无机材料科学基础23页PPT
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无机材料科学基础课件_ppt课件
Hari Bala
HPU
孟哈日巴拉
相律应用必须注意以下四点： 1.只能处理真实的热力学平衡体系。
2.相律表达式中的“2”是代表外界条件温度 和压力。如果研究的体系为固态物质，可以忽略
压力的影响，相律中的“2”应为“1”。 3.必须正确判断独立组分数、独立化学反应 式、相数以及限制条件数，才能正确应用相律。 4.自由度只取 0 或 0 以上的正值。
Hari Bala
HPU
孟哈日巴拉
相平衡的研究方法
相图即平衡状态图，反映的是体系所处的热力学平衡状态, 与达平衡所需的时间无关。 平衡态 一个不随时间而发生变化的状态。 相图是在实验结果的基础上制作的，所以测量方法、测试 的精度等都直接影响相图的准确性和可靠性。 研究凝聚系统相平衡，有二种基本方法：动态法和静态法。
相
系统中具有相同物理与化学性质的完全均匀部分的总和称为相。
特点： 1、相与相之间有界面。各相可以用机械方法
加以分离，越过界面时性质发生突变。 2、 一个相必须在物理性质和化学性质上都是均匀的， 这里的“均匀”是指一种微观尺度的均匀，但一个相不 一定只含有一种物质。 3、一种物质可以有几个相。同一个相不一定连续。
Hari Bala
HPU
孟哈日巴拉
相数(P)：一个系统中所含相的数目，叫做相数，以P表示。 按照相数的不同，系统可分为： 单相系统（P＝1） 二相系统（P＝2） 三相系统（P＝3）等等。 含有两个相以上的系统，统称为多相系统。
1、气体 不论有多少种气体都只可能有一个气相。 对于系统中的气体，因其能够以分子形式按任何比例互相均 匀混合。
##
注意：指的平衡不是在高压条件
Hari Bala
HPU
孟哈日巴拉
HPU
孟哈日巴拉
相律应用必须注意以下四点： 1.只能处理真实的热力学平衡体系。
2.相律表达式中的“2”是代表外界条件温度 和压力。如果研究的体系为固态物质，可以忽略
压力的影响，相律中的“2”应为“1”。 3.必须正确判断独立组分数、独立化学反应 式、相数以及限制条件数，才能正确应用相律。 4.自由度只取 0 或 0 以上的正值。
Hari Bala
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孟哈日巴拉
相平衡的研究方法
相图即平衡状态图，反映的是体系所处的热力学平衡状态, 与达平衡所需的时间无关。 平衡态 一个不随时间而发生变化的状态。 相图是在实验结果的基础上制作的，所以测量方法、测试 的精度等都直接影响相图的准确性和可靠性。 研究凝聚系统相平衡，有二种基本方法：动态法和静态法。
相
系统中具有相同物理与化学性质的完全均匀部分的总和称为相。
特点： 1、相与相之间有界面。各相可以用机械方法
加以分离，越过界面时性质发生突变。 2、 一个相必须在物理性质和化学性质上都是均匀的， 这里的“均匀”是指一种微观尺度的均匀，但一个相不 一定只含有一种物质。 3、一种物质可以有几个相。同一个相不一定连续。
Hari Bala
HPU
孟哈日巴拉
相数(P)：一个系统中所含相的数目，叫做相数，以P表示。 按照相数的不同，系统可分为： 单相系统（P＝1） 二相系统（P＝2） 三相系统（P＝3）等等。 含有两个相以上的系统，统称为多相系统。
1、气体 不论有多少种气体都只可能有一个气相。 对于系统中的气体，因其能够以分子形式按任何比例互相均 匀混合。
##
注意：指的平衡不是在高压条件
Hari Bala
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孟哈日巴拉
无机材料科学基础非晶态固体新PPT课件
• （2）二价金属氧化物 RO • 二价金属氧化物对粘度的影响很复杂，它们一方面和R2O一样能使硅氧负离子团解
聚；另一方面它们电价较高，而半径又不大，因此其离子势较大，能夺取硅氧负离 子团中的O2-来包围自己，导致硅氧负离子图聚合。使粘度增加。综合这两个相反 的效应R2-降低粘度的次序是：Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Mg2+。
