(1)-第2章-材料的結(jié)構(gòu)材料化學(xué)

組成與結(jié)構(gòu)使用效能性能制備與合成工藝材料科學(xué)四要素材料性能是由材料的結(jié)構(gòu)決定的。材料的很多物理性質(zhì)，如強(qiáng)度、硬度、彈塑性、導(dǎo)熱性等都與材料的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。材料化學(xué)：關(guān)于材料的結(jié)構(gòu)、性能、制備和應(yīng)用的化學(xué)。第二章材料的結(jié)構(gòu)概述Part01元素和鍵合方式Part02金屬材料的結(jié)構(gòu)Part03晶體缺陷Part04晶體學(xué)基本概念Part05目錄CONTENTS3無機(jī)非金屬材料的結(jié)構(gòu)Part064防水材料防水涂料材料如何防水防水服5——與分子結(jié)構(gòu)、原子大小相關(guān)材料的疏水性6超疏水性——與組織結(jié)構(gòu)相關(guān)材料的疏水性7化合物材料：由兩種或多種不同元素相互結(jié)合構(gòu)成的。元素的原子間通過鍵結(jié)合不同元素由于電子結(jié)構(gòu)不同，形成鍵的傾向也不同固體材料的性質(zhì)及原子排列方式主要受原子間鍵合的性質(zhì)和方向性影響元素單質(zhì)化合物材料原子如何鍵合：把握材料性質(zhì)變化規(guī)律原子間的鍵合：主價(jià)鍵和次價(jià)鍵主價(jià)鍵：兩個(gè)或多個(gè)原子之間通過電荷轉(zhuǎn)移或電子共享而形成的鍵合，即通常說的化學(xué)鍵，包括離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵，屬于較強(qiáng)的鍵合方式。次價(jià)鍵：范德華鍵，也就是通常說的物理鍵，屬于較弱的鍵合方式；

氫鍵，鍵強(qiáng)介于主價(jià)鍵和范德華鍵892.1金屬鍵（metallicbond)金屬中的自由電子和金屬正離子間的鍵合10金屬鍵導(dǎo)電性、不透明性、光澤、塑性，配位數(shù)高11導(dǎo)電性電阻不透明性光澤塑性金屬離子和自由電子自由電子在外加電場(chǎng)的作用下發(fā)生定向移動(dòng)正電荷的熱振動(dòng)阻礙自由電子的定向移動(dòng)自由電子能吸收可見光的能量自由電子從高能級(jí)回到低能級(jí)時(shí)，吸收的能量以電磁波輻射晶體中原子發(fā)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)，正電荷與自由電子仍能保持金屬鍵結(jié)合金屬鍵122.2離子鍵（Ionicbond)離子鍵的形成易失電子易得電子正離子負(fù)離子靜電引力而形成化學(xué)鍵離子鍵13鍵特點(diǎn)：1.鍵合力強(qiáng)

2.無飽和性和無方向性

3.配位數(shù)高離子化合物的特點(diǎn)：高熔點(diǎn)高強(qiáng)度高硬度低膨脹系數(shù)塑性較差離子鍵142.3共價(jià)鍵（Covalentbond)原子間通過共用電子對(duì)（電子云重疊）所形成的化學(xué)鍵兩個(gè)原子共同使用外層電子鍵特點(diǎn)：1.鍵合力強(qiáng)2.具有飽和性和方向性3.配位數(shù)低化合物特點(diǎn)：高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高硬度、低膨脹系數(shù)、塑性較差15非極性共價(jià)鍵：同種原子間形成的共價(jià)鍵，共用電子對(duì)不偏向任何一個(gè)原子，成鍵原子都不顯電性。N2、O2......極性共價(jià)鍵：不同種原子間形成的共價(jià)鍵，由于不同原子的電負(fù)性不同，共用電子對(duì)偏向電負(fù)性大的原子，電負(fù)性大的原子帶部分負(fù)電荷，電負(fù)性小的原子帶部分正電荷。CH4、HF、HCl……共價(jià)鍵16當(dāng)兩成鍵原子的電負(fù)性相差較大時(shí)，共用電子對(duì)強(qiáng)烈偏向電負(fù)性大的原子，這時(shí)的鍵就帶有離子鍵的性質(zhì)。極性共價(jià)鍵與離子鍵的界限有時(shí)不分明共價(jià)鍵17【例1】利用鮑林公式計(jì)算半導(dǎo)體化合物砷化鎵（GaAs）和硒化鋅（ZnSe）的離子特征百分?jǐn)?shù)。其中Ga、As、Zn、Se的電負(fù)性分別為1.8、2.2、1.7和2.5。共價(jià)鍵182.4氫鍵（Hydrogenbond)

