上海大学材料科学基础考研真题笔记

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【热点】上海交大考研材料科学基础总结

【热点】上海交大考研材料科学基础总结

第1章原子结构和键合1.1原子结构1.1.1物质的组成(Substance Construction )物质由无数微粒(Particles )聚集而成分子(Molecule ):单独存在 保存物质化学特性dH2O=0.2nm M(H2)为2 M (protein )为百万原子(Atom ): 化学变化中最小微粒1.1.2原子的结构1.1.3原子的电子结构核外电子排布遵循以下3个原则:1.1.4元素周期表⎧⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩⎪⎨⎪⨯⎪⎪⎩-27-27-31(proton)(neutron)质子:正电荷m=1.6726×10kg 原子核(nucleus):位于原子中心、带正电中子:电中性m=1.6748×10kg 电子(electron):核外高速旋转,带负电,按能量高低排列,如电子云(ele ctron cloud ) m =9.109510kg,约为质子的1/1836i i n K L M N l (the orbital quantum number)主量子数(the principal quantum number): 决定原子中电子能量和核间距离(the energy of the electron), 即量子壳层,取正整数1、2、3、4、5?…, 用、、、……表示轨道动量量子数: 给出电子在同一量子壳层内所处的能级, 与电子运动的角动量有i n 1, s p d f m the inner quantum number)(spatial orientation of an electron cloud)1),1,0,⋅⋅⋅⋅⋅⋅--⋅⋅⋅⋅⋅⋅-i i 关(shape of the electron subshell), 取值为0,1,2,用,,,……表示磁量子数( :决定原子轨道或电子云在空间的伸展方向, 取值为-l ,-(l i 1,s the spin quantum number)⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⋅⋅⋅⋅⋅⋅⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩i l 自旋角动量量子数( : 表示电子自旋(spin moment )的方向,11取值为+或-22不可能有运动状态完全相同的电子, 同一亚层中电子尽量分占不同能级,2能量最低原理(Minimum Energy principle)电子总是占据能量最低的壳层 1s -2s -2p -3s -3p -4s -3d -4p -5s -4d -5p -Pauli 不相容原理(Pauli Exclusion principle): 2n Hund 原则(Hund' Rule)自⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎧⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎩⎩全充满半充满 全空旋方向相同 −−−−−−−−−−−→−−−−−−−−−−−−→电离核电荷↑,原子半径↓能↑,失电子能力↓,得电子能力↑最外层电子数相同,电子层数↑,原子半径↑电离能↓,失电子能力↑,得电子能力↓同周期元素:左右,金属性↓,非金属性↑同主族元素:上下,金属性↑,非金属性↓1.2原子间的键合1.2.1金属键(Metallic bonding )典型金属原子结构:最外层电子数很少,即价电子(valence electron )极易 挣脱原子核之束缚而成为自由电子(Free electron ),形成电子云(electron cloud )金属中自由电子与金属正离子之间构成键合称为金属键特点:电子共有化,既无饱和性又无方向性,形成低能量密堆结构性质:良好导电、导热性能,延展性好1.2.2离子键(Ionic bonding)实质: 金属原子 带正电的正离子(Cation )非金属原子 带负电的负离子(anion )特点:以离子而不是以原子为结合单元,要求正负离子相间排列,且无方向性,无饱和性性质:熔点和硬度均较高,良好电绝缘体1.2.3共价键(covalent bonding )亚金属(C 、Si 、Sn 、 Ge ),聚合物和无机非金属材料实质:由二个或多个电负性差不大的原子间通过共用电子对而成特点:饱和性 配位数较小 ,方向性(s 电子除外)性质:熔点高、质硬脆、导电能力差1.2.4范德华力(Van der waals bonding)包括:静电力(electrostatic)、诱导力(induction)和色散力(dispersive force) 属物理键 ,系次价键,不如化学键强大,但能很大程度改变材料性质1.2.5氢键(Hydrogen bonding )极性分子键 存在于HF 、H2O 、NH3中 ,在高分子中占重要地位,氢 原子中唯一的电子被其它原子所共有(共价键结合),裸露原子核将与近邻分子的负端相互吸引——氢桥介于化学键与物理键之间,具有饱和性1.3高分子链(High polymer Chain)⎧⎨⎩键电对键键两键间极性(Polar bonding):共用子偏于某成原子非极性(Nonpolar bonding): 位于成原子中⎧⎨⎩链结构(Chain Structure)高分子结构聚集态结构(Structure of aggregation state)1.3.1高分子链的近程结构1.结构单元的化学组成(the Chemistry of mer units)2.高分子链的几何形态(structure )热塑性:具有线性和支化高分子链结构,加热后会变软,可反复加工再成型热固性:具有体型(立体网状)高分子链结构,不溶于任何溶剂,也不能熔融,一旦受热固化后不能再改变形状,无法再生3.高分子链的键接方式4.高分子链的构型(Molecular configurations )o 线热变软动热链联线胶联变强韧状性高分子(linear polymers): 加后,甚至流,可反复加工- 塑性(therm plastic)支高分子(branched polymers):交高分子(crosslinked polymer):性天然橡用S交后耐磨体型(立体网)高分子(network on three -dimensional poly ⎧⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎩mer)1.3.2高分子链的远程结构1.高分子的大小2.高分子链的内旋转构象主链以共价键联结,有一定键长 d 和键角θ,每个单键都能内旋转(Chain twisting )故高分子在空间形态有mn-1( m 为每个单键内旋转可取的位置数,n 为单键数目)※ 键的内旋转使得高分子存在多种构象统计学角度高分子链取 伸直(straight )构象几率极小,呈卷曲(zigzag )构象几率极大3.影响高分子链柔性的主要因素(the main influencing factors on the molecular flexibility )高分子链能改变其构象的性质称为柔性(Flexibility )处链两侧两单处链边体间无规(syndisotactic configurations): (isotactic configurations):(atactic configuration R取代基交替地在主平面, 即旋光异构元交替R取代基全在主平面一, 即全部由一种旋光异构同立构全同立构立构⎧⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎩链两侧规则s):R取代基在主平面不排列⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩链结响决内势垒从酰响链链对称积响联响联单键内转碍联时主构的影:起定性作用,C -O,C -N,Si-O 旋的比C -C低,而使聚酯, 聚胺、聚胺酯,聚二甲基硅氧烷等柔性好取代基的影:取代基的极性,沿分子排布距离,在主上性,体均有影交的影:因交附近的旋受阻,交度大,柔性↓↓第2章固体结构2.1晶体学基础(Basis Fundamentals of crystallography)晶体结构的基本特征:原子(或分子、离子)在三维空间呈周期性重复排列(periodic repeated array),即存在长程有序(long-range order)性能上两大特点:1.固定的熔点(melting point),2.各向异性(anisotropy)2.1.1空间点阵和晶胞※空间点阵的概念将晶体中原子或原子团抽象为纯几何点(阵点 lattice point),即可得到一个由无数几何点在三维空间排列成规则的阵列—空间点阵(space lattice)特征:每个阵点在空间分布必须具有完全相同的周围环境(surrounding)※晶胞(Unite cells)代表性的基本单元(最小平行六面体)small repeat entities选取晶胞的原则:Ⅰ)选取的平行六面体应与宏观晶体具有同样的对称性;Ⅱ)平行六面体内的棱和角相等的数目应最多;Ⅲ)当平行六面体的棱角存在直角时,直角的数目应最多;Ⅳ)在满足上条件,晶胞应具有最小的体积。

