第四章 非晶体结构共90页
无机材料科学第四章非晶态结构与性质之玻璃体
第一峰：是石英玻璃衍射的主峰与晶体石英特征峰一致。 第二峰：是Na2O-SiO2玻璃的衍射主峰与偏硅酸钠晶体的特征峰一致。 在钠硅玻璃中，上述两个峰均同时出现。 SiO2的含量增加，第一峰明显， 第二峰减弱； Na2O含量增加，第二峰强度增加。
实验结论
钠硅玻璃中同时存在方石英晶子和偏硅酸钠 晶子，而且随成分和制备条件而变。 提高温度或保温时间延长衍射主峰清晰，强度 增大，说明晶子长大。 玻璃中方石英晶子与方石英晶体相比有变形。
IV
IV
IV u IV
(A)
T
析晶区
(B)
T
3、两侧阴影区为亚稳区。
左侧T 太小，不可能自发成核 右侧T太大温度太低粘度太大质点难移动无法形成晶相。 亚稳区为实际不能析晶区。 u IV IV u IV u IV
(A)
T
亚稳区
(B)
T
4、如果 IV和 u的极大值所处的温度范围很靠近，熔体就易 析晶而不易形成玻璃。反之，就不易析晶而易形成玻璃。 u u
丰富物质结构理论
探索玻璃态物质组成结构缺陷性能的关系
指导工业生产
设计制备所需性能的新型玻璃
玻璃的结构：玻璃中质点在空间的几何配臵、有 序程度 以及彼此间的结合状态。
玻璃结构特点：近程有序，远程无序。
玻璃结构研究的历史
加入 R2O 或RO
石英玻璃
x－射线衍射分析
红外线光谱
结构单元是[SiO4],且四面体共角相连
IV
IV
IV u IV
(A)
T
(B)
T
影响玻璃生成的热力学条件
熔体粘度
冷却速率 成核速率和生长速率
Uhlmann观点
玻璃中可以检测到的晶体的最小体积
第四章非晶态结构与性质
第四章⾮晶态结构与性质第四章⾮晶态结构与性质内容提要熔体和玻璃体是物质另外两种聚集状态。
相对于晶体⽽⾔，熔体和玻璃体中质点排列具有不规则性，⾄少在长距离范围结构具有⽆序性，因此，这类材料属于⾮晶态材料。
从认识论⾓度看，本章将从晶体中质点的周期性规则形排列过渡到质点微观排列的⾮周期性、⾮规则性来认识⾮晶态材料的结构和性质。
熔体特指加热到较⾼温度才能液化的物质的液体，即较⾼熔点物质的液体。
熔体快速冷却则变成玻璃体。
因此，熔体和玻璃体是相互联系、性质相近的两种聚集状态，这两种聚集状态的研究对理解⽆机材料的形成和性质有着重要的作⽤。
传统玻璃的整个⽣产过程就是熔体和玻璃体的转化过程。
在其他⽆机材料（如陶瓷、耐⽕材料、⽔泥等）的⽣产过程中⼀般也都会出现⼀定数量的⾼温熔融相，常温下以玻璃相存在于各晶相之间，其含量及性质对这些材料的形成过程及制品性能都有重要影响。
如⽔泥⾏业，⾼温液相的性质（如粘度、表⾯张⼒）常常决定⽔泥烧成的难易程度和质量好坏。
陶瓷和耐⽕材料⾏业，它通常是强度和美观的有机结合，有时希望有较多的熔融相，⽽有时⼜希望熔融相含量较少，⽽更重要的是希望能控制熔体的粘度及表⾯张⼒等性质。
所有这些愿望，都必须在充分认识熔体结构和性质及其结构与性质之间的关系之后才能实现。
本章主要介绍熔体的结构及性质，玻璃的通性、玻璃的形成、玻璃的结构理论以及典型玻璃类型等内容，这些基本知识对控制⽆机材料的制造过程和改善⽆机材料性能具有重要的意义。
4.1 熔体的结构⼀、对熔体的⼀般认识⾃然界中，物质通常以⽓态、液态和固态三种聚集状态存在。
这些物质状态在空间的有限部分则称为⽓体、液体和固体。
固体⼜分为晶体和⾮晶体两种形式。
晶体的结构特点是质点在三维空间作规则排列，即远程有序；⾮晶体包括⽤熔体过冷⽽得到的传统玻璃和⽤⾮熔融法（如⽓相沉积、真空蒸发和溅射、离⼦注⼊等）所获得的新型玻璃，也称⽆定形体，其结构特点是近程有序，远程⽆序。
晶体与非晶体PPT多媒体教学课件
迁移应用
4. 在密置双层上再加一密置层，有几 种最密堆积方式？
5. A3型最密堆积的周期性如何体现？ A1型最密堆积的周期性如何体现？
晶体结构的堆积模型
• 金属晶体属等径圆球的密堆积方式：
第三层球填充四面体空隙（即A3型密堆积）
A3型最密堆积（配位数为12）（例如镁）
第三层的球填充八面体空隙（即A 1型密堆积）
①硬度 ②导热性 ③导电性 ④光 学性质
A.①③
B.②④
C.①②③
D.①②③④
第3章 物质的聚集状态与物质性质
第 1 节 认识晶体（2）
联想·质疑
