第2章固體結(jié)構(gòu)4

1、n合金相分為合金相分為固溶體固溶體和和中間相（金屬間化合物）中間相（金屬間化合物）。 n固溶體：置換固溶體（影響因素）和間隙固溶體；固溶體：置換固溶體（影響因素）和間隙固溶體；固溶體性質(zhì)；固溶體性質(zhì)；n中間相：中間相：中間相特點；分類：中間相特點；分類：1)1)正常價化合物正常價化合物；2)2)電子化合物電子化合物；3)3)尺寸因素化合物尺寸因素化合物（間隙相、間（間隙相、間隙化合物、拓?fù)涿芏严啵?；隙化合物、拓?fù)涿芏严啵? 4）超結(jié)構(gòu)）超結(jié)構(gòu)（有序固（有序固溶體）；溶體）；n間隙相與間隙固溶體的異同。間隙相與間隙固溶體的異同。n離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則：離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則：負(fù)離子配位多面體規(guī)則，負(fù)

2、離子配位多面體規(guī)則，電價規(guī)則，電價規(guī)則，負(fù)離子多面體共用頂、棱和面的規(guī)則，負(fù)離子多面體共用頂、棱和面的規(guī)則，不同種類正離子配位多面體間連接規(guī)則，節(jié)約規(guī)不同種類正離子配位多面體間連接規(guī)則，節(jié)約規(guī)則。則。n典型離子晶體結(jié)構(gòu)：典型離子晶體結(jié)構(gòu)：有有ABAB，ABAB2，A A2B B3，ABOABO3，ABAB2O O4型及其晶體代表。型及其晶體代表。nABAB：CsClCsCl，NaClNaCl，閃鋅礦型（立方，閃鋅礦型（立方ZnSZnS），纖鋅），纖鋅礦型（六方礦型（六方ZnSZnS）nABAB2： CaFCaF2 2（螢石），（螢石），TiOTiO2 2（金紅石）（金紅石）nA A2B B3：

3、 -Al2O3（剛玉）（剛玉）nABOABO3：CaTiO3（鈣鈦礦），方解石（鈣鈦礦），方解石（CaCO3）nABAB2O O4：MgAlMgAl2 2O O4 4（尖晶石）（尖晶石）n硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)：孤島狀、組群狀、鏈狀、層狀：孤島狀、組群狀、鏈狀、層狀和架狀硅酸鹽及其晶體代表。和架狀硅酸鹽及其晶體代表。第二章第二章 固體結(jié)構(gòu)固體結(jié)構(gòu)n1 1、晶體學(xué)基礎(chǔ)、晶體學(xué)基礎(chǔ)n2 2、金屬的晶體結(jié)構(gòu)、金屬的晶體結(jié)構(gòu)n3 3、合金相結(jié)構(gòu)、合金相結(jié)構(gòu) n4 4、離子晶體的結(jié)構(gòu)、離子晶體的結(jié)構(gòu)n5 5、共價晶體的結(jié)構(gòu)、共價晶體的結(jié)構(gòu)n6 6、聚合物晶體結(jié)構(gòu)、聚合物晶體結(jié)構(gòu)n7 7、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)

4、、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)2.4 共價晶體的結(jié)構(gòu)共價晶體的結(jié)構(gòu)一、共價晶體的主要一、共價晶體的主要特點特點二、二、典型共價晶體的結(jié)構(gòu)典型共價晶體的結(jié)構(gòu)一、一、共價晶體的主要特點共價晶體的主要特點 共價晶體共價晶體：由同種非金屬元素的原子或異種元素的原子以由同種非金屬元素的原子或異種元素的原子以共價鍵共價鍵結(jié)合成的無限大分子。由于共價晶體中的粒子為中結(jié)合成的無限大分子。由于共價晶體中的粒子為中性原子，所以也叫性原子，所以也叫原子晶體原子晶體。元素周期表中。元素周期表中IVIV，V V，VIVI族元族元素、許多無機非金屬材料和聚合物都是共價晶體結(jié)構(gòu)。素、許多無機非金屬材料和聚合物都是共價晶體結(jié)構(gòu)。共價晶體特點共

5、價晶體特點：1.1.飽和性：配位數(shù)服從飽和性：配位數(shù)服從8-N8-N法則，即結(jié)構(gòu)中每個原子都有法則，即結(jié)構(gòu)中每個原子都有8-N8-N個最近鄰的原子（個最近鄰的原子（N N為原子的價電子數(shù)），共價晶體中的原為原子的價電子數(shù)），共價晶體中的原子子配位數(shù)配位數(shù)比離子晶體和金屬晶體中的比離子晶體和金屬晶體中的小小。2.2.方向性方向性：各鍵之間有確定的方位（配位數(shù)小，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定）。：各鍵之間有確定的方位（配位數(shù)小，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定）。3.3.共價鍵的共價鍵的結(jié)合力比離子鍵強結(jié)合力比離子鍵強，故具有更高的硬度、強度、，故具有更高的硬度、強度、熔點、沸點；更低的揮發(fā)性，結(jié)構(gòu)也更穩(wěn)定。熔點、沸點；更低的揮發(fā)性，結(jié)構(gòu)也

