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材料科学与工程基础 科目： 材料科学与工程基础 学院： 材料科学与工程学院 专业： 2010级材料化学 学号： 姓名： 喻 俊 陕 西 师 范 大 学 材料科学与工程学院 2012年12月06日 影响物质结构变化的因素 （ 陕西师范大学 材料科学与工程学院 陕西 西安 710062 ） 摘要 众所周知，物质的结构决定其性质，性质决定其用途。而性质就是其 特征，是能够通过一定的手段或方法能够让其表现出来的。那么其特征也只能在特定条件下才能表现出来的，可以想象，当改变某些因素，一旦物质的微观结构发生变化，则其性质很有可能也会变化。晶体结构的改变意味着材料发生了相变，相变过程一般由相变热力学与相变动力学控制,在热力学中,相吉布斯自由能决定该相的稳性,GibbS自由能越小，该相的稳定性就越大，在一定条件下越不易发生变化。什么是物质结构 结构是物质赖以存在的基本方式是物质固有的基本属性。结构亦是物质不可分离的基本存在方式和属性世界上的任何事物都是具有结构的。从宏观世界到微观世界从自然界到人类社会从无机物到有机物从实物形态到场形态是指物质物质结构对于性质起什么作用呢 用最简单的一句话说就是“物质结构决定了的性质不同物质具有不同化学性质和物理性质，这就是自然界中个体的独立性，即特性。不同的物质，其化学结构的组成是不同的，这就造就了其物理性质和化学性质不同的原因。如补钙剂中的主要成分碳酸钙在岩石中也能够找到的原因碳的单质在自然界有3 种（金刚石，碳60，黑炭），元素都相同，因为他们的化学组成结构不同，致使其化学结构的不同。 Gibbs自由能 不同温度条件下Na4Ca (SO4)3 复盐的SEM 照片 Pseudocubic sub-cell parameters for CaTiO3在不同温度下的空间结构 Ca0.6Sr0.4TiO3 as a function of temperature 钛酸钡（BaTiO3）晶体及其结构变化 钛酸钡是一致性熔融化合物，其熔点为1618℃。在此温度以下，1460℃以上结晶出 来的钛酸钡属于非铁电的六方晶系6/mmm点群。此时，六方晶系是稳定的。在1460~130℃之间钛酸钡转变为立方钙钛矿型结构。在此结构中Ti4+(钛离子)居于O2-(氧离子)构成的氧八面体中央，Ba2+(钡离子)则处于八个氧八面体围成的空隙中（见右图）。此时的钛酸钡晶体结构对称性极高，因此无偶极矩产生，晶体无铁电性，也无压电性。随着温度下降，晶体的对称性下降。当温度下降到130℃时，钛酸钡发生顺电-铁电相变。在130~5℃的温区内，钛酸钡为四方晶系4mm点群，具有显著地铁电性，其自发极化强度沿c轴方向，即[001]方向。钛酸钡从立方晶系转变为四方晶系时，结构变化较小。从晶胞来看，只是晶胞沿原立方晶系的一轴（c轴）拉长，而沿另两轴缩短。当温度下降到5℃以下，在5~-90℃温区内，钛酸钡晶体转变成正交晶系mm2点群，此时晶体仍具有铁电性，其自发极化强度沿原立方晶胞的面对角线[011]方向。为了方便起见，通常采用单斜晶系的参数来描述正交晶系的单胞。这样处理的好处是使我们很容易地从单胞中看出自发极化的情况。钛酸钡从四方晶系转变为正交晶系，其结构变化也不大。从晶胞来看，相当于原立方晶系的一根面对角线伸长了，另一根面对角线缩短了，c轴不变。　　 当温度继续下降到-90℃以下时，晶体由正交晶系转变为三斜晶系3m点群，此时晶体仍具有铁电性，其自发极化强度方向与原立方晶胞的体对角线[111]方向平行。钛酸钡从正交晶系转变成三斜晶系，其结构变化也不大。从晶胞来看，相当于原立方晶胞的一根体对角线伸长了，另一根体对角线缩短了。综上所述，在整个温区(1618℃)，钛酸钡共有五种晶体结构，即六方、立方、四方、单斜、三斜，随着温度的降低，晶体的对称性越来越低