几何形状。
b.不显示各向异性(每一晶粒内部都是各向异性的)。
c.有确定的熔点。
(3)非晶体:没有规则的几何形状。
(4)晶体和非晶体的差异①在外形上:单晶体具有规则的几何形状,多晶体和非晶体没有规则的几何形状。
②在物理性质上,晶体的物理性质与方向有关(这种特性叫各向异性),非晶体的物理性质在各个方向是相同的(这种特性叫各向同性)。
云母导热性上表现出显著的各向异性,而有些晶体在导电性上表现出显著的各向异性,如方铝矿;有些晶体在光的折射上表现出显著的各向异性,如方解石。
例如:将石蜡均匀涂在云母片上和玻璃板上,用烧红的钢针接触没有涂蜡的另一面。
现象:熔化了的石蜡在云母片上呈椭圆形,而在玻璃片上呈圆形。
结论:晶体云母在各个方向上的导热性能不同,而非晶体玻璃在各个方向上的导热性能相同。
谈重点:晶体、非晶体辨析(1)晶体具有各向异性,并不是每种晶体在各种物理性质上都表现出各向异性。
(2)固体是否有确定的熔点,可作为区分晶体和非晶体的标志。
【例1-1】晶体和非晶体除在外形上有差别外,晶体都具有________,而非晶体________;单晶体具有________,多晶体具有________。
固体、液体、气体, 晶体、非晶体、单晶体、多晶体、准晶体它们的本质差别是什么
固体、液体、气体, 晶体、非晶体、单晶体、多晶体、准晶体/ 它们的本质差别是什么?2009-12-15 11:55:31| 分类:微电子物理| 标签:|字号大中小订阅作者:Xie M. X. (UESTC,成都市)(1)气体:气体能够压缩其体积,而固体与液体都不能被压缩,这是气体与其它两种状态(固体和液体)之间的最大差别。
显然这是由于气体中原子(或分子)的分布比较稀疏、间距较大,而固体和液体中原子(或分子)的分布比较紧凑的缘故。
(2)固体与液体:它们的最大差别就在于是否有流动性。
造成这种差别的根本原因就是其中的原子排布是否有确定的框架规则,即是否存在所谓晶体结构。
固体有一定的晶体结构,而液体则否。
也因此,液体中原子的分布可以更加紧密一些,则原子密度通常也较大于固体。
例如Si和Ge晶体,都具有立方晶系的结构(通过具有方向性和饱和性的共价键把各个原子联系起来);当这些晶体被熔化而变成液体以后,晶体结构即解体,其中的原子将排列得更加紧密,则其体积都将相应地有所减小。
再如常见的水,是一种典型的液体,但在0oC 以下时即转变为固体——冰,就使得各个水分子都被水的晶体结构约束住了,不能随意流动,相应地体积也将增大。
(3)晶体和非晶体:所有的固体都具有一定的晶体结构,这是区别于液体和气体的最大特点。
但固体又有晶体与非晶体之分。
晶体就是其中的原子排列非常规则,严格按照一定的晶体结构分布;采用科学术语,即是说,晶体就是其中原子的排列具有周期性和对称性的固体,或者说晶体中原子的排列具有长程有序性。
而非晶体,其中原子的排列虽然也遵从一定晶体结构的框架,但它只是在小范围内是完全规则的,而在大范围内则否,即不具有长程有序性,而是具有短程有序性。
所以,非晶体实际上也是晶体,只不过其中原子的排列从大范围来看不太规则而已,即原子在排列上存在有缺陷。
例如,非晶硅,它仍然具有立方晶系的晶体结构,但是从整个材料的大范围来看,原子排列就缺乏周期性和对称性,其中存在大量排列不规则的原子——缺陷。
南开大学材料学院结构分析课后题答案(XRD、中子衍射、电子衍射)
结构分析唐老师部分作业汇总第一次作业1、请写出晶体的定义。
试说明什么是单晶体?什么是多晶体?定义:质点(原子、离子或分子)在空间按一定规律周期性重复排列构成的固体物质。
基本为一个空间点阵所贯穿的整块固体称单晶体,简称单晶;由许多小单晶按不同取向聚集形成的固体称多晶。
2、晶格与点阵是何关系?晶体结构与点阵、结构基元是何关系?原子参数与阵点坐标是何关系?晶体是由原子、离子或分子在空间按一定规律周期性重复地排列所构成的固体物质,将其中周期性排列的重复单元抽象成在空间以同样周期性排列的相同几何点,这些点所构成的阵列称为点阵(lattice),或空间点阵、空间格子。