6、更穩(wěn)定。4.4.導(dǎo)電能力差導(dǎo)電能力差，因共用電子不能自由運動。，因共用電子不能自由運動。1、金剛石型結(jié)構(gòu)、金剛石型結(jié)構(gòu) A4圖圖 金剛石型結(jié)構(gòu)金剛石型結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：立方晶系，：立方晶系，面心立方點陣面心立方點陣特點特點：每個碳原子貢獻(xiàn)出四個價：每個碳原子貢獻(xiàn)出四個價電子與周圍的四個碳原子共有，電子與周圍的四個碳原子共有，形成形成四個共價鍵四個共價鍵，構(gòu)成，構(gòu)成正四面體正四面體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：一個碳原子在中心，與它：一個碳原子在中心，與它共價的四個碳原子在四個頂角上，共價的四個碳原子在四個頂角上，故其故其配位數(shù)為配位數(shù)為4 4. .典型晶體典型晶體：硅，鍺，錫硅，鍺，錫二、典型共價晶體的結(jié)構(gòu)二、典型共

7、價晶體的結(jié)構(gòu)n屬于復(fù)雜面心立方點陣，晶胞中有屬于復(fù)雜面心立方點陣，晶胞中有8 8個原子個原子。nCN4CN4，致密度，致密度0.340.34。共價鍵結(jié)合。共價鍵結(jié)合。1、金剛石型結(jié)構(gòu)、金剛石型結(jié)構(gòu) 4A兩個兩個fcc晶胞沿體對角線相對位移晶胞沿體對角線相對位移1/4距離穿插而成距離穿插而成92、菱方結(jié)構(gòu)、菱方結(jié)構(gòu)(A7)VA族元素族元素As(砷砷)，Sb(銻銻)，Bi(鉍鉍)的晶體結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu)菱形三方晶體菱形三方晶體配位數(shù)為配位數(shù)為3共價鍵共價鍵方式相結(jié)合并形方式相結(jié)合并形成層狀結(jié)構(gòu)，層間具有成層狀結(jié)構(gòu)，層間具有金屬鍵性質(zhì)。金屬鍵性質(zhì)。103、三角結(jié)構(gòu)、三角結(jié)構(gòu)(A8) （簡單三方晶體）（簡

8、單三方晶體） Se(硒硒)，Te(碲碲)的的三角晶體結(jié)構(gòu)三角晶體結(jié)構(gòu)，配位數(shù)為配位數(shù)為2，以，以共價鍵方式相結(jié)共價鍵方式相結(jié)合，原子組成呈合，原子組成呈螺旋分布的鏈狀螺旋分布的鏈狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第二章第二章 固體結(jié)構(gòu)固體結(jié)構(gòu)n1 1、晶體學(xué)基礎(chǔ)、晶體學(xué)基礎(chǔ)n2 2、金屬的晶體結(jié)構(gòu)、金屬的晶體結(jié)構(gòu)n3 3、合金相結(jié)構(gòu)、合金相結(jié)構(gòu) n4 4、離子晶體的結(jié)構(gòu)、離子晶體的結(jié)構(gòu)n5 5、共價晶體的結(jié)構(gòu)、共價晶體的結(jié)構(gòu)n6 6、聚合物晶態(tài)結(jié)構(gòu)、聚合物晶態(tài)結(jié)構(gòu)n7 7、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)2.6 聚合物的晶態(tài)結(jié)構(gòu)聚合物的晶態(tài)結(jié)構(gòu) 聚合物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)分為聚合物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)分為晶態(tài)結(jié)構(gòu)晶態(tài)結(jié)構(gòu)和和非晶態(tài)非晶態(tài)（無定（無

9、定形）結(jié)構(gòu)兩種類型，且有兩個不同于低分子物質(zhì)形）結(jié)構(gòu)兩種類型，且有兩個不同于低分子物質(zhì)聚集態(tài)的明顯特點：聚集態(tài)的明顯特點：n1）聚合物晶態(tài)總是包含一定量的非晶；）聚合物晶態(tài)總是包含一定量的非晶；n2）聚合物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)不但與大分子鏈本身的結(jié)）聚合物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)不但與大分子鏈本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且還強烈地依賴于外界條件。構(gòu)有關(guān)，而且還強烈地依賴于外界條件。 2.6.1 聚合物的晶體形態(tài)聚合物的晶體形態(tài)名稱名稱形狀和結(jié)構(gòu)形狀和結(jié)構(gòu)形成條件形成條件1、單晶、單晶（折疊鏈片晶）（折疊鏈片晶）約約1050nm的薄片狀晶體，有菱的薄片狀晶體，有菱形、平行四邊形、長方形、六角形、平行四邊形、長方形、六角形等形狀。

