材料化学习题答案(完整版)

第二章

2.1 扩散常常是固相反应的决速步骤，请说明：

1) 在用MgO和

为反应物制备尖晶石

时，应该采用哪些方法加快固相反应进行？

2) 在利用固相反应制备氧化物陶瓷材料时，人们常常先利用溶胶-凝胶或共沉淀法得到前体物，再于高温下反应制备所需产物，请说明原因。

3) “软化学合成”是近些年在固体化学和材料化学制备中广泛使用的方法，请说明“软化学”合成的主要含义，及其在固体化学和材料化学中所起的作用和意义。

答：

1. 详见P6

A.加大反应固体原料的表面积及各种原料颗粒之间的接触面积；

B.扩大产物相的成核速率

C.扩大离子通过各种物相特别是产物物相的扩散速率。

2. 详见P7最后一段P8 2.2节一二段

固相反应中反应物颗粒较大，为了使扩散反应能够进行，就得使得反应温度很高，并且机械的方法混合原料很难混合均匀。共沉淀法便是使得反应原料在高温反映前就已经达到原子水平的混合，可大大的加快反应速度；

由于制备很多材料时，它们的组分之间不能形成固溶的共沉淀体系，为了克服这个限制，发展了溶胶-凝胶法，这个方法可以使反应物在原子水平上达到均匀的混合，并且使用范围广。

3. P22

“软化学”即就是研究在温和的反应条件下，缓慢的反应进程中，采取迂回步骤以制备有关材料的化学领域。

2.2 请解释为什么在大多数情况下固体间的反应很慢，怎样才能加快反应速率？

答：P6

以MgO和

反应生成

为例，反应的第一步是生成

晶核，其晶核的生长是比较困难的，

和

的扩散速率是反应速率的决速步，因为扩散速率很慢，所以反应速率很慢，加快反应速率的方法见2.1（1）。

第三章

（张芬华整理）

3.1 说明在简单立方堆积、立方密堆积、六方密堆积、体心立方堆积和hc型堆积中原子的配位情况。

答：简单立方堆积、 6

立方密堆积、 12

六方密堆积、 12

体心立方堆积 8

hc型堆积 12

3.2

为钙钛矿结构，a=3.905

，计算Sr-O，Ti-O键长和

密度。

答：立方钙钛矿结构为立方最密堆积，其中各原子的分数坐标为Ti（0，0，0），Sr（1/2,1/2,1/2），O（0，0，1/2）

Sr-O键长：

Ti-O键长：

3.3

具有

相关的结构，在原点和体心位置上分别是Nb和O的空位，画出

的结构图，讨论其中的八面体金属簇的三维结构。

答：P48 图3.12 （c）

是目前为止发现的唯一具有三维结构八面体原子簇的化合物，八面体原子簇的三维连接要求阴离子的尺寸与金属簇的空隙相当。（详细参考P49第一段）

3.4 说明

和

结构的特征和异同。

答：

和

为层型分子，在

晶体中，层型分子沿垂直于层的方向堆积，

作六方最密堆积，

离子填入其中部分八面体空隙，各层相对位置为

。

晶体中

作立方最密堆积，

交替的一层填满一层空缺的填入八面体空隙中，相对位置表示为

。

（详细参考结构化学P290）

3.5 阴离子具有立方密堆积，以下方式充填阳离子可以得到什么类型：

（1）阳离子填满所有四面体格位反萤石结构

（2）阳离子充填1/2四面体格位尖晶石结构（共棱）

（3）阳离子填满所有八面体格位

结构（共边）

（4）阳离子充填1/2八面体格位钙钛矿结构（共顶点）

3.6 阴离子具有六方密堆积，以下方式充填阳离子可以得到什么类型：

（5）阳离子填满所有四面体格位金红石结构（共顶点）

（6）阳离子充填1/2四面体格位六方硫化锌结构（共顶点）

（7）阳离子填满所有八面体格位 NiAs结构和WC结构（共边）

（8）阳离子充填1/2八面体格位

结构（六方钙钛矿）

第七章

7.1 一种晶体具有中心对称，它是否具有以下性质：介电、铁电、热释电、压电？

答：一个晶体具有中心对称，它具有介电性质，不具有铁电，热释电，压电性质。

1 所有三十二种点群都具有介电性质；

2 铁电和热释电属于具有一阶张量描述的物理性质，晶体应该属于极性晶类，有中心对称的晶体不具有奇数阶张量描述的物理性质；

3 压点性质属于具有三阶张量描述的性质。

7.2 说明Neumann规则和Curie规则的基本要点。

答：具体见P139~140

Neumann规则基本要点：晶体任一物理性质所具有的对称性，必包含晶体点群的全部对称操作。（讨论的是物理性质与晶体对称性之间的关系）

Neumann规则中：

1) 只要求晶体物理性质的对称性包含晶体的对称性；

2) 晶体物理性质的对称性常高于晶体的对称性；

3) 确定晶体的对称操作一定要包含晶体所属点群的所有对称操作，限定了物理性质的最低对称性。

Curie规则基本要点：晶体在受到外场作用后，晶体的对称操作仅保留晶体原有对称操作中与外场一致的部分，在外场对称性高于晶体对称性时，晶体的对称性保持不变；在外场的对称性低于晶体对称性时，晶体的对称性降低。（讨论外加物理场对晶体对称性的影响）

第八章

8.1

在393K发生从四方到立方结构的相变，空间群从P4mm转变为Pm3m，回答并说明原因：

四方结构的

是否可以具有热释电性质和铁电性质；

立方结构的

是否可以具有介电性质、压电性质和热释电性质。

答：

1 四方的

属于极性点群，具有热释电性质

具有铁电性质（P156下面）

2 立方的

不属于极性点群，不具有热释电性质；

32个点群的晶体均具有介电性质；

具有压电性质

8.2 材料的热释电和铁电效应是用一阶张量描述的物理性质，只有极性晶类的晶体才能具有这些性质，在实际中人们发现所有的极性晶类的晶体都具有热释电效应，而其中的一小部分可以表现出铁电效应，请说明原因。

答：详见P156第一段。