【正文】 配位數(shù)高、高原子密度； ? 鍵很弱 。 瓦爾斯力結(jié)合在一起 。對(duì)于物質(zhì)組成的規(guī)則 排列，起初人們只是一種揣測，隨著科學(xué)技 術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代分析儀器已可以揭示出組成 物質(zhì)的原子、分子的排列情況， 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 37 1） 邏輯推理 (古代哲學(xué)家， 432 BC.) 2） 宏觀形貌觀察、觀測（ by eye, 1669） 3） 數(shù)學(xué)理論計(jì)算 4） 科學(xué)測定（ Xray diffraction, electron diffraction,等） 人類對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的發(fā)展過程 古代中國： “ 日取其半，萬世不竭 ” “ 道生一，一生二，二生三，三生萬物 ” （ 《 老子 》 ）； “ 以土與金、木、水、火雜以成百物 ” （ 《 國語 直到十九世紀(jì)，布喇菲 (Bravais)提出了空間點(diǎn)陣學(xué)說。 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 51 布喇菲 點(diǎn)陣 由幾何點(diǎn)沿空間三個(gè)不共面的方向各按一定距離無限重復(fù)地平移構(gòu)成， 每個(gè)方向的一定平移距離稱為該點(diǎn)陣在該方向的周期 ，故 周期性也可以稱之為 平移對(duì)稱性 。（ 圖 ） 布喇菲點(diǎn)陣只有 14種 ，晶體學(xué)中所有晶體 分屬這七大晶系 非立方晶胞，如正方晶胞的晶面、晶向關(guān)系 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 55 ABA ABCA ATOMIC PACKING 體心立方結(jié)構(gòu) 密排六方結(jié)構(gòu) 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 56 Packing mode 1 (ABCABC…) 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 57 Packing mode 2 (ABCABC…) 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 58 Packing mode 3 (AaBbCcAaBbCc…) 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 59 a b c a g b 單胞 晶系 單胞特征 Bravais點(diǎn)陣 三斜 a?b?c, 簡單三斜 a?b?g?90? 單斜 a?b?c, 簡單單斜 a?g? 90?=b 底心 單斜 正交 a?b?c, 簡單正交，底心正交 a=b=g=90? 體心正交，面心正交 三角 a=b=c, 簡單三角 a=b=g120? ?90?, ?60? 四方 a=b?c, 簡單四方 a=b=g=90? 體心四方 六角 a=b, 六角 b=g=90?, a=120 立方 a=b=c, 簡單立方，體心立方 a=b=g=90 面心立方 七大晶系、 14種 Bravais點(diǎn)陣 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 60 晶 系 晶格常數(shù) 夾 角 單位晶胞 立 方 簡單，體心，面心 a=b=c α= β = γ=90176。 圖 7 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 61 許多固體以多晶形式存在。這種不完整性（晶體缺陷）依據(jù)其幾何形狀分為：點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷和體缺陷。 線缺陷 刃位錯(cuò) 螺旋位錯(cuò) 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 69 刃位錯(cuò) 刃位錯(cuò) 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 70 螺旋 位錯(cuò) 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 71 位錯(cuò)線： 質(zhì)點(diǎn)滑移面和未滑移面的交界線稱為位錯(cuò)線。 