《材料科学基础考研》材基题目整理5.5

《材料科学基础考研》材基题目整理5.5

1.铜在一定温度时会产生空位缺陷(即热缺陷),其空位形成激活能为Q=20000cal/mol ,一直铜为FCC 结构,晶格常数为3.62×10-8,R=1.99cal/mol K ,问: (1)试求单位体积内的格点数。

(2)试计算铜在室温的25℃和接近熔点的1084℃时单位体积内的空位数量。

(3)确定25℃和1084℃的时的空位密度(即格点位置上空位所占比例)。

解答:(1) 晶胞体积:V=a ³=(3.62×10-10)³=4.7438×10-29 m ³单位晶胞格点数:8×(1/8)+6×(1/2)=4因此单位体积格点数N=4/(4.7438×10-29)=8.432×10-28(2) n=Nexp (-20000/(1.99×298))=1.901×1014个接近熔点的1094℃时单位体积中的空位数量n=Nexp (-20000/(1.99×(273+1084)))=5.122×1024个(3) [Vm]=n/N=1.901×1014/8.432×1028=2.255×10-15[Vm]=n/N=5.122×1024/8.432×1028=6.075×10-42..在FCC 铁中,碳原子位于晶胞的八面体间隙位置,即每条棱的中心如(1/2,0,0)和晶胞中心(1/2,1/2,1/2)处;在BCC 铁中,碳原子占据四面体间隙位置,比如(1/4,1/2,0)处。

