晶态和非晶态材料基本特性
晶态和非晶态的概念
晶态和非晶态的概念晶态和非晶态是固体物质的两种基本状态，它们的区别在于它们的原子或分子排列方式不同。
晶态的物质具有高度有序的排列结构，而非晶态的物质则没有这种高度有序的排列结构，它们的原子或分子是随机排列的。
在实际应用中，晶态和非晶态的物质具有截然不同的性质和应用范围。
晶态的物质结构晶态的物质结构是高度有序的，它们的原子或分子排列方式是非常规则的。
晶体的结构通常由周期性的基本单元组成，这个基本单元被称为晶胞。
晶体的物理性质与晶胞内的原子或分子排列方式、晶胞的大小和形状、以及晶体整体的对称性等因素有关。
晶体的结构可以用X射线衍射等方法来确定。
在X射线衍射中，X射线通过晶体时会发生衍射，衍射的图案可以反映出晶体的结构。
晶体的结构可以用布拉维格子来描述，布拉维格子是一种虚拟的晶胞，它可以用来描述晶体的周期性结构。
晶体的结构可以用空间群来描述，空间群是一个对称性操作的集合，它描述了晶体的对称性。
晶态的物质性质晶态的物质具有一些特殊的物理性质，这些性质与晶体的结构有关。
晶体的结构决定了它们的热力学性质、光学性质、电学性质等。
晶体的结构也决定了它们的机械性质，如硬度、弹性、塑性等。
晶体的结构还决定了它们的化学性质，如反应性、溶解度等。
晶态的物质应用晶态的物质在现代科技中有广泛的应用。
晶体管、LED等电子器件中的半导体材料就是晶态的物质。
晶态的物质还被用于制造光学器件、激光器等。
晶态的物质还被用于制造陶瓷、金属合金等工程材料。
非晶态的物质结构非晶态的物质结构是无序的，它们的原子或分子是随机排列的。
非晶态的物质可以看作是一种无序的、不规则的、没有周期性结构的固体。
非晶态的物质结构通常由玻璃态、胶态、凝胶态等状态组成。
非晶态的物质性质非晶态的物质具有一些独特的物理性质，这些性质与它们的无序结构有关。
非晶态的物质通常没有明显的熔点，而是通过玻璃转变或热分解来失去结构稳定性。
非晶态的物质通常具有较高的硬度和弹性模量，但它们的塑性和延展性较差。
金属材料的非晶态与纳米晶态
金属材料的非晶态与纳米晶态金属材料是工业生产中最重要的材料之一，其特殊性能和优异的物理力学性能已经被广泛应用于各个领域。
随着人们对材料性能的要求越来越高，金属材料的非晶态和纳米晶态也逐渐引起人们的关注。
本文将探讨金属材料的非晶态和纳米晶态的概念、制备方法以及应用前景。
一、非晶态金属材料非晶态金属材料是一种具有非晶结构的材料，其原子排列没有规则的长程周期性。
它的金属原子是以一种无序排列的方式分布于空间中的，因此称为“非晶态”。
它是介于晶态和液态之间的一种结构状态。
一般来说，非晶态材料由高温下迅速冷却而成，这个过程被称为快速凝固或淬火。
这种材料的熔点相对较高，可以达到晶态材料的熔点，但其热膨胀系数小，机械性能优异，导电性能良好。
因此，在很多领域都具有广泛的应用前景。
制备非晶态金属材料的方法有很多种，比如快速凝固法、气冷快速凝固法、感应熔化法、电子束辐照法等等。
其中，最常用的就是快速凝固法，这种方法可以制备出大面积、高稳定性的非晶态金属材料，并且可以制备出很多种不同的金属和合金。
例如，Fe-Si、Fe-Co、Fe-Ni-Cr、Zr-Cu-Ni-Al等合金都可以用快速凝固法制备。
另外，非晶态金属材料的制备技术也在不断发展和改进中。
例如，现在已经出现了一种叫做“烷基辅助快速凝固法”的新方法，该方法利用烷基分子作为快速凝固材料，可以获得非常高的凝固速度和均匀度，从而获得更好的非晶态金属材料。
二、纳米晶态金属材料纳米晶态金属材料是一种由纳米晶组成的材料，其晶粒尺寸一般小于100纳米，因此也被称为“纳米材料”。
这种材料相比于普通金属材料具有更好的力学性能、电学性能、热学性能和光学性能等等，可能成为未来各种领域的重要材料。
目前制备纳米晶态金属材料的方法有很多种，包括机械碾磨、高温球磨、溶液化学合成、气相合成等等。
其中，机械碾磨和高温球磨是比较常用的制备方法。
这两种方法可以通过机械剪切和冲击力对金属粉末进行加工，形成纳米晶态金属材料。
晶态及非晶态材料的热力学性质研究
晶态及非晶态材料的热力学性质研究材料科学是一门研究材料的性质及其应用的学科，其中的热力学性质是不可忽视的重要方面。
在材料界，晶态与非晶态材料的热力学性质也是备受研究的课题。
本文将深入探讨晶态及非晶态材料的热力学性质，分析它们的特点和趋势。
晶态材料的热力学性质晶态材料是指分子内部存在有序排列结构的材料。
晶态材料的热力学性质是指材料在温度、压力和其他条件下对热能转换和物质转移的规律性。
其中最重要的性质是热容量和热传导性。
热容量是指物质在吸收或释放热量时，所需要的热量的大小。
晶态材料的热容量通常是通过恒压比热和恒容比热计算得出的。
恒压比热是在恒压条件下物质吸收或释放热量时，所需要的热量与热漏的温差的比率。
恒容比热则是在恒容条件下计算热容量，它是指在物质的体积不变的情况下，所需吸收或释放热量的大小与温差之比。
晶态材料的热容量通常与其晶体结构、原子间作用力和组成有关。
热传导性是指物质在热传导中所表现出的性质。
晶态材料的热传导性通常是指沿晶体方向传导热量的能力。
热传导性是通过热导率来度量的，它表示单位时间内通过单位面积的热量传导的量。