•晶体具有的规则几何外形源于组成晶体的 微粒按一定规律周期性地重复排列。 那么晶体中的微粒是如何排列的？ 如何认识晶体内部微粒排列的规律性？
二、晶体结构的堆积模型
晶体与非晶体
晶体 定义：有规则几何形状的固体
•性 质 • 自范性 •熔 点 • 各向异性
晶体 有
固定 有
非晶体 无
不固定 无
1. 下列不属于晶体的特点是（D ）
A.一定有固定的几何外形 B.一定有各向异性 C.一定有固定的熔点 D.一定是无色透明的固体
2.晶体具有各向异性。如蓝晶石 （ 硬A度l2不O同3·S；iO又2）如在石不墨同在方与向层上垂的直 的方向上的导电率与层平行的方 向上的导电率1∕104。晶体的各 向异性主要表现在是：（ D ）
1. 等径圆球的密堆积
把乒乓球装入盒中，盒中 的乒乓球怎样排列才能使 装入的乒乓球数目最多？
【活动提示】
（1）将小球先排成列，然后排成一层， 认真观察每一个小球周围最多排几个小 球，有几个空隙。
（2）将球扩展到两层有几种方式，认真 观察两层球形成的空隙种类。
晶体与非晶体PPT课件
a2(RR)
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天 然 晶 体
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6
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7
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一．固体分为两类：晶体和非晶体。
晶体：如石英、云母、食盐、明矾等。 非晶体：如玻璃、橡胶、松香、沥青等。
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晶体和非晶体在外形上和物理性质上的区别。
（1）晶体具有天然的规则几何形状，它的外形是若 干个平面围成的多面体。
食盐的晶体是立方体；石英的晶体中间是六面棱柱， 两端是六面棱锥；明矾晶体是八面体。如图1所示。
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个人观点供参考，欢迎讨论！
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二．单晶体与多晶体
单晶体：整个物体就是一个晶体。
多晶体：整个物体是由许多杂乱无章排列着的小晶体 （晶粒）组成的，这样的物体叫做多晶体。平常见到的各
种金属材料，如铁、铜、铝等都是多晶体。纯铁晶粒大小在10－3 厘米左右。
多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性，它在各个方向上的物理性 质相同。但是它有固定的熔点和凝固点。
三．一些物质存在几点不同形状的单晶体。如石墨和金
刚石都是碳的单晶体，它们的外观和特性是不同的。另
一些物质又有晶体和非晶体不同形态，如天然水晶和石
英玻璃都有二氧化硅成分，但前者是晶体，后者是非晶
体。
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四、晶体的微观结构
1912年人们用X射线窥探晶体的内部结构，得出结 论：晶体内部的物质微粒（分子、原子或离子）依 照一定的规律在空间排成整齐的行列，构成所谓空 间点阵。沿这些物质微粒的行列画出直线来，可以 得出若干平行线，物质微粒就在这些平行线的交点 上，这些交点叫做空间点阵的结点。晶体的物质微 粒的空间点阵结构排列有两个特点：一是周期性， 二是对称性
《非晶态结构与性质》课件
原子或分子之间以随机方式连接形成非晶态结构。
非晶态材料的制备方法
快速凝固
通过迅速冷却高温熔融的材料来制备非晶态材料。
固态反应
通过固态反应制备非晶态材料，如溶胶-凝胶法等。
纳米材料合成
利用纳米材料的特殊性质合成非晶态材料。
非晶态材料的性质
高硬度
非晶态材料具有较高的硬度， 适用于耐磨、抗划伤的应用。
优异的韧性
非晶态材料表现出优异的韧 性，在冲击加载下具有良好 的抗碎裂能力。
低热导率
非晶态材料的低热导率使其 成为热障涂层、热电器件等 应用的理想选择。