與電負(fù)性大、半徑較小的原子X（氟、氧、氮等）共價(jià)結(jié)合的氫，如與電負(fù)性大的原子Y(可以與X相同）接近，在X與Y之間以氫為媒介，生成X一H---Y形的鍵，這種鍵稱為氫鍵。氫鍵具有飽和性和方向性，對(duì)熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解性、黏度、密度等性質(zhì)有顯著影響。雙螺旋結(jié)構(gòu)19氫鍵202.5范德華鍵（VanderWaalsbonding)也稱范德華力，或稱分子間力，是存在于中性分子或者原子間的一種弱堿性的電性吸引力，比氫鍵還弱。范德華力有3種來源，取向力（orientationforce）、誘導(dǎo)力（inductionforce）和色散力（dispersionforce）極性分子的固有偶極矩之間的相互作用一個(gè)極性分子使另一個(gè)分子極化，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極矩并相互吸引。分子之間，由于組成分子的正、負(fù)微粒不斷運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生瞬間正、負(fù)電荷重心不重合，而出現(xiàn)瞬時(shí)偶極。這種瞬時(shí)偶極之間的相互作用力，叫做色散力。21范德華鍵特點(diǎn)：不具有方向性和飽和性對(duì)物質(zhì)的沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、氣化熱、熔化熱、溶解度表面張力、黏度等物理化學(xué)性質(zhì)有決定性的影響。范德華鍵各種結(jié)合鍵主要特點(diǎn)比較22類型作用力來源鍵合強(qiáng)弱形成晶體的特點(diǎn)離子鍵原子得、失電子后形成負(fù)、正離子，正負(fù)離子間的庫侖引力最強(qiáng)無方向性鍵、高配位數(shù)、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高硬度、低膨脹系數(shù)、塑性較差、固態(tài)不導(dǎo)電、熔態(tài)離子導(dǎo)電共價(jià)鍵相鄰原子價(jià)電子各處于相反的自旋狀態(tài)，原子核間的庫侖引力強(qiáng)有方向性鍵、低配位數(shù)、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度、高硬度、低膨脹系數(shù)、塑性較差、在熔態(tài)也不導(dǎo)電金屬鍵自由電子氣與正離子實(shí)之間的庫侖引力較強(qiáng)無方向性鍵、結(jié)構(gòu)密堆、配位數(shù)高、塑性較好、有光澤、良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性范德華鍵原子間瞬時(shí)電偶極矩的感應(yīng)作用最弱無方向性鍵、結(jié)構(gòu)密堆、高熔點(diǎn)、絕緣氫鍵氫原子核與極性分子間的庫侖引力弱