大，对粘度其主要作用的是[SiO4]中的Si-O键，这时，加入的正离子半径越小，降 低粘度的作用越大。 次序是：Li+＞Na+＞K+＞Rb+＞Cs+
第13页/共88页
• ②当熔体中碱含量高时， O/Si比值 较大时，硅氧四面体接近于岛状， [SiO4]之间主要靠R-O键连接，这时 作用力矩最大的Li+就具有较大的粘度 了。因此，在这种情况下一价碱金属 氧化物的影响 次序是：
3、模型有助于理解熔体结构中聚合物的多样性和 复杂性，从而得出熔体结构特点是近程有序而远程无 序。
第26页/共88页
硅酸盐熔体的结构特征： 1.基本结构单元－ [SiO4] 四面体 2.基本结构单元在熔体中存在状态－聚合体 基本结构单元在熔体中组成形状不规则、大小不同的聚合离子团,在这些离子团间存在
•
即急冷后成玻璃体结构为近程有序远程无序。
第5页/共88页
强度 I
气体 熔体
玻璃
晶体
sinθ λ
X射线衍射图相似 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。这体现了液体结构中 的近程有序和远程无序的特征。
第6页/共88页
• （三）硅酸盐熔体 • 因为硅酸盐晶体是以[SiO4]形式存在，Si-O键结合力强，在转变成熔体时难
无机材料科学基础晶体结构缺陷PPT课件
16
第16页/共73页
表2-7为由理论公式计算的缺陷浓度。由表中数据可见，随⊿Gf升高，温度降 低，缺陷浓度急剧下降。
当⊿Gf不太大，温度较高时，晶体中热缺陷的浓度可达百分之几。
17
第17页/共73页
§4-2 非热力学平衡态点缺陷
热平衡态点缺陷：纯净和严格化学配比的晶体中，由于体系能量涨落而形
成的，浓度大小取决于温度和缺陷形成能。
注意：这种空位表示的是原子空位。对于象NaCl这样的离子晶体，仍然当作原子晶体处 理。Na+被取走时，一个电子同时被带走，留下一个Na原子空位；Cl-被取走时，仍然以Cl 原子的形态出去，并不把所获得的电子带走。这样的空位是不带电的。 2．填隙原子：Mi和Xi分别表示M和X原子处在间隙位置上。 3．错放位置：MX表示M原子被错放到X位置上。
P2 4
21
第21页/共73页
4．溶质原子：LM和SX分别表示L溶质处在M位置，S溶质处在 X位置。例如，CaCl2在KCl中的固溶体，CaK表示Ca处在K的 位置；若Ca处在间隙位置则表示为Cai。
5．自由电子及空穴：用e′和h· 分别表示自由电子和电子空穴。 “′”和“·”表示一个单位负电荷和一个单位正电荷。
※ 热缺陷的浓度随温度的上升而呈指数上升。一定温 度下，都有一定浓度的热缺陷。
10
第10页/共73页
三.平衡态热缺陷浓度
热缺陷是由于热起伏引起的，在一定温度下，当热缺陷的产生与复合过程达到热 力学平衡时，它们具有相同的速率。在热平衡条件下，热缺陷的数目和晶体所处 的温度有关。即：热缺陷浓度是温度的函数。 所以在一定温度下，热缺陷的数目可通过热力学中自由能的最小原理来进行计算。 推导过程如下：
陷——本征点缺陷。
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表2-7为由理论公式计算的缺陷浓度。由表中数据可见，随⊿Gf升高，温度降 低，缺陷浓度急剧下降。
当⊿Gf不太大，温度较高时，晶体中热缺陷的浓度可达百分之几。
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§4-2 非热力学平衡态点缺陷
热平衡态点缺陷：纯净和严格化学配比的晶体中，由于体系能量涨落而形
成的，浓度大小取决于温度和缺陷形成能。
注意：这种空位表示的是原子空位。对于象NaCl这样的离子晶体，仍然当作原子晶体处 理。Na+被取走时，一个电子同时被带走，留下一个Na原子空位；Cl-被取走时，仍然以Cl 原子的形态出去，并不把所获得的电子带走。这样的空位是不带电的。 2．填隙原子：Mi和Xi分别表示M和X原子处在间隙位置上。 3．错放位置：MX表示M原子被错放到X位置上。
P2 4
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4．溶质原子：LM和SX分别表示L溶质处在M位置，S溶质处在 X位置。例如，CaCl2在KCl中的固溶体，CaK表示Ca处在K的 位置；若Ca处在间隙位置则表示为Cai。