非晶态材料的应用领域
电子器件
非晶态材料在电子器件中应用 广泛，如薄膜晶体管、存储器 件等。
医疗设备
非晶态材料在医疗设备领域具 有良好的生物相容性和机械性 能。
太阳能电池
非晶态聚合物材料可用于制备 高效、柔性的太阳能电池。
非晶态材料的前景和挑战
前景
非晶态材料在新型能源、光电子学等领域具 有广阔的应用前景。
挑战
非晶态材料的制备工艺和理论研究仍面临一 定的挑战，需要进一步深入研究。
总结
非晶态结构的定义、特征、制备方法、性质、应用领域以及前景和挑战都是非晶态材料领域中重要的研 究内容。
《非晶态结构与性质》 PPT课件
非晶态结构是指没有明确长程有序的结构，而是由无规则排是指材料中没有明确的、长程的周期性重复单元的结构。
非晶态结构的特征
1 无规则排列
原子或分子在非晶态材料中呈现无规则的排列方式。
2 无明确周期性
非晶态材料中没有明确的、长程的周期性重复单元。
无机材料科学基础第四章非晶态结构与性质
第4章非晶态结构与性质一、名词解释1．熔体与玻璃体：熔体即具有高熔点的物质的液体。
熔体快速冷却形成玻璃体。
2．聚合与解聚：聚合：各种低聚物相互作用形成高聚物解聚：高聚物分化成各种低聚物3．晶子学说与无规则网络学说：晶子学说（有序、对称、具有周期性的网络结构）：1硅酸盐玻璃中含有无数的晶子2晶子的互相组成取决于玻璃的化学组成3晶子不同于一般微晶，而是带有晶体变形的有序区域，在晶子中心质点排列较有规律，远离中心则变形程度增大4晶子分散于无定形物质中，两者没有明显界面无规则网络学说（无序不对称不具有周期性的网络结构）1形成玻璃态的物质与晶体结构相类似，形成三维的空间网格结构2这种网络是离子多面体通过氧桥相连进而向三维空间规则4．网络形成体与网络变性体：网络形成体：能够单独形成玻璃的氧化物网络变性体：不能单独形成玻璃的氧化物5．桥氧与非桥氧：桥氧：玻璃网络中作为两个成网多面体所共有顶角的氧非桥氧：玻璃网络中只与一个成网多面体相连的氧二、填空与选择1.玻璃的通性为：各向同性、介稳性、由熔融态向玻璃态转化是可逆与渐变的，无固定熔点、由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度的变化连续性和物理化学性质随成分变化的连续性。
2．氧化物的键强是形成玻璃的重要条件。
根据单键强度的大小可把氧化物中的正离子分为三类：网络形成体、网络中间体和网络改变体；其单键强度数值范围分别为单键强度＞335KJ/mol、单键强度介于250~335KJ/mol 和单键强度＜250~335KJ/mol。
3．聚合物的形成可分为三个阶段，初期：石英颗粒的分化；中期：缩聚与变形；后期：在一定时间内分化与缩聚达到平衡。
4．熔体结构的特点是：近程有序、远程无序。
5．熔体是物质在液相温度以上存在的一种高能量状态，在冷却的过程中可以出现结晶化、玻璃化和分相三种不同的相变过程。
6．在玻璃性质随温度变化的曲线上有二个特征温度Tg（脆性温度）和Tf （软化温度），与这二个特征温度相对应的粘度分别为1012Pa·s和108Pa·s。
第4章 非晶态结构与性质 知识点066hxh
知识点066. 玻璃的结构理论
学说要点：
520℃-590 ℃实验依据
100 T(℃)
200 400
300 500
玻璃的网络是不规则的、非周期性的，因此玻璃的内能比晶体的内能要大
缺乏对称性和周期性的重复
石英玻璃
0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 λ
方石英
λ
硅胶
sinθ
优点：缺陷：
优点：均匀性、连续性及无序性
缺陷：
硼硅酸盐玻璃分相与不均匀
光学玻璃氟化物与磷酸盐玻璃分相
•两大学说的相同点：
•两大学说的不同点：
近程有序远程无序
本章知识点回顾：
知识点060. 液体的一般性状与结构
知识点061. 硅酸盐熔体的聚合物结构理论知识点062. 熔体的粘度及变化
知识点063. 熔体的表面张力及变化
知识点064. 玻璃的通性、玻璃的形成与转变知识点065. 玻璃形成的条件
知识点066. 玻璃的结构理论。
《非晶体结构》课件
无机非晶材料
由非金属元素组成的非晶 态材料，如氧化物玻璃和 硅材料，具有高温稳定性 和良好的绝缘性。