晶态材料的热导率通常与温度、晶体结构、物质的组成和物质间作用力等因素有关。
非晶态材料的热力学性质非晶态材料是指分子在冷却过程中没有固定有序的排列结构形成的材料。
与晶态材料相比，非晶态材料具有更高的熵和更低的自由能。
因此，非晶态材料的热力学性质也表现出与晶态材料不同的特点。
非晶态材料的热容量通常比晶态材料更高，这是因为非晶态材料的分子间距离更接近，导致分子振动时受到的阻力更大。
同时，非晶态材料的热导率通常比晶态材料低。
这是因为非晶态材料的分子排列没有规律，导致热能传输受到了影响。
此外，非晶态材料的热膨胀系数也一般比晶态材料大。
非晶态材料虽然有着独特的热力学性质，但随着人们对非晶态材料的研究不断深入，许多新的结果也不断涌现。
例如，一项研究表明，随着非晶态材料中晶态区域的增加，其热容量和热导率也会随之增加。
晶态和非晶态的概念
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晶态与非晶态是描述物质性质的重要概念，它们有着鲜明的区别。
首先，晶态是由晶体单胞内的微粒有序排列而成的构造形式。
晶体的形状有块状、柱状、针状等，它们都是由一定的晶格构成的，晶体中的微粒完全相等，极为规则及密度均匀。
比如，锰矿电学元件里面最常见的锰矿就是有晶态状态出现。
非晶态是杂质物质构成的复合形式，微粒粒径而且形状差异较大，它们排列不规则，同一种物质的穿插也比较严重，如熔体金属、放射性材料、多维定向晶非晶体、核复合材料等都属于非晶态。
非晶态材料的性质会沿着结构的方向受到显著的影响，比如，非晶合金陶瓷等在其微观结构方向上特有的性能使得它们在工程应用中有更强的使用性能。
总之，晶态与非晶态是我们描述物质性质的重要参照概念，具有明显的区别，晶态下物质的微粒有序排列密度均匀，而非晶态下的物质的复合性质，微粒大小及形状不一，排列不规则，同一物质的穿插也比较严重。
因此，晶态与非晶态的概念在我们描述物质性质上拥有十分重要的意义。
[经济学]第二章 晶态和非晶态材料1
![[经济学]第二章 晶态和非晶态材料1](https://img.taocdn.com/s3/m/0465fff1b14e852458fb57d8.png)
碱土金属、铜、银、铊、及稀土元素等可以插入到 WO3结构中，形成MδWO3
2.3 液晶材料
液晶
介于晶体和液体之间的物质状态
晶体
各向异性液体液晶
液体-各向同性
像晶体，具有长程有序，某些性能呈现各向异性 像液体，具有流动性，不能承受应切力
思考
液晶是不是晶体？
液晶与塑晶
物质状态
物质一般存在三态，固态、液态和气态 但有些物质比较复杂，介于固液两者之间
2. 扭曲向列（TN）液晶显示器 用于数字显示及低电路驱动的简单字符——信息容量小
3. 超扭曲向列（STN）液晶显示器 掌上微机——扫描线大，视角较好，对比度好
4. 薄膜晶体管（TFT）液晶显示器 笔记本电脑、投影屏幕——相应时间、对比度、亮度、 可视角度大幅提高好
1995年以前，TFT-LCD仅用于高档摄像机、掌上游戏机等 ，价格昂贵，分辨率仅为320×200 1995年，尺寸达到300mm×400mm，分辨率800×600
有兴趣的同学自学
2.3 非整比化合物晶体
定义
组成中各类原子的相对数目不能用几个小 的整数比表示的化合物
分类
1.某种原子过多或短缺
Zn1+δO—n型半导体:1000K时将ZnO在Zn蒸汽中加热 TiO1+δ—导电氧化物:不同氧蒸气压中加热TiO， TiO0.82-TiO1.18
用途
半导体、颜料、磁性材料、氧化还原催化剂、 蓄电池电极材料等
原因
晶体由晶胞周期排列而成，微观上 性能不均匀，但宏观上不能表现此 不连续性
各向异性
表现
某些性质随观察方向的不同而不同： 如力学性能，光学性能、热传导等 不同方向上，原子的排列、取向各 有不同
第二章晶态与非晶态材料的特性
第二章晶态与非晶态材料的特性引言：材料是构成各种物质的基本组成单位，不同种类的材料在原子结构和物理特性上存在显著的差异。
本章将介绍晶态和非晶态材料的特性，包括结构、力学特性、热学特性、电学特性以及光学特性等方面。
一、晶态材料的特性：1.结构特性：晶态材料具有有序的原子排列，呈现出规则的晶格结构。
晶格结构可以通过X射线衍射和电子衍射等实验方法进行表征，其结果常用晶胞参数和晶面指数表示。
2.力学特性：晶态材料在外力作用下存在明确的弹性行为，其力学性能可以通过弹性模量、屈服强度和断裂韧性等指标来评估。
不同晶向的材料在力学特性上表现出明显的各向异性。
3.热学特性：晶态材料的热导率和热膨胀系数常随着温度的变化而变化。
晶态材料的热导率和热膨胀系数通常沿不同的晶向显示出很大的差异。
4.电学特性：晶态材料具有离散的能带结构，其导电性质主要与能带结构和载流子特性有关。
电学特性可以通过电导率、介电常数和磁导率等参数来表征。
5.光学特性：晶态材料对光的传播和相互作用表现出明显的各向异性。
晶态材料的光学特性主要包括折射率、吸收系数和散射等。
二、非晶态材料的特性：非晶态材料的原子排列呈现出无序的状态，缺乏长程的周期性结构。
由于缺乏晶格结构，非晶态材料具有一些与晶态材料不同的特性。
1.结构特性：非晶态材料的原子排列没有明确的规则，其结构可以通过X射线衍射和中子衍射等方法进行分析。