5．自由电子及空穴：用e′和h· 分别表示自由电子和电子空穴。 “′”和“·”表示一个单位负电荷和一个单位正电荷。
※ 热缺陷的浓度随温度的上升而呈指数上升。一定温 度下，都有一定浓度的热缺陷。
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三.平衡态热缺陷浓度
热缺陷是由于热起伏引起的，在一定温度下，当热缺陷的产生与复合过程达到热 力学平衡时，它们具有相同的速率。在热平衡条件下，热缺陷的数目和晶体所处 的温度有关。即：热缺陷浓度是温度的函数。 所以在一定温度下，热缺陷的数目可通过热力学中自由能的最小原理来进行计算。 推导过程如下：
陷——本征点缺陷。
无机材料科学基础23页
材料综合知识竞赛试题集——无机材料科学基础1.由晶体对称定律可知晶体中不可能出现几次对称轴（ C ）A 2次B 3次C 5次D 6次2.下列哪个晶系不属于低级晶族（ B ）A三斜 B三方 C单斜 D正交3.宏观晶体中可能存在的对称型有几种（ C ）A 7B 23C 32D 474.哪个晶系的晶体对称性最高（ D ）A正交B三斜C六方D等轴5.哪个晶系的晶体对称性最低（ B ）A正交B三斜C六方D等轴6.四方晶系的晶体几何常数应满足的条件（A）Ａa=b≠c α=β=γ=90°Ｂa=b=c α=β=γ=90°Ｃa=b=c α=β=γ≠90°Ｄa≠b≠c α=β=γ=90°7.NaCl晶体属于哪种布拉维格子（ C ）A立方体心 B四方体心 C立方面心 D正交面心8.下列哪个不是晶体的基本性质（C）A对称性 B自限性 C各向同性 D最小内能性9.下列哪个晶系属于中级晶族（ B ）A三斜 B三方 C单斜 D正交10.宏观晶体中可能存在的晶系有几种（A）A 7B 23C 32D 4711.等轴晶系的晶体几何常数应满足的条件（B）A a=b≠c α=β=γ=90°B a=b=c α=β=γ=90°C a=b=cα=β=γ≠90°D a≠b≠cα=β=γ=90°12.三斜晶系的晶体几何常数应满足的条件（D）A a=b≠c α=β=γ=90°B a=b=c α=β=γ=90°C a=b=cα=β=γ≠90°D a≠b≠cα=β=γ=90°13.正交晶系的晶体几何常数应满足的条件（D）A a=b≠c α=β=γ=90°B a=b=c α=β=γ=90°C a=b=cα=β=γ≠90°D a≠b≠cα=β=γ=90°14.共有多少个空间群（C）第 1 页A 23B 32C 230D 32015. 共有多少个点群（B ）A 23B 32C 230D 32016. 共有多少种布拉维格子（B ）A 7B 14C 23D 3217. 晶体初基平移矢量为=3i =3j =23(i+j+k)它属于何种布拉维格子（A ）A 体心立方B 体心四方C 面心立方D 面心正交 18. 以下哪个为晶体初基平移矢量为=3i =3j =23(i+j+k)最密集的{h k l}（D ） A {001} B {010} C {011} D {110}19. 晶体初基平移矢量为=3i =3j =23 (i+j+k)晶胞的体积（D ） A 9 B 13.5 C 18 D 27 20. 晶体初基平移矢量为=3i =3j =23(i+j+k)原胞的体积（B ） A 9 B 13.5 C 18 D 2721. NaCl 中Na 离子的配位数为（C ）A ４B ５C ６D ８22. AgI 的实际配位数为（A ）A ４B ５C ６D ８23. NaCl 晶体单位晶胞中的“分子”数为（B ）A 2B 4C 6D 824. 在ＣsCl 中，如果取单位晶胞时把坐标原点取在Cs 离子的位置，那么Cl-的坐标为（C ） A 000 B 0021 C 212121 D 2100 25. 在晶体缺陷理论中进入晶体正常结点之间的间隙位置的原子称为（D ）A 取代原子B 空位原子C 杂质原子D 填隙原子26.在晶体缺陷理论中外来原子进入晶格就成为晶体中的杂质，这种杂质原子如果取代原来晶体中的原子而进入正常结点的位置称为（A ）A 取代原子B 空位原子C 杂质原子D 填隙原子 27. 当晶体的温度高于绝对0K 时，由于晶体内原子热震动，使一部分能量较大的原子离开平衡位置造成的缺陷称为（B ）A 杂质缺陷B 热缺陷C 点缺陷D 面缺陷28. 硅氧四面体通过公用氧离子相连，在一维方向延伸成链状，链与链之间是通过其他阳离子按一定的配位关系连接起来。