沿三个不同的方向,通过点阵中的点阵点可以作许多平行的直线族和平行的晶面族,使点阵形成三维网格。
这些将点阵点全部包括在其中的网格称为晶格.带有原子、离子、分子或其集团的点阵就是晶格。
晶体结构= 点阵+ 结构基元对于点阵点坐标和原子参数,它们对于3个坐标轴的方向是相同的,但是点阵点坐标的度量单位是点阵周期,而原子参数的度量单位是晶胞参数.3、晶体的晶胞类型共分为哪几种?空间格子(点阵)可分为几类?每一类晶系各有多少种空间点阵格子形式?请分别写出.晶胞是描述晶体微观结构的基本单元,有素晶胞和复晶胞之分。
如果点阵点都处于平行六面体的顶点,每个平行六面体只有一个点阵点,此空间格子称为素格子,以P表示;如果体心还有点阵点,则此空间格子称为体心格子,以I表示;如果所有平面格子中心有点阵点,则称为面心格子,以F表示;如果仅一对相对的平面格子中心有点阵点,则此空间格子称为底心格子,视相对面位置分别以A, B或C表示。
晶体分为7个晶系(立方、六方、四方、三方、正交、单斜和三斜),依据特征对称元素和正当点阵单位的划分规则,晶体的点阵分为14种空间点阵型式:简立方(cP)、体心立方(cI)、面心立方(cF)、简六方(hP)、简四方(tP)、体心四方(tI)、R心六方(hR)、简正交(oP)、C心正交(oC)、体心正交(oI)、面心正交(oF)、简单斜(mP)、C心单斜(mC)和简三斜(aP))。
单晶体和多晶体
单晶体和多晶体
创新微课Βιβλιοθήκη 晶体① 有确定的熔点 单晶体 有 天然规则的形状 ②导热、导电、光
学性质表现为各向 异性 ① 有确定的熔点 一个个小晶粒粘在起, 多晶体 没有 确定的几何形 ②导热、导电、光 学等性质表现为各 状 向同性
单晶体和多晶体
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• 温馨提示 • 单晶体与多晶体的区别关键看有无规则的几何外形及是否有各向异性.
单晶体和多晶体
小结
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同学,下节再见
创新微课 现在开始
单晶体和多晶体
单晶体和多晶体
单晶体和多晶体
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1.单晶体:如果一个物体就是一个完整的晶体,这样的晶体叫做 单晶体.
常见的单晶体: 雪花、食盐小颗粒、单晶硅、单晶锗等.
2.多晶体:如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成 的,这 样的物体叫做多晶体.其中的小晶体叫做晶粒.
B.一定是非晶体
• C.是多晶体
D.不一定是非晶体
•
解析 无论是单晶体还是多晶体都有一定的熔点.
单晶体和多晶体
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巩固练习1 (多选题)某球形固体物质,其各向导热性能相 同,则该物体( BD ) A.一定是非晶体 B.可能具有确定的熔点 C.一定是单晶体,因为它有规则的几何形状 D.一定不是单晶体,因为它具有各向同性的物理性质
•特别提醒 (1)若经过人为加工,非晶体和多晶体也可以有规则的形 状.
•(2)单晶体具有各向异性,但不一定各种物理性质都表现出各向异性.
单晶体和多晶体
多晶体的特性:
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(1)多晶体没有规则的几何形状. (2)多晶体
①没有规则的几何形状,在物理性质上不具备各向异性 (同非晶体)(但每一晶粒内部都是各向异性的).
