材料科学基础作业解答

第一章

1.简述一次键与二次键各包括哪些结合键？这些结合键各自特点如何？

答：一次键——结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。

二次键——结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。

①离子键：由于正、负离子间的库仑（静电）引力而形成。特点：1）正负离子相间排列，正负电荷数相等；2）键能最高，结合力很大；

②共价键：是由于相邻原子共用其外部价电子，形成稳定的电子满壳层结构而形成。特点：结合力很大，硬度高、强度大、熔点高，延展性和导电性都很差，具有很好的绝缘性能。

③金属键：贡献出价电子的原子成为正离子，与公有化的自由电子间产生静电作用而结合的方式。特点：它没有饱和性和方向性；具有良好的塑性；良好的导电性、导热性、正的电阻温度系数。

④范德瓦耳斯键：一个分子的正电荷部位和另一个分子的负电荷部位间的微弱静电吸引力将两个分子结合在一起的方式。也称为分子键。特点：键合较弱，易断裂，可在很大程度上改变材料的性能；低熔点、高塑性。

2.比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料在结合键上的差别。

答：①金属材料：简单金属（指元素周期表上主族元素）的结合键完全为金属键，过渡族金属的结合键为金属键和共价键的混合，但以金属键为主。

②陶瓷材料：陶瓷材料是一种或多种金属同一种非金属（通常为氧）相结合的化合物，其主要结合方式为离子键，也有一定成分的共价键。

③高分子材料：高分子材料中，大分子内的原子之间结合方式为共价键，而大分子与大分子之间的结合方式为分子键和氢键。④复合材料：复合材料是由二种或者二种以上的材料组合而成的物质，因而其结合键非常复杂，不能一概而论。

3. 晶体与非晶体的区别？稳态与亚稳态结构的区别？

晶体与非晶体区别：

答：性质上，(1)晶体有整齐规则的几何外形； (2)晶体有固定的熔点,在熔化过程中,温度始终保持不变； (3)晶体有各向异性的特点。

结构上，晶体原子排列有序，非晶体排列长程无序。

稳态与亚稳态结构的区别

同种材料在不同条件下可以得到不同的结构，其中能量最低的结构称为稳态结构。而能量相对较高的结构称为亚稳态结构。

第二章

1.布拉菲将晶体结构共分为哪几大晶系？试画出面心立方、体心四方、简单六

方与简单三斜这四种布拉菲点阵的晶胞，并写出其棱边长度与夹角关系？答：分为七大晶系：立方晶系、四方晶系、菱方晶系、六方晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系。

面心立方：，a＝b＝c，α=β=γ= 90°

体心四方：，a＝b≠c，α=β=γ= 90°

简单六方：，a＝b≠c，α=β= 90°，γ=120 °

简单三斜：，a≠b≠c，α≠β≠γ

2. 画出立方晶系中下列晶面和晶向：(010)，(011)，(231)，；[010]，

[111]，。

3.针对体心立方（BCC）晶胞：（1）写出BCC晶体中的配位数(CN)、原子数(N)、

原子半径r与点阵常数a的关系式；（2）在晶胞图上画出任一个四面体和八

面体间隙的位置，并指出该四面体间隙和八面体间隙的中心位置。（3）写出BCC晶胞中四面体间隙和八面体间隙的数量。

答：（1）配位数CN=8，致密度K=0.68，原子数N=2，r=31/2a/4。

（2）

图中八面体间隙位于六面体的面中心，四面体间隙位于面平分线1/4处。

（3）四面体间隙和八面体间隙的数量分别为12,6。（3分）

4. 针对FCC和BCC晶胞：

（1）分别在晶胞图上画出任一个四面体和八面体间隙的位置。

（2）指出该四面体间隙和八面体间隙的中心位置。

（3）写出每种晶胞中四面体间隙和八面体间隙的数量。

答：

①P49 图2-15，图2-16

②FCC：图中八面体间隙位于晶胞中心，四面体间隙位于晶胞体对角线上靠结点

1/4处

BCC：图中八面体间隙位于六面体的面中心，四面体间隙位于面平分线1/4处

③FCC：四面体间隙和八面体间隙的数量分别为8,4；BCC：四面体间隙和八面

体间隙的数量分别为12,6

5. 画出下述物质的一个晶胞，并指出5种物质的晶体结构所属的布拉菲点阵类型。 NaCl 金刚石闪锌矿纤锌矿 CsCl

答：NaCl、CsCl、闪锌矿、纤锌矿：课本P59图2-23(a)，(b)，(c)，(d)

金刚石：图2-25

NaCl、CsCl、闪锌矿、纤锌矿、金刚石点阵为：面心立方、简单立方、面心立方、简单六方、面心立方点阵

6.简述离子晶体的结构规则。

答：鲍林第一、第二、第三规则（书本P57-58）

第三章

1. 根据链节中主链化学组成的不同，高分子链可以分为碳链高分子、杂

链高分子和元素有机高分子。

2.二元共聚物单体的连接方式包括无规共聚、交替共聚、嵌段共聚和接枝共聚。

3.高分子链的结构形态包括线型、支化、梳形、星形、交联和体型。

4.高分子链的构象是由于 C-C单键内旋转引起的原子在空间据不同位置所

构成的分子链的各种形象。

5. 影响高分子链柔顺性的主要因素有主链结构和侧基性质。

6. 按照高分子几何排列的特点，固体聚合物的聚集态结构分为晶态结构和非晶

态结构 两种。

7. 高分子材料的玻璃化温度T g 指的是：当一块玻璃冷却到熔点温度以下时，在某一温度范围内它仍是塑性的．却到某个温度时，发生玻璃硬化，该温度称之为玻璃化温度 。

8. 热固性塑料和热塑性塑料的区别：热塑件塑料由于具有线型结构，因而具有较好的弹性和组件、易于加工成型和可反复使用等特性；热固性塑料不能进行塑性加工和反复使用。

第四章

1. 已知某晶体在500℃时，每1010个原子中可以形成有1个空位，请问该晶体的空位形成能是多少？（已知该晶体的常数A=0.0539，玻尔兹曼常数k=1.381×10-23J/K ）

答：

3．位错具有较高的能量，因此它是不稳定的，可能会发生位错反应。请判断下列位错反应能否进行：

]111[2

]111[6]112[3a a a →+ 答： 几何条件：反应后]111[2]111[6]112[3a a a =+，与反应前一致，满足几何条件