材料化学导论复习提纲

材料化学导论复习提纲

第一章绪论

一、材料的分类（按成分分类、按功能分类）

1、按组成、结构特点分

金属材料：由金属及合金构成的材料。

黑色金属：如钢Fe、Mn、Cr及其合金；

有色金属：黑色金属以外的各种金属及其合金。

无机非金属材料：由非金属单质或金属与非金属组成的化合物所构成的材料。

传统无机非金属材料：水泥、玻璃、陶瓷等

新型无机非金属材料：高温结构陶瓷、光导纤维等。如水晶(SiO2)、金刚石(C)、刚玉(Al2O3)、

新型陶瓷材料或精细陶瓷。

高分子材料：以脂肪族或芳香族的C-C 共价键为基础结构的大分子组成。

天然高分子材料：木材,天然橡胶,棉花,动物皮毛等。

合成高分子材料：塑料,合成橡胶,合成纤维和粘合剂等。

复合材料：金属、无机非金属和有机高分子材料有机结合，可以在性能上起到协同作用，从而获得全新性能的一类材料。如碳纤维等。

2、按使用性能分

结构材料：主要利用材料的力学性能的材料。

功能材料：主要利用材料的物理和化学性能的材料。

二、原料与材料的区别、（化学过程与材料过程）。

材料：人类能用来制作有用物件的物质。是为获得产品，无化学变化。

原料：人们在自然界经过开采而获得的劳动对象。是生产材料，往往伴随化学变化。

注意：材料和原料合成为原材料。

三、.材料的发展过程（了解）。

第一代：天然材料

在原始社会，生产技术水平低下，人类使用的材料只能是自然界的动物、植物和矿物，主要的工具是棍棒，用石料加工的磨制石器。

第二代：烧炼材料

烧炼材料是烧结材料和冶炼材料的总称。天然的矿、土烧结的砖瓦、陶瓷、玻璃、水泥，都属于烧结材料；从天然矿石中提炼的铜、铁等，属于冶炼材料。

第三代材料：合成材料

如合成塑料、合成橡胶、合成纤维。

第四代：可设计的材料

近代出现的根据实际需要去设计特殊性能的材料。

第五代：智能材料

随时间、环境的变化改变自己的性能或形状的材料。如形状记忆合金。

第二章

一、晶体的对称性：点对称操作的独立操作元素、点对称操作与平移对称操作的组合（空间群）。

晶体的对称性：指对晶体施加某种几何操作后，晶体可以完全复原的性质。这种几何操作为对称操作。

点对称操作：在晶体对称操作过程中，若至少有一个点保持不变，则这种对称操作称为点对称操作。晶体的这种对称性称为点对称性或宏观对称性。

能使点阵结构复原的对称元素：平移群、对称中心（又称倒反）、镜面、旋转轴、旋转反轴。

空间点阵结构中只能容纳有限的几种旋转轴，即二重轴、三重轴、四重轴和六重轴，所以其最基本的对称元素只有七种。

1、旋转对称性：指以一个假想直线为轴，绕此直线旋转一定的角度可使图形相同部分重合。

（该直线称为对称轴，以L表示，分为n重旋转轴，其中n＝360/α, α为旋转角度。受点阵结构的限制，晶体中只存在1，2，3，4，6几种旋转轴，用L1， L2 ，L3，L4，L6 表示。）

n= 1:平庸对称性，单位对称操作，所有晶体均具有的对称性。

n= 2： n= 3: n= 4: n= 6:

旋转轴—— 1.2.3.重轴。镜面m、倒反操作i。

2、 共有化电子

只有一个价电子：电子在离子实电场中运动时，单

个原子的势能曲线表示为：

两个原子很近时：每个价电子将同时受到两个离

子实电场的作用，这时的势能 曲线表示为：

3、导体、绝缘体和半导体的能带结构、用能带理论解释其性质及温度对其导电性的影响。 （1）导体的能带结构（三种形式）。

形式1：价带中只填充了部分电子，在外加电场作用下，这些电子很容易在该能带中从低能级跃迁到较高能级，从

而形成电流。是电子导电型，如Li 。

形式2：价带被电子填满，成为满带，且与空带发生交叠，形成更宽的能带，从而使可添充的电子数目大于2N ，使

能带不完全被电子充满，以致出现电子和空穴同时参与导电。包括：空穴导电型导体、电子导电型导体。如二价Bi 、As 、Mg 、Zn 。

形式3：金属的价带本来就没有被电子填满，同时价带又同邻近的空带重叠，形成一个更宽的导带，实际参与导电的是那些未被填满的价带中的电子。是电子导电型导体，如Na 、K 、Cu 、Al 、Ag 。

（2）绝缘体能带结构。

绝缘体具有充满电子的满带和很宽的禁带，禁带宽△Eg 约 3～6 eV ；一般温度下，满带中的电子在外电场作用

价带

空带 导带

空带

下很难激发，越过禁带到空带参与导电。如大多数离子晶体。例： NaCl晶体，它的能带是由 Na+ 和 Cl-离子的能级构成的，Na+的最外壳层 2p 和Cl- 的最外壳层3p，都已被电子填满，且这

最高满带与空带之间存在着很宽的禁带，所以NaCl是绝缘体。绝缘体：电子刚好填满最低的一系列能带（最上边的满带叫价带），再高

的各能带全部都是空的（即为空带），由于没有未满带，禁带宽度

（3）半导体能带结构。

在温度 T=0K 时，能带结构与绝缘体相似，只是禁带宽度△Eg

很窄，约～ eV；在温度 T ＞0K时，电子热激发，能从满带

跃迁到空带，使空带成为导带，同时在满带中产生空穴；外加电场

后，电子和空穴从低能级跃迁到高能级，而形成电流，因此半导体

具有导电性。

半导体：硅、硒、锗、硼等元素，硒、碲、硫的化合物，各种金属氧化物等物质都是半导体。

（a）导体（b）绝缘体（c）半导体（d）半金属

4、晶体缺陷的分类（按法分类和几何分类法）。

（1）几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷等。

点缺陷：发生在晶格中一个原子尺寸范围内的一类缺陷，亦称零维缺陷，例如空位、间隙原子等。

线缺陷：缺陷只在一个方向上延伸，或称一维缺陷，主要是各种形式的“位错”，例如晶格中缺少一列原子。面缺陷：晶体内一个晶面不按规定的方式来堆积，部分偏离周期性点阵结构的二维缺陷。带隙空带

非导体

空带（导

带）

半导体满带（价带）

不同固体的能带填充情况