无机材料科学基础表面与界面PPT学习教案
吸附
物理吸附：范德华力；多层； 无选择性；可逆；
化学吸附：化学键力；单层； 选择性；不可逆；
表面成分偏 析
位错线：易在表面露头
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5.1.4 实际晶体表面
一、表面粗糙度 1、 对表面力场的影响：
表面凹凸不平，凹谷处，周围质点多，色散力大（色 散力与质点聚集的数目有关），易产生物理吸附；凸 起部位，周围质点少，断键多，静电力大（静电力与 断键多少有关），易产生化学吸附。 所以，表面粗糙度使表面力场变得不均匀，其活性及 其他表面性质也发生变化。
第16页/共114页
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5.1.3 晶体表面的缺陷
从 图 中可 以看出 ，由于 固体表 面存在 低晶面 指数的 平台（ Terrace ）、单 分子或 单原子 高度的 台阶（ Ledge） 、单分 子或单 原子尺 度的扭 折（K ink）、 空穴和 吸附原 子等缺 陷，使 固体晶 体表面 的不同 部位能 量不均 匀，这 将导致 固体的 表面吸 附与表 面化学 反应等 过程的 不均匀 性
(表面能)
PbI2 < PbF2 < CaF2 PbI2具 有 最 小 的 表 面能
这是因为Pb+和I-都具有很 大的极化性能，形成的双 电层厚，使其表面能和硬 度都降低； 而Ca2+和F-极化性能都较 小，所以其表面能和硬度 都较大。
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小结离子晶体表面的特殊结构：
（1）表面晶格变形，晶胞参数发生变化； （2）表面质点间结合的键发生转变（离子键→共价键）； （3）表面形成双电层，存在负离子对正离子的屏蔽； （4）表面层在组成上是非化学计量的。 表面效应：双电层效应由表向内层发生作用，并衰减。可以达 到的深度与的半径差有关。如NaCl半径差大可延伸到第5层， 小的2～3层。
无机材料科学基础PPT课件
第三章 晶体结构缺陷——3.4 非化学计量化合物
3.4 非化学计量化合物
资源加工与生物工程学院
非化学计量化合物：实际化合物中负离子与正离子 的比例不符合定比或倍比定律的化合物。
特点： 1）产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关； 2）可看作是本身高低氧化态之间的固溶体；
第三章 晶体结构缺陷——3.4 非化学计量化合物
根据质量物作是用P型定半律导体K。 [OiP'O']2[1h/2•]2
为什么TiO2-x是一种n型半导体？
第三章 晶体结构缺陷——3.4 非化学计量化合物
资源加工与生物工程学院
色心、色心的产生及恢复
“色心”——由于电子补偿而引起的一种缺陷。
F-色心：负离子空位＋电子
X、γ、中子或电子射线辐照某些晶体会产生颜色。 原因：由于辐照破坏晶格，产生了各类点缺陷。为在缺 陷区域保持电中性，过剩电子或电子空穴处于缺陷位置上。 点缺陷上的电荷具有一系列分离的允许能级，相当于在可见 光谱区域的光子能级，能吸收一定波长的光，使材料呈现某 种颜色。 把经辐照而变色的晶体加热，能使缺陷扩散掉，使辐照 破坏得到修复，晶体失去颜色。
[e]
P6 O2
1
PZn
P2 O2
1
Zn不完全电离时：
[e]
P4 O2
第三章 晶体结构缺陷——3.4 非化学计量化合物
资源加工与生物工程学院
实测ZnO电导率与氧
-2.1
分压的关系支持了单电荷
间隙模型，即后一种是正
-2.3
确的。
logσ
-2.5
-2.7
0.6
1.0
1.4
1.8
2.2
Log PO2 (mmHg)
3.4 非化学计量化合物
资源加工与生物工程学院
非化学计量化合物：实际化合物中负离子与正离子 的比例不符合定比或倍比定律的化合物。
特点： 1）产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关； 2）可看作是本身高低氧化态之间的固溶体；
第三章 晶体结构缺陷——3.4 非化学计量化合物