非晶态材料的结构通常表现为短程有序和中程有序的特点。
2.力学特性：非晶态材料的力学性能表现出明显的非线性行为。
非晶态材料的硬度和断裂韧性较低，但延展性和形变能力较好。
3.热学特性：非晶态材料的热导率通常较低，但热膨胀系数较高。
非晶态材料的热导率和热膨胀系数随温度变化较小。
4.电学特性：非晶态材料通常表现出低电导率和较高的电阻率。
其导电性主要受原子之间的无规则排列和有序排列之间的相互作用影响。
5.光学特性：非晶态材料的光学特性与晶态材料有较大的区别。
材料科学中的晶态与非晶态材料性能对比研究
材料科学中的晶态与非晶态材料性能对比研究材料科学是一门研究材料结构、性能和制备方法的学科。
在这个领域中，晶态和非晶态材料是两个常见的材料类型。
晶态材料具有有序的周期性结构，而非晶态材料则没有明显的结晶性质，具有无定形的结构。
这两种材料的性能在一些方面存在巨大的差异，研究其对比可以为材料设计和应用提供有益的指导。
首先，晶态材料在物理性质方面表现出一些独特的特性。
晶体的周期性结构使其具有明确的晶格常数和方向选择性，这导致晶态材料具有较高的硬度和强度。
这种结构还使得晶体在电子行为方面显示出一些特殊性质，例如晶体可以表现出半导体、绝缘体或导体的行为，这对于电子器件的应用非常重要。
此外，晶体的周期性结构还赋予其优良的光学性质，例如单晶材料可以实现光学透明并具有高的光学折射率。
相比之下，非晶态材料的性质更加随机和各向同性。
由于其无定形的结构，非晶态材料通常具有较低的硬度和强度，相对来说较易变形。
然而，这种无定形的结构也带来了一些独特的性能。
非晶态材料往往具有较好的塑性，可以抵抗损伤的传播并具有较好的韧性。
另外，非晶态材料还常常表现出较低的抗腐蚀性和化学稳定性，对某些特殊环境具有较好的耐久性。
此外，非晶态材料在光学和电子行为方面也显示出一些特殊性质，虽然不及晶态材料突出，但在一些特殊应用中仍具有一定优势。
除了物理性质，晶态和非晶态材料在制备和加工方面也存在差异。
晶态材料往往需要经历晶化过程，通过控制温度和冷却速度来形成有序的晶体结构。
而非晶态材料可以直接由熔化态制备，通过快速冷却避免结晶，形成无定形的非晶态。
这种制备方法的差异导致了晶态和非晶态材料在制备成本、工艺复杂度和可扩展性等方面的差异。
非晶态材料的制备相对简单，适用于大规模制备和加工，而晶态材料的制备则需要更多的控制和条件。
在应用方面，晶态和非晶态材料也有各自的优势。
晶态材料常用于环境要求严苛的骨干结构和功能部件，例如航空航天领域的发动机叶片和高速运动部件。
固体材料中的非晶态与晶态及其结构分析
固体材料中的非晶态与晶态及其结构分析随着材料科学技术的不断发展和进步，人们对于固体材料的研究也不断深入。
在固体材料中，非晶态和晶态是两种基本的结构类型。
非晶态材料的结构之所以不规则和无序，是因为其分子、原子或离子是以无序排列方式组成的，没有明显的晶体结构。
而晶态材料则是由严格重复出现的周期性结构组成。
那么，如何理解材料的非晶态与晶态结构，并进行相应的分析呢？一、非晶态材料的特点及结构非晶态材料是指无法通过常规的晶体结构观察或确定的结构类型。
当非晶态材料被制备时，它们的分子或原子被随机地分布在材料中，形成类似于“玻璃”的无序结构。
这种结构特点决定了非晶态材料与晶态材料有很多不同之处。
首先，非晶态材料的物性表现出不同于晶态材料的奇异特性。
它们常常具有很高的玻璃转变温度、强烈的非弹性变形以及高的柔韧性。
其次，非晶态材料的制备条件必须非常精细和独特，必须保持材料的柔性和平衡状态。
与此同时，非晶态材料的对称性是低的，其结构可以近似看作是一种随机玻璃状结构。
最后，非晶态材料的结构需要通过一系列原位和外场检测手段来分析和确定。
二、晶态材料的特点及结构晶态材料的结构是由一些离子、原子或分子按照精密的规律排列组合而成的。
在晶体中，正交解析法是最常用的方法，即将晶体零件订定在正交坐标轴上，采用三角函数的形式来描绘晶体结构的周期性和对称性。
晶体中存在着大量的大分子晶体，尽管它们的结构不同，但单晶结构中任意两个分子之间的距离都是确定的，而且这种距离还是个固定的模式或者称之为晶格。
晶体的特点主要表现在其成分中，即晶体许多成分均有严格规律排布。
晶体的正交解析法已成为晶体结构分析的基础方法。
此外，晶体对于外场的外力干扰远比非晶态材料更高，这表明晶体是更加有序的材料。
最后，在晶体的制备条件下，晶体材料的对称性被更好地保持，这有助于坚固的晶格结构的稳定性。
三、非晶态材料和晶态材料之间的比较尽管非晶态材料和晶态材料是不同的材料类型，但它们之间存在一些相同之处。
非晶态合金(Amorphous_Alloys)
Pd-Cu-Ni-P
Pd-Ni-Fe-P
Pd-Cu-B-Si
Ti-Ni-Cu-Sn
Fe-(Al,Ga)-(P,C,B,Si,Ge)
Fe-(Nb,Mo)-(Al,Ga)-(P,B,Si)
Co-(Al,Ga)-(P,B,Si)
化学成分：组元间电负性与原子尺寸相差越大(10%~ 20%), 越容易形成非晶态。因而过度族金属或贵金属 与类金属 (B、C、N、Si、P)、稀土金属与过度族金属、后 过度族金属与前过度族金属组成的合金易于形成非晶.