有机非晶材料
由碳和氢等有机分子组成 的非晶态材料，具有良好 的机械柔韧性和生物相容 性。
随机网络模型
随机网络模型是描述非晶体结构的数学模型之一。它通过节点和连接边表示原子之间的相互作用，并模 拟非晶态材料的局域有序性和随机性。
热流变性
非晶态材料具有特殊的热流变性质，表现为高温下的粘性流动和玻璃转变温度的存在。
玻璃转化温度
玻璃转化温度是非晶态材料从固态玻璃向过冷液体转变的临界温度，它决定了材料的高温稳定性和玻璃 形态的存在。
玻璃形成机制
玻璃是非晶态材料的一种形态，其形成机制包括快速冷却、超冷液体转变和固态相变。玻璃具有高度的 无序性和非晶态结构特征。
非晶态材料的生产方法
1
熔融法
将材料熔化后迅速冷却，形成非晶态
溶胶-凝胶法
2
结构。
通过溶胶-凝胶过程控制材料的固化形
态。
3
凝固法
通过凝固过程控制材料的结晶行为， 实现非晶体结构的形成。
《非晶体结构》PPT课件
探索非晶体结构的奥秘，从基本概念到应用前沿，带你走进非晶态材料的无 限可能。
什么是非晶体结构
非晶体结构是指没有周期性的原子或分子排列方式。它们缺乏长程有序，而 呈现出无序的短程排列。不同于晶体，非晶态材料具有高度的结构随机性。
非晶体结构的特点
非晶态材料具有以下特点：无周期性结构、各向同性、局域性有序性、粘弹 性、高温稳定性和强烈的短程相互作用。
无机非金属材料的非晶体结构课件
非晶体结构
非晶体结构是指原子或分子在三维 空间中没有长程有序的结构。
玻璃态
玻璃态是指物质在高温下熔融后快 速冷却形成的非晶体状态，具有短 程有序的结构。
无机非金属材料的非晶体结构类型
玻璃相
玻璃相是一种常见的无机非金属 材料的非晶体结构类型，由硅酸 盐、硼酸盐等组成，具有短程有
序的结构。
合材料等。
晶体和非晶体在传感器、电池和 太阳能电池等领域也具有不同的
应用前景。
晶体在药物载体、生物相容性和 生物医学成像等方面具有独特的 优势，而非晶体在这方面的应用
较少。
05 无机非金属材料的非晶体结构制备方法
CHAPTER
气相沉积法
物理气相沉积(PVD)
包括真空蒸发、溅射、离子束沉积等子方法。
复合材料制备
碳纤维增强树脂基复合材料
通过将碳纤维与非晶体结构的树脂基体进行复合，可以获得具有优异力学性能和耐腐蚀性的复合材料，广泛应用 于制造飞机、汽车和体育器材等。
玻璃纤维增强塑料复合材料
通过将玻璃纤维与非晶体结构的塑料基体进行复合，可以获得具有高强度、高韧性和耐冲击等特点的复合材料， 广泛应用于制造电子产品、汽车和建筑材料等。
化学合成法
定义
利用化学反应在溶液中合成非晶体结构材料。
特点
反应条件温和，易于实现工业化生产；可通过调节反应物浓度、溶剂种类、反 应温度等参数控制产品的结构和性能。
06 无机非金属材料的非晶体结构应用
CHAPTER
玻璃制造
玻璃纤维增强材料
通过将玻璃加热至高温熔融状态，然后迅速冷却，可以获得 具有非晶体结构的玻璃纤维增强材料。这种材料具有高强度 、高弹性模量和耐腐蚀性等特点，广泛用于航空航天、汽车 和建筑等领域。
第四章非晶体结构与性质PPT课件
高的聚合物，释放出部分Na2O
4.平衡
此时，系统呈现的状态， “近程有序远程无序”。
--
8
三、影响低聚物浓度的因素
• 1. 温度 温度升高，断键数目增加，低聚物浓度增大。
• 2. 组成 Si4+/O2-＝1/2－1/3 － 1/4，低聚物浓度增大； Na2O含量增加，O2-形成非桥氧，聚合物分
式中 △E―质点粘滞活化能；k―波尔兹曼常数； T―绝对温度； η0 －与熔体组成有关的常数。
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16
Log η
2000 1600 1200 1000 800 600 12
9
6
3
0
0.4
0.6 0.8 1.0 1.2
1/T10-3 (K-1)
钠钙硅酸盐玻璃熔体粘度与
温度的关系
但这个公式假定
粘滞活化能是和温度无 关的常数，所以只能应 用于简单的不缔合的液 体或在一定温度范围内 缔合度不变的液体。对 于硅酸盐熔体在较大温 度范围时，斜率会发生 变化，因而在较大温度 范围内以上公式不适用。