根据质量物作是用P型定半律导体K。 [OiP'O']2[1h/2•]2
为什么TiO2-x是一种n型半导体？
第三章 晶体结构缺陷——3.4 非化学计量化合物
资源加工与生物工程学院
色心、色心的产生及恢复
“色心”——由于电子补偿而引起的一种缺陷。
F-色心：负离子空位＋电子
X、γ、中子或电子射线辐照某些晶体会产生颜色。 原因：由于辐照破坏晶格，产生了各类点缺陷。为在缺 陷区域保持电中性，过剩电子或电子空穴处于缺陷位置上。 点缺陷上的电荷具有一系列分离的允许能级，相当于在可见 光谱区域的光子能级，能吸收一定波长的光，使材料呈现某 种颜色。 把经辐照而变色的晶体加热，能使缺陷扩散掉，使辐照 破坏得到修复，晶体失去颜色。
[e]
P6 O2
1
PZn
P2 O2
1
Zn不完全电离时：
[e]
P4 O2
第三章 晶体结构缺陷——3.4 非化学计量化合物
资源加工与生物工程学院
实测ZnO电导率与氧
-2.1
分压的关系支持了单电荷
间隙模型，即后一种是正
-2.3
确的。
logσ
-2.5
-2.7
0.6
1.0
1.4
1.8
2.2
Log PO2 (mmHg)
无机材料科学基础表面与界面ppt学习教案
提高自身专业素养以适应行业发展需求
深入学习无机材料科学知识
增强实践能力和创新能力
不断学习和掌握无机材料科学领域的新知 识、新技术和新方法。
通过参与科研项目、实验课程等实践活动 ，提高实践能力和创新能力。
关注行业发展趋势和前沿动态
提高跨学科综合素质
关注无机材料领域的最新研究成果和前沿 动态，了解行业发展趋势和市场需求。
透射电子显微镜（TEM）表征
原理
利用高能电子束穿透样品，通过检测透过样品的电子束或 衍射电子等信号，获得样品的内部结构和晶体信息。
应用
观察无机材料的晶体结构、晶格缺陷、位错和层错等，可 分析材料的晶体学性质和相变过程。
优点
分辨率极高，可揭示材料内部结构和晶体缺陷的详细信息 。
原子力显微镜（AFM）表征
学习相关学科知识，如物理学、化学、工程 学等，提高跨学科综合素质和解决问题的能 力。
THANKS
感谢观看
无机材料表面与界面表征技
05
术
扫描电子显微镜（SEM）表征
原理
利用高能电子束在样品表面扫描，通过检测样品发射的次级电子 或背散射电子等信号，获得样品表面形貌和组成信息。
应用
观察无机材料表面形貌、颗粒大小、分布和团聚情况等，可分析材 料表面的微观结构和缺陷。
优点
分辨率高、景深大、立体感强，可直观观察材料表面形貌。
原理
利用微悬臂感受和放大悬臂上尖细探针与受测样品原子之间的作 用力，从而达到检测的目的，具有原子级的分辨率。
应用
观察无机材料表面的原子排列、表面粗糙度、表面电势和摩擦力等 ，可分析材料表面的物理和化学性质。
优点
无需真空环境，可观察导体和非导体样品，提供三维表面形貌信息 。
《无机材料科学基础》绪论PPT课件
12
2021/3/12
13
2021/3/12
14
2021/3/12
15
• 飞机和材料
从莱特兄弟实现飞行的梦想以来，航空和航天器发生了巨变。为了飞得快 和远，就要采用强度高和比重小的材料，重视材料的比强度，即强度/比重 之比。因此，航空和航天器中铝、镁合金用量大。随着航空技术的进一步发 展，轻质和高比强度的钛合金、碳纤维高分子复合材料、硼纤维金属复合材 料等得到愈来愈多的采用。
6
材料结构关系
• 材料的结构包括不同晶体结构和非晶体，以及显微镜下的微观
结构，哪些主要因素能够影响和改变结构？只有了解了这些才
能实现控制结构的目的。
• 材料的性能包括物理性能、化学性能、力学性能。
• 其内部结构包括 四个层次：①原 子结构；②结合 键；③原子的排 列方式；④显微 组织
2021/3/12
• 材料科学和材料工程之间的区别主要在于着眼点的不同或者说
各自强调的中心不同，它们之间并没有一条明确的界线，因此，
后来人们常常将二者放在一起，采用一个复合名词－材料科学
2021/3/1与2 工程（MSE，Material Science and Engineering）
8
材料科学 ：是一门科学，它从事与材料本质的发现、分析和了 解方面的研究，其目的在于提供材料结构的统一描绘或模型，以 及解释这种结构与性能之间的关系。它包括下面的三个环节，核 心是结构和性能。