Al-Y-M合金 非晶形成的成
分范围
Al-Y相图
熔点和玻璃化温度之差T ： T =Tm-Tg ，T越小， 形成非晶倾向越大。 因而，成分位于共晶 点附近的合金易于形 成非晶.
非晶态
晶 体 与 非 晶 体 的 结 构
晶体与非晶体的
结构
非
晶
体
晶 体
Computer simulation of the disordered atomic structure of a three-component metallic glass
从液态金属冷却凝固过程中粘度和体积的变化见，当
非晶中的切变带
含有晶相的复相组织
三、非晶态合金的结构
非晶态合金的结构与液态金属结构相似，原子排列没
有长程的对称性和周期性，这已为X衍射实验所证实,
非晶体在透射电镜下的
衍射花样由较宽的晕和
弥散环组成。在非晶态
合金中，没有晶界、位
错等晶态合金所特有的
晶格缺陷。
非晶合金衍射花样
晶态与非晶态材料的结构特征探究
晶态与非晶态材料的结构特征探究材料科学是以材料为研究对象的一门交叉学科，材料的组织结构对材料的性能有着决定性的影响。
在材料科学中，晶态和非晶态材料是两种特别重要的材料类型，其结构特征各不相同，对于来自制备、应用、理论的各个角度的研究都有着非常重要的意义。
本文就将对晶态和非晶态材料的结构特征进行探究和分析，并从中看到材料世界的多样性。
一、晶态材料的结构特征晶态材料的结构是有规律的、有序排列的。
它的结构特征通常被描述为长程有序性，是由于其分子或原子间定向排列形成的可重复的、有序的结构。
晶体之所以拥有这种性质是因为它的原子或分子在形成晶体时按照一定的方式排列，而这种排列方式保证了晶体具有对称性。
1. 晶体的周期性结构晶体是由无限的周期性结构组成的，其基本单位被称为晶胞。
一个晶体中的许多晶胞是由相同的原子或分子构成的，每个晶胞都可以通过平移或旋转作为整体复制出来。
这种高度有序性的周期性结构使得晶体具有非常特殊的物理和化学性质。
2. 晶胞与晶格晶胞是晶体最小的重复单元，它是由一组原子或离子构成的。
晶胞可以用三个晶轴完成描述，晶轴的长度一般是不同的。
晶体的几何形状由晶胞的形状和尺寸决定。
晶胞的外壳由晶格点围成，晶格点是晶胞中最重要的点，一个晶胞中的所有晶格点和其他晶胞中的晶格点有相同的排列方式。
晶格是由所有晶格点构成的。
3. 晶向和晶面当一些球体在无规律的状态下静止时，会形成一个随机堆积状。
相反，晶体内的原子或分子按照特定方式有序分布，存在着排列方向，晶向和晶面对应着这种排列，它们是晶体的必要表征。
晶向是晶胞中一条与晶格点平行的直线，在晶胞中的位置有规律地重复出现。
晶面是晶胞中由多个晶向围成的平面，它也在晶体中有规律地重复出现。
晶向和晶面可以用Laue衍射和X射线衍射进行测定，这些测量技术使得我们能够确定一个晶体的结构。
二、非晶态材料的结构特征非晶态材料也叫做无定形材料，是指在凝固时没有晶体形成的材料，因此，它们的结构通常不具备规律性和周期性。
非晶态材料的物理和化学性质
非晶态材料的物理和化学性质非晶态材料是一类特殊的材料，其结构并不像晶态材料那样有序排列，而是一种无序的、非周期性的结构。
非晶态材料由于其独特的结构和性质，被广泛应用于许多领域，如电子、能源、航空航天和医疗等领域。
本文将从物理和化学两个方面介绍非晶态材料的性质。
物理性质1. 密度非晶态材料与晶态材料相比，其密度较高。
这主要是由于非晶态材料的原子间距较短，相邻原子距离较小导致的。
比如，非晶态金属玻璃（BMG）的密度通常比同种金属的晶态高5%至10%。
2. 基本磁性质非晶态材料的磁性质以及磁学行为的研究是材料物理学领域的研究热点。
非晶态材料中，由于原子之间的无序性，电子的自旋在空间分布上也呈现出无规律性分布，因此对磁性有着显著的影响。
例如，磁记忆合金等材料，使用在高灵敏度磁传感器中，能够反应非常细微的磁场变化。
3. 超导性质非晶态材料中存在一种二维超导现象，即由于层状结构中的原子无序排列，可以造成电子在横向进行导电的过程中，发生了一些特殊的效应。
这种超导性质的出现极大地改变了超导体研究的现状，不仅对物理学领域有很大的作用，还对制造医疗、能源学等领域具有重要的实际应用价值。
4. 弹性性质非晶态材料核心构造过程所产生的氧化、固化以及空气中的各类设计使其微观数量水平的结构和性质变得更为坚韧，耐用，兼具弹性特性。
对一些板和杆类制品而言，这种高弹性性能成为所以具有很强的优势。
化学性质1. 相对于晶体材料，更容易形成玻璃在材料工业生产中，有时需要一定形状和尺寸改变的材料，然而这些晶体材料生产出来之后不容易改变其尺寸或形状，这时就需要非晶态材料。
非晶态材料不像晶体材料那样有序排列，因此在其加热制造过程中，形成一定的好处。
特别是高分子塑料玻璃，尤其适合这种特殊性质，并成为制造玻璃器皿和仪器的首选材料。
2. 优异的表面活性和吸附性能非晶态材料在物理结构上具有许多规则性，其中一个最显着的特征是不对称性因素，例如吸附能和界面能等都常常有小而重要的变化。
非晶态材料的特性和应用
非晶态材料的特性和应用非晶态材料（Amorphous Materials）是指结构松散、无定形的材料，常见的如玻璃、塑料等。
与晶态材料相比，非晶态材料在物理性质、热力学性质、力学性质等方面存在着明显的差异。
本文将主要阐述非晶态材料的特性和应用。