23材料的微觀結(jié)構(gòu)：材料中所含元素的原子的結(jié)合方式材料中原子、離子和分子的排列方式3.1晶體與非晶體固態(tài)物質(zhì)原子或分子排列的有序性晶體非晶體24無規(guī)則地堆積在一起在三維空間有規(guī)則的排列具有周期性晶體宏觀性質(zhì)特征整齊規(guī)則的幾何外形各向異性固定熔點(diǎn)宏觀性質(zhì)特征微粒（離子、原子、分子等）非晶體長程有序Long-rangeorder長程無序Long-rangedisorder短程有序Short-rangeorder沒有一定的幾何外形各向同性沒有固定熔點(diǎn)，只有一段軟化溫度晶體與非晶體25由非晶態(tài)轉(zhuǎn)化為晶態(tài)，這一過程稱為晶化或脫?；?。-----------晶化過程可以自發(fā)進(jìn)行，因?yàn)榉蔷B(tài)內(nèi)能高、不穩(wěn)定，而晶態(tài)內(nèi)能小、穩(wěn)定。晶體也可因內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的規(guī)則排列遭到破壞而轉(zhuǎn)化為非晶態(tài)，這個(gè)過程稱為非晶化。晶體與非晶體晶體與非晶體在一定條件下是可以互相轉(zhuǎn)化的周期：組成晶體的質(zhì)點(diǎn)（離子、原子、分子等）在三維空間中有規(guī)則的排列，具有結(jié)構(gòu)的周期性，即同一種質(zhì)點(diǎn)在空間排列上每隔一定距離重復(fù)出現(xiàn)。此時(shí)，在任一方向排在一直線上的相鄰兩質(zhì)點(diǎn)之間的距離都相等，這個(gè)距離稱為周期。晶格：

把晶體中質(zhì)點(diǎn)的中心用直線連起來構(gòu)成的空間格架即晶體格子，簡(jiǎn)稱晶格。263.2晶格、晶胞和晶格常數(shù)構(gòu)成晶格的最基本的幾何單元稱為晶胞晶格參數(shù)273.3晶向指數(shù)和晶面指數(shù)晶向：晶格的格點(diǎn)可看成是分列在一系列平行、等距的直線系上，這些直線系稱為晶列，其所指方向稱為晶向。晶面：晶體中所有的陣點(diǎn)可以劃分成平行等距的一組平面，這些平行的平面稱為晶面簇。與晶體的生長、變形、性能及方向性等密切相關(guān)28晶向指數(shù)與晶面指數(shù)：國際上統(tǒng)一采用密勒指數(shù)（Millerindices）來進(jìn)行標(biāo)定。將坐標(biāo)原點(diǎn)選在OP的任一結(jié)點(diǎn)O點(diǎn)，把OP的另一結(jié)點(diǎn)P的坐標(biāo)經(jīng)等比例化簡(jiǎn)后按X、Y、Z坐標(biāo)軸的順序?qū)懺诜嚼ㄌ?hào)[]內(nèi)，則[uvw]即為OP的晶向指數(shù)。晶向指數(shù)（Crystallographicdirectionindices）的確定：晶向指數(shù)與晶面指數(shù)29晶向指數(shù)實(shí)例A:[100]B:[111]C:晶向指數(shù)與晶面指數(shù)1.標(biāo)出晶向指數(shù)2.在立方晶胞中畫出下列晶向指數(shù)30晶向指數(shù)與晶面指數(shù)31晶面指數(shù)（Crystallographicplaneindices）的確定：用（hkl）來表示一組平行晶面，稱為晶面指數(shù)。數(shù)字hkl是晶面在三個(gè)坐標(biāo)軸（晶軸）上截距（r,s,t）的倒數(shù)的互質(zhì)整數(shù)比。晶向指數(shù)與晶面指數(shù)32晶面指數(shù)實(shí)例晶向指數(shù)與晶面指數(shù)標(biāo)明原點(diǎn)位置1/r=3,1/s=3/2,1/t=1截距倒數(shù)r=1/3,s=2/3,t=1截距互質(zhì)整數(shù)6,3,2(632)晶面指數(shù)33晶向指數(shù)與晶面指數(shù)343.4晶系在晶體學(xué)中，根據(jù)晶體的特征對(duì)稱元素，可以將晶體分為7個(gè)晶系和14種空間點(diǎn)陣類型35具有相同密勒指數(shù)的兩個(gè)相鄰平行晶面之間的距離。用dhkl表示3.5晶面間距36晶面間距對(duì)于立方晶系：對(duì)于正交晶系：對(duì)于四方&斜方晶系：對(duì)于六方晶系：37內(nèi)部具有嚴(yán)格空間點(diǎn)陣式的三維周期性結(jié)構(gòu)的晶體稱做理想晶體。不規(guī)則性或不完善性局部范圍內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的排布偏離周期性重復(fù)的空間點(diǎn)陣規(guī)律而出現(xiàn)錯(cuò)亂的現(xiàn)象實(shí)際晶體中原子偏離理想的周期性排列的區(qū)域稱作晶體缺陷晶體總體上正常結(jié)構(gòu)仍然保持38缺陷材料性能？394.1點(diǎn)缺陷（Pointdefect)

