第1章 材料科学基础(材料化学工程导论)_ppt课件

功能材料学 主讲： 材料化学教研室 刘守华,徽师范大学化学与材料科学学院College of Chemistry and Materials Science 课件制作：刘守华内内 容容 提提 要要u 引言引言u 晶体学基础及材料性能晶体学基础及材料性能u 超导材料超导材料u 储氢合金储氢合金u 形状记忆合金形状记忆合金u 磁性材料磁性材料u 半导体材料半导体材料u 光学材料光学材料u 纳米材料纳米材料u 功能转换材料功能转换材料u 功能薄膜材料功能薄膜材料u 新型功能材料新型功能材料引言INTRODUCTION（一）功能材料的概念000组组 成成性性 能能结结 构构用用 途途材料三元素图材料三元素图（二）材料的分类从不同角度对材料均可进行分类从不同角度对材料均可进行分类 ;从材料的性能及其用途分从材料的性能及其用途分 : 结构材料、功能材料结构材料、功能材料 结构材料结构材料 :利用其力学性能利用其力学性能 ,用于用于 承载部位承载部位 的材料的材料 ; 功能材料功能材料 :具有优良的声、热、光、电、磁、化学及生具有优良的声、热、光、电、磁、化学及生物学等功能及其相互转换的功能的材料物学等功能及其相互转换的功能的材料 ,用于非承载部位用于非承载部位;功能材料的细分功能材料的细分按物质属性按物质属性 (组成组成 )分为：分为：金属功能材料、无机非金属功能材料、有机功能材料、复合功能材料金属功能材料、无机非金属功能材料、有机功能材料、复合功能材料基于功能特性分为：基于功能特性分为：声学功能材料、热学功能材料、光学功能材料、电学功能材料、磁学声学功能材料、热学功能材料、光学功能材料、电学功能材料、磁学功能材料、化学功能材料、生物医药功能材料等。功能材料、化学功能材料、生物医药功能材料等。第一章第一章 晶体学基础及材料性能晶体学基础及材料性能1.1 晶体特征晶体特征Q1: 规则的几何外形是不是晶体的本质 ? Q2: 晶体的本质是什么 ?晶体的共同特征是内部质点在三维空间按周期性的重复排列晶体的共同特征是内部质点在三维空间按周期性的重复排列 .Q3: 晶体的定义 ?晶体是内部质点在三维空间按晶体是内部质点在三维空间按 周期性周期性 重复排列的固体。或者重复排列的固体。或者说晶体是具有说晶体是具有 格子构造格子构造 的固体。的固体。 不不是是(b). 聚乙烯链型分子 - CH2-CH2n-结构：结构单元：点阵：或 C-C：键长 154pm，键角 120 (c). 石墨晶体中的一列原子结构：结构单元：点阵：小结： 结构单元的选取原则： 最小化 、 全面化。 由不同晶体中抽象出的一维点阵相同 唯一不同的是点阵点之间的距离基本向量和平移群 基本向量 (大小、方向 ) ：连接相邻两点阵点所得的向量 平移：所有点阵点沿相同方向平行移动相同的距离平移的特点：经平移后，点阵不变 (所有的点阵点复原 ) 平移群：图形中全部平移操作的集合一维平移群统写为：2.二维点阵结构与平面点阵(1)实例(a) NaCl晶体中平行于某一晶面的一层离子结构： 结构基元：点阵：(b)石墨晶体中一层 C原子结构： 结构基元：点阵：(2)平面格子连结平面点阵中各点阵点所得平面网格：平面格子中的 结点 代表平面点阵中的 阵点平面格子与平面点阵本质相同 , 且绘制容易 , 表达清楚 .平面格子平面点阵(3)平面点阵单位这些平行四边形称为平面点阵单位，可划分：素单位：仅含有个点阵点复单位：含有个及以上点阵点复单位可以分解成若干个素单位，因此素单位更具有表征点阵结构的意义。(4)二维平移群 将素单位中 2个互不平行的边作为平面点阵的 基本向量 , 则两两连接该平面点阵中所有点所得向量均可用这两个基本向量表示 : 全部这些平移构成二维平移群：3. 三维点阵结构与空间点阵(1)实例 :结构：结构基元 :点阵：Na+Cl- Cs+Cl- Na以含有一个基本单元的结构为基本结构，抽象成一个几何点，则该空间点阵为：简立方（）空间点阵单位这些平行六面体称为空间点阵单位，同样也可以划分：素单位：含 1个点阵点复单位：含 2个及以上点阵点素单位三种复单位(3)空间格子 (晶格 ):将空间点阵按选定平行六面体的三个轴单位用直线划分 ,可得空间格子，也称为晶格。(4)三维平移群 :总结 空间点阵的由来：将晶体结构中的结构基元抽象成一个 几何点 ，按晶体的周期性特点在三维空间周期性重复排列，就得到了该晶体的空间点阵。1.1.1 空间点阵 (以 NaCl为例 )由由 NaCl导出的点阵导出的点阵结点结点 : Na+/Cl-/ Na+和和 Cl-中间中间的任意位置的任意位置等同点等同点 : 在晶体结构中占据相同位置，并具有相同环境的点在晶体结构中占据相同位置，并具有相同环境的点 空间点阵空间点阵 :一系列按周期性排列的等同点一系列按周期性排列的等同点等同点行列行列面网面网空间点阵空间点阵若所取的三组不共面的行列不同，就可以划分出若所取的三组不共面的行列不同，就可以划分出不同的平行六面体不同的平行六面体 .练习： 不是不是答对了晶体结构与空间点阵术语回顾 晶体 (crystal) It is solid.The arrangement of atoms in the crystal is periodic. 点阵 （ Lattice）An infinite array of points in space, in which each point has identical surroundings to all others. 晶体结构 （ Crystal Structure）It can be described by associating each lattice point with a group of atoms called the MOTIF (BASIS)二 .单位平行六面体与单位晶胞（正当点阵单位与正当晶胞） 一定的点阵结构对应的点阵是唯一的， 练习：等同点选取：空间点阵？表示结构单元；为一个周期的点阵结构练习：等同点选取：空间点阵？ 一定的点阵结构对应的点阵是唯一的，和几何点的选取没有关系； 划分点阵单位的方式是多种多样的。行列行列面网面网空间点阵空间点阵点阵单位 (平行六面体 ) 晶体结构平行六面体的选取规则： 所选平行六面体的对称性应复合整个空间点阵的对称性； 不违反对称的条件下，应选择棱间呈直角关系最多的平行六面体； 遵循前