FCC 铁的点阵常数为0.3571nm ,BCC 铁为0.2866nm 。

设碳原子的半径为0.071nm 。

问(1)在FCC 、BCC 两种铁中,由间隙碳原子所产生的晶格畸变哪一种更明显?(2)如果所有间隙位置都被碳原子填充,则每种金属中的碳原子的含量各是多少?解:(1)参照图(a ),计算坐标位于(1/4,1/2,0)的间隙尺寸。

【上交827 材料科学基础】材料科学基础习题及参考答案1

【上交827 材料科学基础】材料科学基础习题及参考答案1

材料科学基础参考答案材料科学基础第一次作业1.举例说明各种结合键的特点。

⑴金属键:电子共有化,无饱和性,无方向性,趋于形成低能量的密堆结构,金属受力变形时不会破坏金属键,良好的延展性,一般具有良好的导电和导热性。

⑵离子键:大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合,以离子为结合单元,无方向性,无饱和性,正负离子静电引力强,熔点和硬度均较高。

常温时良好的绝缘性,高温熔融状态时,呈现离子导电性。

⑶共价键:有方向性和饱和性,原子共用电子对,配位数比较小,结合牢固,具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点,导电能力差。

⑷范德瓦耳斯力:无方向性,无饱和性,包括静电力、诱导力和色散力。

结合较弱。

⑸氢键:极性分子键,存在于HF,H2O,NF3有方向性和饱和性,键能介于化学键和范德瓦尔斯力之间。

2.在立方晶体系的晶胞图中画出以下晶面和晶向:(1 0 2)、(1 1 -2)、(-2 1 -3),[1 1 0],[1 1 -1],[1 -2 0]和[-3 2 1]。

12(213)3. 写出六方晶系的{1 1 -20},{1 0 -1 2}晶面族和<2 -1 -1 0>,<-1 0 1 1>晶向族中各等价晶面及等价晶向的具体指数。

{1120}的等价晶面:(1120)(2110)(1210)(1120)(2110)(1210) {1012}的等价晶面:(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)2110<>的等价晶向:[2110][1210][1120][2110][1210][1120] 1011<>的等价晶向:[1011][1101][0111][0111][1101][1011][1011][1101][0111][0111][1101][1011]4立方点阵的某一晶面(hkl )的面间距为M /,其中M 为一正整数,为晶格常数。

上海大学材料科学基础习题集 完整版115页

上海大学材料科学基础习题集  完整版115页

没有目标的人很容易中途放弃,一定坚持自己的目标!①如果你现在有目标院校,那最好不过了,去查找或者咨询历年的分数线,包括单科线、初试线、复试线。

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第一章要求掌握的内容第一节晶体与非晶体,晶体结构与空间点阵,晶胞与原胞,晶系,布拉菲点阵,点阵常数。

第二节晶面指数、晶向指数的确定,晶面族,晶向族,晶带轴,晶面与晶向平行或垂直。

第三节面心立方、体心立方、密排六方晶胞结构,原子数,配位数,紧密系数,间隙种类,间隙大小(定性),间隙位置,第四节面心立方和密排六方的堆垛方式,堆垛层错第一章(一)内容及习题引言金属由于其性能的多样性,而被人们广泛的应用。