材料的结构缺陷
C. 混合位错 (Mixed dislocation)
混合位错:一种更为普遍的位错形式,其滑移矢量既不平行也 不垂直于位错线,而与位错线相交成任意角度。可看作是刃型 位错和螺型位错的混合形式。
螺型位错
刃型位错
混合位错的特点:
混合位错线是一条曲线;
在 A 处,位错线与滑移矢量
平行,故为螺型位错;
在一定温度下具有一定的平衡浓度
4.1.1 空位的平衡浓度
设在1个含有N个阵点的晶体点阵中引进n个空位,则体 系的自由能变化为
G E TS
令:形成一个空位所需能量为 ΔEv,当含有 n个空位时, 其内能增加为 ΔE=nΔE v,振动熵的改变为nΔS v,体系结构 熵(或称组态熵、排列熵)的改变为ΔSc,则自由能的变化 为
螺型位错的特点:
A.螺型位错无额外半原子面,原子错排呈轴对称。 B.根据位错线附近呈螺旋形排列的原子的旋转方向不同,可分 为右旋和左旋螺型位错。
螺型位错的特点: C.螺型位错的位错线与滑移矢量平行, 因此一定是直线;位错线的移动方向与 晶体滑移方向互相垂直。 D.纯螺型位错的滑移面不是唯一的;凡 包含位错线的平面都可作为滑移面;一 般,滑移通常在原子密排面上进行,故 也有限。 E.螺型位错周围的点阵发生弹性畸变,只有平行于位错线的 切应变,无正应变,故不会引起体积膨胀和收缩。 F.螺型位错周围的点阵畸变随离位错线距离的增加而急剧减 少,故也是几个原子宽度的线缺陷。
金属学与热处理
Metallography & Heat Treatment
第4章 金属材料结构缺陷
主讲人:潘尧坤
知识回顾:单晶体和多晶体的区别
单晶体:在整个晶体内部原子都按照一定规律周期性规则排列。
第二章晶体的基本概念
3
固体的鉴定和分析:物相和成分
SrO + TiO2 SrTiO3
物相鉴定最常用的方法是X-射线衍射。它是基 于一种特定的相具有特征的结构参数,从而表现特征 的衍射参数。
2018/3/9
发现材
结构与性
探索和设
料性能 能的关系 计新材料
• 1986年,(La,Ba)2CuO4
Tc>30K
金刚石 C
石英 SiO2
萤石 CaF2
锆石 ZrSiO4
单晶体(single crystal)和多晶体(polycrystal)
单晶体:原子或离子按一定的几何规律完成周期排列的整块晶体。 多晶体:由许许多多单晶体微粒所形成的固体集合体。
single crystal
particle
polycrystal
对称性
例如食盐晶体具有立方体外形,云母片上的蜡熔化 图形呈椭圆形,而不是呈其他任意的不规则形状, 这些都说明有对称性存在。
晶体(crystal)与非晶体(non-crystal)的异同
non-crystal :Some substances, such as wax, pitch and glass, which posses the outward appearance of being in the solid state, yield and flow under pressure, and they are sometimes regarded as highly viscous liquid.
YBa2Cu3O7-z
90K
Bi2Sr2Can-1CunOz 7-110K
Tl2Ba2Can-1CunOz >93K • 它们是由钙钛矿衍生出来的准二维层状结构。
晶体非晶体
【思考与讨论】请学生们分析下面这些现象, 并解释产生的原因?(1)雨伞的伞面有细小 的孔,为什么水不会从孔里漏下去?
水将纱线浸湿后,在纱线孔隙中形成水 膜,水膜的表面张力使得雨水不致漏下。
(2)将分币轻轻地放在一碗水的水面上,为 什么分币会浮在水面上不沉下去?
由于表面张力使得液体表面形成一个张 紧的薄膜,当分币放置上后,使得液体 表面发生形变,产生弹力,这样受力平 衡,所以分币会浮在水面上不沉下去。
题后反思 1.晶体、非晶体的区分关键是看有无固定的熔点. 2.单晶体与多晶体的区分关键是看有无规则外形及 物理性质是各向异性还是各向同性.
2 . ( 多选 ) 关于晶体和非晶体,下列说法正确的是 ( ) A. 可以根据各向异性或各向同性来鉴别晶体和非晶 体 B.一块均匀薄片,沿各个方向对它施加拉力,发现 其强度一样,则此薄片一定是非晶体 C.一个固体球,如果沿其各条直径方向的导电性不 同,则该球体一定是单晶体
拓展二
晶体的微观结构
家庭、学校或机关的门锁常用“碰锁”,然而,这 种锁使用一段时间后,锁舌就会变涩而不易被碰入,造 成关门困难.这时,你可以用铅笔在锁舌上摩擦几下, 碰锁便开关自如如初,并且可以持续几个月之久.请你 动手试一试,并回答其中的道理.
