2023年材料科学部分的知识点总结归纳.pdf

学习必备 欢迎下载 第一章 绪论（略）第二章 结晶学基础 2.1 晶体及其基本性质 晶体的概念：晶体的基本性质（重点）：单晶体：多晶体：晶界：2.2 结晶化学基本原理 紧密堆积原理 立方密堆和六方密堆的堆积系数均为多少？剩余的空隙占多少？如果构成某个晶体需要 n 个球体紧密堆积，则该晶胞中必然有多少个四面体空隙和多少个八面体空隙。非等大球体怎样密堆？配位数：正负离子的配位数的关系 配位数与正负离子半径比的关系。配位多面体：离子半径：离子间的平衡距离与两个相接触着的离子半径之间的关系？离子极化：对一种离子而言，自身被极化（极化率）和极化（极化力）周围的离子两者同时 。正离子极化力 ，负离子被极化力 。在离子电价相同的情况下，r，越大。电负性概念 两个元素电负性的差值越大，结合时离子键的成分越高。2.3 晶体结构的基本特征 在晶体结构中，有且仅有十四种布拉维格子。三斜晶系(triclinic)不拉维格子的特点？单斜晶系(monoclinic)不拉维格子的特点？正交晶系(orthorhombic)不拉维格子的特点？三（六）方晶系不拉维格子的特点？四方晶系(tetragonal)不拉维格子的特点？立方晶系(cubic)不拉维格子的特点？学习必备 欢迎下载 第三章 晶态结构 3.1 典型的晶体结构 3.1.1 AB 型晶体（1）氯化铯（CsCl）型结构 化学式 CsCl，晶系，格子，Cl-离 子处于 ，Cs+离子处于 。Cl-离子、Cs+离子的配位数均为 。Z=。（2）NaCl 型结构：化学式 NaCl，晶系，结构。Cl-离子、Na+离子的配位数均为 。Cl-离子按 堆 积，Na+离子 。晶胞中分子 数 Z=。（3）闪锌矿（-ZnS）型结构：化学式 ZnS，晶系，结构。Zn2+、S2-离子的配位数均为 ，S2-离子位于 点位，Zn2+离子位于 。（4）纤锌矿（-ZnS）型结构 化学式 ZnS，晶系，S2-离子按 堆 积方式排列，Zn2+离子 ，正、负离子的配位数均为 。Z=，该结构由 Zn2+和 S2-离子各一套穿插而成。3.1.2 AX2 型（1）萤石(CaF2)型结构：化学式 CaF2，晶系，结构。Ca2+离 子位于 位置，F-离子 ，正离子的配位数均为 、负离子的配位数 为 。Z=。萤石结构中八面体空隙全部没有填充，八个 F-离 子之间形成一个立方体空洞”，其为 F-离子扩散提供 了条件。（2）金红石（TiO2）型结构 化学式 TiO2，晶系，格子，Ti4+离 子处于 位置，中心的 Ti4+离子 这个四方原始格子，O2-离子 置。正离子的配位数均为 、负离子的配位数为 。Z=。体需要个球体紧密堆积则该晶胞中必然有多少个四面体空隙和多少个八径之间的关系离子极化对一种离子而言自身被极化极化率和极化极化力在晶体结构中有且仅有十四种布拉维格子三斜晶系不拉维格子的特点单学习必备 欢迎下载 （3）碘化镉（CdI2）型结构 化学式 CdI2，晶系，Cd2+离子占有 位置，I-离子 。正离子的配位数为 、负离子的配位数均为 ，Z=。三层与三层之间是 相连。图 CdI2晶体结构 3.1.3 A2X3型晶体 刚玉（-Al2O3）结构（重点）刚玉晶体结构属 晶系，-Al2O3的结构可以看成 O2-离子按 堆积排列，即 ABAB二层重复型,而 Al3+填充于 的八面体空隙，使化学式成为 Al2O3。