金属的性能由其成分、结构所决定。

成分、结构、性能之间的关系,以及它们的变化规律,构成了本课程的基础。

金属(或非金属)在固态通常是晶体,故金属的结构通常被称为金属的晶体结构。

第一章介绍的是学习和研究晶体结构所需要掌握的一些基本知识――晶体学基础。

本节课要求1 要求掌握“晶体与非晶体、晶体结构与空间点阵、晶胞与原胞、晶系、布拉菲点阵、点阵常数”概念,理解布拉菲点阵的唯一性。

2 看完第一节,并完成习题1~3。

习题1描述晶体与非晶体的区别,从结构、性能等方面。

2何谓空间点阵,简述晶体结构与空间点阵的区别。

3 对于图1-4(n)的面心立方点阵,如果在该点阵的上下两个底面的面中心各添加一个阵点,请问,新的结构是属于14种空间点阵的哪一种。

山大材料科学基础考研第五章

山大材料科学基础考研第五章
第五章 材料中的扩散—概述
扩散: 由于热运动而导致原子(分子)在介 质中迁移的现象.
微观: 热激活的原子通过自身热振动克服 束缚而迁移它处的过程.
宏观: 原子无序跃迁的统计结果.
主要研究内容:
扩散速率及其宏观规律; 扩散微观机理—扩散中原子的具体迁移方式.
2020/1/19
第五章 材料中的扩散
c t0
c0
x
c( x, t ) c0 (cs c0 )[1 erf ( 2
)] Dt
—扩散第二方程特解,式中:
erf ( x ) 2 Dt
—误差函数
适用条件: 半无限长棒
2020/1/19
第五章 材料中的扩散
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§5.1 扩散定律及其应用
设为渗碳层深度(表面至给定浓度c*的距离),
设: 原子振动频率为; 具有跃迁条件的原子几率为
exp(-Gm/kT); 原子发生跃迁跳到邻近位置的几率 为z; 邻近位置中可接收扩散原子的位置的几率为
则原P子; 跃迁频率为:
zP exp( Gm )
kT
a. 间隙扩散: P≈1
2020/1/19
D 1 fa2 1 fa2 z exp( Sm )exp( Hm )
式中:
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M 0 cdx
第五章 材料中的扩散
样品表面单位面积 上Au198涂覆量.
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§5.1 扩散定律及其应用
3) 恒定源扩散—扩散过程中工件表面浓度始 终为恒定值cs菲克第二定律(一维)
扩散方程在渗碳过程中的应用误差函数解
边界条件: c x0 cs
初始条件:
2020/1/19
第五章 材料中的扩散

上海大学材料学院研究生专业课科目 材料科学基础

上海大学材料学院研究生专业课科目 材料科学基础

习题一1在面心立方晶胞中,(1)作图表示()()()[][][]111,110,100,111,110,100的晶面和晶向;(2)请另外再画出上述这些晶面和晶向上的原子排列情况;(3)请判断矢量[]211与上述晶向和晶面的关系(即计算[]211与它们的夹角)。

(1)和(2)解如下:(3)由cos θ=│h 1h 2+k 1k 2+l 1l 2│/ [(h 12+k 12+l 12)1/2 (h 22+k 22+l 22)1/2]得: [11-2]与[100] cos θ=1/√6; [11-2]与[110] cos θ=1/√3; [11-2]与[111] cos θ=0;2 请在六方晶系的晶胞上画出)(2110晶面、[]0211和[]1011晶向。

先把四指数换算成三指数:(10-12) = (102), [11-20] = [330] = [110], [-1101] = [-111],再作图3 碳具有哪些晶体结构?分别具有怎样的性能?(上网查)石墨、金刚石、碳60、碳纳米管等都是碳元素的单质,它们互为同素异形体。

石墨是元素碳的一种同素异形体,石墨为层状结构,一层中每个碳原子的周边连结着另外三个碳原子(排列方式呈蜂巢式的多个六边形)以共价键结合,层之间以范德华力结合,构成分子晶体。

由于每个碳原子均会放出一个电子,那些电子能够自由移动,因此石墨属于导电体。

石墨是其中一种最软的矿物。

它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂等。

金刚石是自然界中最坚硬的物质。

金刚石的用途非常广泛,例如:工艺品、工业中的切割工具。

碳可以在高温、高压下形成金刚石。

碳原子按四面体成键方式互相连接,组成无限的三维骨架,是典型的原子晶体。

每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键,构成正四面体。

由于钻石中的C-C键很强,所以所有的价电子都参与了共价键的形成,没有自由电子,所以钻石不仅硬度大,熔点极高,而且不导电。

在工业上,钻石主要用于制造钻探用的探头和磨削工具,形状完整的还用于制造手饰等高档装饰品,其价格十分昂贵。

考研必备之《材料科学基础》学霸笔记

考研必备之《材料科学基础》学霸笔记

考研必备之《材料科学基础》学霸笔记材料科学基础笔记第⼀章原⼦结构与键合概述:决定材料性能的最根本的因素是组成材料的各元素的原⼦结构,原⼦间的相互作⽤、相互结合,原⼦或分⼦在空间的排列分布和运动规律以及原⼦集合体的形貌特征等。

