2.2、3 晶体的微观结构 新固体材料

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一、微观结构理论对固体特征的解释
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1.对单晶体各向异性的解释
如图所示，这是在一个平面上
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4.半导体
(1)定义：导电性能介于金属导体和绝缘体之间，具有优异特 性的微电子材料； (2)应用：通信卫星、电视卫星接收机、移动通信、高清晰度 电视以及军用电子装备等领域.
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5.纳米材料 (1)定义：把颗粒在1～100 nm之间的材料称为纳米材料； (2)应用：医药、电子、生物、航空等方面都有广阔的应用空 间；
④在磁学性能方面，当超细微粒的尺寸小到临界尺寸时，常
规的铁磁性材料会转变为处于顺磁性甚至超顺磁状态的纳米 材料；
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来自百度文库
⑤在光学性能方面，纳米半导体材料在室温下具有光致发光
特性、光电转换特性、介电特性和压电特性; ⑥在化学性能方面，纳米材料具有相当高的化学活性.
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质上有很大不同.白磷和红磷的化学成分相同，但白磷具有立
方体结构，而红磷具有与石墨一样的层状结构.
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4.对多晶体宏观特征的解释
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多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体(晶粒)组成的.平 常见到的各种金属材料都是多晶体.把纯铁做成的样品放在显 微镜下观察，可以看到它是由许许多多晶粒组成的.晶粒有大 有小，最小的只有10-5 cm，最大的也不超过10-3 cm.每个晶
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【解题指导】解答本题时应根据晶体的微观结构特点进行分 析. 【标准解答】选A、C.1912年，德国物理学家劳厄用X射线探
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测固体内部原子分布，才发现晶体内部微粒的有序排列．组 成晶体的微粒在空间上有规律排列，并且晶体的微观结构具 有周期性特点.微粒间存在很强的作用力，将微粒约束在平衡 位置上，在平衡位置附近做微小振动．故A、C正确.
单晶体物质微粒的排列情况.从 图上可以看出，在沿不同方向
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所画的等长直线AB、 AC、AD上
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物质微粒的数目不同.直线AB上 物质微粒较多，直线AD上较少，直线AC上更少.正因为在不同 方向上物质微粒的排列情况不同，才引起单晶体在不同方向 上物理性质的不同.
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2.对晶体具有一定熔点的解释
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给晶体加热到一定温度时，一部分微粒有足够的动能克服微 粒间的作用力，离开平衡位置，使规则的排列被破坏，晶体 开始熔解，熔解时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列， 温度不发生变化.
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3.对同素异构体的解释
这是由于它们的物质微粒能够形成不同的晶体结构，例如碳 原子按不同的结构排列可形成石墨和金刚石，二者在物理性
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分子材料和复合材料.
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2.用途 依据不同材料各自性能的不同，在许多领域都有它们不同的 应用.例如：不锈钢材料在制造餐具、手术器械、化工设备等 方面得以广泛应用；氮化硅制成的高温陶瓷在现代工业和航
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C.非晶体有规则的几何形状和确定的熔点
D.石墨的硬度比金刚石的差很多，是由于它的微粒没有按空 间点阵分布
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【解题指导】解答本题时应把握以下三点：
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A.在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性
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B.在热学性能方面，纳米超细微粒的熔点比常规粉体低得多
C.在电学性能方面，纳米金属在低温时会呈现超导电性 D.在化学性能方面，纳米材料化学活性低，因此化学稳定性
强
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化学性能方面，纳米材料具有相当高的化学活性，故选项C、 D错误.
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【典例】(双选)下列关于探索晶体结构的几个结论正确的
是(
)
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A．1912年，德国物理学家劳厄用X射线来探测固体内部的原 子排列，才证实了晶体内部的物质微粒的确是按一定的规律 整齐的排列起来的 B．组成晶体的物质微粒在空间杂乱无章地排列着，并且晶体
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空航天领域得到广泛应用；人工合成的有机玻璃可用于制造 飞机的座舱盖及车的挡风玻璃，还可用于制造文具和工艺品
等.
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3.形状记忆合金
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(1)定义：将一种含镍55%、含钛45%的“镍钛诺”合金丝加热 并弯成各种复杂的形状，然后冷却并拉直，当再次加热时， 拉直的合金丝又恢复到原来的形状，因此这种合金被称为形 状记忆合金； (2)应用：工程机械、航空航天、医疗卫生等领域.
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的微观结构没有周期性特点
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C．晶体内部各微粒之间还存在着很强的相互作用力，这些作
用力就像可以伸缩的弹簧一样，将微粒约束在一定的平衡位
置上
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D．热运动时，晶体内部的微粒可以像气体分子那样在任意空 间里做剧烈运动
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(3)纳米材料的良好性能主要表现在：力学、热学、电学、磁
学、光学、化学等方面. ①在力学性能方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性;
②在热学性能方面，纳米超细微粒的熔点比常规粉体低得多;
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③在电学性能方面，纳米金属在低温时会呈现电绝缘性;
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粒都是一个小单晶体，具有各向异性的物理性质和规则的几
何形状，因为晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着，所以多晶 体没有规则的几何形状，也不显示各向异性.它在不同方向的
物理性质是相同的，即各向同性.多晶体和非晶体的主要区别
是多晶体有确定的熔点，而非晶体没有.
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【标准解答】选C、D.晶体内部微粒排列的空间结构决定着晶
体的物理性质是否相同；也正是由于它的微粒按一定规律排 列，使单晶体具有规则的几何形状.石墨与金刚石的硬度相差 甚远是由于它们内部微粒的排列结构不同，石墨的层状结构 决定了它的质地柔软，而金刚石的网状结构决定了其中碳原
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子间的作用力很强，所以金刚石有很大的硬度.故A、B正确.
C、D错误.
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二、新材料及其应用
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1.分类
(1)按材料特性划分，可把材料分为结构材料和功能材料两类； (2)按材料的应用领域划分，可把材料分为信息材料、能源材 料、建筑材料、生物材料、航空航天材料等； (3)习惯上，把材料分为金属材料、无机非金属材料、有机高
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【解题指导】解答本题时应注意纳米材料的良好性能主 要表现在：
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【标准解答】选A、B.纳米材料具有良好的性能，在力学性能 方面，纳米材料具有高强、高硬和良好的塑性，A正确；在热 学性能方面，纳米超细微粒的熔点比常规粉体低得多，B正确； 在电学性能方面，纳米材料在低温时会呈现电绝缘性；而在
表现为各向同性.
多晶体和非晶体内部物质微粒的排列都是杂乱无 章的，没有一定的规律，在物理性质上都具有各向同性，都 有无规则的几何外形.
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【典例1】(双选)下列叙述中错误的是(
)
A.晶体的各向异性是由于它的微粒按空间点阵排列
B.单晶体具有规则的几何外形是由于它的微粒按一定规律排 列
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5.对非晶体特征的微观解释 在非晶体内部，物质微粒的排列是杂乱无章的，从统计的观 点来看，在微粒非常多的情况下，沿不同方向的等长直线上， 微粒的个数大致相等，也就是说，非晶体在不同方向上的微 粒排列及物质结构情况基本相同，所以非晶体在物理性质上
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新材料往往具有特殊性能:①超高强度;②超高
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硬度;③超塑性;④各种特殊的物理性质(如:磁性、超导性等).
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【典例2】(双选)纳米材料的奇特效应使纳米材料表现出不同 于传统材料的良好性能，以下关于纳米材料的性能的说法中， 正确的是( )