一、非晶态材料的特性1.结构无序非晶态材料的结构是无序的，与晶态材料不同。
在晶体中，原子排列有序，成为重复有序的元胞，表示出现明显的周期性。
而在非晶态材料中，原子对称性和周期性比较弱，原子位置随机且没有规律。
2.固态特性非晶态材料是固态，在特定温度和压力下，他们不会像气体和液体一样流动。
相较于晶态材料，非晶态材料可以具有更高的玻璃化转变温度和更高的软化温度。
这也是它在实际应用中的优秀表现之一。
3.凝固方式不同非晶态材料的形成与晶态材料存在着本质上的区别。
传统晶态材料的形成，需要通过凝固法来实现。
而非晶态材料的形成，则是通过快速的凝固方式实现的，如快速冷凝或蒸发，使得材料在固化时无法形成有序的晶体结构。
此外，非晶态材料的制备过程还需要更加严格的控制条件和先进材料处理技术。
二、非晶态材料的应用1.磁存储材料非晶态材料在磁存储技术中被广泛应用。
其在制造磁盘和其他磁学设备方面，具有优异的性能表现，尤其是在高频率下的响应。
磁盘等存储设备可以存储大量的数据，非晶态材料正是实现这一目标的关键所在。
2.太阳能电池材料非晶态材料在太阳能电池技术上也有重要应用。
由于其特殊的非晶态结构，非晶态材料具有很高的光捕获效率和较高的电子传导率，因此可以被制造成太阳能电池材料，用于收集和储存太阳能。
3.高性能合金材料非晶态材料也在一些领域表现出色，例如制造比传统合金材料更具有刚性和强度的高性能合金材料。
这种材料可以用于制造高性能工具和其他金属制品，其优越的性质可以显著提升产品的质量和性能。
4.医用材料非晶态材料在医学器械制造和医疗领域也有应用。
例如在种植手术中，医生可以使用非晶态材料作为种植物的覆盖，该材料可以与骨骼组织良好地结合在一起，具有良好的生物相容性和生物缓解性。
非晶态材料的物理性质及应用研究
非晶态材料的物理性质及应用研究非晶态材料（amorphous materials）是一种无定形结构的材料，其原子或分子排列没有长程的周期性。
与晶态材料相比，非晶态材料具有一些特殊的物理性质和应用研究。
以下是对非晶态材料的物理性质及应用研究的一些重点内容。
1.物理性质：(a)高硬度和强度：非晶态材料的结构更加密集，所以通常具有较高的硬度和强度，使其在高温和高压环境下表现出色。
(b)优异的抗腐蚀性：由于缺乏晶界，非晶态材料在腐蚀方面表现出色，可以用于处理一些腐蚀性介质。
(c)更宽的可调制性：非晶态材料的原子或分子排列无序，因此具有更宽的可调制性，可以调整材料的导电性、磁性、光学性能等。
(d)低热导率：非晶态材料由于结构的无序性，导致热传导性能较差，适用于一些隔热材料。
2.应用研究：(a)电子器件：非晶态材料具有可调制性和导电性能可调性，适用于制备场效应晶体管、太阳能电池等器件，进而在电子行业中发挥重要作用。
(b)隔热材料：非晶态材料的低热导率使其成为设计隔热材料的理想选择，例如用于建筑领域的隔热材料，可以减少能源的消耗。
(c)生物材料：非晶态材料具有出色的生物适应性和生物相容性，可以用于制备生物医学材料，例如人工关节、骨修复材料等。
(d)磁性材料：非晶态材料中有一类被称为软磁材料的特殊材料，具有优异的磁导率和饱和磁感应强度，适用于制备电感器、变压器等应用。
(e)光学材料：非晶态材料具有宽带隙的特性，适用于制备光学器件，如光纤、光学传感器等。
(f)氢储存材料：非晶态材料具有较高的氢吸附解吸能力，可以作为储氢材料应用于氢能源领域。
虽然非晶态材料具有广泛的应用潜力，但其制备过程复杂，成本较高。
此外，非晶态材料的结构与物理性质之间的关系还有很多需要进一步研究的内容，以便更好地应用于实际工程中。
第二章 晶态和非晶态材料的特性
中心对称的点群 （Laue）点群 21个
非中心对称的点群
循环群 双面群
纯旋转操作点群 （11个）
循环群 循环群 双面群 循环群 双面群 循环群 双面群 循环群 双面群 立方群 立方群 立方群
二、晶体的点群和晶体的物理性质
晶体的点群是它的任意一种物理性质对称群 的子群。
一种晶体的任意一种性质的对称群必须包括该 晶体的点群的对称操作。
向列型液晶相
• 液晶分子只有一维有序：分子长轴彼此平行但分子重 心分布无序、不分层，分子可以自由流动，分子在空 间排列成线状，始终平行某一方向
• 向列型液晶流动性最大；对外界电磁、温度、应力变 化都很敏感，（目前显示器中应用最多的液晶材料）
胆甾型液晶相
在属于胆甾型液晶的物 质中，有许多是胆甾醇 的衍生物，因此得名。
2.2.2 Transformation
晶态
非晶态
J
2021年8月8日星期日11时8分22秒
17
晶态与非晶态之间的转变
• 非晶态所属的状态属于热力学亚稳态，所以非 晶态固体总有向晶态转化的趋势，即非晶态固 体在一定温度下会自发地结晶，转化到稳定性 更高的晶体状态。
• 通常呈晶体的物质如果将它从液态快速冷却下 来也可能得到非晶态。
高分子液晶: 高强度纤维，用于防弹衣， 高功能塑料等。
并非所有化合物都有液晶态
现已发现的有液晶特性的物质（主要是一些有机化 合物）有六七千种。
有液晶态的化合物条件：形状呈棒状，长约数
纳米，分子的长度约为宽度的4－8倍，分子量
为200～500 gmol-1的有机化合物才具有液晶态。
热致性液晶
液晶的类型（按成因分） 溶致性液晶
位置有序，方向无序 位置无序，方向有序
22 晶态材料和非晶态材料 - 科学网