为此,我们需要了解材料的微观构造,即其内部结构和组织状态,以便从其内部的⽭盾性找出改善和发展材料的途径。

第⼀节原⼦结构1 物质的组成物质是由⽆数微粒按⼀定⽅式聚集⽽成的,这些微粒可能是原⼦、分⼦或离⼦;分⼦是能单独存在且保持物质化学特性的⼀种微粒;原⼦是化学变化中的最⼩微粒。

2 原⼦的结构(原⼦结构直接影响原⼦间的结合⽅式)3 原⼦的电⼦结构3.1电⼦既有粒⼦性⼜具有波动性,具有波粒⼆象性。

3.2电⼦的状态和在某处出现的机率可⽤薛定谔⽅程的解/波函数来描述,即原⼦中每个电⼦的空间位置和能量可⽤四个量⼦数来确定:a主量⼦数(n):决定原⼦中电⼦的能量及与核的平均距离(⼀般能量低的趋向近轨道,r较⼩,反之则反),即表⽰电⼦所处的量⼦壳层。

如K、L、M…,n=1,2,3;b 轨道⾓动量量⼦数(l):表⽰电⼦在同⼀壳层内所处的能级,与电⼦运动的⾓动量有关。

如s、p、d、f…(0,1,2,…n-1);c 磁量⼦数(m):给出每个轨道⾓动量量⼦数的能级数或轨道数,为2l+1,决定电⼦云的空间取向;d ⾃旋⾓动量量⼦数(s):反映电⼦不同的⾃旋⽅向,其值可取*只有n,l决定能量和能级3.3能级和能级图把电⼦不同状态对应着相同能量的现象称为简并。

将所有元素的各种电⼦态(n,l)按能量⽔平排列成能级图。

3.4核外电⼦的排布规则a 能量最低原理:电⼦的排布总是尽可能使体系的能量最低;b Pauling不相容原理:在⼀个原⼦中,不可能有上述运动状态完全相同的两个电⼦,即不能有上述四个量⼦数都相同的两个电⼦;c 洪德Hund规则:在同⼀个亚层中的各个能级中,电⼦的排布尽可能分占不同的能级,⽽且⾃旋⽅向相同(尽可能保持⾃旋不成对);3.5 元素周期表元素是具有相同核电荷数的同⼀类原⼦的总称;元素的外层电⼦结构随着原⼦序数的递增⽽呈周期性的变化规律称为元素周期律;元素周期表是元素周期律的表现形式;元素的性质、原⼦结构和该元素在周期表中的位置三者之间有着密切的关系。

张联盟《材料科学基础》(第2版)笔记和课后习题答案复习考研资料

张联盟《材料科学基础》(第2版)笔记和课后习题答案复习考研资料

张联盟《材料科学基础》(第2版)笔记和课后习题(含考研真题)详解完整版>精研学习网>免费在线试用20%资料全国547所院校视频及题库资料考研全套>视频资料>课后答案>往年真题>职称考试目录隐藏第1章材料引言1.1复习笔记1.2课后习题详解1.3名校考研真题详解第2章晶体结构2.1复习笔记2.2课后习题详解2.3名校考研真题详解第3章晶体结构缺陷3.1复习笔记3.2课后习题详解3.3名校考研真题详解第4章非晶态结构与性质4.1复习笔记4.2课后习题详解4.3名校考研真题详解第5章表面结构与性质5.1复习笔记5.2课后习题详解5.3名校考研真题详解第6章相平衡和相图6.1复习笔记6.2课后习题详解6.3名校考研真题详解第7章基本动力学过程—扩散7.1复习笔记7.2课后习题详解7.3名校考研真题详解第8章材料中的相变8.1复习笔记8.2课后习题详解8.3名校考研真题详解第9章材料制备中的固态反应9.1复习笔记9.2课后习题详解9.3名校考研真题详解第10章烧结10.1复习笔记10.2课后习题详解10.3名校考研真题详解第11章腐蚀与氧化11.1复习笔记11.2课后习题详解11.3名校考研真题详解第12章疲劳与断裂12.1复习笔记12.2课后习题详解12.3名校考研真题详解内容简介隐藏本书是张联盟主编的《材料科学基础》(第2版)的学习辅导书,主要包括以下内容:(1)梳理知识脉络,浓缩学科精华。

