第4章非晶态固体与纳米粒子课程.ppt

一、晶体的结构特征 　　 微观结构高度有序，即组成晶体的原子、分子或离子在空间规律性地呈现三维周期性的长程有序排列，形成周期性点阵结构。 微观对称性可用基本结构单元——晶胞描述。 晶格具有周期性、长程有序性及平移对称性等。 晶格的平移对称性可用14 种布拉格格子（晶胞构型）来概括。 为满足平移对称性，晶格只能存在1、2、3、4和6次(即360°、180°、120°、90°和60°五种）旋转对称轴，而不存在5次(72°)或6次以上旋转对称轴。 2. 结构特征 进一步的研究发现，Al-Mn准晶体由如右图所示的正二十面(正三角形）体结构单元通过周边12个顶点（Al原子）相连而成。因此，晶粒中的正二十面体取向有序但平移无序（准周期性）。 晶粒中 Al:Mn=6:1 Al-Mn正二十面体结构示意图 （Mn原子位于中心） 如石英玻璃和石英晶体的基本结构单元都是硅氧四面体[SiO4]。各硅氧四面体[SiO4]都通过顶点连接成为三维空间网络，但在石英晶体中硅氧四面体[SiO4]有着严格的规则排列；而在石英玻璃中，硅氧四面体[SiO4]的排列是无序的，缺乏对称性和周期性的重复，如下图所示： 查哈里阿生还总结出了氧化物(AmOn)形成玻璃时应具备的四个条件： (1)网络中每个氧离子最多与两个A离子相联； (2)氧多面体中，A离子配位数必须是小的，即为4或3。 (3)氧多面体相互连接只能共顶而不能共棱或共面。 (4)每个氧多面体至少有三个顶角与相邻多面体共有，以形成连续的无规则空间结构网络。 实际上，SiO2、B2O3、P2O5、V2O5、As2O3、Sb2O3等氧化物由于能形成作为网络结构基本结构单元的四面体，因此能形成玻璃；而Na2O、K2O、CaO、MgO、BaO等氧化物不能形成4或3配位结构单元，所以其本身不能构成网络形成玻璃。 硅酸盐玻璃可看成由熔石英玻璃部分无规则网络断裂，并无序填进阳离子所形成。 缺陷：近年来，随着实验技术的进展，积累了愈来愈多的关于玻璃内部不均匀的资料，例如首先在硼硅酸盐玻璃中发现分相与不均匀现象，以后又在光学玻璃和氟化物与磷酸盐玻璃中均发现有分相现象。用电子显微镜观察玻璃时发现，在肉眼看来似乎是均匀一致的玻璃，实际上都是由许多从0.01～0.1μm的各不相同的微观区域构成的。这些事实是无规网络结构学说所无法解释的。 硅酸盐玻璃折射率随温度变化曲线 一种钠硅酸盐玻璃(SiO2含量76.4%)的折射率随温 度的变化曲线 三、玻璃的形成 1. 形成玻璃的物质及方法 2. 影响玻璃形成的因素和条件 (1)热力学因素 (2)动力学条件  可由熔融法形成玻璃的物质 可由非熔融法形成玻璃的物质 (1) 热力学因素 (1) 玻璃形成实为结晶过程被超越的结果，过冷度 ΔTg＝Tm－Tg 越小，越有利于形成玻璃态，通常物质的Tg/Tm≥ 2/3时，易形成玻璃。 注：对于同一物质，Tm是常数，但 Tg随冷却速度减慢略有下降 Tm——熔点， Tg——玻璃化温度 (2) 过冷液体粘度越高，析晶阻力越大，越易形成玻璃。 易生成玻璃的物质在直线的上方！ 结论 调节组成和/或控制熔体冷却速率，可以实现晶体形成与玻璃形成的转换！ 由于玻璃的化学组成、结构比晶体有更大的可变动性，所以玻璃的性能具有很大可调整空间，这使玻璃品种非常丰富，用途十分广泛。 超微粉末(Ultrafine Powder)： 　　 超微粒子的集合体。 纳米材料： 指组分特征尺寸在纳米量子级（ 1～100 nm）的材料。狭义上，是原子团簇、纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜、纳米管和纳米固体材料的总称；广义上，指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围，或由它们作为基本单元构成的材料。 二、纳米粒子的制备 1. 固相法 2. 液相法 3. 气相法 制备方法分类 可从不同角度进行分类，如： 1. 干法和湿法 2. 粉碎法和造粒法 3. 物理方法和化学方法 为便于讲述，我们按初始物料的物态分类： 1. 固相