3）位錯(cuò)周圍的點(diǎn)陣發(fā)生彈性畸變，既有正應(yīng)變， 又有切應(yīng)變位錯(cuò)是一管道 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 73 1） 螺旋位錯(cuò)無額外半原子面，原子錯(cuò)排呈軸對(duì)稱 螺 旋 位錯(cuò)特征 2） 螺旋位錯(cuò)與滑移矢量平行，故一定是直線 3） 包含螺旋位錯(cuò)的面必然包含滑移矢量，故螺旋位錯(cuò)可以 有無窮個(gè)滑移面，但實(shí)際上滑移通常是在原子密排面上進(jìn)行，故有限 4） 螺旋位錯(cuò)周圍的點(diǎn)陣也發(fā)生了彈性畸變，但只有平行于位錯(cuò)線的切應(yīng)變，無正應(yīng)變（在垂直于位錯(cuò)線的平面投影上，看不出缺陷） 5） 位錯(cuò)線的移動(dòng)方向與晶塊滑移方向互相垂直 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 74 影響 對(duì)材料的塑性變形情況有影響。 面缺陷 ① 材料的 表面 是最顯而易見的面缺陷（垂直于表面方向上，平移對(duì)稱性被破壞了。 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 78 圖 251表示了晶界處原子的排列。一般指 材料中的空洞、夾雜物等。 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 84 體心立方結(jié)構(gòu) （ bcc）（ 圖 228） 1) 金屬典型晶體結(jié)構(gòu) 典型晶體 金屬鍵無方向性，因此金屬的晶體結(jié)構(gòu)比較簡單， 每個(gè)格點(diǎn)只有一個(gè)原子，屬于簡單晶格。 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 91 3) 離子晶體的結(jié)構(gòu) 離子晶體的 基元是離子 而不是原子了，晶格都不是 簡單晶格而是 復(fù)雜晶格 。 正負(fù)離子的配位數(shù)則與正負(fù)離子的半徑比有關(guān) ,見表 2 5。） ③ SiO2即硅石型：硅石也稱為骨架狀硅酸鹽，其結(jié)構(gòu)如 圖 232所示，其基本單元是硅氧四面 體 (圖 233) 。有 二個(gè)量來描述其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這二個(gè)量一個(gè)是 能量 ，一個(gè) 是 角動(dòng)量 ，它們分別由 主量子數(shù) n和 角量子數(shù) l決定。 N － 主量子數(shù) L － 角量子數(shù) Ml － 磁量子數(shù) Ms － 自璇量子數(shù) ? 單個(gè)原子系統(tǒng)中電子的分布一定要符合能量最小原理。一 系列能帶中，最高能量的滿帶稱為價(jià)帶。cm， 相差近 1020倍以上，這其中的奧妙完全在于電子的分布狀 況。 我們說 ， 對(duì)應(yīng)于 a、 b方 式填充能級(jí)的材料為金屬 ， 對(duì)于半導(dǎo)體和絕緣體 ， 則要看禁帶寬度的大小 ， 當(dāng)禁帶寬度小于 2ev時(shí)為 半導(dǎo)體 ， 否則為絕緣體 。 原子排列方式 原子排列可以即有周期性又有對(duì)稱性，為 晶體 ；也可以 具有長程準(zhǔn)周期性和非晶體旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，為 準(zhǔn)晶 ；還可以只 有短程有序而無長程有序，象液體一樣，為 非晶體 。 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 115 當(dāng)原子聚合形成固體的時(shí)候，電子分布不再象孤立 原子中分立的電子能級(jí)，而是在一定能量范圍內(nèi)準(zhǔn)連續(xù) 分布的能級(jí)，構(gòu)成能帶。 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 118 表 25 離子半徑比與配位數(shù)的關(guān)系 正離子半徑 /負(fù)離子半徑 配位數(shù) 2 3 4 6 8 12 。 固體中的電子 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 116 1. 原子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)間區(qū)別是什么 ？ 晶體結(jié)構(gòu)與晶體是同一概念嗎 ？ 2. 為什么金屬鍵結(jié)合的材料密度高 、 塑性好 ， 而陶瓷材料脆 ？ 3. 如何看待材料缺陷 ？ 舉例說明 。也就是說還有影響性能的 微觀結(jié)構(gòu)規(guī)律存在 。 一片森林 一棵棵樹組成 樹 樹干 樹葉 葉脈 所謂層次 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 111 ? 原子結(jié)構(gòu)與結(jié)合鍵 四個(gè)層次： ? 原子排列方式 ? 相與組織 ? 