本书每章的复习笔记均对该章的重难点进行了整理,并参考了国内名校名师讲授该教材的课堂笔记。

因此,本书的内容几乎浓缩了该教材的知识精华。

(2)详解课后习题,巩固重点难点。

本书参考大量相关辅导资料,对张联盟主编的《材料科学基础》(第2版)的课后习题进行了详细的分析和解答,并对相关重要知识点进行了延伸和归纳。

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本书从历年考研真题中挑选具有代表性的部分,并对之做了详尽的解析。

(NEW)陶杰《材料科学基础》笔记和典型题(含考研真题)详解

(NEW)陶杰《材料科学基础》笔记和典型题(含考研真题)详解

原子价是指一种原子与其他元素化合的能力。 (5)原子稳定性 原子倾向于或者填满其外壳层sp能级,使之具有8个电子,或者让 它们完全空着。假如原子的价数是0,即没有电子参与化学反应,则该 元素是惰性的。 3.周期表与周期性 (1)原子结构与元素周期表 ① 元素周期表是指将已发现的元素按其化学性质及物理性质的相似 性和周期性分组分周期排列成的表; ② 各元素在周期表中的周期数等于该元素原子的最大主量子数,即 电子层数; ③ 各元素在周期表中的族数则与某些电子层中的电子数有关; ④ 元素周期表的分区则是根据原子的外层电子分布进行的; ⑤ 外层电子填充在d轨道的元素都称为过渡族元素; ⑥ 外层电子填充在4f轨道上的元素都称为镧系元素; ⑦ 从能级图可知,对过渡族元素都是变价的。 (2)元素性质的周期性与原子结构的关系 ① 原子半径周期变化规律 a.对于主族元素,同一周期中,从左至右原子半径逐渐减小。 (零族元素的范德瓦耳斯半径除外)。 b.同一族中自上而下电子层数依次增多,所以原子半径逐渐增 大。
化学键主要有金属键、共价键、离子键和分子键四类。 ① 金属键 金属中原子大多以金属键相结合。 ② 共价键 亚金属大多以共价键相结合。 ③ 离子键 离子键是指失掉电子的正离子和得到电子的负离子依靠静电引力而 结合在一起,所形成的化学键。 ④ 分子键(范德瓦耳斯链) 分子键是指以弱静电吸引的方式使分子或原子团连接在一起的。 (2)结合能 ① 两个原子相距无限远时,即r→∞时,原子间的作用力ƒ总为0,可 以令此时的势能值E为参考值,取其为0; ② r>r0时,吸引力大于斥力,ƒ(r)<0; ③ r<r0时,斥力大于吸引力,ƒ(r)>0; ④ 当r=r0时,吸引力和斥力平衡,ƒ(r)=0。 (3)不同类型结合键的特性 ① 键结合的多重性; ② 不同键结合的特性存在主次之分。 二、金属及合金相的晶体结构 1.典型金属的晶体结构

【上海大学考研849】材料科学基础-基础知识点106页

【上海大学考研849】材料科学基础-基础知识点106页

上海大学材料科学基础知识点第一章材料中的原子排列第一节原子的结合方式1原子结构2原子结合键(1)离子键与离子晶体原子结合:电子转移,结合力大,无方向性和饱和性;离子晶体;硬度高,脆性大,熔点高、导电性差。

如氧化物陶瓷。

(2)共价键与原子晶体原子结合:电子共用,结合力大,有方向性和饱和性;原子晶体:强度高、硬度高(金刚石)、熔点高、脆性大、导电性差。

如高分子材料。

(3)金属键与金属晶体原子结合:电子逸出共有,结合力较大,无方向性和饱和性;金属晶体:导电性、导热性、延展性好,熔点较高。

如金属。

金属键:依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。

(3)分子键与分子晶体原子结合:电子云偏移,结合力很小,无方向性和饱和性。

分子晶体:熔点低,硬度低。

如高分子材料。

氢键:(离子结合)X-H---Y(氢键结合),有方向性,如O- H—O(4)混合键。

如复合材料。

3结合键分类(1)一次键(化学键):金属键、共价键、离子键。

(2)二次键(物理键):分子键和氢键。

4原子的排列方式(1)晶体:原子在三维空间内的周期性规则排列。

长程有序,各向异性。

(2)非晶体:――――――――――不规则排列。

长程无序,各向同性。

第二节原子的规则排列一晶体学基础1 空间点阵与晶体结构(1)空间点阵:由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。