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5
• 2.石英的分化
硅氧键强，会夺取Na2O等碱性氧化物中的氧， 形成非桥氧，造成石英的分化。
--
6
• 在石英熔体中，部分颗粒表面有断键，这些断键 与空气中的水汽作用，生成Si-O-H键，若加入 Na2O，断键处发生离子交换。
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7
• 这样，四面体网络被碱分化后，形成大小不等 的聚合物，此时Si4+/O2-＝1/2－1/3 － 1/4。
通常碱金属氧化物（Li2O、Na2O、K2O、 Rb2O、Cs2O）能降低熔体粘度。这些正离子由于 电荷少、半径大、和O2－的作用力较小，提供了 系统中的“自由氧”而使O/Si比值增加，导致原 来硅氧负离子团解聚成较简单的结构单位，因而 使活化能减低、粘度变小。
第4章 非晶态结构与性质(5)-玻璃结构理论
第4章 非晶态结构与性质4.1 熔体的结构4.2 熔体的性质4.3 玻璃的通性和玻璃的转变4.4 玻璃的形成4.5 玻璃结构理论第4章非晶态结构与性质——4.5 玻璃结构理论4.5 玻璃结构理论一、微晶学说二、无规则网络学说三、两大学说的比较与发展第4章非晶态结构与性质——4.5 玻璃结构理论一、微晶学说前苏联学者列别捷夫（A．A．Лебедев）1921年提出实验依据�折射率-温度曲线�钠硅双组分玻璃的X射线散射强度曲线�红外反射光谱第4章非晶态结构与性质——4.5 玻璃结构理论第4章 非晶态结构与性质——4.5 玻璃结构理论硅酸盐玻璃折射率随温度变化曲线200400300100500100200-200-100Δn ×105T(℃)第4章 非晶态结构与性质——4.5 玻璃结构理论SiO 2含量76.4%的钠硅酸盐玻璃折射率随温度变化曲线200300100-200-100Δn ×107T (℃)β γα βα β鳞石英（160 ℃）鳞石英（117 ℃）方石英（268 ℃）第4章 非晶态结构与性质——4.5 玻璃结构理论27Na 2O ·73SiO 2玻璃的X 射线散射强度曲线1－未加热；2－在618℃保温1h3－在800 ℃保温10min 和670 ℃保温20h150100 50 0 15010050 0 250 200 150 100 50 00.10.20.30.40.5sin θλI 1325－同上，析晶玻璃，620℃保温6h4－同上，连续薄雾析晶，620℃保温3h3－同上，有间断薄雾析晶，620℃保温3h2－玻璃表层部分，620℃保温1h1－原始玻璃33.3Na2O·66.7SiO2玻璃的反射光谱第4章非晶态结构与性质——4.5 玻璃结构理论学说要点：�玻璃结构由无数“微晶”分散在无定形介质中构成；�“微晶”化学性质和数量取决于玻璃化学组成，可以是独立原子团或一定组成化合物和固溶体等，与该玻璃物系的相平衡有关；�“微晶” 是晶格极度变形的微小有序区域，“微晶”中心质点排列较有规律，愈远离中心则变形程度愈大；�“微晶”部分逐步过渡到无定形部分，两者之间无明显界线。
一、晶体和非晶体的比较及晶体的微观结构(共70张PPT)
1.附着层内分子受力情况
液体和固体接触时，附着层的液体分子除受液体内部的分子吸引外， 还受到固体分子的吸引. 2.浸润的成因 当固体分子吸引力大于液体内部分子力时，附着层内液体分子比 液体内部分子稠密，附着层中分子之间表现为斥力(chìlì)，具有扩 展的趋势，这时表现为液体浸润固体.
(2)单晶体具有各向异性,并不是说每一种单晶体都能在各种物
理性质上表现出各向异性,举例如下: ①云母、石膏晶体在导热性上表现出显著的各向异性——沿不 同方向传热的快慢(kuàimàn)不同.
②方铅矿石晶体在导电性上表现出显著的各向异性——沿不同 方向电阻率不同.
③立方体形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)表面张力的方向：表面张力的方
向和液面相切，垂直于液面上的各条 分界线.如图所示.
第三十三页，共七十页。
3.表面张力及其作用
(1)表面张力使液体表面具有收缩趋势，使液体表面积趋于最小.而在体积相 同的条件下，球形的表面积最小.