10、分子呈折疊鏈構(gòu)象，形等形狀。分子呈折疊鏈構(gòu)象，分子垂直于片晶表面。分子垂直于片晶表面。長時間結(jié)晶，從長時間結(jié)晶，從0.01%溶 液 得 單 層 片 晶 ， 從溶 液 得 單 層 片 晶 ， 從0.1%溶液得多層片晶。溶液得多層片晶。2、球晶、球晶球形，由晶片從中心往外輻射生球形，由晶片從中心往外輻射生長組成。長組成。從熔體冷卻或從從熔體冷卻或從1%溶溶液結(jié)晶。液結(jié)晶。3、樹枝狀晶、樹枝狀晶樹枝狀樹枝狀結(jié)晶溫度低或溶液濃度結(jié)晶溫度低或溶液濃度較大，或相對分子質(zhì)量較大，或相對分子質(zhì)量過大。過大。4、串晶、串晶5、伸直鏈晶體、伸直鏈晶體以伸直鏈晶體為中心，上面附加以伸直鏈晶體為中心，上面附加生長許多

11、折疊鏈片晶而成。生長許多折疊鏈片晶而成。厚度與分子鏈長度相當(dāng)?shù)钠瑺罹Ш穸扰c分子鏈長度相當(dāng)?shù)钠瑺罹w，分子呈伸直鏈構(gòu)象。體，分子呈伸直鏈構(gòu)象。受剪切應(yīng)力（如攪拌受剪切應(yīng)力（如攪拌)高溫高壓（通常需幾千高溫高壓（通常需幾千大氣壓以上）大氣壓以上）n基本特點基本特點是：是：一個分子鏈可以一個分子鏈可以同時穿越若干個晶區(qū)和非晶區(qū)，同時穿越若干個晶區(qū)和非晶區(qū)，在晶區(qū)中分子鏈互相平行排列，在晶區(qū)中分子鏈互相平行排列，在非晶區(qū)中分子鏈互相纏結(jié)呈在非晶區(qū)中分子鏈互相纏結(jié)呈卷曲無規(guī)排列卷曲無規(guī)排列。n這是一個這是一個兩相結(jié)構(gòu)模型兩相結(jié)構(gòu)模型，即，即具具有規(guī)則堆砌的微晶有規(guī)則堆砌的微晶(或膠束或膠束)分分布在無序

12、的非晶區(qū)基體內(nèi)布在無序的非晶區(qū)基體內(nèi)。n這一模型解釋了聚合物性能中這一模型解釋了聚合物性能中的許多特點，如晶區(qū)部分具有的許多特點，如晶區(qū)部分具有較高的強度，而非晶部分降低較高的強度，而非晶部分降低了聚合物的密度，提供了形變了聚合物的密度，提供了形變的自由度等。的自由度等。半結(jié)晶高分子的半結(jié)晶高分子的櫻櫻狀微束狀微束模型示意圖模型示意圖 (1) 纓狀膠束模型纓狀膠束模型(fringedmicelle model)2.6.2 聚合物晶態(tài)結(jié)構(gòu)的模型聚合物晶態(tài)結(jié)構(gòu)的模型(2) 折疊鏈結(jié)構(gòu)模型折疊鏈結(jié)構(gòu)模型 (chain-folded model)nKeller 提出：在晶體中高分提出：在晶體中高分子可

13、以很規(guī)則地進行折疊。子可以很規(guī)則地進行折疊。n折疊鏈結(jié)構(gòu)不僅存在于折疊鏈結(jié)構(gòu)不僅存在于單晶單晶體中，在通常情況下從聚合體中，在通常情況下從聚合物溶液或熔體冷卻結(jié)晶的物溶液或熔體冷卻結(jié)晶的球球晶晶結(jié)構(gòu)中，其基本結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)中，其基本結(jié)構(gòu)單元也為折疊鏈的片晶，分子鏈也為折疊鏈的片晶，分子鏈以垂直晶片的平面而折疊。以垂直晶片的平面而折疊。n在多層片晶中，分子鏈可跨在多層片晶中，分子鏈可跨層折疊，層片之間存在聯(lián)結(jié)層折疊，層片之間存在聯(lián)結(jié)鏈。鏈。 Keller近鄰規(guī)則近鄰規(guī)則折疊鏈結(jié)構(gòu)模型折疊鏈結(jié)構(gòu)模型 n（3）伸直鏈模型。）伸直鏈模型。對聚乙烯和聚四氟乙烯對聚乙烯和聚四氟乙烯等不帶側(cè)基的高分子化合物，

14、在極高壓下等不帶側(cè)基的高分子化合物，在極高壓下結(jié)晶的大分子鏈垂直排列在片晶中。結(jié)晶的大分子鏈垂直排列在片晶中。n（4）串晶的結(jié)構(gòu)模型。）串晶的結(jié)構(gòu)模型。伸直鏈和折疊鏈的伸直鏈和折疊鏈的組合結(jié)構(gòu)。組合結(jié)構(gòu)。n（5）球晶的結(jié)構(gòu)模型。）球晶的結(jié)構(gòu)模型。大量多層片晶以晶大量多層片晶以晶核為中心，以相同的速率輻射型生長，形核為中心，以相同的速率輻射型生長，形成球狀多晶聚合體。成球狀多晶聚合體。n綜合了在高分子晶綜合了在高分子晶態(tài)結(jié)構(gòu)中所可能存態(tài)結(jié)構(gòu)中所可能存在的各種形態(tài)，而在的各種形態(tài)，而提出的折中模型。提出的折中模型。n特別適合用于描述特別適合用于描述半結(jié)晶高分子中復(fù)半結(jié)晶高分子中復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形態(tài)。雜的