1.(多选)2010 年诺贝尔物理学奖授予安德烈·海姆和 康斯坦丁·诺沃肖洛夫,以表彰他们在石墨烯材料方面的 卓越研究. 他们通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕 开, 使得石墨片的厚度逐渐减小, 最终寻找到了厚度只有 0.34 nm 的石墨烯,是碳的二维结构.如图所示为石墨、 石墨烯的微观结构,根据以上信息和已学知识判断,
【结论】液体的性质介于气体和固体之 间,它与固体一样具有一定的体积,不 易压缩,同时,又像气体一样没有固定 的形状,具有流动性。这些性质是由它 的微观结构决定的。
第1节晶体和非晶体
实验2:单晶体和多晶体导电性能的比较 现象:方铅矿石不同方向接入电路,电流计读数发生变化;金属条 不同方向接入电路,电流计读数不变。 说明:方铅矿石各向导电性能不同。
对各向异性与各向同性的理解
(1)在物理性质上,单晶体具有各向异性,而多晶体和非 晶体则是各向同性的。
①单晶体的各向异性是指单晶体在不同方向上的力学、 热学、电学、光学等物理性质不同,也就是沿不同方向去测 试单晶体的物理性能时测试结果不同。
答案:D
2.某球形固体物质,其各向导热性能相同,则该物体 (
)
A.一定是非晶体
B.可能具有确定的熔点
C.一定是单晶体,因为它有规则的几何外形
D.一定是多晶体,因为它具有各向同性的物理性质
解析:导热性能各向相同的物体可能是非晶体,也可能是多晶
体,因此 A 选项错误;多晶体虽具有各向同性但具有确定的熔
③立方的铜晶体在弹性上表现出显著的各向异性——沿 不同方向的弹性不同。
④方解石晶体在光的折射上表现出各向异性——沿不同 方向的折射率不同。
三、晶体与非晶体 1.晶体 (1)结构特点:分子的空间排列有规律。 (2)物理性质:具有固定的熔点和沸点。 2.非晶体 (1)结构特点:分子的空间排列没有规律,没有规则的几 何形状。 (2)物理性质:①各向同性;②没有固定的熔点;③有的 晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化。
2.冰制成的冰雕作品是晶体还是非晶体? 构成冰雕的物质是冰,冰微粒具有规则的几何形状及确定的熔点,所以冰雕作 品是晶体。
第二章 金属塑性变形的物理基础
26
锻造温度区间的制定
27
2、锻合内部缺陷 3、打碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢 中的分布 4、形成纤维组织 5、改善偏析
28
塑性变形过程中晶粒的变化
29
第三节 金属的超塑性变形
一、超塑性的概念和种类 概念:金属和合金具有的超常的均匀变形 能力。
大伸长率、无颈缩、低流动应力、易成形、无加工硬化
另一个取向,故晶界处原子排列处于过渡状态。
4、晶界不同于晶内性质:
3
一、变形机理
晶内变形 1、滑移 2、孪生 晶间变形 晶粒之间的相互转动和滑动 注意: 晶间变形的情况受温度的影响
4
1、滑移面和滑移方向的确定
确定滑移面:原子排 列密度最大的晶面 确定滑移方向:原子 排列密度最大的方向
5
金属的主要滑移方向、滑移面、滑移系
种类:
细晶超塑性:在一定的恒温下,在应变速率和晶粒度都满 足要求的条件下所呈现出的超塑性。 相变超塑性:具有相变或同素异构转变的金属,在其转变 温度附近以一定的频率反复加热、冷却。在外力的作用下 所呈现出的超塑性。
30
二、细晶超塑性变形的力学特征
无加工硬化
31
三、影响细晶超塑性的主要因素
应变速率
20
21
二、性能的变化 (力学性能) 加工硬化 成因:位错交互作用,难以运动 应用:强化(奥氏体钢) 避免:多次塑性加工中加入退火工序
22
第二节 金属热态下的塑性变形
热塑性变形:再结晶温度以上进行的塑性 变形 一、塑性变形时的软化过程 1、动态回复、动态再结晶 2、静态回复、静态再结晶、亚动钢中的碳和杂质元素的影响 碳 磷 硫 氮 氢 氧
37
2、合金元素对钢的塑性的影响 合金元素的加入,会使钢的塑性降低、变 形抗力提高 原因见课本p43
材料科学基础基本概念-名词解释
材料科学基础基本概念-名词解释单晶体:是指在整个晶体内部原子都按照周期性的规则排列。
多晶体:是指在晶体内每个局部区域里原子按周期性的规则排列,但不同局部区域之间原子的排列方向并不相同,因此多晶体也可看成由许多取向不同的小单晶体(晶粒)组成点缺陷(Point defects):最简单的晶体缺陷,在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构的正常排列。