特征:a 原子的理想排列;b 有14种。

其中:空间点阵中的点-阵点。

它是纯粹的几何点,各点周围环境相同。

描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。

空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。

(2)晶体结构:原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。

特征:a 可能存在局部缺陷; b 可有无限多种。

2晶胞(1)――-:构成空间点阵的最基本单元。

(2)选取原则:a 能够充分反映空间点阵的对称性;b 相等的棱和角的数目最多;c 具有尽可能多的直角;d 体积最小。

(3)形状和大小有三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示。

上海交大材料科学基础考研胡赓祥《材料科学基础》资料

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上海交大材料科学基础考研胡赓祥《材料科学基础》资料1.1 复习笔记【知识框架】一、原子结构1物质的组成特点:物质是由分子、原子或离子等微粒按特定的方式聚集而成。

(1)分子是能保持物质化学特性并能单独存在的一种微粒。

(2)分子有大有小,由更小微粒原子组成。

原子是化学变化中的最小微粒,但原子并不是最小的微粒。

(3)原子具有复杂的结构。

2原子的结构(1)如表1-1-1所示为构成原子的粒子及其特点。

表1-1-1 构成原子的粒子及其特点(2)核电荷数=核内质子数=核外电子数,质量数=质子数+中子数。

3原子的电子结构(1)电子结构电子云:用于形象的描述核外电子的运动特征(电子在核外空间作高速旋转运动,没有固定轨道,只能用统计方法判断其在某一区域出现的概率,故而以“电子云”加以形容)。

电子的波粒二象性:电子具有波动性又具有粒子性。

现代物理学中,用薛定谔方程来反映微观粒子的运动,即用4个量子数来确定核外电子的空间位置。

①如表1-1-2所示为四种量子数的定义及取值。

表1-1-2 四种量子数的定义及取值图1-1-1 钠(原子序数为11)原子结构中K,L和M量子壳层的电子分布状况②不同亚层电子的能量依次递增,电子云的形状也各不相同(例如,s亚层为球状,p亚层为纺锤状)。

③如表1-1-3所示为量子数和原子轨道的关系。

表1-1-3 量子数和原子轨道的关系(2)核外电子排布规律遵循的原则①能量最低原理:电子的排布尽可能使体系的能量最低。

②泡利(Pauli)不相容原理:原子中不存在运动状态完全相同的两个电子。

③洪德(Hund)定则:同一亚层各个能级中,电子排布尽可能占据不同能级,且自旋方向相同。

【扩展】如表1-1-4所示为宏观运动与微观运动的比较。

表1-1-4 宏观运动与微观运动的不同4元素周期表(1)元素:具有相同核电荷数(核内质子数)的同一类原子的总称。

(2)元素周期律:随着原子序数的递增,元素核外电子结构呈现周期性的变化规律。

上交材料科学基础习题与解答

上交材料科学基础习题与解答

各章例题、习题以及解答第1章原子结构与键合1.何谓同位素?为什么元素的相对原子质量不总为正整数?????答案:在元素周期表中占据同一位置,尽管它们的质量不同,然它们的化学性质相同的物质称为同位素。

由于各同位素的含中子量不同(质子数相同),故具有不同含量同位素的元素总的相对原子质量不为正整数。

????2.已知Si的相对原子质量为28.09,若100g的Si中有5×1010个电子能自由运动,试计算:(a)能自由运动的电子占价电子总数的比例为多少?(b)必须破坏的共价键之比例为多少?????答案:原子数=个????价电子数=4×原子数=4×2.144×1024=8.576×1024个????a)????b) 共价键,共有2.144×1024个;需破坏之共价键数为5×1010/2=2.5×1010个;所以????3.有一共聚物ABS(A-丙烯腈,B-丁二烯,S-苯乙烯),每一种单体的质量分数均相同,求各单体的摩尔分数。

????答案:丙烯腈(-C2H3CN-)单体相对分子质量为53;????丁二烯(-C2H3C2H3-) 单体相对分子质量为54;????苯乙烯(-C2H3C6H5-) 单体相对分子质量为104;????设三者各为1g,则丙烯腈有1/53mol,丁二烯有1/54mol,苯乙烯有1/104mol。

????故各单体的摩尔分数为1.原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定?答案2.在多电子的原子中,核外电子的排布应遵循哪些原则?答案3.在元素周期表中,同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特点?从左到右或从上到下元素结构有什么区别?性质如何递变?答案4.何谓同位素?为什么元素的相对原子质量不总为正整数?答案5.铬的原子序数为24,它共有四种同位素:4.31%的Cr原子含有26个中子,83.76%含有28个中子,9.55%含有29个中子,且2.38%含有30个中子。