晶體晶格結(jié)點(diǎn)上或鄰近區(qū)域偏離其正常結(jié)構(gòu)的一種缺陷，它在三個(gè)方向的尺寸都很小，屬于零維缺陷，只限于一個(gè)或幾個(gè)晶格常數(shù)范圍內(nèi)。40點(diǎn)缺陷空位——正常結(jié)點(diǎn)沒有被原子或離子所占據(jù)，成為空結(jié)點(diǎn)，稱為空位。間隙原子——自身原子進(jìn)入晶格中正常結(jié)點(diǎn)之間的間隙位置。置換式雜質(zhì)原子——外來原子進(jìn)入晶格，取代原來晶格中的原子而進(jìn)入正常結(jié)點(diǎn)的位置間隙式雜質(zhì)原子——外來原子進(jìn)入點(diǎn)陣中的間隙位置，成為雜質(zhì)原子。熱缺陷雜質(zhì)缺陷414.1.1熱缺陷

點(diǎn)缺陷質(zhì)點(diǎn)相互作用力熱振動(dòng)的原子在某一瞬間可以獲得較大的能量，掙脫周圍質(zhì)點(diǎn)的作用，離開平衡位置，進(jìn)入到晶格內(nèi)的其他位置形成間隙原子，而在原來的平衡格點(diǎn)位置上留下空位。能量原子脫離晶格e.g.晶體的熔融只要晶體的溫度高于絕對(duì)零度，晶格內(nèi)原子就會(huì)吸收能量，在其平衡位置附近熱振動(dòng)。42點(diǎn)缺陷原子或離子離開平衡位置后，擠入晶格間隙中，形成間隙原子或離子，同時(shí)在原來位置上留下空位空位與間隙粒子成對(duì)出現(xiàn)，數(shù)量相等，晶體體積不發(fā)生變化間隙較大的晶體結(jié)構(gòu)有利于形成弗侖克爾缺陷原子或離子移動(dòng)到晶體表面或晶界的格點(diǎn)位上，在晶體內(nèi)部留下相應(yīng)的空位晶格上質(zhì)點(diǎn)的接力運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)致晶體體積膨脹，密度下降43雜質(zhì)的來源：有目的地引入的雜質(zhì)例如單晶硅中摻入微量的B、Pb、Ga、In、P、As等（調(diào)控導(dǎo)電性）晶體生長過程中引入的雜質(zhì)，如O、N、C等（無法避免）晶體的雜質(zhì)缺陷濃度僅取決于加入到晶體中的雜質(zhì)含量，而與溫度無關(guān)，這是雜質(zhì)缺陷形成與熱缺陷形成的重要區(qū)別。4.1.2雜質(zhì)缺陷

外來原子摻入晶體中點(diǎn)缺陷44置換式和間隙式雜質(zhì)：雜質(zhì)原子與基質(zhì)原子幾何尺寸的相對(duì)大小及其電負(fù)性雜質(zhì)和基質(zhì)的原子尺寸和電負(fù)性相近時(shí)，形成置換式雜質(zhì)缺陷半徑較小的雜質(zhì)原子，可進(jìn)入間隙位置形成間隙式雜質(zhì)缺陷點(diǎn)缺陷45點(diǎn)缺陷4.1.3非化學(xué)計(jì)量缺陷