在空间三维方向上的尺寸都很小,约为一个、几个原子间距,又称零维缺陷。
包括空位vacancies、间隙原子interstitial atoms、杂质impurities、溶质原子solutes等。
线缺陷(Linear defects):在一个方向上的缺陷扩展很大,其它两个方向上尺寸很小,也称为一维缺陷。
主要为位错dislocations。
面缺陷(Planar defects):在两个方向上的缺陷扩展很大,其它一个方向上尺寸很小,也称为二维缺陷。
包括晶界grain boundaries、相界phase boundaries、孪晶界twin boundaries、堆垛层错stacking faults等。
空位:晶体中点阵结点上的原子以其平衡位置为中心作热振动,当振动能足够大时,将克服周围原子的制约,跳离原来的位置,使得点阵中形成空结点,称为空位vacancies肖脱基(Schottky)空位:迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置,使晶体内部留下空位。
弗兰克尔(Frenkel)缺陷:挤入间隙位置,在晶体中形成数目相等的空位和间隙原子。
晶格畸变:点缺陷破坏了原子的平衡状态,使晶格发生扭曲,称晶格畸变。
从而使强度、硬度提高,塑性、韧性下降;电阻升高,密度减小等。
热平衡缺陷:由于热起伏促使原子脱离点阵位置而形成的点缺陷称为热平衡缺陷(thermal equilibrium defects),这是晶体内原子的热运动的内部条件决定的。
过饱和的点缺陷:通过改变外部条件形成点缺陷,包括高温淬火、冷变形加工、高能粒子辐照等,这时的点缺陷浓度超过了平衡浓度,称为过饱和的点缺陷(supersaturated point defects) 。
固体的结构与性质
二 晶体的内部结构 1 晶格 把晶体中规则排列的粒子看作几何点,叫作结点。 把晶体中规则排列的粒子看作几何点,叫作结点。将结点 按照一定方向和某种规则连接起来, 按照一定方向和某种规则连接起来,得到可以描述晶体内 部结构的空间格子,简称晶格。晶格有14种不同形状。 部结构的空间格子,简称晶格。晶格有 种不同形状。 种不同形状
晶体类型 结点上的粒子
离子晶体 正、负离 子
原子晶 体 原子 极性分 子
分子晶体 非极性分子
金属晶体 金属原子、 金属原子、金属 正离子(离子间隙 正离子 离子间隙 处有自由电子) 处有自由电子 金属键
结合力
离子键
共价键
性 质 特 征
熔、沸点 硬度 机械性能
较高 硬 脆
高 硬 不脆
分子间 力、氢 键 低 软 软
如,Na的3s1形成3s能带: Na的 形成3 能带:
(σ*3s) (σ3s)
能量较低的σ3s能带充满电子,称满带; 3s能带没 能量较低的σ3s能带充满电子,称满带;σ*3s能带没 σ3s能带充满电子 有电子,为空带,又称导带,在满带和导带之间有禁带。 有电子,为空带,又称导带,在满带和导带之间有禁带。
标准态下
Na+(g)+Cl-(g)
U=786kJ·mol-1
z1 z 2 U ∝ d
z:阴、阳离子所带电荷数 : d:核间距 :
对于晶体构型相同的离子晶体:离子所带电荷数越高、 对于晶体构型相同的离子晶体:离子所带电荷数越高、核 间距越短,晶格能越大,晶体越稳定。 间距越短,晶格能越大,晶体越稳定。 2 离子晶体的稳定性 晶格能越大,离子晶体越稳定,其熔点越高,硬度越大。 晶格能越大,离子晶体越稳定,其熔点越高,硬度越大。 思考:按熔点高低将下列物质排列: 思考:按熔点高低将下列物质排列:NaCl、MgO、CaO、KCl。 、 、 、 。 MgO > CaO >NaCl>KCl
三元材料_多晶和单晶_单晶硅_多晶硅_解释说明
三元材料多晶和单晶单晶硅多晶硅解释说明1. 引言1.1 概述在现代科技发展中,新能源、电子器件和光学设备等领域的需求不断增加,对高性能材料的需求也日益迫切。
三元材料作为一类具有特殊结构和优异性能的材料,在这些领域中扮演着重要角色。
本文将重点介绍三元材料中的两种主要类型——多晶和单晶,并分析其区别、物理性质比较以及应用方面的差异。
