材料化学第二章

这是一篇关于材料化学第二章郭贇的思维导图，固溶体：溶质固体溶入溶剂固体仍保持溶剂固体的性质。特征：1.点阵类型和溶剂的点阵类型相同。2.有固溶度。

材料的结构

• 晶体缺陷
  • 点缺陷相关
    • 热缺陷 肖特基缺陷，有空位，密度，体积不变。 弗仑克尔缺陷：密度不均匀，密度体积不变。 杂质缺陷：间隙式杂质原子、置换式杂质原子（和杂质含量有关，与温度无关） 电荷缺陷：可变价离子只能够通过自身的变价来保持电中性。
    • 对材料性能的影响： 不利影响：力学，出现辐照脆化。化学，原电池模型。 有利影响：电学，形成P型、N型半导体。晶体颜色发生变化。
    • 缺陷反应方程式：①质量平衡看主符号②电荷守恒看上标③位置关系看下标
  • 线缺陷 形成位错，由于晶体生长不稳定或机械应力等原因，在晶体中引起部分滑移而产生的
    • 刃型位错
      • 位错线与滑移方向垂直、有一个多余的半平面。 半原子面在滑移面的上方称为正刃型位错。
    • 螺型位错
      • 位错线与滑移方向平行。 没有多余半平面。 有多个滑移面
    • 混合位错
      • 刃型和螺型位错的混合形式。 为错线与滑移方向既不平行也不垂直。 可以分解为刃型位错和滑移位错
    • 位错的运动分为滑移和攀移
      • 滑移：位错在滑移面上的运动导致永久形变，导致塑性形变的产生。 攀移：位错在垂直于滑移面上的运动。结果形成半原子面的伸长和缩短 只有刃型位错才有攀移运动
• 晶体学基本概念
  • 晶体和非晶体
    • 晶体：有整齐规则的几何外形，具有各向异性，有固定的熔点。长程短程都有序。常见晶体有:明矾、英、食盐 非晶体：长程无序短程有序。常见非晶体有:玻璃、橡胶
  • 晶格晶胞和晶格参数。
    • 分子晶体空间点阵和球棍模型相同，原子晶体不同。 晶胞：晶体的最小重复单元 晶格：是空间点阵的基本结构单元
  • 晶向指数和晶面指数
    • 晶向和晶向指数
      • 标定方法 1设立立方体的边长。2照出倾向的使坐标和纵坐标。3..用终坐标减去始坐标。4分数取最小公倍数化减负号放在数字上方。5用中括号括起来。 若一晶向与之平行，且方向相同，晶向指数相同。若平行且方向相反，则大小相同，正负相反。
    • 晶面和晶面指数
      • 晶面没有方向。 标定方法:1.设立立方体的边长。2.找出晶面在xyz轴上的截距平行，平行该轴时为∞3.截取值取倒数。4.分数取最小公倍数化简，负号放在数字上方5用小括号括起来。 平行晶面，晶面指数相同。
    • 7晶系 14点阵
• 元素和化学键
  • 元素及其性质
    • 第一电离能: 从气态原子移走一个电子是其成为气态正离子所需的最低能量。电离能越大，原子越难失去电子。I=13.6Z^2/n ^2(n 为主量子数，z为有效电荷数)
    • 电子亲和势: 指气态原子俘获一个电子成为一价负离子时所产生的能量变化。同周期电子亲和势从左到右增加。同主族变化不大放出能量Ea>0
    • 电负性
      • 元素周期表电负性变化↗ 应用:电负性＞2.0为非金属，＜2.0为金属。 电负性差值＜1.7 极性共价键，共价化合物。＞1.7离子键，离子化合物。
      • 衡量原子吸引电子能力的一个化学量
    • 原子半径
      • 元素周期表↙
      • 通常正离子半径小于相应的中性原子，负离子半径则变大
  • 键合强弱:离子键＞共价键
  • ＞金属键＞氢键＞范德华力
  • 原子间的键合
    • 金属键
      • 特点:1电子共有化，可自由流动。 2作用本质是自由电子和金属离子之间的静电引力。 3无方向性，无饱和性。
      • 金属晶体的特点:导电性，导热性，不透明性，延展性等
    • 离子键
      • 形成条件:1元素的电负性差要比较大，一般＞1.7 2易形成稳定离子。 3形成离子键，释放能量大。化合物中不存在百分百的离子键。
      • 特征：作用力的实质是静电引力。 无方向性，无饱和性
      • 离子化合物的特征 高熔点，高强度，高硬度，塑性差，不导电等。 离子相互吸引，保持一定距离时，体系最稳定，即为离子键。