有一些易變價(jià)的化合物，在外界條件如所接觸氣體的性質(zhì)和壓力大小的影響下，很容易形成空位和間隙原子，使組成偏離化學(xué)計(jì)量，由此產(chǎn)生的晶體缺陷稱為非化學(xué)計(jì)量缺陷，這些化合物成為非化學(xué)計(jì)量化合物或者非整比化合物?；衔锓肿邮揭话憔哂泄潭ǖ恼?fù)離子比，其比值不會(huì)隨著外界條件而變化，此類化合物的組成符合定比定律，稱為化學(xué)計(jì)量化合物。（1）

非整比化合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)缺陷生成過程總是伴隨著正負(fù)離子氧化態(tài)的變化：通常改變正離子的價(jià)態(tài)只有容易發(fā)生這些變化的元素組成的化合物，才容易呈現(xiàn)出非整比的行為構(gòu)成非整比化合物的元素點(diǎn)缺陷46（2）非整比化合物的分類一種原子的一部分從有規(guī)則的結(jié)構(gòu)位置中失去存在著超過結(jié)構(gòu)所需數(shù)量的原子被另一種原子所取代非化學(xué)計(jì)量缺陷缺陰離子型缺陽離子型陰離子間隙型陽離子間隙型47點(diǎn)缺陷典型化合物：ZrO2-x，

TiO2-x特點(diǎn)：在還原氣氛下易失氧而產(chǎn)生弱束縛電子，

陽離子化合價(jià)降低在負(fù)離子空位的周圍，束縛了過剩電子a．缺陰離子型，金屬離子過剩

OO

22O

1

O

2e'

V

TiO2在還原氣氛中失去部分氧，生成TiO2-x應(yīng)可寫成

在氧空位上捕獲兩個(gè)電子，成為一種色心。色心上的電子能吸收一定波長的光，使氧化鈦從黃色變成藍(lán)色直至灰黑色。48點(diǎn)缺陷典型化合物：Fe1-xO（非化學(xué)整比化合物）特點(diǎn)：陽離子化合價(jià)升高，產(chǎn)生空位22FeFe

OFeFe

V

''

2Fe

V

''

2h

O2Fe

1

O

2Fe

OFe

O1''FeO2

OO

2h

V2

Fe2+空位與兩個(gè)Fe3+亞鐵離子空位本身帶負(fù)電，為了保持電中性；兩個(gè)空穴被吸引到這空位的周圍，形成一種V2色心。49點(diǎn)缺陷b．缺陽離子型，陰離子過剩

50色心、色心的產(chǎn)生及恢復(fù)“色心”：捕獲了電子的陰離子空位和捕獲了空穴的陽離子空位，是由于電子補(bǔ)償而引起的一種缺陷。某些晶體，如果有x射線，γ射線，中子或電子輻照，往往會(huì)產(chǎn)生顏色。由于輻照破壞晶格，產(chǎn)生了各種類型的點(diǎn)缺陷。為在缺陷區(qū)域保持電中性，陰離子空位捕獲自由電子，陽離子空位捕獲空穴，被捕獲的電子或空穴具有一系列分離的允許能級(jí)，相當(dāng)于在可見光譜區(qū)域的光子能級(jí)，這些允許能級(jí)能吸收一定波長的光，使材料呈現(xiàn)某種顏色。把這種經(jīng)過輻照而變色的晶體加熱，能使缺陷擴(kuò)散掉，使輻照破壞得到修復(fù)，晶體失去顏色。點(diǎn)缺陷51點(diǎn)缺陷舉例現(xiàn)象：白色的Y2O3在真空中煅燒，變成黑色，再退火，又變成白色。原因：∵Y2O3中易形成氧空位，捕獲自由電子。

真空煅燒，色心形成，顯出黑色；

退火時(shí)色心消失，又恢復(fù)白色。52點(diǎn)缺陷分類帶一個(gè)正電荷的陰離子空位捕獲一個(gè)電子的陰離子空位捕獲兩個(gè)電子的陰離子空位捕獲一個(gè)空穴的陽離子空位捕獲兩個(gè)空穴的陽離子空位或22iZnO

Zn

e'

1

O22iZnO

Zn

2e'

