固體物理考試總結(jié)-在線瀏覽
2024-12-21 21:29本頁面
【正文】 質(zhì)形成非晶所需要的冷卻速度大不相同。而單一的金屬則需要每秒高達一億度以上的冷卻速度才能形成非晶態(tài)。 準(zhǔn)晶： 準(zhǔn)晶是一種介于晶體和非晶體之間的固體。準(zhǔn)晶是具有準(zhǔn)周期平移格子構(gòu)造的 固體，其中的原子常呈定向有序排列，但不作周期性平移重復(fù)，其對稱要素包含與晶體空間格子不相容的對稱（如 5次對稱軸）。 第二章 晶體結(jié)合與彈性 晶體，原子間引力，結(jié)合能，化學(xué)鍵 類型及特點： 離子、共價及金屬鍵； 氫鍵固體與原子、分子晶體； 范德瓦爾斯力； 團簇電荷庫倫相互作用； 不同鍵型產(chǎn)生不同晶體； 不同晶體有不同物理性質(zhì)，如固體彈性、硬度。 離子鍵是原子得失電子后生成的陰陽離子之間靠靜電作用而形成的化學(xué)鍵。由于靜電引力沒有方向性，陰陽離子之見的作用可在任何方向上，離子鍵沒有方向性。不同的陰離子和陽離子的半徑、電性不同，所形成的晶體空間點陣并不相同。形成重疊電子云的電子在所有成鍵的原子周圍運動。電子云重疊只能在一定的方向上發(fā)生重疊。共價鍵有飽和性和方向性。這些自由電子與全部金屬原子相互作用，從而形成某種結(jié)合，這種作用稱為金屬鍵 。金屬鍵無方向性 , 無固定的鍵能 , 金屬鍵的強弱和自由電子的多少有關(guān) , 也和離子半徑、電子層結(jié)構(gòu)等其它許多因素有關(guān) , 很復(fù)雜 . 金屬鍵的強弱可以用金屬原子化熱等來衡量。 在共價鍵的形成過程 中，因為每個原子所能提供的未成對電子數(shù)是一定的，一個原子的一個未成對電子與其他原子的未成對電子配對后，就不能再與其它電子配對，即，每個原子能形成的共價鍵總數(shù)是一定的，這就是共價鍵的飽和性。 除 s軌道是球形的以外，其它原子軌道都有其固定的延展方向，所以共價鍵在形成時，軌道重疊也有固定的方向。共價鍵的方向決定著分子的構(gòu)形。如水，冰等。形成的新原子軌道叫做雜化軌道。雜化軌道的成鍵能力比原軌道的成鍵能力大大提高。由 n個原子軌道參加雜化而形 成 n個能量相等、成分和形狀完全相同，僅空間方位不同的雜化軌道，這樣的雜化方式叫等性雜化。當(dāng)原有能量較近的原子軌道沒有全部參加雜化時，如 sp sp 雜化，就會有多余的 p軌道留下來進行側(cè)面重疊，形成 π型軌道或多中心離域大 π軌道。這些軌道除了空間方位不同外，能量、成分、形狀都不完全相同。 分子晶體： 由具有封閉 滿電子殼層結(jié)構(gòu)的原子或分子組成的晶體。 范德瓦爾斯力； 產(chǎn)生范德瓦爾斯力的三個來源： （ 1）取向力：極性分子永久偶極矩間的相互作用力。 （ 3）色散力：非極性分子的瞬時偶極矩間相互作用力。 格波：晶格中的原子振動是以角頻率為 ω 的平面波形式存在的，這種波就叫格波。 聲子晶體：存在彈性波帶隙、彈性常數(shù)及密度周期分布的材料或結(jié)構(gòu)被稱為 聲子晶體。 德拜模型： 德拜模型把原子排列成晶體點陣的固體看作是一個連續(xù)彈性媒質(zhì)，原子間的作用力遵從胡克定律，組成固體的 n 個原子在三維空間中集體振動的效果相當(dāng)于 3n個不同頻率的獨立線性振子的集合。 簡正振動：簡正振動是最簡單、最基本的振動，是晶體中所有原子以相同頻率在平衡位置附近所作的簡諧振動。 晶格振動譜：晶格振動頻率 ω與波矢 q之間的函數(shù)關(guān)系 ω (q)，稱為格波的色散關(guān)系，也稱為晶格振動譜。 散射光中還有與入射光頻率不同的光，這是由于光子與聲子相互作用，與聲子交換了能 量 .這一過程也滿足能量守恒 : 其中 ω1 和 ω2 :分別是散射光和入射光的頻率， ωp是聲子的頻率 如果光子與低頻聲學(xué)支聲子作用，通常稱為布里淵散射 .光子與高 頻光學(xué)支聲子相互作用，稱為喇曼散射 . 愛因斯坦模型和德拜模型的實 驗證明《固體物理》 P124 愛因斯坦和德拜理論在此是針對體系熱振動與比熱的關(guān)系提出的一種近似。在此關(guān)鍵是求 ，計算非常復(fù)雜。 ， 稱為愛因據(jù)愛因斯坦模型：得（其中 斯坦溫度，大多在 100~300K 的范圍內(nèi)），溫時與實驗符合得很好，有關(guān)系式 ；低溫時，實驗指出絕緣體的比熱按T3 趨近于零；導(dǎo)體的比熱則按 趨近于零。特別對長聲學(xué)波，振動頻率相當(dāng)?shù)?，即使在溫?T 的情況下，仍然有相當(dāng)多的低頻振動會被激發(fā)。 據(jù)德拜模型：考慮了長聲學(xué)波具有彈性波的性質(zhì)，把格波看作彈性波進行處理，并假定縱、橫彈性波的波速相等，有 ，所以得 ，高溫時，即當(dāng) 時，比熱趨于經(jīng) 典極限。溫度越低，德拜近似越好。 擴散微觀機制 固體擴散機構(gòu) 與氣體、液體不同的是固體粒子間很大的 擴散 在以上各種擴散中， 。 間隙機制： 當(dāng)晶體中 存在小的間隙原子時，這些間隙原子一般通過晶格間隙之間的躍遷實現(xiàn)擴散。當(dāng)碳原子在間隙之間跳動時，從 1跳到 2，必須越過勢壘，如上邊右圖所示。原子完成一次遷移，系統(tǒng)中的自由能變化為 ΔG,則式中 △ U —— 擴散激活能，一般用 Q 表示； T△ S —— 激活熵，固態(tài)時隨溫度變化不大，可忽略 所以 Q ≈△ Um（ △ Um——點陣畸變能） 空位機制通過原子與空位交換位置即實現(xiàn)原子的
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