实践中总结出来的共同规律而形成的一门课程。该课程是把基础科学理论，特别是物理 化学、无机化学、结构化学、结晶化学、固体物理中的基本理论，具体应用到无机非金 属材料的制备和性能研究上，成为介于基础科学和专业技术之间的一门重要的专业基础 理论课程。
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• 飞机和材料
从莱特兄弟实现飞行的梦想以来，航空和航天器发生了巨变。为了飞得快 和远，就要采用强度高和比重小的材料，重视材料的比强度，即强度/比重 之比。因此，航空和航天器中铝、镁合金用量大。随着航空技术的进一步发 展，轻质和高比强度的钛合金、碳纤维高分子复合材料、硼纤维金属复合材 料等得到愈来愈多的采用。
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材料结构关系
• 材料的结构包括不同晶体结构和非晶体，以及显微镜下的微观
结构，哪些主要因素能够影响和改变结构？只有了解了这些才
能实现控制结构的目的。
• 材料的性能包括物理性能、化学性能、力学性能。
• 其内部结构包括 四个层次：①原 子结构；②结合 键；③原子的排 列方式；④显微 组织
2021/3/12
• 材料科学和材料工程之间的区别主要在于着眼点的不同或者说
各自强调的中心不同，它们之间并没有一条明确的界线，因此，
后来人们常常将二者放在一起，采用一个复合名词－材料科学
2021/3/1与2 工程（MSE，Material Science and Engineering）
8
材料科学 ：是一门科学，它从事与材料本质的发现、分析和了 解方面的研究，其目的在于提供材料结构的统一描绘或模型，以 及解释这种结构与性能之间的关系。它包括下面的三个环节，核 心是结构和性能。
实践中总结出来的共同规律而形成的一门课程。该课程是把基础科学理论，特别是物理 化学、无机化学、结构化学、结晶化学、固体物理中的基本理论，具体应用到无机非金 属材料的制备和性能研究上，成为介于基础科学和专业技术之间的一门重要的专业基础 理论课程。
无机材料科学基础第一章化学键与电子结构ppt课件
电子进入分子轨道后，假设体系能量降低，即能成键，反之， 那么不能成键。
分子轨道波函数
在组合构成的分子轨道中，比组合前原子轨道能量低的 称为成键分子轨道，用ψ1表示；能量高于组合前原子轨道的 称为反键分子轨道，用ψ2 表示。
成键分子轨道 (bonding)
反键分子轨道(antibonding)
以A+B→AB为例：
在金刚石中，C原子以sp³杂化轨道和相邻C原子一同构成按四面体 向排布的4个C—C单键，共同将C原子结合成无限的三维骨架，可以 说一粒金刚石晶体就是一个大分子。
1.2.2 共价键的极性
共价键极性构成缘由： 分子轨道是由原子前线轨道线性组合而成。假设A原子的电负
性比B原子大，那么其前线轨道能级比B原子前线轨道能级低。在 构成共价键过程中，能量低的成键轨道〔Bonding Orbital〕的能 级与先前的A原子前线轨道能级更接近，故此成键轨道主要由A原 子的前线轨道构成；而能量较高的反键轨道〔Anti-Bonding Orbital〕能级那么与原来的B原子前线轨道能级更接近，那么其 主要由B原子的前线轨道构成。由于电子优先分布于成键轨道，所 以，电负性较大的A原子那么占据了更多的电子，共价键的极性就 这样产生了。 实际推导：利用分子轨道波函数 和 可近似计算AB原子的电 离能，从而推断极性的存在。推导过A 程见b p9-10。
晶体几何构造有关的常数。
波恩-兰德公式的实践运用：当某一离子晶体的构造和离子
间距等参数经过构造分析确定后，可利用该公式计算结合能。
§ 1.2 共价键与分子轨道实际
§ 1.21 共价键的根本性质 共价键本质 两原子相互接近时，由于原 子轨道重叠，两原子共用自 旋相反的电子对，使体系能 量降低，而构成化学键。
分子轨道波函数
在组合构成的分子轨道中，比组合前原子轨道能量低的 称为成键分子轨道，用ψ1表示；能量高于组合前原子轨道的 称为反键分子轨道，用ψ2 表示。
成键分子轨道 (bonding)
反键分子轨道(antibonding)
以A+B→AB为例：
在金刚石中，C原子以sp³杂化轨道和相邻C原子一同构成按四面体 向排布的4个C—C单键，共同将C原子结合成无限的三维骨架，可以 说一粒金刚石晶体就是一个大分子。
1.2.2 共价键的极性