1.2 文章结构本文共分为六个部分,首先是引言,接下来概述三元材料的定义和特点,以及其应用领域和制备方法;然后详细介绍多晶和单晶这两种主要类型,包括它们的定义和区别,物理性质比较以及应用比较;随后分别深入探讨单晶硅和多晶硅这两种具体材料,在结构与性质特点、制备方法及应用场景方面进行详细说明;最后总结其中的优缺点对比,并勾勒出未来研究的前景。
1.3 目的本文旨在提供关于三元材料中多晶与单晶的比较和分析,并探讨单晶硅和多晶硅这两种主要材料的特性、制备方法及应用场景。
通过本文的阐述,读者可以更加全面地了解三元材料中多晶和单晶的差异以及各自的特点,从而对其在不同领域中的应用有更清晰的认识。
2. 三元材料3.1 定义和特点三元材料是指由三种不同元素组成的化合物或混合物。
这些元素可以是金属、非金属或半导体等。
三元材料具有多样性和复杂性,在材料科学和工程中具有重要的应用价值。
三元材料的特点之一是它们的组成可调性,即可以通过改变其中一个或多个元素的比例来调节其性质和特征。
这使得三元材料在不同领域中具有广泛的应用潜力,例如能源储存与转换、化学催化、光电子器件和生物医学等领域。
此外,由于存在不同元素之间的相互作用,三元材料通常展现出独特的结构和性质。
这些相互作用能够引导其在纳米尺度下形成复杂的晶体结构,并赋予其优异的机械、电子和光学性能。
3.2 应用领域三元材料在各个应用领域中都发挥着重要作用。
以下是一些主要应用领域的例子:- 能源储存与转换:三元催化剂在燃料电池和电解水产氢领域有广泛应用。
南开大学材料学院结构分析课后题复习资料XRD、中子衍射、电子衍射
结构分析唐老师部分作业汇总第一次作业1、请写出晶体的定义。
试说明什么是单晶体?什么是多晶体?定义:质点(原子、离子或分子)在空间按一定规律周期性重复排列构成的固体物质。
基本为一个空间点阵所贯穿的整块固体称单晶体,简称单晶;由许多小单晶按不同取向聚集形成的固体称多晶。
2、晶格与点阵是何关系?晶体结构与点阵、结构基元是何关系?原子参数与阵点坐标是何关系?晶体是由原子、离子或分子在空间按一定规律周期性重复地排列所构成的固体物质,将其中周期性排列的重复单元抽象成在空间以同样周期性排列的相同几何点,这些点所构成的阵列称为点阵(lattice),或空间点阵、空间格子。
沿三个不同的方向,通过点阵中的点阵点可以作许多平行的直线族和平行的晶面族,使点阵形成三维网格。
这些将点阵点全部包括在其中的网格称为晶格。
带有原子、离子、分子或其集团的点阵就是晶格。
晶体结构= 点阵+ 结构基元对于点阵点坐标和原子参数,它们对于3个坐标轴的方向是相同的,但是点阵点坐标的度量单位是点阵周期,而原子参数的度量单位是晶胞参数。
3、晶体的晶胞类型共分为哪几种?空间格子(点阵)可分为几类?每一类晶系各有多少种空间点阵格子形式?请分别写出。
晶胞是描述晶体微观结构的基本单元,有素晶胞和复晶胞之分。
如果点阵点都处于平行六面体的顶点,每个平行六面体只有一个点阵点,此空间格子称为素格子,以P表示;如果体心还有点阵点,则此空间格子称为体心格子,以I表示;如果所有平面格子中心有点阵点,则称为面心格子,以F表示;如果仅一对相对的平面格子中心有点阵点,则此空间格子称为底心格子,视相对面位置分别以A, B或C表示。
晶体分为7个晶系(立方、六方、四方、三方、正交、单斜和三斜),依据特征对称元素和正当点阵单位的划分规则,晶体的点阵分为14种空间点阵型式:简立方(cP)、体心立方(cI)、面心立方(cF)、简六方(hP)、简四方(tP)、体心四方(tI)、R 心六方(hR)、简正交(oP)、C心正交(oC)、体心正交(oI)、面心正交(oF)、简单斜(mP)、C心单斜(mC)和简三斜(aP))。
机械工程材料课后习题答案 (2)
1.解释下列名词点缺陷,线缺陷,面缺陷,亚晶粒,亚晶界,刃型位错,单晶体,多晶体,过冷度,自发形核,非自发形核,变质处理,变质剂。
答:点缺陷:原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小,主要指空位间隙原子、置换原子等。
线缺陷:原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大,而在其余两个方向上的尺寸很小。
如位错。
面缺陷:原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大,而另一方向上的尺寸很小。
如晶界和亚晶界。