图 刚玉晶体结构 由于只充填了 的空隙，因此，Al3+离子的分布必须有一定的规律，图 2.6 给出了Al3+离子分布的三种形式。Al3+离子在 O2-离子的八面体空隙中，只有按 A1D，A1E，A1F这样的次序排列才满足 A13+离子之间的距离最远的条件。所以-Al2O3晶体中 O2-与 Al3+的排列次序如下：将上述 12 层排列看成一个单元，将其重复就构成了-Al2O3晶体结构。体需要个球体紧密堆积则该晶胞中必然有多少个四面体空隙和多少个八径之间的关系离子极化对一种离子而言自身被极化极化率和极化极化力在晶体结构中有且仅有十四种布拉维格子三斜晶系不拉维格子的特点单学习必备 欢迎下载 3.1.4 ABO3型晶体-钙钛矿（CaTiO3）型结构：化学式 CaTiO3，复合氧化物结构（A+B 化合价为 6 或 3 即可)。高温时，晶系，Z=。600以下为正交晶系，Z=4。Ca2+离子、O2-离子共同组成立方紧密堆积。Ti4+离子充填 1/4 的八面体空隙。Ti4+离子的配位数为 、Ca2+离子配位数为 、O2-离子配位数为 。图 CaTiO3晶体结构 3.1.5 尖晶石 MgAl2O4（AB2O4）型结构：化学式 MgAl2O4，立方晶系，（A+B 化合总价为 8 或 4 即可)，Z=8。O2-离子按立方紧密堆积，Mg2+充填 1/8 的四面体空隙，Al3+离子充填于 1/2 的八面体空隙。Mg2+离子配位数为 4，Al3+离子配位数为 6，O2-离子配位数为 4。单位晶胞中配位多面体的连接方式为：八面体之间共棱相连，八面体与四面体之间共顶相连。图 尖晶石 MgAl2O4（AB2O4）型结构 二价离子占据四面体空隙位置，而三价离子占据八面体空隙位置的尖晶石称为正尖晶石，-Al2O3的结构和尖晶石相似。如果有一半的三价离子与二价离子互换位置，即有一半三价离子占据四面体空隙位置，二价离子和另一半三价离子占据八面体空隙位置，这种尖晶石结构称为反尖晶石，化学式可体需要个球体紧密堆积则该晶胞中必然有多少个四面体空隙和多少个八径之间的关系离子极化对一种离子而言自身被极化极化率和极化极化力在晶体结构中有且仅有十四种布拉维格子三斜晶系不拉维格子的特点单学习必备 欢迎下载 写作 B(AB)O4。反尖晶石是一类氧化物铁氧体磁性材料，磁铁矿 Fe3O4（Fe2+Fe23+O4）就具有反尖晶石结构。3.2 典型硅酸盐结构 硅氧四面体中的 Si-O键为离子键和共价键各占一半。硅离子是一种高电价低配位的阳离子，因此，在硅酸盐晶体中，硅氧四面体之间如果相连，只能是共顶方式相连，而不可能以共棱、共面的方式相连，否则结构极不稳定。在硅酸盐晶体中，硅氧四面体的连接方式分为五种：、和 。3.2.1 岛状结构 岛状结构是指结构中的 以孤立状态存在。硅氧四面体之间 共用的氧。硅氧四面体中的氧离子，一价与 相连，一价与其 相连。正是这些金属阳离子配位多面体将硅氧四面体连接起来。见镁橄榄石结构 图 镁橄榄石晶体理想结构 镁橄榄石结构：这类材料中主要有：3.2.2 组群状结构 两个、三个、四个、六个硅氧四面体，通过共用氧相连成硅氧四面体群，这些群体之间由 按一定的配位形式把它们连接起来。见绿宝石结构 体需要个球体紧密堆积则该晶胞中必然有多少个四面体空隙和多少个八径之间的关系离子极化对一种离子而言自身被极化极化率和极化极化力在晶体结构中有且仅有十四种布拉维格子三斜晶系不拉维格子的特点单学习必备 欢迎下载 图 绿宝石的晶体结构 绿宝石结构：这类材料中主要有：3.2.3 链状结构 硅氧四面体通过共用两个或三个阳离子相连，在一维方向延伸成链状，链可分成单链和双链。