2.2晶态材料和非晶态材料2.2.1晶态材料和非晶态材料的异同晶体广泛存在，并可以用各种偏离理想晶体的缺陷使其具有一定的性质，晶体材料是固体材料的核心。
非晶态材料指非结晶状态的材料，一般指以非晶态半导体和非晶体金属为主的普通低分子的非晶态固体材料，广义地，还包括玻璃、陶瓷以及非晶态聚合物。
晶态材料和非晶态材料都是真实的固体，其内部的原子都处于完全确定的平衡位置附近，并围绕平衡位置坐振动；都具有固体的基本属性，即宏观表现为连续刚体，不流动有确定的形状，体积不变动；具有弹性硬度，可反抗切应力。
两者的本质区别是晶态材料具有长程有序的点阵结构，其组成原子或基元处于一定格式空间排列的状态；非晶态材料只有在几个原子间距量级的短程范围内具有原子有序的状态，为短程有序。
2.2.2水泥和玻璃水泥、玻璃和陶瓷都属于传统的无极非金属材料。
它们都是以硅酸盐为主要成分的材料，也包括一些生产工艺相近的非硅酸盐材料。
由于化学结构的原因，它们大多具有耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀等特点。
1.水泥水泥是一类非常基础的建筑材料，与水混合后，经过物理化学过程能由可塑性浆体变成坚硬而具有一定强度的石状体并能将散粒材料胶结成为整体。
硅酸盐水泥兴起于19世纪。
它的化学成分复杂，但主要的胶结成分是水化硅酸钙。
它是一种水硬性胶凝材料。
普通硅酸盐水泥强度高、能抗硫酸盐腐蚀、水化热，也可用于制备砂浆。
为了建筑需要，水泥可做成白色、黑色或其他各种颜色。
（1）水泥的优点：水泥具有以下优点，因此在土木工程领域得到广泛的应用。
水硬性、与钢筋粘结性好、耐久性、工艺简单、可塑性、低成本、多样性（2）水泥的分类水泥按用途可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。
通用水泥包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合水泥专用水泥包括砌筑水泥、油井水泥特性水泥包括快硬水泥、膨胀水泥、抗硫酸盐水泥、中热水泥水泥按化学成份可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫酸盐水泥。
第2章-晶态和非晶态材料的特性
但这些配位多面体有不同程度的变形
与多晶相比较，有一定的类似之处:
非晶态材料是由数目很多的，无规则取向的 小集团所组成，小集团内部的原子排列有序
与多晶相比较，也有不同之处:
这些粒子集团的尺度比多晶中的晶体微粒小得多。
2.5.2 玻璃——非晶态材料 玻璃——高温下熔融，冷却过程中黏度逐渐增
大、不析晶、室温下保持熔体结构的非晶固体。
上述现象对不同玻璃，有一定普遍性。 400—600℃为玻璃的Tg、Tf温度。
研究钠硅二元玻璃的X－射线散射强度曲线：
1、未加热
2、618℃保温1小时
3、800℃保温10分钟 (670℃保温20小时)
sin /
27Na2O－73SiO2的x射线散射强度曲线
第一峰：是石英玻璃衍射的主峰与晶体 石英特征峰一致。 第二峰：是Na2O-SiO2玻璃的衍射主峰与 偏硅酸钠晶体的特征峰一致。
10.000 8.000 6.000 4.000 2.000
第一峰： Si－O 间距1.62 A0 面积4.3 第二峰： O－O 间距2.65 A0
第三峰： Si－Si
第四峰： O－O 第五峰： Si－Si
0 1 2 3 4 5 6
3.12 A0 4.15 A0 5.25 A0
在钠硅玻璃中，上述两个峰均同时出现。
SiO2的含量增加，第一峰明显，第二峰 减弱； Na2O含量增加，第二峰强度增加。
钠硅玻璃中同时存在方石英晶子 和偏硅酸钠晶子，而且随成分和制 结 论
备条件而变。提高温度或保温时间
延长衍射主峰清晰，强度增大，说 明晶子长大。但玻璃中方石英晶子 与方石英晶体相比有变形。
2. 非纯旋转群(含第II类操作的点群)：21个
(1)中心对称的点群（Laue点群）: 11个 可由11个纯旋转的、非中心对称的晶体学点 群在对称轴系的中心点加一对称中心而得。 (2)非中心对称非对映对称型：10个
材料化学知识点总结
7、晶体的对称性 在经过一定的操作之后其空间构型能够完全复原的
性质
8、X 射线光谱分析—已知波长，测定晶
体的点阵常数
衍射方向
结论:相邻两点阵点的原子间波程差为波长的整数
倍时才有衍射
即： 晶胞大小和形状——衍射方向——衍射点(线、
峰)的位置
衍射强度
结论:结构基元内的原子种类及位置决定衍射强度
即：晶胞内原子的种类和位置——衍射强度——衍
吸收系数、反射系数，
散射系数是主要因素
（2）提高透光性的措施：
提高材料纯度-降低杂质含量；掺加外加剂-减少气
孔；工艺措施-降低气孔率，使晶粒定向排列
9、界面反射与光泽
（1）镜反射与漫反射（与表面光洁度有关）
（2）光泽（与表面光洁度和折射率有关）
（3）颜色
10、不透明性和半透明性
（1）影响因素
镜反射光的分数（决定光泽）；漫反射的分数；
（2）
（3）
19、形成固溶体的缺陷反应 （1）等价置换
（2）不等价置换（空位机制）
（3）不等价置换（补偿机制）
（4）不等价置换（填隙机制）