共价键极性构成缘由： 分子轨道是由原子前线轨道线性组合而成。假设A原子的电负
性比B原子大，那么其前线轨道能级比B原子前线轨道能级低。在 构成共价键过程中，能量低的成键轨道〔Bonding Orbital〕的能 级与先前的A原子前线轨道能级更接近，故此成键轨道主要由A原 子的前线轨道构成；而能量较高的反键轨道〔Anti-Bonding Orbital〕能级那么与原来的B原子前线轨道能级更接近，那么其 主要由B原子的前线轨道构成。由于电子优先分布于成键轨道，所 以，电负性较大的A原子那么占据了更多的电子，共价键的极性就 这样产生了。 实际推导：利用分子轨道波函数 和 可近似计算AB原子的电 离能，从而推断极性的存在。推导过A 程见b p9-10。
晶体几何构造有关的常数。
波恩-兰德公式的实践运用：当某一离子晶体的构造和离子
间距等参数经过构造分析确定后，可利用该公式计算结合能。
§ 1.2 共价键与分子轨道实际
§ 1.21 共价键的根本性质 共价键本质 两原子相互接近时，由于原 子轨道重叠，两原子共用自 旋相反的电子对，使体系能 量降低，而构成化学键。
材料科学基础PPT课件
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Y-Sialon
材料观-结构
宏观结构 微观结构
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结构的含义
宏观结构（眼睛观察范围-0.1mm） 显微结构（晶粒尺寸、分布、100m-0.1
m) 晶体结构（晶胞、晶格、Angstron） 原子结构（电子+质子+中子）
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结构分析的工具
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性能
材料性能：材料对外界作用的响应 力学性质：形变与断裂 热学性质：热容量、热导率、热膨胀 电学性质：电导率，介电性质 磁学性质：磁化率等 光学性质：折射或反射 劣化：材料的化学活性
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组成-工艺过程-结构-性质之间关系 材料科学核心内 容
组成+加工工艺
微观组织结构
性能
大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、硅石、 菱镁矿、白云母等）为原料制造的
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3. 有机高分子材料（高聚物）
高聚物是由一种或几种简单 低分子化合物经聚合而组成 的分子量很大的化合物
高聚物的种类繁多，性能各 异，其分类的方法多种多样
按高分子材料来源分为天然
高分子材料和合成高分子材
℃，具有良好的塑性，能承受冷热加工 第27页/共52页
工艺过程－结构（显微结构）
aluminium before refinement
aluminium after refinement
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不同加工方法的工件组织与性能
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结构的含义
宏观结构（眼睛观察范围0.1mm）
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金属材料
在103种元素中，除6种惰性元素和16种非金属元素 外，81种为金属元素。
无机材料科学基础教程课件
第一章 晶体几何基础
晶体与材料
组成材料的物质（包括天然的固态物质）按其 原子（分子）的聚集状态可分为晶体与非晶体。 晶体可以有单晶体和多晶体，其构成的材料分 别为单晶材料和多晶材料。 单晶材料有人造半导体材料单晶硅和锗、金刚 石、红宝石等，多晶材料包括金属及陶瓷等。 晶体固有的性质对材料的性质具有重要的决定 作用。
晶体与材料