例如，吹出的肥皂泡呈球形，滴在洁净玻璃板上的水银滴呈球 形.(但由于受重力的影响，往往呈扁球形，在完全失重条件下才 呈球形.)
第五十八页，共七十页。
5.(2011·山东高考)人类对物质属性(shǔxìng)的认识是从宏观到微观 不断深入的过程，以下说法正确的是( ) A．液晶的分子势能与体积有关 B．晶体的物理性质都是各向异性的
C．温度升高，每个分子的动能都增大
D．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用
第五十九页，共七十页。
第十五页，共七十页。
1.单晶体、多晶体及非晶体的区别与联系
(1)区别
固体(gùtǐ)可以分为晶体、非晶体两大类，其中晶体又分为单晶体和
高二化学选择性必修课件晶体与非晶体
无长程有序性
非晶体的原子或分子排列不呈现明显 的周期性重复，即不具有晶体的长程 有序性。
各向同性
非晶体的物理性质在各个方向上基本 相同，表现为各向同性，与晶体的各 向异性形成鲜明对比。
短程有序性
尽管非晶体缺乏长程有序性，但在原 子或分子的近距离范围内，仍存在一 定的有序排列，表现为短程有序性。
非晶体物理性质分析
智能化
随着人工智能和物联网技术的发展，晶体材料将 实现更多智能化应用，如智能传感器、智能执行 器等。这些智能化应用将进一步提高晶体材料的 使用价值和市场竞争力。
06
实验探究：观察和分析不同类型 物质状态变化规律
实验目的和原理阐述
实验目的
通过观察和实验，探究晶体与非晶体的结构特点和性质差异，理解物质状态变化的规律 。
高性能化
未来晶体材料将更加注重高性能化，如更高的硬 度、更好的耐磨性、更优异的压电和铁电性能等 。
环保化
环保是未来材料发展的重要趋势之一。未来晶体 材料的研发将更加注重环保性，如无铅压电陶瓷 等环保型晶体材料的开发和应用。
多功能化
随着科技的发展，晶体材料将实现更多功能化应 用，如同时具备力学、电学、磁学等多种性能。
晶体分类
根据构成晶体的质点种类和结合 方式的不同，晶体可分为离子晶 体、原子晶体、分子晶体和金属 晶体等四大类。
非晶体定义及特点
非晶体定义
非晶体是指内部质点排列无序，没有长程有序性和各向同性的固体物质。
非晶体特点
非晶体的物理性质表现为各向同性，没有固定的熔点，而是有一个逐渐软化的 温度范围。其化学性质与晶体相似，但由于结构无序，反应活性可能有所不同 。
某些晶体在受到外力作用时会产生电荷，这种现象称为压电 效应。具有压电效应的晶体被广泛应用于传感器、换能器等 领域。
《晶体和非晶体》课件
晶体是由有序排列的原子或分子组成的固体，具有明确的形状和结构。非晶 体是由无序排列的原子或分子组成的固体，没有明确的形状和结构。
晶体的定义和特点
1 晶体的定义
晶体是由高度有序排列的原子或分子组成的固体。
2 晶体的结构和形态
晶体具有明确的结构和形状，在结晶过程中形成。
3 晶体的物理性质
晶体具有特定的物理性质，如透明度、折射率和硬度。
总结晶体和非晶体的定义、特点、比较和应用。
2 学生提问
鼓励学生提问，并回答他们关于晶体和非晶体的问题。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
晶体和非晶体的应用
1 晶体的应用
晶体广泛应用于电子器件、光学仪器和化学领域。
2 非晶体的应用
非晶体常用于材料制备、包装和隔热等领域。
实验和展示
1 晶体和非晶体实验
通过实验展示晶体和非晶体的形成过程和特 点。
2 晶体和非晶体展示
展示各种晶体和非晶体的形态、性质和应用。
总结和提问
1 总结本节课内容
非晶体的定义和特点
1 非晶体的定义
非晶体是由无序排列的原子或分子组成的固体。
2 非晶体的结构和形态
非晶体没有明确的结构和形状，呈现非晶态。
3 非晶体的物理性质
非晶体具有特定的物理性质，如不透明度和变形性。
晶体和非晶体的比较
1 相似之处
晶体和非晶体都是固体，具有一定的物理性质。
2 不同之处
晶体具有有序排列的结构和形状，而非晶体没有明确的结构和形状。
晶体与非晶体课件
晶界的特点
