材料科学基础

材料科学基础知识总结，包括晶体结构、晶体的不完整性、固溶体、非晶态固体、固体材料中的质点运动与迁移、固体材料的晶格振动与电子运动六部分内容。

材料科学基础

• 1．晶体结构
  • 1.1 晶体学基础：
    • (1)空间点阵：空间点阵的概念、晶胞、晶系、布拉菲点阵、晶体结构与空间点阵。
    • (2)晶向指数和晶面指数：晶向指数、晶面指数、六方晶系指数、晶带、晶面间距。
    • (3)晶体的对称性：对称要素、点群、单形及空间群
  • 1.2 晶体化学基本原理
    • (1) 电负性
    • (2)晶体中的键型：金属结合（金属键）、离子结合（离子键）、共价结合（共价键）、范德瓦耳斯结合（分子间键）、氢键
    • (3)结合能和结合力
    • (4)原子半径
  • 1.3 典型晶体结构
    • (1)金属晶体：晶体中的原子排列及典型金属晶体结构、晶体中原子间的间隙
    • (2)共价晶体
    • (3) 离子晶体：离子堆积与泡林规则、典型离子晶体结构分析
    • (4)硅酸盐晶体：硅酸盐的分类、硅酸盐矿物结构、岛状结构、环状结构、链状结构、层状结构、骨架状结构
    • (5)高分子晶体：高分子晶体的形成、高分子晶体的形态
• 2. 晶体的不完整性
  • 2.1 点缺陷
    • (1)点缺陷的类型：热缺陷、组成缺陷、电荷缺陷、非化学计量结构缺陷
    • (2)点缺陷的反应与浓度平衡：热缺陷、组成缺陷和电子缺陷、非化学计量缺陷与色心
  • 2.2 位错
    • (1)位错的结构类型：刃型位错、螺型位错、混合型位错、Burgers 回路与位错的结构特征、位错密度
    • (2)位错的应力场：位错的应力场、位错的应变能与线张力、位错核心
    • (3)位错的运动：位错的滑移、位错攀移、位错的滑移、位错攀移
    • (4)位错与缺陷的相互作用：位错之间的相互作用、位错与点缺陷的相互作用。
    • (5)位错源与位错增殖：位错的来源、位错的增殖
  • 2.3 表面、界面结构及不完整性
    • (1)晶体的表面：表面力场、晶体表面状态、晶体表面的不均匀性
    • (2)晶界：晶界几何、小角度晶界、大角度晶界、晶界能、孪晶界、晶界的特性
• 3.固溶体
  • 3.1 影响固溶度的因素
    • (1)休姆-罗瑟里(Hume-Rothery)规律
    • (2) 尺寸因素
    • (3)电价因素
    • (4)电负性因素
  • 3.2 固溶体各论
    • (1)置换固溶体
    • (2)间隙固溶体
    • (3)有序固溶体：短程有序-微观不均匀性、长程有序
    • (4)固溶体的理论分析与计算
    • (5)中间相：电子化合物、间隙相、间隙化合物、拓扑密堆相
• 4.非晶态固体
  • 4.1 非晶态固体的特征与表述
    • (1)非晶态固体的结构特征
    • (2) 非晶态固体的结构表征函数：径向分布函数RDF、结构描述参数
    • (3)非晶态固体的短程序：化学短程序（CSRO）、几何短程序(GSRO)与局域结构参数
  • 4.2 非晶态半导体
    • (1) 非晶半导体的结构模型
    • (2)非晶半导体的微结构
  • 4.3 非晶态金属
    • (1) 非晶态金属和合金的结构模型
    • (2) 非晶态金属的微结构：几何微结构、化学微结构、磁各向异性与微结构
  • 4.4 玻璃
    • (1)玻璃结构理论：玻璃结构的无规网络学说、玻璃结构的微晶子学说、常见玻璃的微观结构
    • (2)玻璃的转变
    • (3) 玻璃化的条件：热力学与动力学条件、结晶化学条件
  • 4.5 非晶态高分子
    • (1)非晶态高分子的结构模型：无规线团模型、局部有序模型
    • (2)玻璃化转变
• 5.固体材料中的质点运动与迁移
  • 5.1 晶格中原子的运动与扩散
    • (1)热缺陷的运动、产生与复合
    • (2)基本扩散定律-菲克定律：稳态扩散-菲克第一定律的应用、非稳态扩散-菲克第（二）定律的应用
    • (3)扩散系数：自扩散系数、偏扩散系数、交互扩散系数
  • 5.2 扩散机制及影响扩散的因素
    • (1)扩散机制：置换扩散、间隙扩散、表面与晶界扩散、位错扩散。
    • (2)影响扩散的因素：温度的影响、扩散介质结构的影响、扩散物质的影响、第三组元的影响、位错和界面扩散的影响、外场作用的影响
• 6. 固体材料的晶格振动与电子运动
  • 6.1 晶格振动与热性质
    • (1)晶格的振动：一维原子链的振动、三维晶格的振动、晶格振动的长波分析
    • (2)晶格振动与热过程：爱因斯坦和德拜比热理论、晶格的热膨胀、晶格的热传导
  • 6.2 晶体中的电子运动与能带理论
    • (1)一维周期场中的电子运动与能带
    • (2)三维周期场中的电子运动与能带
    • (3)电子运动的速度与加速度
    • (4)电子导电与能带模型