亚晶粒:在多晶体的每一个晶粒内,晶格位向也并非完全一致,而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块,它们相互镶嵌而成晶粒,称亚晶粒。
亚晶界:两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。
刃型位错:位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。
滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。
如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面,多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口,故称“刃型位错”。
单晶体:如果一块晶体,其内部的晶格位向完全一致,则称这块晶体为单晶体。
多晶体:由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。
过冷度:实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
自发形核:在一定条件下,从液态金属中直接产生,原子呈规则排列的结晶核心。
非自发形核:是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。
变质处理:在液态金属结晶前,特意加入某些难熔固态颗粒,造成大量可以成为非自发晶核的固态质点,使结晶时的晶核数目大大增加,从而提高了形核率,细化晶粒,这种处理方法即为变质处理。
变质剂:在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
固溶强化:通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度,硬度升高的现象叫做固溶强化原因:晶格畸变过冷度与冷却速度有何关系?它对金属结晶过程有何影响?对铸件晶粒大小有何影响?答:①冷却速度越大,则过冷度也越大。
②随着冷却速度的增大,则晶体内形核率和长大速度都加快,加速结晶过程的进行,但当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢,因为这时原子的扩散能力减弱。
工程材料基础名词解释
工程材料基础总结晶体:构成原子或离子、分子在三维空间呈现出周期性规则堆积排列的固体称为晶体;呈现无规则排列的固体为非晶体。
单晶体和多晶体:一个晶体中的原子完全按照一种规则排列,且原子规则排列的空间取向完全一致,则该晶体为单晶体;如果在一个晶体中虽然原子排列的规则完全相同,但晶体中不同部分之间原子规则排列的空间取向存在明显的不同(将晶粒放大后会出现明暗不同区域),则称为多晶体。
晶粒和晶界:在多晶体中,一个原子规则排列空间取向相同的部分称为一个晶粒。
在一个晶粒中,不同部分的原子规则排列之间有时也存在很小的空间取向差,将晶粒内这些相互之间原子规则排列空间取向存在很小差别的部分称为亚晶粒。
晶粒与晶粒之间的分界面称为晶粒界,简称晶界。
晶体结构:晶体中原子或离子、分子具有各自特征的规则排列称为该晶体的晶体结构。
晶格:为研究方便起见,对于由原子或离子构成的金属和无机非金属而言,可将其构成原子或离子视为质点,将这些分布于三维空间的质点按一定的规则以直线相连便构成由质点和直线形成的三维空间格子,将其称为晶格或点阵。
晶格中质点所占据的位置称为晶格的结点或平衡位置。
晶胞:将按照一定规则从晶体中取出的能够完全反映晶体原子或离子排列规则的最小晶体单元称为晶胞。
晶格(胞)常数和晶胞致密度:分别以、、表示晶胞平行于、、坐标轴的边长,称之为晶格(胞)常数。
它反映了晶胞的大小。
将晶胞中原子所占据体积与晶胞整体体积之比称为该晶胞的致密度。
晶面和晶向:在晶格中,任意取至少三个原子便可构成一个平面,这种由原子构成的平面称为晶面,晶面原子密度:单位面积晶面上具有的原子个数;任意取至少两个原子便可构成一个晶体中的方向,将这种由一列原子构成的方向称为晶向,晶向原子密度:沿晶向单位长度上所含原子个数。
原子排列完全相同,仅仅是空间位向不同的晶面(晶向)称为一个晶面族(晶向族)。
晶体各向异性:沿晶体不同晶向性能不同的现象。
产生原因:晶体不同晶向上原子或分子等排列规律不同。
固体物理概念(自己整理)