图 硅酸盐单链与双链 链与链之间是通过 按一定的配位关系连接起来。见下图 从透辉石的（001）面投影（B 图）看，链之间由 离子相连，离子的配位数是 ，离子的配位数是 。图 透辉石晶体结构（单链）这类材料中主要有：单链：双链：3.2.4 层状结构 硅氧四面体通过三个共用氧在二维平面内延伸成一个硅氧四面体层。共用氧被称为 ，不被共用的氧被称为 。自由氧将与硅氧层以外的阳离子相连。见下图 体需要个球体紧密堆积则该晶胞中必然有多少个四面体空隙和多少个八径之间的关系离子极化对一种离子而言自身被极化极化率和极化极化力在晶体结构中有且仅有十四种布拉维格子三斜晶系不拉维格子的特点单学习必备 欢迎下载 图 硅氧四面体层结构 图 层状结构硅酸盐中硅氧四面体层和铝氧或镁氧八面体层的连接方式 (A)1:1 型 (B)2:1 型 在层状结构硅酸盐晶体中：图 高岭石的晶体结构 体需要个球体紧密堆积则该晶胞中必然有多少个四面体空隙和多少个八径之间的关系离子极化对一种离子而言自身被极化极化率和极化极化力在晶体结构中有且仅有十四种布拉维格子三斜晶系不拉维格子的特点单学习必备 欢迎下载 图 4.8 蒙脱石的晶体结构 这些层间阳离子 M+或 M2+容易被交换出来，因此蒙脱石的阳离子交换容量大。另外蒙脱石的每三层之间结合力弱，很容易渗入水分子，使 c 轴晶胞参数出现随着渗入水量而变化的现象，因而被称作膨润土。这类材料中主要有：3.2.5 架状结构 每个硅氧四面体的四个角顶，都与相邻的硅氧四面体共顶。硅氧四面体排列成具有三维的“架”。图 钾长石中SiO4 四面体的连接方式 a）曲轴链示意图 b）四元环 在长石结构中：如何通过硅酸盐属分子式，判断其结构？体需要个球体紧密堆积则该晶胞中必然有多少个四面体空隙和多少个八径之间的关系离子极化对一种离子而言自身被极化极化率和极化极化力在晶体结构中有且仅有十四种布拉维格子三斜晶系不拉维格子的特点单学习必备 欢迎下载 第 4 章 熔体和玻璃体 4.1 熔体的结构聚合物理论 XRD 结论？图 4.1 气体、熔体、玻璃体和白硅石的 XRD 图 聚合物理论对熔体结构的描述：Na2OSiO2熔体聚合物形成：当熔体组成不变时，随温度升高，低聚物数量 。当温度不变时，熔体组成的 O/Si 比(R)高，则表示碱性氧化物含量较 ，分化作用增强，从而 Onb ，低聚物也 。聚合物的形成大致分为三个阶段：聚合物理论要点:4.2 玻璃体 玻璃的通性？玻璃形成的结晶化学条件？晶子学说？无规则网络学说？综述两种假说的优缺点。第 5 章 晶体化学 1、过冷度太小或过大，对成核和生长均不利。只有在一定过冷度下才能有最大的 IV和 u。2、IV和 u 两曲线重叠区，称析晶区，在此区域内，IV和 u 都有一个较大的数值，既有利成核，又有利生长。3、两侧阴影区为亚稳区。左侧T 太小，不可能自发成核，右侧T 太大，温度太低，粘度太大，质点难以移动无法形成晶相。亚稳区为实际不能析晶区。4、如果 IV和 u 的极大值所处的温度范围很靠近，熔体就易析晶而不易形成玻璃。反之，就(A)T u Iu IV IV u IV T(B体需要个球体紧密堆积则该晶胞中必然有多少个四面体空隙和多少个八径之间的关系离子极化对一种离子而言自身被极化极化率和极化极化力在晶体结构中有且仅有十四种布拉维格子三斜晶系不拉维格子的特点单学习必备 欢迎下载 不易析晶而易形成玻璃。