第四章非晶态固体概述.ppt

(1)离子键物质(NaCl、CaF2) 离子键无方向性，作用范围大，配位数高，组成晶格的几率较高，很难形成玻璃。 (2)金属键物质(单质、合金) 无方向性和饱和性，配位数高(CN=12), 结晶几率大,很难形成玻璃。 (3) 共价键物质 大部分分子间是无方向性的范德华键，形成分子晶格的几率比较大，很难形成玻璃。 3、键型 (4) 混合键物质 极性共价键：离子键向共价键过渡的混合键。 共价键有方向性，不易改变键长和键角的倾向，造成玻璃的近程有序，有利于造成玻璃的近程有序。 离子键无方向性和饱和性，易改变键角，促进多面体不按一定方向连接，有利于造成玻璃的远程无序。 金属共价键：金属键向共价键过渡的混合键。 金属键无方向性和饱和性，使原子团自由连接，有利于造成玻璃的远程无序； 思考题 * 古堡窗户流动痕迹 宽阔、尖锐峰 熔体与固体、气体结构的区别液体是固体和气体的中间相 液体结构在气化点和凝固点之间变化很大 在接近气化点时结构与气体接近 在稍高于熔点时结构与晶体接近 通常我们接触到的熔体离熔点不太远，故把熔体的结构看做与晶体接近 * 通过桥氧形成网络结构的玻璃称为氧化物玻璃。 典型的玻璃形成的氧化物是SiO2、B2O3、P2O5、和GeO2,制取的玻璃，在实际应用和理论研究上均很重要。 * ??Y是结构参数。玻璃的很多性质取决于Y值。Y2 时硅酸盐玻璃就不能构成三维网络。 在形成玻璃范围内： Y增大网络紧密，强度增大，粘度增大，膨胀系数降低，电导率下降。 Y下降网络结构疏松，网络变性离子的移动变得容易，粘度下降，膨胀系数增大，电导率增大。 * 单键能 * (1)离子化合物：Al2O3 Ta2O5 (2) (3) 共价键物质 S Se Te 106度/s * ti-ni V-Cu 材料科学基础 Jiangsu University 第四章 非晶态固体 非晶态固体 原子在空间排布没有长程有序的固体。 非晶态固体的微结构：原子无规则排列，失去平移对称性，不满足晶体结构的基本特征，但并非完全混乱无序排列，近邻原子的排列仍具一定规律，呈现出一定的几何特征，为短程序。 短程有序，长程无序 非晶态固体范畴 玻璃、非晶态金属及非晶态半导体等。 气体、熔体、玻璃体和晶体的XRD图 结论： ①熔体和玻璃的结构近似. ②玻璃虽然远程无序，存在着近程有序的区域。 气体 熔体 晶体 玻璃 强度 I sinθ λ 一、 非晶态半导体 1977年Mott主要以在非晶态半导体理论研究中的成绩获得了诺贝尔奖。 非晶态半导体的类型：主要有四面体配置的非晶态半导体（如非晶硅及非晶锗等）和硫系非晶态半导体等两类。 四面体结构非晶态半导体IV族元素非晶态半导体（a-Si和a-Ge）；III-V族化合物非晶态半导体（a-GaAs，a-GaP，a-InP及a-GaSb等）。 硫系非晶态半导体。这类非晶态半导体中含有硫系元素如S、Se、Te等VI族元素，它们往往是以玻璃态形式存在。 氧化物非晶半导体GeO2，BaO，SiO2，TiO2，SnO2及Ta2O5等。 二、非晶态金属 高的硬度和韧性，优异的耐腐蚀性，低损耗非晶磁性材料。主要非晶态金属和合金的结构模型。 非晶态合金统称“金属玻璃”。以极高的速度使熔融状态的合金冷却，凝固后的合金呈玻璃态，呈长程无序状态。 玻璃的结构：由硅酸盐矿物、氧化物等经加热、熔 融、冷却成的 一种无定形固态。 三、玻璃 两个很重要的学说 无规则网络学说 晶子学说 玻璃结构特点：近程有序，远程无序。 要点：玻璃由无数的“ 晶子”组成。所谓“ 晶子”不同于一般微晶，而是带有晶格变形的有序区域，它分散于无定形的介质中，并且“ 晶子”到介质的过渡是逐渐完成的，两者之间无明显界线。 意义及评价：第一次揭示了玻璃的微不均匀性，描述了玻璃结构近程有序的特点。 不足之处：晶子尺寸太小，无法用X射线检测，晶子的含量、组成也无法得知。 （一）晶子学说 （二）无规则网络学说 (1)玻璃的结构与相应的晶体结构相似，同样形成连续的三 维空间网络结构。 (2)这种网络是由离子多面体通过桥氧相连，向三维空间无规律的发展而构筑起来的。因此玻璃的内能比晶体的内能要大。 (3)氧化物(AXOY)要形成玻璃必须具备四个条件 A、每个O最多与两个网络形成离子(A)相连。 B、多面体中阳离子(A)的配位数 ≤ 4。 C、多面体共点而不共棱或共面。 D、多面体至少有3个角与其它相邻多面体共用。 如石英玻璃和石英晶体的基本结构单元都是硅氧四面体