1.晶体-----内部组成粒子(原子、离子或原子团)在微观上作有规则的周期性重复排列构成的固体。
晶体结构——晶体结构即晶体的微观结构,是指晶体中实际质点(原子、离子或分子)的具体排列情况。
金属及合金在大多数情况下都以结晶状态使用。
晶体结构是决定固态金属的物理、化学和力学性能的基本因素之一。
2.晶体的通性------所有晶体具有的共通性质,如自限性、最小内能性、锐熔性、均匀性和各向异性、对称性、解理性等。
3.单晶体和多晶体-----单晶体的内部粒子的周期性排列贯彻始终;多晶体由许多小单晶无规堆砌而成。
4.基元、格点和空间点阵------基元是晶体结构的基本单元,格点是基元的代表点,空间点阵是晶体结构中等同点(格点)的集合,其类型代表等同点的排列方式。
倒易点阵——是由被称为倒易点或倒易点的点所构成的一种点阵,它也是描述晶体结构的一种几何方法,它和空间点阵具有倒易关系。
倒易点阵中的一倒易点对应着空间点阵中一组晶面间距相等的点格平面。
5.原胞、WS原胞-----在晶体结构中只考虑周期性时所选取的最小重复单元称为原胞;WS原胞即Wigner-Seitz原胞,是一种对称性原胞。
6.晶胞-----在晶体结构中不仅考虑周期性,同时能反映晶体对称性时所选取的最小重复单元称为晶胞。
7.原胞基矢和轴矢----原胞基矢是原胞中相交于一点的三个独立方向的最小重复矢量;晶胞基矢是晶胞中相交于一点的三个独立方向的最小重复矢量,通常以晶胞基矢构成晶体坐标系。
8.布喇菲格子(单式格子)和复式格子------晶体结构中全同原子构成的晶格称为布喇菲格子或单式格子,由两种或两种以上的原子构成的晶格称为复式格子。
9.简单格子和复杂格子(有心化格子)------一个晶胞只含一个格点则称为简单格子,此时格点位于晶胞的八个顶角处;晶胞中含不只一个格点时称为复杂格子,其格点除了位于晶胞的八个顶角处外,还可以位于晶胞的体心(体心格子)、一对面的中心(底心格子)和所有面的中心(面心格子)。
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单晶体和多晶体的定义
单晶体和多晶体是固体材料学中两个重要的概念。
它们描述了材料的晶体结构以及晶体内部的排列规律。
本文将从不同角度对单晶体和多晶体进行定义和解释。
一、单晶体的定义
单晶体是指具有完全相同晶体结构的晶体,其内部原子或分子的排列呈现高度有序的结构。
单晶体的晶体结构是均匀的,没有晶界或晶界很少,因此具有一致的物理性质。
单晶体的晶体结构可以通过X射线衍射等方法进行精确测定,而且在光学显微镜下观察时,单晶体呈现出明显的衍射图样。
在制备单晶体时,通常需要通过高温熔融、溶液结晶、气相沉积等方法来控制晶体的生长过程。
因为单晶体具有高度有序的结构,所以在材料科学和工程领域中有广泛的应用,例如用于制备半导体器件、光学元件、陶瓷材料等。
二、多晶体的定义
多晶体是指由多个晶粒组成的晶体,其中每个晶粒具有不同的晶体结构。
多晶体的晶粒之间通过晶界连接在一起,形成了复杂的晶体结构。
多晶体的晶粒内部的原子或分子排列通常是有序的,但整体结构的有序性相对较差。
多晶体的制备方法比单晶体要简单,常见的方法包括烧结、压制、热处理等。
多晶体具有较好的机械性能和热传导性能,因此在材料工程中被广泛应用于制备金属、合金、陶瓷等材料。
三、单晶体和多晶体的比较
单晶体和多晶体在晶体结构和物理性质上存在显著的差异。
1. 晶体结构:单晶体具有高度有序的晶体结构,晶粒之间没有晶界或晶界很少;而多晶体由多个晶粒组成,晶粒之间通过晶界连接在一起。
2. 物理性质:由于单晶体具有高度有序的结构,其物理性质在各个方向上一致;而多晶体的物理性质在不同晶粒之间存在差异。
3. 制备方法:单晶体的制备相对较难,需要控制晶体的生长过程;而多晶体的制备相对简单,可以通过烧结、压制等方法进行。
4. 应用领域:单晶体由于其高度有序的结构和一致的物理性质,广泛应用于半导体器件、光学元件等高技术领域;而多晶体由于其良好的机械性能和热传导性能,常用于制备金属、合金等材料。
总结:单晶体和多晶体是固体材料学中的重要概念。
单晶体具有高度有序的晶体结构,其内部原子或分子排列呈现出高度的规律性;多晶体由多个晶粒组成,晶粒之间通过晶界连接在一起,整体结构相对较为复杂。
单晶体和多晶体在制备方法、晶体结构和物理性质
等方面存在显著差异,因此在不同的应用领域具有不同的应用价值。