5、IV和 u 两曲线峰值大小及相对位置，都由系统本性所决定。6、近代研究证实，如果冷却速率足够快，则任何材料都可以形成玻璃。第 6 章 晶体缺陷及表面结构 6.1 晶体缺陷(1)、缺陷定义：(2)、缺陷产生的原因：(4)、根据偏离理想晶体的几何位置来分有哪三类，请举例：7.1.1 点缺陷(1)热缺陷 概念：热缺陷有哪两种基本形式？特点是什么？热缺陷浓度表示：（2）杂质缺陷 概念：种类？特点？存在的原因？(3)非化学计量结构缺陷（电荷缺陷）概念：产生的原因？7.1.2 线缺陷 线缺陷包括：7.1.3 面缺陷 面缺陷包括：7.1.4 表面结构（1）晶体的表面结构 以 NaCl 晶体为例阐述晶体表面层结构与内部不同。正、负离子的极化能力愈强，双电层厚度愈 ，表面能愈 ，表面硬度愈 。表面层晶格畸变和离子变形，必将引起相邻的内层离子的变形和键力的变化，并向内层扩展，这种影响随着向晶体内部的深入而 。（2）粉体的表面结构 粉体是指微细的固体粒子集合体。粒子的微细化使比表面积 ，表面结构的有序程度受到强烈扰乱并不断向颗粒深部扩展，最后使粉体表面结构趋于 。这种 严重，有限。讲解图 1.1.15 和图 1.1.16。（3）玻璃的表面结构 由于玻璃比相同组成的晶体具有更大的内能，表面力场的作用往往更为 。从熔体转化为玻璃体是一个连续的过程，但却伴随着表面成分的不断变化。玻璃中各成分对表面自由焓的贡献 ，为了保持最小的表面能，各成分将按其对表面自由焓的贡献能力自发的 ，此外易挥发分在玻璃成型和退火过程中自表面 。故玻璃表面的化学成分和结构 于内部。（4）固体表面的几何结构 体需要个球体紧密堆积则该晶胞中必然有多少个四面体空隙和多少个八径之间的关系离子极化对一种离子而言自身被极化极化率和极化极化力在晶体结构中有且仅有十四种布拉维格子三斜晶系不拉维格子的特点单学习必备 欢迎下载 固体的实际表面通常不是平坦的，存在着无数 、和凹凸不平的 。表面粗糙度的影响？表面微裂纹？第 7 章 相平衡 请划分图7-1所示四个相图中的副三角形。图7-1 图7-2为ABC三元系统相图，根据此相图：（l）判断化合物K 和D 的性质；（2）标出各条界线上的温度下降方向并说明界线性质；（3）划分副三角形；（4）判断各无变量点的性质，并写出相平衡关系式。图7-2 图7-3为生成2个一致熔融二元化合物的三元系统，据图回答下列问题：（l）可将其划分为几个副三角形？（2）标出图中各边界及相区界线上温度下降方向并说明界线性质。（3）判断各无变量点的性质，并写出相平衡关系式。体需要个球体紧密堆积则该晶胞中必然有多少个四面体空隙和多少个八径之间的关系离子极化对一种离子而言自身被极化极化率和极化极化力在晶体结构中有且仅有十四种布拉维格子三斜晶系不拉维格子的特点单学习必备 欢迎下载 图7-3 根据图7-4回答下列问题：（l）判断化合物S 的性质；（2）标出各条界线上的温度下降方向并说明界线性质；（3）划分副三角形；（4）指出各无变量点E、P、R、Q 的性质，并写出其相平衡关系；图7-4 体需要个球体紧密堆积则该晶胞中必然有多少个四面体空隙和多少个八径之间的关系离子极化对一种离子而言自身被极化极化率和极化极化力在晶体结构中有且仅有十四种布拉维格子三斜晶系不拉维格子的特点单