材料的原子結(jié)構(gòu)和原子間結(jié)合鍵

1、會計學(xué)1材料的原子結(jié)構(gòu)和原子間結(jié)合鍵材料的原子結(jié)構(gòu)和原子間結(jié)合鍵 第4章 材料的原子結(jié)構(gòu)和原子間結(jié)合鍵已知：材料的結(jié)構(gòu)決定著材料的性能 為此：必須研究了解 材料的結(jié)構(gòu)、成分、制備 與加工工藝、外界條件等這些因素：會改變材料的結(jié)構(gòu)最終： 改變材料的性能。 例1： 高溫下原子活性,且發(fā)生蠕變等現(xiàn)象材料軟化； 低溫下原子活動性會大大削弱，對材料塑性變形負(fù)責(zé)的結(jié)構(gòu)即位錯變得難以運動的緣故。 （1） 材料的結(jié)構(gòu)與性能 光學(xué)顯微鏡電子顯微鏡 X射線衍射儀1020304050607080Intensity2(degree)(002)(111)(220)(311)ab (a)ZnS粉體；(b)ZnS/導(dǎo)電聚合

2、物纖維復(fù)合材料 2為26.4的衍射峰與對應(yīng)著石墨(002)晶面 2為28.47、47.58、56.22 的衍射峰，分別對應(yīng)著ZnS的(111), (220), (311)晶面 由小布拉格測得的綠寶石晶體結(jié)構(gòu) 由此而制作的繡花蕾絲布拉格太太參加1951年國際結(jié)晶學(xué)聯(lián)合會年會所著的綠寶石晶體結(jié)構(gòu)裙子水合硅酸鈣是一種自然結(jié)晶礦物，也可由人工制成。圖為水合硅酸鈣晶體結(jié)構(gòu)圖和由之而制作的花布裙子和羊毛掛毯的圖案 。自由原子由電子及其所圍繞的原子核組成。電子、質(zhì)子和中子都是基本粒子。4.2.1 原子結(jié)構(gòu)量子力學(xué)的幾個基本概念核外電子的運動狀態(tài)由n，l，ml，ms四個量子數(shù)確定。主量子數(shù)：1，2，3.角量子

3、數(shù)：0，1，2(n-l)磁量子數(shù)：0，1，2 (n-l)自旋量子數(shù)：1/2 ，-1/2因此4.周期表與材料設(shè)計及其發(fā)展新材料例1.同類元素可在合金中適當(dāng)取代，如硫、 硒、碲提高切削加 工性。例2. W、Mo及Cr（較差）提高鋼的高溫性能 和刀具的紅硬性。離子鍵與離子晶體特點：電子的完全得失，無方向性。特點：電子局部共有，具有飽和性和方向性。特點：電子的全部共有，無飽和性和明顯的方向性。特點：氫原子同時與兩個負(fù)電性很大而原子半徑較小的原子（O、F、N等）相結(jié)合。 ? 原子配位：即材料內(nèi)原子間的空間幾何配置關(guān)系 延伸 具體晶體結(jié)構(gòu)。Coordination 控制因素: 兩方面1.共價配位情況（化學(xué)

4、鍵因素） 配位數(shù) 圍繞此原子的共價鍵數(shù) 價電子數(shù)如金剛石 C （1s22s22p2 ) sp3雜化 與4個碳原子共價 z=4； 相應(yīng)地， zN =3， zs= z0= 2 ， zC1=zF=zH=1 （形成雙原子氣體）. 某中心原子的第一近鄰數(shù).2.正負(fù)離子配位情況（幾何因素與吸、 斥力平衡因素）：正、負(fù)離子球體接觸, 而同號離子球體不接觸或剛接觸 穩(wěn)定情況;正、負(fù)離子球不接觸, 而同號離子球相接觸 不穩(wěn)定情況.由正、負(fù)離子均相切的情況可算出：（r/R)min 或 (R+/R-)min A族，z=3，石墨等，平面層狀結(jié)構(gòu)， 層/層間范氏力結(jié)合。A族，z=4，金剛石、Si等，立體結(jié)構(gòu)，強大共價鍵

5、。NaCl RCl-=0.181nm, RNa+=0.097nm, R+/R-=0.536 , CsCl R+CS(0.169)R-Cl（0.181），z=8，立方體配位， z=6，離子鍵結(jié)合，正、負(fù)離子相間排列，八面體配位，形成面心立方。簡立方結(jié)構(gòu)。例3: 純金屬 r/R 1， z = 8（體心立方）12 （面心立方，密排六方），如Cu、Ni、Fe 擴展閱讀材料（導(dǎo)讀） 7 高分子材料的結(jié)構(gòu)層次 8 材料結(jié)構(gòu)層次的耦合和脫耦 作業(yè)：1，3，5，6，8圖4-1 靜止錠型澆鑄（a）和某種純金屬鑄錠組織（b） (a) (b) 圖4-2 純鐵的顯微組織（4%硝酸酒精溶液浸蝕，250)圖4-3 金屬內(nèi)

6、部晶界示意圖圖4-4 勢能及作用力與原子間距離的關(guān)系 圖4-5 配位計算。（a）3重配位（b）6重配位 圖4-5 體系能量與原子間距的關(guān)系(a) 原子間作用力和間距的關(guān)系(b)圖4-6 石墨層內(nèi)的非局域電子。每一層包含“復(fù)式苯環(huán)”。平行方向的傳導(dǎo)率比垂直方向的傳導(dǎo)率大一百倍圖4-6(2)晶體原子面之間的結(jié)合 物質(zhì)狀物質(zhì)狀態(tài)態(tài) 結(jié)合鍵狀態(tài)結(jié)合鍵狀態(tài) 彈性模量彈性模量體積模體積模量量K KG G和和E E1 1、液體、液體2 2、液晶、液晶3 3、橡膠態(tài)、橡膠態(tài)4 4、玻璃態(tài)、玻璃態(tài)5 5、晶態(tài)、晶態(tài)熔化熔化熔化熔化二次鍵熔化，一次鍵固化二次鍵熔化，一次鍵固化固化固化固化固化大大大大大大大大大大0 0接近于接近于0 0小（?。‥KEK）大（大（E EK K）大（大（E EK K） 表42 物質(zhì)的凝聚態(tài) 表4-3 離子半徑比R/R，配位數(shù)與負(fù)離子配位多面體的形成 結(jié)合鍵類型結(jié)合鍵類型 計算的計算的E值值/GPa共價鍵（共價鍵（CC鍵）鍵）純離子鍵如：純離子鍵如：NaCl鍵鍵純金屬（純金屬（CuCu鍵）鍵）氫鍵（氫鍵（H2OH2O）范得瓦爾斯鍵（石蠟、多種聚合物）范得瓦爾斯鍵（石蠟、多種聚合物） 1000 3070 30150 8 2