15、結(jié)構(gòu)形態(tài)。（6）霍斯曼模型）霍斯曼模型 2.6.3 聚合物晶體的晶胞結(jié)構(gòu)聚合物晶體的晶胞結(jié)構(gòu)n聚合物晶胞中，沿大分子鏈的方向和垂直聚合物晶胞中，沿大分子鏈的方向和垂直于大分子鏈方向的原子間距是不同的，使于大分子鏈方向的原子間距是不同的，使得聚合物得聚合物不能形成立方晶系不能形成立方晶系。n 聚合物晶體的質(zhì)點是聚合物晶體的質(zhì)點是結(jié)構(gòu)單元鏈節(jié)結(jié)構(gòu)單元鏈節(jié)，而不而不是原子、分子或離子。是原子、分子或離子。nPE的晶胞結(jié)構(gòu)的晶胞結(jié)構(gòu)Planar zigzag conformation每一個晶胞中含有單每一個晶胞中含有單體單元的數(shù)目是體單元的數(shù)目是2，兩條分子鏈貫穿一個兩條分子鏈貫穿一個晶胞。晶胞。21

16、4/1*4n一般取大分子鏈的方向為一般取大分子鏈的方向為C軸。軸。通過實驗和計算通過實驗和計算PE的等的等同周期同周期c=0.253nm,即每個即每個等同周期中含有一個結(jié)構(gòu)等同周期中含有一個結(jié)構(gòu)單元單元（排入到格子中的質(zhì)（排入到格子中的質(zhì)點就是單體的重復(fù)單元）點就是單體的重復(fù)單元）PE的穩(wěn)定晶型是正交晶系，但拉伸的穩(wěn)定晶型是正交晶系，但拉伸時能形成三斜或單斜晶型。時能形成三斜或單斜晶型。n準(zhǔn)晶準(zhǔn)晶是一種是一種介于晶體和非晶體之間介于晶體和非晶體之間的固體。準(zhǔn)晶具有完全的固體。準(zhǔn)晶具有完全有序的結(jié)構(gòu)，不具有晶體所應(yīng)有的平移對稱性。有序的結(jié)構(gòu)，不具有晶體所應(yīng)有的平移對稱性。n原子常呈原子常呈定向有

17、序排列定向有序排列，但，但不作周期性平移重復(fù)不作周期性平移重復(fù)，其對稱，其對稱要素包含與晶體空間格子不相容的對稱（如要素包含與晶體空間格子不相容的對稱（如5次對稱軸）。次對稱軸）。 n瑞典皇家科學(xué)院瑞典皇家科學(xué)院2011年年10月月5日宣布，將日宣布，將2011年諾貝爾化年諾貝爾化學(xué)獎學(xué)獎授予以色列科學(xué)家授予以色列科學(xué)家達(dá)尼埃爾達(dá)尼埃爾舍特曼舍特曼，以表彰他，以表彰他“發(fā)發(fā)現(xiàn)了準(zhǔn)晶現(xiàn)了準(zhǔn)晶”這一突出貢獻(xiàn)。這一突出貢獻(xiàn)。n瑞典皇家科學(xué)院稱，準(zhǔn)晶的發(fā)現(xiàn)瑞典皇家科學(xué)院稱，準(zhǔn)晶的發(fā)現(xiàn)從根本上改變了以往化學(xué)從根本上改變了以往化學(xué)家對物體的構(gòu)想。家對物體的構(gòu)想。n準(zhǔn)晶是一種介于晶體和非晶體之間的固體。準(zhǔn)晶

18、是一種介于晶體和非晶體之間的固體。n 1982年，舍特曼將鋁和錳共熔成合金然后迅速冷卻，年，舍特曼將鋁和錳共熔成合金然后迅速冷卻，之后用儀器測出了之后用儀器測出了它的分子結(jié)構(gòu)。它的分子結(jié)構(gòu)。n 發(fā)現(xiàn)這種分子很不規(guī)則發(fā)現(xiàn)這種分子很不規(guī)則，每個原子周圍居然有十個原子每個原子周圍居然有十個原子！這不符合晶體！這不符合晶體原則，可又不能不算晶體原則，可又不能不算晶體。n 匯報給了他的匯報給了他的“上司上司”，卻被，卻被批評一頓批評一頓。上司甚至拿出一本晶體學(xué)基礎(chǔ)課。上司甚至拿出一本晶體學(xué)基礎(chǔ)課本讓他好好看看本讓他好好看看。n 1984年又發(fā)表了一篇關(guān)于準(zhǔn)晶體的論文年又發(fā)表了一篇關(guān)于準(zhǔn)晶體的論文，許多人