1

Oc．間隙正離子型，使金屬離子過剩

典型化合物：Zn1+xO和Cd1+xO特點(diǎn)：陽離子處在晶格間隙的類型，并由此產(chǎn)生弱束縛電子，是n型半導(dǎo)體材料。如：將ZnO放入Zn蒸汽中加熱或脫氧，Zn進(jìn)入ZnO的晶格間隙脫氧反應(yīng)方程式為：過剩的金屬離子進(jìn)入間隙位置，帶正電，為了保持電中性，等價(jià)的電子被束縛在間隙位置金屬離子的周圍，這也是一種色心。53點(diǎn)缺陷反應(yīng)：典型化合物：UO2-x特點(diǎn)：空穴導(dǎo)電，是p型半導(dǎo)體材料。d．間隙陰離子型，陰離子過剩

i21

O

O''

2h

2當(dāng)在晶格中存在間隙陰離子時(shí)，為了保持電中牲，結(jié)構(gòu)中引入空穴，相應(yīng)的陽離子升價(jià)，空穴在電場(chǎng)下會(huì)運(yùn)動(dòng)。54點(diǎn)缺陷55點(diǎn)缺陷e.雜質(zhì)缺陷產(chǎn)生的非整比化合物（1）高價(jià)陽離子取代，產(chǎn)生陽離子空位或間隙陰離子

如:Na1-2xCaxCl

(陽離子鈉空位）Ca1-xYxF2+x

(陰離子氟間隙)(2）低價(jià)陽離子取代，產(chǎn)生陰離子空位或間隙陽離子

如:Zr1-xCaxO2-x

(陰離子氧空位）LixSi1-xAlO2

（陽離子鋰間隙）56點(diǎn)缺陷（3）非整比化合物的應(yīng)用

變價(jià)原子混合價(jià)態(tài)存在點(diǎn)缺陷，破壞點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，改變電子能級(jí)電學(xué)性質(zhì)磁學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì)化學(xué)反應(yīng)活性半導(dǎo)體材料磁性材料光功能材料高活性固體材料復(fù)合功能性材料可充電電池材料儲(chǔ)氫材料57點(diǎn)缺陷手性誘導(dǎo)效應(yīng)：可見-近紅外雙通道的強(qiáng)手性MoO3-x相比于傳統(tǒng)氧化鉬光熱治療更高的光熱轉(zhuǎn)換效率以及更高的癌細(xì)胞致死效率癌細(xì)胞的光熱治療58點(diǎn)缺陷59鎂離子和銅離子：置換反應(yīng)離子置換原位形成的金屬銅電池表現(xiàn)出很好的電化學(xué)儲(chǔ)鎂性能面心立方結(jié)構(gòu)一步溶劑熱法：Cu2-xSe納米片負(fù)極：金屬鎂正極：Cu2-xSe點(diǎn)缺陷60點(diǎn)缺陷614.1.4點(diǎn)缺陷的表示方法點(diǎn)缺陷4.1.5點(diǎn)缺陷對(duì)材料性能的影響62點(diǎn)缺陷（1）對(duì)力學(xué)性質(zhì)的影響

晶體的機(jī)械強(qiáng)度大大降低（2）對(duì)催化性能的影響

固相催化劑的催化性能與晶體表面有關(guān)，而晶體表面廣義地說，可以認(rèn)為就是點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的缺陷。事實(shí)上催化劑表面的晶格畸變、空位缺陷等往往就成為催化反應(yīng)發(fā)生的活性中心。63Electricalproperties（3）對(duì)電學(xué)性質(zhì)的影響Ga摻雜Si形成p型半導(dǎo)體As摻雜Si形成n型半導(dǎo)體點(diǎn)缺陷64線缺陷具體形式就是晶體中的位錯(cuò)，屬一維缺陷特點(diǎn)：原子發(fā)生錯(cuò)排的范圍，在一個(gè)方向上尺寸較大，而另外兩個(gè)方向上尺寸較小。起因：晶體生長不穩(wěn)定或機(jī)械應(yīng)力在晶體中引起部分滑移。位錯(cuò)線：晶體中已滑移區(qū)和未滑移區(qū)在滑移面上的交界線4.2線缺陷(LineDefect)