《材料科学基础》考研复习笔记

《材料科学基础》考研复习笔记

《材料科学基础》考研复习笔记第一章材料中的原子排列第一节原子的结合方式1 原子结构2 原子结合键(1)离子键与离子晶体原子结合:电子转移,结合力大,无方向性和饱和性;离子晶体;硬度高,脆性大,熔点高、导电性差。

如氧化物陶瓷。

(2)共价键与原子晶体原子结合:电子共用,结合力大,有方向性和饱和性;原子晶体:强度高、硬度高(金刚石)、熔点高、脆性大、导电性差。

如高分子材料。

(3)金属键与金属晶体原子结合:电子逸出共有,结合力较大,无方向性和饱和性;金属晶体:导电性、导热性、延展性好,熔点较高。

如金属。

金属键:依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。

(3)分子键与分子晶体原子结合:电子云偏移,结合力很小,无方向性和饱和性。

分子晶体:熔点低,硬度低。

如高分子材料。

氢键:(离子结合)X-H---Y(氢键结合),有方向性,如O-H—O(4)混合键。

如复合材料。

3 结合键分类(1)一次键(化学键):金属键、共价键、离子键。

(2)二次键(物理键):分子键和氢键。

4 原子的排列方式(1)晶体:原子在三维空间内的周期性规则排列。

长程有序,各向异性。

(2)非晶体:――――――――――不规则排列。

长程无序,各向同性。

第二节原子的规则排列一晶体学基础1 空间点阵与晶体结构(1)空间点阵:由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。

图1-5特征:a 原子的理想排列;b 有14种。

其中:空间点阵中的点-阵点。

它是纯粹的几何点,各点周围环境相同。

描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。

空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。

(2)晶体结构:原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。

特征:a 可能存在局部缺陷; b 可有无限多种。

2 晶胞图1-6(1)――-:构成空间点阵的最基本单元。

(2)选取原则:a 能够充分反映空间点阵的对称性;b 相等的棱和角的数目最多;c 具有尽可能多的直角;d 体积最小。

【2024版】《材料科学》考试试题(研)

【2024版】《材料科学》考试试题(研)

可编辑修改精选全文完整版硕士学位研究生入学考试试题考试科目:材料科学基础一、解释下列名词(30分,每题2分)(1) 交滑移 (2)位错 (3)固溶强化 (4)共析转变(5)加工硬化 (6)配位数 (7)伪共晶 (8)枝晶偏析(9) 上坡扩散 (10)合金 (11)金属键 (12)晶胞(13)过冷度 (14)结构起伏 (15)同素异晶转变二、填空题(50分,每空1分)1三种常见的金属晶格分别为( ),( )和( )。

2 当金属结晶时,细化晶粒的方法有( ),( ),( )。

3 合金的固态相结构包括两大类,一类是( ),另一类是( )。

4 金属材料在常温下的塑性变形方式主要有两种,分别是( ),( )。

5 材料质点之间的键合(化学键)分为四类,分别是( ),( ),( )和( )。

6 根据Fe —Fe 3C 相图,三次渗碳体、二次渗碳体、一次渗碳体的最大相对重量分别为( ),( ),( )。

7 二元相图的基本类型分为三大类,分别是( ),( ),( )。

8 工业纯铁、亚共析钢、共析钢和过共析钢的含碳量范围分别为( ),( ),( ),( )。

9 写出四种强化材料的手段( ),( ),( ),( )。

10位错有两种基本类型,分别是( )、( )。

11 面心立方金属晶格的密排晶面指数为( ),密排晶向指数为( ),配位数为( ),致密度为( ),一个晶胞中四面体间隙个数为( ),八面体间隙个数为( ),间隙原子溶入( )间隙中,滑移系的个数为( )。

12 冷变形金属在加热过程中发生( )、( )和 ( )长大等过程。

13 在二元合金相图中,根据相律,两个单相区必然交于()点,两个单相区之间必然存在一个( )相区,三相平衡时,系统的自由度等于( ),说明转变( )和三个相的( )都是恒定的。

14 当对金属材料进行冷塑性变形时,随着变形量的增加,对材料的力学性能影响规律为:( )和( )升高,( )和( )下降。

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