材料化学导论Chapter2讲解.ppt

Chemistry of Materials 2004, Chapter2 2.4 晶体缺陷及其对性能的影响 平移对称性的破坏 平移对称性示意图 点缺陷 结构缺陷 (本征缺陷) 线缺陷 体缺陷 面缺陷 2.4.1 缺陷的分类 2.4.1.1 Point Defect （1）概念 电子 空穴 电子性缺陷 空位 间隙原子 位错原子或离子 外来原子或离子 原子或离子缺陷 肖特基缺陷 弗仑克尔缺陷 NaCl AgBr 肖特基缺陷 or 弗仑克尔缺陷 ? 阴阳离子半径差异 空位的迁移 空位的复合 （2）成因 热致缺陷 掺杂造成缺陷 与环境介质交换引起缺陷 外部作用引起缺陷 晶体滑移示意图 2.4.1.2 Dislocation A、刃型位错 Edge Dislocation 含有刃型位错的晶体结构 B、螺旋位错 Screw Dislocation 螺旋位错 C、混合 位错 Mixed Dislocation 晶核 晶体生长 长成的晶体 显微图样 2.4.1.3 Planar Defect J 2.4.2 缺陷对晶体性质的影响 （1）对力学性质的影响 （2）对催化性能的影响 （3）对电学性质的影响 Ga掺杂Si 形成p型半导体 As掺杂Si 形成n型半导体 （4）对光学性质的影响 BGO的 晶体结构 （5）对晶体颜色的影响 Cr2O3(Al2O3) Cr2O3 掺入Al2O3 ZnS掺入0.0001%AgCl ZnS J 2.4.3 非整比化合物 产生原因 ① 一种原子的一部分从有规则的 结构位置中失去； ② 存在着超过结构所需数量的原子； ③ 被另一种原子所取代。 YBa2Cu3O7-x的缺陷型钙钛矿结构 J. Georg Bednorz (1950-) and K. Alexander Müller (1927-) 零电阻现象 Meissner效应 磁体可以 悬浮在 超导体 上面 温度 / K 电阻 /Ω 超导体性质特征 J 表 2-7. TiO2陶瓷的色泽和电阻 5×109 白，灰白 2×107 灰 TiO1.996-1.994 TiO2.00 Formula ≤103 8×103 Resistance Ω· em 黑 鸽灰 Colour 钠玻璃 石英玻璃 石英晶体 2.5 非晶态材料的结构与性能 2.5.1 非晶态材料的几何特征 （1）高强度、高韧性 （2）抗腐蚀性 （3）软糍特性 （4）超导性 （5）非晶态半导体的光学性质 J 2.5.2 非晶态材料的性能 空间点阵和实际晶体结构之间的关系 a、b、c : 确定晶胞大小 ?、?、? : 确定晶胞形状 晶格常数 晶胞 Unit Cell 表 2-4. 7种晶系和14种点阵类型 a?b?c, ??????90° a?b?c, ?=?=90°, ??90° a?b?c, ?=?=?=90° a=b=c, ?=?=??90° a=b?c, ?=?=90°, ?=120° a=b?c, ?=?=?=90° a=b=c, ?=?=?=90° 点阵参数间的关系 P P、C P、C、I、F P、(R) P P、I P、I、F Lattice type Triclinic Monoclinic Orthorhombic Rhombohedral Hexaganol Tetragonal Cubic Crystal System 2.3.1.2 Crystal Symmetry 1个3次轴 三方 4个3次轴 立方 无 三斜 1个2次轴，或1个对称面 单斜 3个互相垂直2次轴， 或2个互相垂直对称面 正交 1个4次轴 四方 1个6次轴 六方 特征对称元素 晶系 表 2-5. 7大晶系及其特征对称元素 J 2.3.2 The Structure of Materials 金属 陶瓷 玻璃 沥青 塑料 液晶 金属材料 2.3.2.1 Metallic Crystal Materials 合 金 多晶体、固溶体、 金属间化合物、中间相等 金属单质 金属晶体 金属晶体的结构 Coordination Number Atomic Packing Factor （1）bcc body-centered cubic structure 碱金属、α-Fe 、 难熔金属（V，Nb，Ta，Cr，Mo，W）等 a ：晶格单位长度 R ：原子半径 单位晶胞原子数 n =2 （2）fcc face-centered cubic structure Al，Ni， Pb，Pd， Pt，贵金属 以及 奥氏体不锈钢等 n =4 （3）hcp hexagonal close-packed structure α-