材料科学与工程导论课件.ppt

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1、第二节 原子间的作用力与结合能原子的聚集态p凝聚态凝聚态 定义：一般条件下，元素难以原子态存在，基本上以分子或液态及固态存在,液态和固态就称为凝聚态。p结合键结合键 定义：凝聚态之所以成为物质常见的存在状态，说明原子间存在着把他们束缚在一起的相互作用力，或成为它们之间存在结合键。p根据根据结合键结合键的不同状态，可以把凝聚态分为五大的不同状态，可以把凝聚态分为五大类：类：液态液态，液晶液晶，橡胶态橡胶态，玻璃态玻璃态和和晶态晶态。p液态：体积模量很大，但切变模量却为零，这是由于内部结合键已经熔化。原子处于无序运动中，故只能承受压力，经不起剪切力的作用。p液晶：结合键基本熔化，它的切变模量和弹性

2、模量基本都为零。p晶态和玻璃态：结合键处于固化状态，体积模量和弹性模量很大。p橡胶态：虽然是固态，体积模量很大，但弹性模量却很小，这是由于材料内大量二次键已经熔化所致。凝聚态原子间作用力和结合能不同类型的不同类型的固体固体有不同的有不同的结合键结合键，但它们在定，但它们在定性上具有共同的规律。性上具有共同的规律。当原子间距很大时，原子间的作用力很小；当原子离开得更远时（无限距离），相互作用力趋近于零，位能也是如此。当原子间距离较小时，存在着很大的吸引力，势必把原子拉在一起，原子更接近吸引力和排斥力相平衡时，换言之，力的和等于零，此时原子对的位能为最小值，该间距称为平衡间距。p与原子之间的键合有

3、关的能量，强烈地取决于原子间距离。由于功或能等于力与距离的乘积，故相邻原子间相互作用势能可用数学表示为：VN=FAdr+FRdr=VA+VR 其中FA、FR为吸引力和排斥力，VN、VA、VR分别为总作用势能、吸引能和排斥能。p 对于多原子间的相互作用来说，要复杂得多。其结合能的大小以及势能曲线的形状是随材料的类型而变化的，这二者取决于原子间结合的性质。多数固体材料都是晶体。晶体的结合能可定义为 EB=EN-EO 式中，Eo为晶体的总能量，EN为组成该晶体的N个原子在自由状态时的总能量。p一一些晶体的些晶体的结合能结合能可粗略的表示为：可粗略的表示为：E（r）=-A/rm+B/rn 式中，A、B、m、n为常数。右边第一项为吸引能，第二项为排斥能。不同类型的材料，有不同的m和n，这说明不同晶体的结合性质（结合键）在定性上具有共同的性质，而在定量上却是不同的。