    • 共价键
      • 特点：本质是电性的，两原子核对共用电子对形成的负电区域的吸引力。共用电子对越多，结合力越强。 有饱和性，有方向性。
      • 共价键晶体的特性 很高的熔点和硬度，良好的光学特性，不良的导电性。
    • 氢键
      • 形成条件 必须是含氢化合物，氢必须与电负性大且原子半径很小的元素直接相连成键，另一分子中原子必须电子云密度高且半径小。
      • 特点：有饱和性，有方向性。电负性越强，氢键越强，半径越大，氢键越弱。
    • 范德华力
      • 本质 （取向力、诱导力、色散力）
      • 特点：无饱和性无方向性，存在于分子间但作用力小。以色散为主。
      • 范德华力使材料的熔点升高
• 金属材料结构
  • 金属晶体
  • 多晶结构：伪各向异性，众多取向不同的单晶的结合
  • 固溶体：溶质固体溶入溶剂固体仍保持溶剂固体的性质。特征：1.点阵类型和溶剂的点阵类型相同。2.有固溶度。
    • 置换式固溶体
      • 一，半径规则：相对半径<15%(置换式）>17.5%（间隙式）； 二，电价规则；三，键性、键长相近；四，结构相同。 至少满足其中一个条件可能是置换式固溶体。只有一个条件不满足，也可能不是置换式固溶体。一般由实验确定是否是置换式固溶体。（必要不充分条件）
    • 间隙式固溶体
      • 同样取决于半径，电价，电负性，结构等。
    • 固溶体对性质的影响
      • 一、定晶格 二、活化晶格 三、固溶强化 溶质原子的融入使固溶体的强度，硬度升高。
• 无机非金属材料的结构
  • 离子晶体
    • 离子晶体的空间排列遵循鲍林规则。 正负离子间的平衡距离为正负离子半径之和时体系能力最低，体系最稳定。 1.正离子周围形成一个负离子多面体，正负离子之间的距离取决于离子半径之和，不平衡时减少配位数，正离子的配位数取决于离子半径比。 2.在离子的堆积结构中，必须保持局域的电中性。 3.稳定结构倾向于共顶连接。 共顶>共棱>共面（势能最低原则） 4.若晶体结构中含有一种以上的正离子，则高电价低配位的多面体之间有尽可能彼此不连接的规则。 5.晶体中配位多面体类型倾向于最少，每种矿石内只能出现唯一的一种结构。所有的硅酸盐结构都是共顶排列。
  • 二元离子晶体
    • Nacl型
      • 正负离子都按面心立方堆积，正负离子位于彼此的八面体中心。 共顶连接。 每个晶胞中有四个负离子和四个正离子（AB型）
    • Cscl型
      • 正负离子均构成空心立方体，正负离子位于彼此形成的立方体中心。 共面连接。 每个晶胞中有一个负离子和一个正离子。
    • Zns型
      • 正负离子位于彼此形成的半数四面体中心。正负离子按面心立方排列。 共顶连接。 每个晶胞中有四个正离子和四个负离子。
    • 萤石和反萤石型结构
      • 反萤石
        • 正离子简单立方，负离子面心立方。正离子位于负离子形成的全部四面体中心。负离子位于正离子形成的简单立方中心。 一个晶胞中四个负离子，八个正离子。A2B型 多面体之间共棱。
      • 萤石与反萤石正负离子交换
  • 多元离子晶体
    • 钙钛矿型
      • 钙被12个氧包围，钛被6个氧包围，八个八面体中间一个钙。
    • 尖晶石型结构（AB2O4型） 负离子：氧离子面心立方堆积。镁离子：四面体铝离子，八面体。 X,Y两种晶胞不相邻。
  • 硅酸盐结构
    • 构成 基本单元:硅氧四面体四面体之间为共顶连接。
    • 分类
      • 岛状硅酸盐 桥氧数＝零，O/Si＝4
      • 成对硅酸盐 桥氧数＝1，O/Si＝3.5
      • 环状硅酸盐 桥氧数＝2，O/Si＝3
      • 链状硅酸盐 单链，桥氧数＝2，O/Si＝3 双链，桥氧数＝2/3，O/Si＝2.75 透辉石
      • 层状硅酸盐 桥氧数＝3，O/Si＝2.5 双层，高岭石族。三层，蒙脱石族。
      • 架状硅酸盐 桥氧数＝4，O/Si＝2 石英