金属和陶瓷等很大一部分材料主要是由晶体 组成的晶质材料。在晶质材料中，晶体本身的性 质是影响材料性质的最主要因素之一。 例如构成耐火材料的主晶相一般具有较高的 熔点；氮化铝陶瓷良好的导热性，是因为氮化铝 晶粒具有高的热导率，等等。Fra bibliotek晶体与材料
一般来讲，一种晶体具有一定的物质组成和一 定的内部结构，物质组成确定后，晶体的性质主要 与其内部结构（或者说内部质点的排列方式）有关。 例如，金刚石和石墨，都是由碳构成的，由于 碳的排列方式（内部结构）不同，金刚石具有很高 的硬度，而石墨则很软。当然，不同的物质成分， 也可具有相同的排列方式。 本章就是关于晶体内部质点排列规律性及由此 决定的晶体宏观形态规律性的认识。
晶体与材料
组成材料的物质（包括天然的固态物质）按其 原子（分子）的聚集状态可分为晶体与非晶体。 晶体可以有单晶体和多晶体，其构成的材料分 别为单晶材料和多晶材料。 单晶材料有人造半导体材料单晶硅和锗、金刚 石、红宝石等，多晶材料包括金属及陶瓷等。 晶体固有的性质对材料的性质具有重要的决定 作用。
晶体与材料
金属和陶瓷等很大一部分材料主要是由晶体 组成的晶质材料。在晶质材料中，晶体本身的性 质是影响材料性质的最主要因素之一。 例如构成耐火材料的主晶相一般具有较高的 熔点；氮化铝陶瓷良好的导热性，是因为氮化铝 晶粒具有高的热导率，等等。Fra bibliotek晶体与材料
一般来讲，一种晶体具有一定的物质组成和一 定的内部结构，物质组成确定后，晶体的性质主要 与其内部结构（或者说内部质点的排列方式）有关。 例如，金刚石和石墨，都是由碳构成的，由于 碳的排列方式（内部结构）不同，金刚石具有很高 的硬度，而石墨则很软。当然，不同的物质成分， 也可具有相同的排列方式。 本章就是关于晶体内部质点排列规律性及由此 决定的晶体宏观形态规律性的认识。
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L
v
S
图4.2.1沾湿过程
拉 开 固 液 界 面 , 外 界 对 体 系 做 的 功 为附着功，表示将单位截面积的液固界面拉开所作 的功。 注：生产中，通常采用化学性能相近的两相系统， 可以降低 γ SL ，以便提高粘附功。
3、铺展（图4.2.3） 置一液滴于一固体表面。恒温恒压下，若此液 滴在固体表面上自动展开形成液膜，则为铺展润 湿。 体系自由能的变化为：
3. 若θ＝00，液体对毛细管完全润湿，液面是凹面。
P 2 γM 1 ⋅ ⇒ P凹 < P0 则 ln = − ρRT r P0
毛细管凝结：蒸汽压对平面液体未达饱和，但对管内凹 面液体已呈饱和，此蒸汽在毛细管内会凝聚成液体。
举例：陶瓷生坯中的水，水泥地面冻裂
4.开尔文公式适用于固体溶解度
2 γ SL M c ln = c0 dRTr
4.1.2 晶体表面结构 表面力的存在使固体表面处于较高能量状 态。系统总会通过各种途径来降低这部分过剩的 能量，这就导致表面质点的极化、变形、重排并 引起原来晶格的畸变。 威尔（Weyl）等人基于结晶化学原理，研究 了晶体表面结构，认为晶体质点间的相互作用， 键强是影响表面结构的重要因素，提出了晶体的 表面双电层模型，如图4.1.6、4.1.7所示。。
2. 弯曲液面上的饱和蒸气压
开尔文公式
P 2 γM 1 ln = ⋅ P0 ρ RT r
γM 1 1 P ln = ( + ) P0 ρRT r1 r2
讨论： 1.开尔文公式同样适用于不同曲率半径下固体 表面上蒸汽压的计算。 凸面蒸气压＞平面＞凹面;
2. 开尔文公式应用于毛细血管内液体：
P 2 γM 1 ln = − ⋅ cos θ ρRT r P0
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11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
无机材料科学基础
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
谢谢
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11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
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