19、堅信原來的晶體觀念，許多人堅信原來的晶體觀念，拒不承認(rèn)存在拒不承認(rèn)存在5對稱軸的對稱軸的“準(zhǔn)晶體準(zhǔn)晶體”，舍特曼受到很多人嘲笑舍特曼受到很多人嘲笑、排擠、排擠。n 幾年后，隨著鋁，銅，鐵，稀土等合金的準(zhǔn)晶體的不斷發(fā)現(xiàn)，越來越多幾年后，隨著鋁，銅，鐵，稀土等合金的準(zhǔn)晶體的不斷發(fā)現(xiàn)，越來越多人開始支持準(zhǔn)晶體理論。以至于國際化學(xué)界都修改了關(guān)于晶體的定義人開始支持準(zhǔn)晶體理論。以至于國際化學(xué)界都修改了關(guān)于晶體的定義。n 他開啟了晶體學(xué)新時代。他開啟了晶體學(xué)新時代。作為一個不人云亦云的化學(xué)家作為一個不人云亦云的化學(xué)家，他，他完全配得上這些榮譽完全配得上這些榮譽。u 液晶液晶，即液態(tài)晶體（，即液態(tài)晶體（Li

20、quid Crystal，LC），是相態(tài)的一種，因為），是相態(tài)的一種，因為具有特具有特殊的理化與光電特性殊的理化與光電特性，20世紀(jì)中葉開始被廣泛應(yīng)用在輕薄型的顯示技術(shù)上。世紀(jì)中葉開始被廣泛應(yīng)用在輕薄型的顯示技術(shù)上。u 物質(zhì)狀態(tài)（又稱相）為氣、液、固，較為生疏的是等離子和液晶。液晶相物質(zhì)狀態(tài)（又稱相）為氣、液、固，較為生疏的是等離子和液晶。液晶相要具有特殊形狀分子組合才會產(chǎn)生，可以要具有特殊形狀分子組合才會產(chǎn)生，可以流動流動，又擁有結(jié)晶的，又擁有結(jié)晶的光學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì)。u 在在1888年，奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾合成了一種奇怪的有機化合物，它有年，奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾合成了一種奇怪的有機化合物

21、，它有兩個熔點。把它的固態(tài)晶體加熱到兩個熔點。把它的固態(tài)晶體加熱到145時，便熔成液體，只不過是時，便熔成液體，只不過是渾濁渾濁的，的，而一切純凈物質(zhì)熔化時卻是而一切純凈物質(zhì)熔化時卻是透明透明的。如果繼續(xù)加熱到的。如果繼續(xù)加熱到175時，它似乎再次時，它似乎再次熔化，變成清澈透明的液體。后來，德國物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了這種白濁物質(zhì)具有熔化，變成清澈透明的液體。后來，德國物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了這種白濁物質(zhì)具有多種彎曲性質(zhì)，認(rèn)為這種物質(zhì)是多種彎曲性質(zhì)，認(rèn)為這種物質(zhì)是流動性結(jié)晶流動性結(jié)晶的一種，取名為液晶。的一種，取名為液晶。u 因液晶產(chǎn)生之條件（狀況）不同而被分為因液晶產(chǎn)生之條件（狀況）不同而被分為熱致液晶熱致液

22、晶（thermotropic LC）和和溶致液晶溶致液晶（lyotropic LC），分別由加熱、加入溶劑形成液晶。液晶的光），分別由加熱、加入溶劑形成液晶。液晶的光電效應(yīng)受電效應(yīng)受溫度條件溫度條件控制的液晶稱為熱致液晶；溶致液晶則受控于控制的液晶稱為熱致液晶；溶致液晶則受控于濃度條件濃度條件。顯示用液晶一般是低分子熱致液晶。顯示用液晶一般是低分子熱致液晶。第二章第二章 固體結(jié)構(gòu)固體結(jié)構(gòu)n1 1、晶體學(xué)基礎(chǔ)、晶體學(xué)基礎(chǔ)n2 2、金屬的晶體結(jié)構(gòu)、金屬的晶體結(jié)構(gòu)n3 3、合金相結(jié)構(gòu)、合金相結(jié)構(gòu) n4 4、離子晶體的結(jié)構(gòu)、離子晶體的結(jié)構(gòu)n5 5、共價晶體的結(jié)構(gòu)、共價晶體的結(jié)構(gòu)n6 6、聚合物晶體結(jié)構(gòu)

