固体物理基础晶体的结合.ppt

四、离子晶体的结合能 四、离子晶体的结合能 结合能 一、非晶体的结构 § 2.3 非晶体 非晶体：质点在三维空间排列没有规律性，即远程无序。（不排除局部区域可能存在规则排列，即近程有序。） 晶体：质点在三维空间做有规 则的排列，即远程有序。 固体 一、非晶体的结构 非晶体结构的分类 玻璃体：该结构大部分为金属或非金属物质，经高温熔融后快速冷却，使质点排列无序而得到的，若熔融后缓慢冷却可得到其晶体结构。 2. 聚合物：这种物质分子链很长，在液体中无法经过链段扩散过程形成规律排列的晶体结构，而保持其无规线团或缠绕状的非晶体结构，但在分子内部的部分链段上又可规律排列。 一、非晶体的结构 3. 凝胶体：胶体中分散粒子较多。（当经脱水凝聚后，粒子已不能进行布朗自由运动而互相搭接形成空间网状结构的称为凝胶），凝胶中的液体部分继续蒸发固化就成为固态凝胶，又称干凝胶。其质点间排列无序，以范德华力联结，如硅胶。C-S-H凝胶。 4. 气相沉积的非晶态薄膜：某物质经过气相反应在另一材料表面形成一薄沉积层，该沉积层亦为无规则的非晶态结构。这种非晶态薄膜通常用于提高材料的硬度、耐蚀性等。 非晶体结构的分类 二、非晶态的形成 非晶 合 金制备 二、非晶态的形成 非晶合金制备 快冷！！ 在金属凝固过程中，凝固系统的传热强度及凝固速率对凝固过程及合金组织有着直接而重要的影响。 快冷指的是在比常规工艺过程中快得多的冷却速度下，金属或合金以极快的速度从液态转变为固态的过程。 二、非晶态的形成 非晶合金制备 非晶合金制备 二、非晶态的形成 非晶合金制备 二、非晶态的形成 非晶合金制备 二、非晶态的形成 二、非晶态的形成 快冷引起显微组织的变化 § 2.4 准晶体 准晶体 1984年Shechtman用快速冷却方法制备的Al6Mn合金 § 2.4 准晶体 准晶态的结构特征 (1)准周期平移序 1974年，Penrose提出用两种四边形，夹角分别为： 可以将平面铺满，不留空隙这种图形具有5次对称性。 § 2.4 准晶体 彭罗斯铺砌的四边形是将一个菱形切开而得到的： 彭罗斯图形 ◇长程取向有序 ◇非周期性的长程有序 准周期性平移 § 2.4 准晶体 准晶：同时具有长程准周期性平移序和非晶体学旋转对称性的固态有序相。 准晶态的结构： 长程取向有序，而长程周期性不存在； 取向有序具有晶体周期性点群所不允许的点群对称性，沿取向序对称轴的方向具有准周期性，即原子的排布间距是两个或两个以上不可公约的特征长度，并按特定序列排布。 § 2.4 准晶体 准晶态的种类 按准晶的成分来分：二元、三元、四元等多元合金 § 2.4 准晶体 准晶的制备 急冷甩带法： 锤淬法：熔融金属，汽锤敲击 任何用于制备亚稳定合金相的方法 (离子束混合，离子注入，气相沉积，急速加压，电子束) 长期时效(常规合金制备方法) 准晶的尺寸小，介稳定状态， 性质测量困难，不系统，不统一 § 2.4 准晶体 准晶的物理性质 力学性能： ◇室温下硬而脆，大块准晶性能接近陶瓷 ◇在高温下具有类似超塑性的极高塑性 ◇高硬度、耐摩擦性能及不粘性 电学性能： ◇电阻率异常高，结构越完整电阻率越高 ◇负的温度系数，随温度升高电阻率下降 ◇电阻率对材料成分和结构十分敏感，质量越差，电阻率越小 § 2.5 团簇和纳米微粒 一、团簇的基本特征 原子团簇：几个至几百个原子的聚集体（粒径≤1nm），简称团簇(cluster)。 原子团簇结构 绝大多数原子团簇的结构不确定 形状可以有线状、层状、管状、洋葱状、骨架状、球状等，团簇中每增加一个原子，团簇结构就要发生改变。 一、团簇的基本特征 少数团簇存在稳定结构与幻数n 幻数：在团簇质谱分析中，含有某些特殊原子数的团簇的强度呈现峰值，表明这些团簇特别稳定，所含原子数即为幻数。 惰性元素：Xe团簇，n=7, 13, 19, 55 碳团簇：n=20, 24, 28, 32, 36, 50, 60, 70 二、C60分子与固体 C60的结构特征 ◇除金钢石、石墨外的碳的第3种同素异构体，是当前能大量制备及分离的团簇。 ◇ 1985年Kroto激光汽化石墨实验中发现。 ◇又名富勒烯(fullerenes)、足球烯、布基球(Buckyballs)、碳笼烯。 ◇二十个六面体、十二个五面体 二、C60分子与固体 C60的化学性质 ◇C60具有缺电子的性质，六元环间的双键(30个)为反应的活性部位，因而可发生氢化、卤化、氧化还原、环加成、光化与催化及自由基加成等多种化学反应。 二、C60分子与固体 C60的物理性质 ◇C60团簇固体是一种依靠范德华力的结晶体(fcc结构)。 ◇C60是一个半导体