TEM觀察的晶體中的位錯(cuò)65從一個(gè)原子出發(fā)，移動(dòng)r個(gè)晶格矢量，然后順時(shí)針轉(zhuǎn)向再移動(dòng)m個(gè)晶格矢量，再順時(shí)針轉(zhuǎn)向移動(dòng)r個(gè)晶格矢量，最后順時(shí)針轉(zhuǎn)向移動(dòng)m個(gè)晶格矢量，到達(dá)終點(diǎn)原子。注意平行方向上移動(dòng)的晶格矢量必須相同。線缺陷4.3面缺陷PlanarDefect6667面缺陷685.1金屬晶體金屬晶體中的金屬原子可以看成是直徑相等的剛性圓球，這些等徑圓球在三維空間堆積構(gòu)建而成的模型就叫做金屬晶體的堆積模型。金屬晶體中的原子不存在受鄰近質(zhì)點(diǎn)的異號(hào)電荷限制和化學(xué)計(jì)量比的限制，所以在金屬原子的周圍可以圍繞著盡可能多的符合幾何圖形的鄰近原子。對(duì)于金屬晶體結(jié)構(gòu)，能充分利用空間，從而降低體系勢(shì)能，體系穩(wěn)定，因此金屬晶格是具有較高配位數(shù)的緊密堆積。69金屬晶體單層等徑圓球的排列等徑圓球密置層沿二維空間伸展的等徑圓球密堆積的唯一排列方式密堆積每個(gè)球與另一層的三個(gè)球相接觸唯一排列方式70金屬晶體投影完全與A層重疊，放在B層上面并與B層緊密接觸C層：球的投影位置對(duì)準(zhǔn)前二層組成的正八面體空隙中心，并與B層緊密接觸A1型的最密堆積（…ABCABC…)A3型的最密堆積（…ABABAB…）71A1型最密堆積（面心立方）A3型最密堆積（六方密堆）A2型密堆積（體心立方）FCCHCPBCC金屬晶體金屬晶體的堆積模型晶胞原子個(gè)數(shù)：原子由幾個(gè)晶胞共有配位數(shù)：晶體結(jié)構(gòu)中，與任一原子最近鄰而且等距離的原子數(shù)密堆系數(shù)：原子排列的緊密程度，用晶胞中原子所占的體積分?jǐn)?shù)表示72金屬晶體晶胞原子數(shù)為：配位數(shù)：8常見體心立方的金屬有

-Fe、V、Mo等73體心立方結(jié)構(gòu)BCC

金屬晶體體心立方結(jié)構(gòu)BCC

74bcca：晶格單位長度R：原子半徑單位晶胞原子數(shù)n=2金屬晶體晶胞原子數(shù)為：配位數(shù)：12常見面心立方的金屬有Au、Ag、Cu、Al、-Fe等75面心立方結(jié)構(gòu)FCC

金屬晶體76fcc面心立方結(jié)構(gòu)FCC

金屬晶體單位晶胞原子數(shù)n=477金屬晶體六方密堆結(jié)構(gòu)HCP

晶胞原子數(shù)為：配位數(shù)：12常見六方密堆的金屬有Zn、Mg、Li等78金屬晶體六方密堆結(jié)構(gòu)HCP

單位晶胞原子數(shù)n=6常見金屬晶體結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)結(jié)構(gòu)單位晶胞原子數(shù)配位數(shù)密堆系數(shù)bcc820.68fcc1240.74hcp1260.7479金屬晶體80金屬晶體例題：鈾具有斜方結(jié)構(gòu)，其晶格參數(shù)為a=0.2854nm，b=0.5869nm，c=0.4955nm，其原子半徑為0.138nm，摩爾質(zhì)量為238.03g/mol，密度為19.05g/cm3。試求每單位晶胞的原子數(shù)目及堆積系數(shù)。晶體的密度等于晶體總質(zhì)量除以總體積，也就等于每個(gè)晶胞的質(zhì)量除以晶胞的體積