23、、聚合物晶體結(jié)構(gòu)n7 7、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)一、一、 有序態(tài)和無序態(tài)有序態(tài)和無序態(tài) 根據(jù)組成物質(zhì)的原子模型，自然界中物質(zhì)狀態(tài)根據(jù)組成物質(zhì)的原子模型，自然界中物質(zhì)狀態(tài)分為分為有序結(jié)構(gòu)有序結(jié)構(gòu)和和無序結(jié)構(gòu)無序結(jié)構(gòu)兩兩大類。大類。 晶體為典型的有序結(jié)構(gòu)晶體為典型的有序結(jié)構(gòu)，氣體、液體和非晶態(tài)氣體、液體和非晶態(tài)固體屬于固體屬于無序結(jié)構(gòu)無序結(jié)構(gòu)。 氣體相當(dāng)于物質(zhì)的稀釋態(tài)，液體和非晶固體相氣體相當(dāng)于物質(zhì)的稀釋態(tài)，液體和非晶固體相當(dāng)于凝聚態(tài)。當(dāng)于凝聚態(tài)。v非晶態(tài)固體非晶態(tài)固體的分子像在液體中一樣，以相同的緊壓的分子像在液體中一樣，以相同的緊壓程度一個挨著一個的程度一個挨著一個的無序堆積無序堆積。v不同的

24、是，在液體中的分子容易滑動，粘滯系數(shù)很不同的是，在液體中的分子容易滑動，粘滯系數(shù)很?。辉诜蔷B(tài)固體中，分子基本上不能再滑動，具小；在非晶態(tài)固體中，分子基本上不能再滑動，具有有固體的形狀固體的形狀和和很大的剛硬性很大的剛硬性。v通過連續(xù)的轉(zhuǎn)變，可以從氣態(tài)或液態(tài)獲得通過連續(xù)的轉(zhuǎn)變，可以從氣態(tài)或液態(tài)獲得無定型無定型或或玻璃態(tài)的凝聚固態(tài)玻璃態(tài)的凝聚固態(tài)非晶態(tài)固體非晶態(tài)固體。 非晶態(tài)固體中的無序非晶態(tài)固體中的無序并不是絕對的并不是絕對的“混亂混亂”，而而是破壞了有序系統(tǒng)的某些對稱性，形成了一種是破壞了有序系統(tǒng)的某些對稱性，形成了一種有缺陷有缺陷、不完整的短程有序不完整的短程有序。 一般認(rèn)為，組成物質(zhì)的原

25、子、分子的空間排列不一般認(rèn)為，組成物質(zhì)的原子、分子的空間排列不呈周期性和平移對稱性，晶態(tài)的呈周期性和平移對稱性，晶態(tài)的長程有序受到破壞長程有序受到破壞，只有由于原子間的相互關(guān)聯(lián)作用，使其在小于幾個原只有由于原子間的相互關(guān)聯(lián)作用，使其在小于幾個原子間距的小區(qū)間內(nèi)子間距的小區(qū)間內(nèi) (11.5nm)，仍然能保持形貌和組分，仍然能保持形貌和組分的某些有序特征而的某些有序特征而具有短程有序具有短程有序，這樣一類特殊物質(zhì)，這樣一類特殊物質(zhì)狀態(tài)統(tǒng)稱為狀態(tài)統(tǒng)稱為非晶態(tài)非晶態(tài)。非晶態(tài)材料在微觀結(jié)構(gòu)上的基本特征：非晶態(tài)材料在微觀結(jié)構(gòu)上的基本特征：(1)只存在小區(qū)間范圍內(nèi)的只存在小區(qū)間范圍內(nèi)的短程有序短程有序，在近

26、程或次近，在近程或次近鄰的原子間的鍵合（如配位數(shù)、原子間距、鍵角、鄰的原子間的鍵合（如配位數(shù)、原子間距、鍵角、鍵長等）具有某種規(guī)律性，但鍵長等）具有某種規(guī)律性，但沒有長程有序沒有長程有序；(2)非晶態(tài)材料的非晶態(tài)材料的X-射線衍射花樣是有射線衍射花樣是有較寬的暈較寬的暈和和彌彌散的環(huán)散的環(huán)組成，組成，沒有表征結(jié)晶態(tài)特征的任何斑點和沒有表征結(jié)晶態(tài)特征的任何斑點和條紋條紋，用電子顯微鏡也看不到晶粒間界、晶格缺，用電子顯微鏡也看不到晶粒間界、晶格缺陷等形成的衍襯反差；陷等形成的衍襯反差；非晶衍射花樣非晶衍射花樣v由于人們最為熟悉的由于人們最為熟悉的玻璃玻璃是是非晶態(tài)非晶態(tài)，所以也把，所以也把非晶非晶

27、態(tài)態(tài)稱作稱作無定形體無定形體或或玻璃體玻璃體 (Amorphous or Glassy States)。v如，如，非晶體金屬非晶體金屬也稱為也稱為金屬玻璃金屬玻璃。(3)當(dāng)溫度升高時，在某個很窄的溫度區(qū)間，會發(fā)生當(dāng)溫度升高時，在某個很窄的溫度區(qū)間，會發(fā)生明明顯的結(jié)構(gòu)相變顯的結(jié)構(gòu)相變，因而它是一種，因而它是一種亞穩(wěn)相亞穩(wěn)相。v到目前為止，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多種非晶態(tài)材料，發(fā)到目前為止，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多種非晶態(tài)材料，發(fā)展了多種方法與技術(shù)來制備各類非晶態(tài)材料。展了多種方法與技術(shù)來制備各類非晶態(tài)材料。v從廣泛意義上講，非晶態(tài)材料包括從廣泛意義上講，非晶態(tài)材料包括普通的低分子非普通的低分子非晶態(tài)材料晶態(tài)材料