第四章 热学性质 1、离子晶体可发射电磁波及具有红外吸收的原因 对于离子晶体，质点就是相应的正负离子，当异号 离子间的 相位相反时，便构成了一个电偶矩极子， 振动过程中偶极矩 是周期性变化的。此时会发射电 磁波，强度决定于振幅的大 小。室温时电磁波很微 弱，如果从外界辐射入相应频率的红 外光谱，则会 立即被晶体强烈吸收。所以离子具有很强的红 外光 吸收特性。 2、影响材料导热性能的因素 （1）金属材料热导率与电导率的关系 Wiedeman-Franz 定律 （2）温度对金属热导率的影响 纯金属温度升高，热导率下降，合金则相反。 （3）温度对无机非金属热导率的影响 低温区间内，随温度升高导热率升高， 常温区间，随温度升高降低。 （4）晶体结构的影响 声子热传导与晶格振动的非线性有关。晶体结构越 复杂，晶体振动的非线性程度越大，对声子传热格 波收到的散射越严重，传播阻力越大，声子的平均 自由程越小，导热率越小。 对于同一种材料，多晶的热导率小于单晶的热导率。 材料内部缺陷越多，热导率越低。（单晶硅比多晶 硅导热性好的原因） 3、几种热分析方法比较（见下页）
晶态和非晶态材料的特性
按非整比化合物生成的情况，以及在不同方面的 应用可以有以下几种情况：
1. 某种原子过多或短缺
晶体中点缺陷的存在，破坏了点阵结构，使得 缺陷周围的电子能级不同于正常位置原子周围的能级， 因此赋予晶体以特定的光学、电学和磁学性质。
例如(1):ZnS中掺进约10-4%（原子）的AgCl，形成杂质缺陷的 ZnS晶体，在阴极射线激发下，发射波长为450nm的特征荧 光，可作显示器蓝色荧光粉。
首先提出。
玻璃体不会自发的形成多面体外形，当一块玻璃冷 却时，随着温度降低，粘度变大，流动性变小，固 化成表面圆滑的无定形体，与晶体的有棱、有顶角、 有平面的性质完全不同。
4. 晶体的熔点
晶体具有周期性结构，各个部分都按同一方式排列， 当温度升高，热震动加剧，晶体开始熔化时，各部分需要 同样的温度，因而晶体具有一定的熔点。
2.2.1 晶体学点群的分类
晶体学点群可分为两类，即11个纯旋转操作点 群或只含第I类操作的点群以及21个非纯旋转群或 含第II类操作的点群。其中纯旋转点群又可分为循
环群（只具有1个n次轴的点群）、双面群（具有一 个n次轴和n个与之垂直的二次轴的点群）和立方群
（具有一个以上高次轴的点群）。
21个非纯旋转的晶体学点群中包含有11个中心 对称的点群，这11个中心对称点群也可以由11个纯 旋转的、非中心对称的晶体学点群在对称轴系的中心 点加一对称中心而得。表2.2-1列出32个晶体学点群 的分类。在表中，前面两列的点群分别为11个非纯 旋转中心对称的点群和11个纯旋转非对称中心点群。 这11对点群之间只是差一个对称中心，所以阶次也 正 好 是 相 差 一 倍 。 11 个 中 心 对 称 的 点 群 又 称 为 Laue(劳埃)点群。
如：相同的度、化学组成
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（3）自范性
在适当的条件下, 晶体能自发的长出由晶 面、晶棱、晶顶等几何元素围成的凸多面体 外形, 这种性质就称为晶体的自范性. 凸多面 体的晶面数（F）、晶棱数（E）、和顶点数 （V）相互之间的关系符合公式
F+V=E+2 其中，F-晶面，V-顶点，E-晶棱
丹麦化学家斯单诺在玩水晶时，不小心把水晶打烂了， 当他很心痛地弯腰捡起打碎了的水晶时，惊奇地发现， 破碎了的水晶碎片都是一样的，具有固定的角度，这 就是著名的晶面角守恒定理。
晶态和非晶态材料 的基本特性
晶态和非晶态材料的基本特性
(Galena, PbS)
(Quartz, SiO2), 玻璃(glass, SiO2)
第二章 非整比化合物材料与亚稳态材料
主要内容：
2.1 晶体结构和晶体的性质 2.2 非整比化合物材料 2.3 液晶材料 2.4 亚稳态材料 2.5 玻璃和陶瓷
压电效应
当压电材料受到外力作用时，其表面将产生 电荷，将机械能转变成电能。
利用压电材料可以制成力敏元件，用来测量 力和能转变成力的各种物理量
压电性：要求晶体的对称性为: 没有对称中心
热电效应
热电效应，是当受热物体中的电子(空穴)，随 着温度梯度由高温区往低温区移动时，所产生 电流或电荷堆积的一种现象。
热电体的主要作用是将热辐射转变为电信号。
生物热电效应
美国旧金山大学的一位科学家在英国《自然》杂志上 报告说，他从鲨鱼鼻子的皮肤小孔里提取了一种与普 通明胶相似的胶体，能把海水温度的变化转换成电信 号，传送给神经细胞，使鲨鱼能够感知0.001摄氏度 的温度变化，从而准确地找到食物—科学家猜测，其 他动物体内也可能存在类似的胶体.这种因温差而产 生电流的性质与半导体材料的热电效应类似
晶体的点群是它的任意一种物理性质对称群 的子群。
一种晶体的任意一种性质的对称群必须包括该 晶体的点群的对称操作。
晶体对称性的这种关系称为Neumann定理
物理性质
晶体对称性的信息
根据这种关 系可以从晶 体的物理性 质推引出有 关晶体对称 性的信息； 也可以从对 称性寻找具 有某种物理 性能的材料
晶体的物理性质
晶面夹角守恒定律:
尽管同一种晶体其外形可能不同，但相应 的两晶面之间的夹角总是不变的，这称为晶 面夹角守恒定律。
（4）晶体具有明显确定的熔点
晶体具有固定的熔点, 反映在加热时间-温度曲线上 出现平台, 而非晶体没有固定的熔点, 反映在曲线上 不会出现平台.