固體中的電子 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 112 原子核外的電子數(shù)量、排布決定了 原子核對(duì)其價(jià)電子 吸引能力的大小 ， 電負(fù)性 就是表征原子這種特性的一個(gè)物 理量。電 子全部填滿的滿帶和部分填滿的導(dǎo)帶中的電子在電場作用 下的運(yùn)動(dòng)情況： 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 107 在電場作用下，所有的電子都在原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下附加了一個(gè)與電場方向相反的運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)原子間距達(dá)到平衡間距離 ro = 時(shí)，我們看到單個(gè)原子的 3S能級(jí)變成了一個(gè)很寬的能帶，可此時(shí) 2P態(tài)并不分裂 ，表明內(nèi)層電子仍然局限在它們自己核的周圍 表示的是金屬 鈉 的能帶與原子間距的關(guān)系。 內(nèi)層電子 (離核較近 ) 由于原子核與其相互作用強(qiáng)， 能級(jí)的分裂十分微弱 ； 價(jià)電子 (離核較遠(yuǎn) ) 相應(yīng) 能級(jí)的分裂比較顯著 。 ? 角量子數(shù) l取 0， 1……(n 1)之間的整數(shù)值 。 回顧 但除強(qiáng)度外，材料還有許多性質(zhì)被人類利用，最常 用的是導(dǎo)電性。配位 數(shù)的不同，負(fù)離子配位多面體的形狀不同，從離 子晶體的構(gòu)成中，可以發(fā)現(xiàn) 除電負(fù)性影響凝聚態(tài) 的結(jié)構(gòu)外，其尺寸因素也起作用。 鹽類，堿類（金屬氫氧化物）及金屬氧化物、碳化 物、氮化物等 都形成離子晶體。 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 86 晶體類型 原子密排面 原子密排方向 晶胞中原子數(shù) 配位數(shù) CN 致密度 K fcc {111} 110 4 12 bcc {110} 111 2 8 hcp {0001} 6 12 三種典型晶體結(jié)構(gòu)的特征 不同的晶體結(jié)構(gòu)，原子排列的緊密程度不同，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)見下表 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 87 利用晶體結(jié)構(gòu)特征值 確定 金屬 晶體的 理論密度 晶體結(jié)構(gòu)已確定條件下： ① 利用已知原子半徑 r 即可求出晶格常數(shù) a。 新一代材料的含義就是要求材料 更純 、 晶粒更細(xì) ， 意味著要盡量 減少體缺陷 ，盡量 增加面缺陷和線缺陷 。 ? 大角度晶界（大于 10o） ,一般多晶體各晶粒之間的晶界屬于大角度晶界。常見的氧化、腐蝕、磨損等自然現(xiàn)象都與表面狀態(tài)有關(guān)。 位錯(cuò)寬度不同，使其運(yùn)動(dòng)的 難易程度不同 ，位錯(cuò)寬度越大，越 易運(yùn)動(dòng)。 螺旋位錯(cuò)： 滑移方向 ∥ 位錯(cuò)線方向圖 48。包括空位，間隙原子，異類原子（固溶體）等。 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 62 多晶材料重要的結(jié)構(gòu)因素 晶粒 （ Grain): 是指無一定幾何外形的多晶集合體，由許多彼此取向不同的單晶組成的聚集體稱為“晶?！?。 , γ=120176。 晶體的結(jié)構(gòu) 晶體中基元 代替 “ 格點(diǎn) ” 或 “ 結(jié)點(diǎn) ” “ 等同點(diǎn) ” 或 “ 相當(dāng)點(diǎn) ” 布喇菲 點(diǎn)陣 周圍的 環(huán)境 和 方位 晶體的幾何規(guī)則性表示 布喇菲的空間點(diǎn)陣 — 幾何 點(diǎn) (處基元位置） 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 53 晶 胞 : 空間格子的單位－平行六面體。 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 48 晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 晶體結(jié)構(gòu)的基本特征 結(jié)構(gòu)的不完整性 2022/3/14 Zhangjie SMST CUGB 49 晶體結(jié)構(gòu)的基本特征 晶體 晶體周期性 是指原子或原子團(tuán)、離子或分子按一定規(guī)律呈周期性地重復(fù)排列構(gòu)成的物質(zhì)。 W. Humpbreys, Snow Crystals, (McGraw