晶界处点阵畸变大，存在晶界能。 晶界处点阵畸变大，存在晶界能。 晶界处原子排列不规则， 晶界处原子排列不规则，在常温下晶界的存在会对位错的运动 起阻碍作用，致使塑性变形抗力提高，宏观表现为晶界较晶内 起阻碍作用，致使塑性变形抗力提高， 具有较高的强度和硬度。 具有较高的强度和硬度。 晶界处原子偏离平衡位置，具有较高的动能， 晶界处原子偏离平衡位置，具有较高的动能，并且晶界处存在 较多的缺陷如空穴、杂质原子和位错等， 较多的缺陷如空穴、杂质原子和位错等，故晶界处原子的扩散速 度比在晶内快得多。 度比在晶内快得多。 在固态相变过程中,由于晶界能量较高且原子活动能力较大,所 在固态相变过程中,由于晶界能量较高且原子活动能力较大, 以新相易于在晶界处优先形核.原始晶粒越细,晶界越多, 以新相易于在晶界处优先形核.原始晶粒越细,晶界越多,则新相形 核率也相应越高 。 由于成分偏析和内吸附现象， 由于成分偏析和内吸附现象，特别是晶界富集杂质原子的情况 往往晶界熔点较低。 下，往往晶界熔点较低。 由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态，以及晶界富集杂质 由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态， 原子的缘故， 原子的缘故，与晶内相比晶界的腐蚀速度一般较快
21222324252621概述组成材料最基本独立的物质材料中具有同一化学成分且结构相同的均匀部分材料内部的亚微观微观形貌22晶体与非晶体221结构和特点2211晶体和非晶体的结构特点晶体和非晶体结构示意图1晶体原子或原子团离子或分子在空间按一定规律成周期性排列构成长程有序长程无序短程有序2非晶体原子离子或分子在空间无规则堆积在一起所形成晶体和非晶体比较xrd图比较x射线衍射图xrd晶体的xrd峰较窄非晶态的xrd峰逐渐宽化晶体和非晶体比较形态变化晶体非晶体2212单晶和多晶体比较小角度晶界相邻晶粒的位向差小于10的晶界
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4.2熔体的性质
一、粘度：
二、表面张力
粘度在无机材料生产工艺上很重要，玻璃生 产的各个阶段，从熔制、澄清、均化、成型、加 工，直到退火的每一工序都与粘度密切相关，如 熔制玻璃时，粘度小，熔体内气泡容易逸出，在 玻璃成型和退火时粘度起控制作用，玻璃制品的 加工范围和加工方法的选择取决于熔体粘度及其 随温度变化的速率；粘度也是影响水泥、陶瓷、 耐火材料烧成速率快慢的重要因素，降低粘度对 促进烧结有利，但粘度过低又增加了坯体变形的 能力；在瓷釉中如果熔体粘度控制不当就会形成 流釉等缺陷。
本章主要内容
1.熔体的结构及性质 2. 玻璃的通性 3. 玻璃的形成及玻璃的结构理论 4. 典型的玻璃
意义：
➢ 玻璃生产中的意义 ➢ 陶瓷生产 ➢ 水泥及耐火材料的烧制过程
第一节 熔体的结构
一、对熔体的一般认识 二、硅酸盐熔体结构――聚合物理
论
一、对熔体结构的一般认识
1．晶体与液体的体积密度相近。
----硅酸盐熔体的聚合物理论
硅酸盐熔体聚合物理论要点： 1. 硅酸盐熔体是由不同级次、不同大小、不同数量的聚合物
组成的混合物。 2. 聚合物种类、大小、分布决定熔体结构各种聚合物处于不
断的物理运动和化学运动中，并在一定条件下达到平衡。 3. 聚合物的分布决定熔体的结构，分布一定，结构一定。 4. 熔体中聚合物被R+结合起来，结合力决定熔体性质。 5. 聚合物的种类、大小、数量伴随温度和组成而变化。
成架状，其中部分氧为桥氧。那么石英加碱会有哪些变化？
硅氧键强，会夺取Na2O等碱性氧化物中的氧，形成游离氧，O/Si升高，使 桥氧断裂为非桥氧， [SiO4] 四面体连接方式从架状、层状、链状、环状 最后过渡到岛状， [SiO4] 四面体连接程度降低，造成石英的分化。在熔 体中形成了各种聚合程度的聚合物。
R-O键（R：碱金属或碱土金属）：离子键为主，键 能弱于Si-O键。
在 熔 体 中 ， R-O 键 断 开， 提供游离氧 ， 使 Si-O-Si （桥氧）键断裂，Si-O键的键强、键长、键角发生变化。
2.石英的分化