晶体与非晶体的加热时间-温度（即t-T）曲线上
循环群
纯旋转操作点群 双面群 11个
32个晶 体学点 群的分 类
非纯旋转点群
立方群 中心对称的点群 （Laue）点群 21个
非中心对称的点群
循环群 双面群
纯旋转操作点群 （11个）
循环群 循环群 双面群 循环群 双面群 循环群 双面群 循环群 双面群 立方群 立方群 立方群
二、晶体的点群和晶体的物理性质
（5）晶体的对称性
（6）晶体对X射线的衍射
内部结构在空间排列的周期性（等距性）使得 晶体可作为 X 射线衍射的天然光栅, 而晶体外 形的对称性又使得衍射线（点）的分布具有特 定的对称性. 这是 X 射线衍射测定晶体结构的 基础和依据.
Comparison
Curve of X-ray Diffraction
晶体的导热、导电、光的透射、折射、偏振、 压电性、硬度等性质常因晶体取向不同而异， 叫做各向异性。
如石墨在与层平行的方向上具有导电性，而 在与层垂直的方向上就不具有导电性。
如：从不同方向观察红宝石或蓝宝石，会发 现宝石的颜色不同，这是由于方向不同，晶 体对光的吸收性质不同。
晶体的各向异性是由其内部质点的有序排 列，即晶体内部原子的周期性排列所决定 的
二、晶体点群和晶体的物理性质 1、晶体学点群的分类 2、晶体的点群和晶体的物理性质
一、晶体学点群的分类
尽管自然界中晶体的外形是多种多样变化无穷的，
而就其对称性来看却并不超出32种点群代表的宏观
对称类型。由于晶体的物理性质由晶体对称性决定，
而且也只决定于它的点群的对称性，所以对晶体学
点群的研究十分重要。
（1）均匀性
整个晶体是由晶胞 并置堆砌而成
所以晶体必然表现为各部分性状相同的物体， 例如有着相同的密度，化学组成
非晶体的各种性质均具有均匀性, 但与晶体的均匀性的 起源并不相同, 前者是等同晶胞在空间按同一方式重复 排列的结果, 而后者则是质点的杂乱无章排列所致. 所 以二者有实质不同的均匀性。
(1) （2）各向异性
Comparison
非晶体的宏观特征
（1）只有玻璃转化温度，无熔点。 （2）没有规则的多面体几何外型，可以制成
玻璃体，丝，薄膜等特殊形态。 （3）物理性质各向同性。 （4）均匀性来源于原子无序分布的统计性规
律，无晶界。
Transformation
2.2.2 Transformation
晶态
非晶态
铁电效应
所谓铁电材料，是指材料的晶体结构在不加 外电场时就具有自发极化现象，其自发极化 的方向能够被外加电场反转或重新定向。
铁电材料的这种特性被称为 “铁电效应”。
铁电现象是在一种名为钙钛矿的材料中发现的，而钙钛矿材料 的晶格点阵中的离子，是在某一方向上被分离成的正负离子， 也就是在钙钛矿晶体内部产生了一个电耦极子。当给这种晶体 加上一个电压时，这些耦极子就会在电场作用下排列。改变电 压的方向，可使耦极子的方向反转。耦极子的这种可换向性， 意味着它们可以在记忆芯片上表示一个“信息单元”。而且，即 使在电压断开时，这些耦极子也会保持在原来的位置，使铁电 存储器不用电就能保存数据。
J
11/23/2020 3:09:00 PM
18
晶态与非晶态之间的转变
• 非晶态所属的状态属于热力学亚稳态，所以非 晶态固体总有向晶态转化的趋势，即非晶态固 体在一定温度下会自发地结晶，转化到稳定性 更高的晶体状态。
• 通常呈晶体的物质如果将它从液态快速冷却下 来也可能得到非晶态。
如把水晶的结晶溶化，再使它冷却，可得非晶体的石英玻璃。 而非晶体的玻璃，经过相当长的时间后，在它里面生成了微小 的晶体，形成透明性减弱的模糊斑点。这说明晶体转化为非晶 体需要一定的条件，而非晶体经过一定时间会自动变成晶体。
2.1 晶体结构和晶体的性质 一、晶体特（2）各向异性 （3）自范性 （4）晶体具有明显确定的熔点 2.3.3 Structure & physical
performance of crystal materials
（5）晶体的对称性 （6）晶体对X射线的衍射