28、、傳統(tǒng)的氧化物傳統(tǒng)的氧化物和和非氧化物玻璃非氧化物玻璃、非晶態(tài)非晶態(tài)高分子聚合物高分子聚合物等。等。從材料學(xué)的分類角度分析，非晶態(tài)材料的品種很從材料學(xué)的分類角度分析，非晶態(tài)材料的品種很多，主要包括：多，主要包括：1. 非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金2. 非晶態(tài)半導(dǎo)體材料非晶態(tài)半導(dǎo)體材料3. 非晶態(tài)超導(dǎo)體非晶態(tài)超導(dǎo)體4. 非晶態(tài)高分子材料非晶態(tài)高分子材料5. 非晶態(tài)玻璃非晶態(tài)玻璃v非晶態(tài)合金也叫非晶態(tài)合金也叫金屬玻璃金屬玻璃，它既有金屬和玻璃的，它既有金屬和玻璃的優(yōu)點優(yōu)點, 又克服了它們各自的弊病。又克服了它們各自的弊病。v如玻璃易碎如玻璃易碎, 沒有延展性。金屬玻璃的強度卻高于沒有延展性。金屬玻璃的強度

29、卻高于鋼鋼, 硬度超過高硬工具鋼硬度超過高硬工具鋼, 且具有一定的韌性和剛且具有一定的韌性和剛性性, 所以所以, 人們贊揚金屬玻璃為人們贊揚金屬玻璃為“敲不碎、砸不爛敲不碎、砸不爛”的的“玻璃之王玻璃之王”。v金屬玻璃具有金屬玻璃具有光澤光澤，可以，可以彎曲彎曲，外觀上和普通金屬，外觀上和普通金屬材料沒任何區(qū)別，但金屬玻璃中原子的排列雜亂，材料沒任何區(qū)別，但金屬玻璃中原子的排列雜亂，因而賦予了它一系列全新的特性。因而賦予了它一系列全新的特性。2. 非晶態(tài)半導(dǎo)體材料非晶態(tài)半導(dǎo)體材料非晶態(tài)半導(dǎo)體材料范圍十分廣泛，研究最多的非晶態(tài)半導(dǎo)體材料范圍十分廣泛，研究最多的有兩類：有兩類：，例如非，例如非晶晶

30、 Si 和和 Ge，屬于，屬于 IVA 族的半導(dǎo)體元素族的半導(dǎo)體元素，例如，例如 S，Se，Te等 ， 包 括 二 元 系 的等 ， 包 括 二 元 系 的 A s2S e3和 多 元 系 的和 多 元 系 的As81Se21Ge80Te18，As30Te43Si12Ge10等。等。3. 非晶態(tài)超導(dǎo)體非晶態(tài)超導(dǎo)體l 關(guān)于非晶態(tài)超導(dǎo)材料的研究可以追溯到 20 世紀(jì) 50 年代，當(dāng)時有兩位德國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在，臨界溫度分別為 6.1 K 和 8.4 K。l 但它們升溫到 2030 K 時就發(fā)生晶化，故在室溫下無法保持為非晶態(tài)，這就給這些材料的進一步研究和應(yīng)用帶來了困難。1975 年以后，有人用液體金屬

31、急冷法制備了多種具有超導(dǎo)電性的非晶態(tài)合金，其臨界溫度，臨界磁場及臨界電流密度比較高，因而開辟了非晶超導(dǎo)電材料的應(yīng)用領(lǐng)域。3. 非晶態(tài)超導(dǎo)體非晶態(tài)超導(dǎo)體4. 非晶態(tài)高分子材料非晶態(tài)高分子材料早在 20 世紀(jì) 50 年代，希恩等人在晶態(tài)聚合物的 X射線衍射圖中就曾發(fā)現(xiàn)過非晶態(tài)高分子聚非晶態(tài)高分子聚合物的彌散環(huán)合物的彌散環(huán)。這些實際的結(jié)構(gòu)介于有序和無序之間，被認(rèn)為是結(jié)晶不好或部分結(jié)構(gòu)有序結(jié)晶不好或部分結(jié)構(gòu)有序。v許多許多高聚物塑料高聚物塑料和和組成人體的主要生命物質(zhì)組成人體的主要生命物質(zhì)以及以及液晶液晶都屬于這一范疇。如特定結(jié)構(gòu)的聚丙都屬于這一范疇。如特定結(jié)構(gòu)的聚丙烯表現(xiàn)為非晶態(tài)。烯表現(xiàn)為非晶態(tài)。結(jié)