1.石英SiO2结构特点 结构中硅氧键是强结合键，结合能力强，硅氧比为1/2, [SiO4] 四面体连接
关于液体的结构理论有
液体的近程有序结构理论 1924年，佛仑克尔提出，解释了液体的
流动性。 “核前群”理论
可以解释液体的许多物化性质，如温度 升高，电导率上升。 聚合物理论
一般熔体
结构简单的分子、原子或离子， 冷却易析晶。
二、硅酸盐熔体结构
1.基本结构单元－ [SiO4] 四面体
Si和O之间以Si-O键相连：离子键52%，共价键48%， 呈四配位，高键能、方向性（共价键）、低配位。
表3－2 硅酸盐聚合结构
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.影响聚合物聚合程度的因素 硅酸盐熔体中各种聚合程度的聚合物浓度（数量）受温
度和组成两个因素的影响。 温度升高，断键数目增加，低聚物浓度增大。 碱金属氧化物增加，低聚物浓度增大。
图中可见，随温度的升高，低 聚物浓度增加；高聚物浓度降 低。
硅酸盐熔体中聚合物的形成分为三个阶段： 初期：硅酸盐分化。 中期：缩聚并伴随着变形。 后期：在一定时间个一定温度下，缩聚-分化达到平衡。
4. X射线衍射图相似(图3－1) 。
液体衍射峰最高点的位置与晶体相近，表明了液体中某 一质点最邻近的几个质点的排列形式与间距和晶体中的相似。 液体衍射图中的衍射峰都很宽阔，这是和液体质点的有规则 排列区域的高度分散有关。由此可以认为，在高于熔点不太 多的温度下，液体内部质点的排列并不是象气体那样杂乱无 章的，相反，却是具有某种程度的规律性。这体现了液体结 构中的近程有序和远程无序的特征。
当晶体熔化为液体时体积变化较小，一般不超过10 ％(相当于质点间平均距离增加3％左右)；而当液体气化 时，体积要增大数百倍至数千倍(例如水增大1240倍)。
2．晶体的熔解热不大，比液体的气化热小得多。
Na晶体 Zn晶体 冰
熔融热 (kJ/mol) 2.51
6.70
6.03
而水的气化热为40.46kJ／mol。这说明晶体和液体内能 差别不大，质点在固体和液体中的相互作用力是接近的。
一、粘度
粘度是流体（液体或气体）抵抗流动的量 度。 当液体因流此动，粘时度：物理意义是指单位接触面积、单位速度梯
由以上的分化过程产生的低聚物可以发生作用，形成级 次较高的聚合物，同时释放出Na2O,这一过程称为缩聚。
如：[SiO4]Na4+ [Si2O7]Na6 → [Si3O10]Na8 + Na2O
3[Si3O10]Na8 → [Si6O18]Na12 + 2Na2O
缩聚释放的Na2O又能进一步侵蚀石英骨架使其分化出 低聚物，直到分化缩聚平衡。在熔体中会产生不同聚合度 的复合阴离子团： [SiO4]Na单体、 [Si2O7]二聚体、三聚 体… [SinO3n+1]2(n+1)- n聚体。
在石英熔体中，部分粉碎颗粒表面有断键，这些断键与空气中的水汽作用， 生成Si-O-H键，若加入一起Na2O熔融，断键处发生离子交换，使Si-O-H 键变为Si-O-Na键。由于Na+离子的存在，使Si-O键断裂，桥氧变为非桥 氧，形成由两个硅氧四面体组成的短链二聚体[Si2O7]，并从石英骨架上剥 落下来， Na2O继续侵蚀石英骨架，产生大量硅氧四面体短链形成的低聚 物 ，和没有完全分化的高聚物[SiO2]n 。
表3－1 几种金属固、液态时的热容值
物质名称
Pb
Cu
Sb
Mn
液体热容（J/mol） 28.47 31.40 29.94 46.06
固体热容（J/mol） 27.30 31.11 29.81 46.47
3．固液态热容量相近(表3－1) 。
表明质点在液体中的热运动性质（状态）和在固体中差 别不大，基本上仍是在平衡位置附近作简谐振动。
强度 I
气体 熔体
玻璃
晶体
sinθ λ
图3－1 不同聚集状态物质的X射线衍射强度 随入射角度变化的分布曲线
综上所述:
液体是固体和气体的中间相，液体 结构在气化点和凝固点之间变化很大， 在高温（接近气化点）时与气体接近， 在稍高于熔点时与晶体接近。
由于通常接触的熔体多是离熔点温 度不太远的液体，故把熔体的结构看作 与晶体接近更有实际意义。