斜方晶系即正交晶系：a≠b≠c,α=β=γ=90?多晶體材料——整塊金屬材料包含著許多小晶體，每個(gè)小晶體內(nèi)的晶格位向是一致的，而各小晶體之間彼此方位不同多晶結(jié)構(gòu)——由許多小晶體組成的晶體結(jié)構(gòu)晶?！嗑w中每個(gè)外形不規(guī)則的小晶體晶界——晶粒與晶粒間的界面815.2多晶結(jié)構(gòu)82發(fā)展了一種無接觸退火（CFA）策略，實(shí)現(xiàn)了通過商業(yè)多晶金屬箔片普適性制備大面積單晶金屬箔片。金屬晶體83合金：由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其他方法組合而成并具有金屬特性的物質(zhì)

根據(jù)組成合金組元數(shù)目的多少，合金可分成二元合金或多元合金等。

合金中具有同一化學(xué)成分且結(jié)構(gòu)相同的均勻部分稱為相。

合金在固態(tài)下可以形成均勻的單相合金，也可以是由幾種不同的相組成多相合金，合金中的相之間由明顯的界面分開。

歸納為混合物合金、固溶體及金屬化合物合金等845.3固溶體Solvent溶劑Solute溶質(zhì)

一個(gè)（或幾個(gè)）組元的原子（化合物）溶入另一個(gè)組元的晶格中，而仍保持另一組元的晶格類型的固態(tài)晶體。85②有一定的成分范圍，也就是存在固溶度①溶質(zhì)和溶劑原子占據(jù)一個(gè)共同的晶體點(diǎn)陣，點(diǎn)陣類型和溶劑的點(diǎn)陣類型相同。

③具有比較明顯的金屬性質(zhì)（對(duì)金屬固溶體來說）基本特征結(jié)合鍵主要是金屬鍵固溶體865.3.1置換型固溶體固溶體87固溶體5.3.2填隙型固溶體由于晶體中的空隙有限，能填入的異質(zhì)原子或離子的數(shù)目也有限，所以填隙型固溶體是一種有限固溶體。88固溶體89無機(jī)非金屬材料一般定義為某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物及碲化物）和硅酸鹽、鈦酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽等含氧酸鹽為主要組成的無機(jī)材料。無機(jī)非金屬材料的化學(xué)鍵特點(diǎn)包括離子鍵（如MgF2、Al2O3等）、共價(jià)鍵（如金剛石、Si3N4、BN等），以及離子鍵與共價(jià)鍵的混合體。90陶瓷化合物結(jié)合原子電負(fù)性差離子鍵比例(%)共價(jià)鍵比例(%)MgOMg-O2.136832Al2O3Al-O1.835743SiO2Si-O1.544555Si3N4Si-N1.142872SiCSi-C0.651090部分陶瓷化合物化學(xué)鍵混合特征離子鍵：無方向性，也無飽和性離子晶體：緊密堆積結(jié)構(gòu)限制：（1）正負(fù)離子半徑不等；（2）同號(hào)之間排斥916.1離子晶體不能用等徑圓球模型描述92鮑林第一規(guī)則──在離子晶體中，正離子周圍形成一個(gè)負(fù)離子多面體，正負(fù)離子之間的距離取決于離子半徑之和，正離子的配位數(shù)取決于離子半徑比（a）穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（b）穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（c）不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)離子晶體6.1.1鮑林規(guī)則判斷離子化合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性正負(fù)離子半徑比正離子配位數(shù)堆積結(jié)構(gòu)<0.15520.155～0.22530.225～0.41440.414～0.73260.732～1.0008~1.0001293正負(fù)離子半徑比

與正離子配位數(shù)及

負(fù)離子堆積結(jié)構(gòu)

的關(guān)系離子晶體94例：已知K+和Cl-的半徑分別為0.133nm和0.181nm，試分析KCl的晶體結(jié)構(gòu)，并計(jì)算堆積系數(shù)。解：晶體結(jié)構(gòu)：因?yàn)閞+/r-=0.133/0.