32、晶型結(jié)構(gòu)結(jié)晶型結(jié)構(gòu)折疊鏈結(jié)構(gòu)模型折疊鏈結(jié)構(gòu)模型 無定形結(jié)構(gòu)無定形結(jié)構(gòu)5. 非晶體玻璃非晶體玻璃玻璃是非晶態(tài)固態(tài)中的一種，玻璃中的原子玻璃是非晶態(tài)固態(tài)中的一種，玻璃中的原子不像晶體那樣在空間作遠(yuǎn)程有序排列，而近不像晶體那樣在空間作遠(yuǎn)程有序排列，而近似于液體，一樣具有似于液體，一樣具有，玻璃像，玻璃像固體一樣能保持一定的外形，而不像液體那固體一樣能保持一定的外形，而不像液體那樣在自重作用下流動。樣在自重作用下流動。石英玻璃無規(guī)網(wǎng)絡(luò)石英玻璃無規(guī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)石英晶石英晶體體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)n性能特點性能特點: :各向同性各向同性; ;無固定熔點無固定熔點; ;高強度、高耐高強度、高耐蝕性、高導(dǎo)磁蝕性、高導(dǎo)磁率

33、。率。5. 非晶體玻璃非晶體玻璃一、需掌握的概念和術(shù)語：一、需掌握的概念和術(shù)語：n1. 1. 晶體與非晶體的區(qū)別晶體與非晶體的區(qū)別n2. 2. 空間點陣、晶格、晶胞、晶系（七個），布拉菲點陣空間點陣、晶格、晶胞、晶系（七個），布拉菲點陣（1414種）種）n3. 3. 晶面指數(shù)、晶向指數(shù)、晶面間距晶面指數(shù)、晶向指數(shù)、晶面間距二、幾個常用的公式二、幾個常用的公式n1. 1. 指數(shù)相同的晶向和晶面必然垂直。如指數(shù)相同的晶向和晶面必然垂直。如111(111)111(111)n2. 2. 當(dāng)一晶向當(dāng)一晶向uvwuvw 位于或平行某一晶面（位于或平行某一晶面（hklhkl）時，則）時，則n 必然滿足：必然

34、滿足：h hu+ku+kv+lv+lw w=0=0n3. 3. 晶面間距：晶面間距：d d(hkl(hkl) )的求法的求法coscoscoshklabcdhkl第二章第二章 內(nèi)容回顧內(nèi)容回顧 n1、晶體與非晶體的區(qū)別晶體與非晶體的區(qū)別： .原子規(guī)則排列原子規(guī)則排列：晶體中原子（分子或離子）在三維空：晶體中原子（分子或離子）在三維空間呈周期性重復(fù)規(guī)則排列，存在長程有序，而非晶體的原子間呈周期性重復(fù)規(guī)則排列，存在長程有序，而非晶體的原子無規(guī)則排列的。無規(guī)則排列的。 .是否有固定熔點是否有固定熔點：晶體具有固定的熔點，非晶體無固：晶體具有固定的熔點，非晶體無固定的熔點，液固轉(zhuǎn)變是在一定溫度范圍內(nèi)進

35、行。定的熔點，液固轉(zhuǎn)變是在一定溫度范圍內(nèi)進行。 3.各向異各向異(同同)性性：晶體具有各向異性（：晶體具有各向異性（anisotropy），非），非晶體為各向同性。晶體為各向同性。n2、空間點陣：將晶體中原子或原子團抽象為純幾何點（陣、空間點陣：將晶體中原子或原子團抽象為純幾何點（陣點點 lattice point），即可得到一個由無數(shù)幾何點在三維空間），即可得到一個由無數(shù)幾何點在三維空間排列成規(guī)則的陣列排列成規(guī)則的陣列空間點陣（空間點陣（space lattice）。特征：每個）。特征：每個陣點在空間分布必須具有完全相同的周圍環(huán)境陣點在空間分布必須具有完全相同的周圍環(huán)境(surroundin

36、g)。n3、晶胞（、晶胞（Unite cells）：代表性的基本單元（最小平行六面）：代表性的基本單元（最小平行六面體）體）small repeat entities。1、晶系與布拉菲點陣晶系與布拉菲點陣（Crystal System and BravaisCrystal System and Bravais Lattice Lattice） 七個晶系，七個晶系，1414個布拉菲點陣個布拉菲點陣晶系晶系布拉菲點陣布拉菲點陣晶系晶系布拉菲點陣布拉菲點陣三斜三斜TriclinicTriclinicabc abc ，單斜單斜 MonoclinicMonoclinicabcabc， =90=90正交正

37、交abcabc，=9090 簡單三斜簡單三斜簡單單斜簡單單斜底心單斜底心單斜簡單正交簡單正交底心正交底心正交體心正交體心正交面心正交面心正交六方六方 HexagonalHexagonala a1 1=a=a2 2a a3 3cc，=9090 ， =120=120菱方菱方 RhombohedralRhombohedrala=b=c, =90a=b=c, =90 四方（正方）四方（正方）TetragonalTetragonala=bc, =a=bc, =9090 立方立方 CubicCubica=b=ca=b=c， =9090 簡單六方簡單六方簡單菱方簡單菱方簡單四方簡單四方體心四方體心四方簡單立方簡單立方體心立方體心立方面心立方面心立方n簡單晶胞簡單晶胞晶面間距晶面間距的計算公式的計算公式