《材料科学基础》教程及习题讲课讲稿

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。材料科学基础教程及习题目录TOCo1-2hzuHYPERLINKl_Toc153791494第1章原子结构与键合PAGEREF_Toc153791494h1HYPERLINKl_Toc1537914951.1原子结构PAGEREF_Toc153791495h1HYPERLINKl_Toc1537914961.2原子间的键合PAGEREF_Toc153791496h2HYPERLINKl_Toc1537914971.3高分子链PAGEREF_Toc153791497h2HYPERLINKl_Toc1537

2、91498本章重点复习PAGEREF_Toc153791498h3HYPERLINKl_Toc153791499第2章固体结构PAGEREF_Toc153791499h4HYPERLINKl_Toc1537915002.1晶体学基础PAGEREF_Toc153791500h4HYPERLINKl_Toc1537915012.2金属的晶体结构PAGEREF_Toc153791501h5HYPERLINKl_Toc1537915022.3合金相结构PAGEREF_Toc153791502h7HYPERLINKl_Toc1537915032.4离子晶体结构PAGEREF_Toc153791503h9

3、HYPERLINKl_Toc1537915042.5共价晶体结构PAGEREF_Toc153791504h10HYPERLINKl_Toc1537915052.6聚合物的晶体结构PAGEREF_Toc153791505h11HYPERLINKl_Toc1537915062.7非晶态结构PAGEREF_Toc153791506h13HYPERLINKl_Toc153791507本章重点复习PAGEREF_Toc153791507h13HYPERLINKl_Toc153791508第3章晶体缺陷PAGEREF_Toc153791508h15HYPERLINKl_Toc1537915093.1点缺陷

4、PAGEREF_Toc153791509h15HYPERLINKl_Toc1537915103.2位错PAGEREF_Toc153791510h16HYPERLINKl_Toc1537915113.3表面及界面PAGEREF_Toc153791511h18HYPERLINKl_Toc153791512本章重点复习PAGEREF_Toc153791512h20HYPERLINKl_Toc153791513第4章固体中原子及分子的运动PAGEREF_Toc153791513h23HYPERLINKl_Toc1537915144.1表象理论PAGEREF_Toc153791514h23HYPERLI

5、NKl_Toc1537915154.2扩散的热力学分析PAGEREF_Toc153791515h23HYPERLINKl_Toc1537915164.3扩散的原子理论PAGEREF_Toc153791516h24HYPERLINKl_Toc1537915174.4扩散激活能PAGEREF_Toc153791517h25HYPERLINKl_Toc1537915184.5无规则行走与扩散距离PAGEREF_Toc153791518h25HYPERLINKl_Toc153791519本章重点复习PAGEREF_Toc153791519h25HYPERLINKl_Toc153791520第5章材料的

6、形变和再结晶PAGEREF_Toc153791520h27HYPERLINKl_Toc1537915215.1弹性和粘弹性PAGEREF_Toc153791521h28HYPERLINKl_Toc1537915225.2晶体的塑性变形PAGEREF_Toc153791522h29HYPERLINKl_Toc1537915235.3回复和再结晶PAGEREF_Toc153791523h33HYPERLINKl_Toc1537915245.4高聚物的塑性变形PAGEREF_Toc153791524h36HYPERLINKl_Toc153791525本章重点复习PAGEREF_Toc15379152

7、5h36HYPERLINKl_Toc153791526第6章单组元相图及纯晶体凝固PAGEREF_Toc153791526h38HYPERLINKl_Toc1537915276.1单元系相变的热力学及相平衡PAGEREF_Toc153791527h38HYPERLINKl_Toc1537915286.2纯晶体的凝固PAGEREF_Toc153791528h39HYPERLINKl_Toc153791529本章重点复习PAGEREF_Toc153791529h40HYPERLINKl_Toc153791530第7章二元系相图及合金的凝固PAGEREF_Toc153791530h42HYPERLI

8、NKl_Toc1537915317.1相图的表示和测定方法PAGEREF_Toc153791531h42HYPERLINKl_Toc1537915327.2相图热力学的基本要点PAGEREF_Toc153791532h43HYPERLINKl_Toc1537915337.3二元相图分析PAGEREF_Toc153791533h44HYPERLINKl_Toc1537915347.4二元合金的凝固理论PAGEREF_Toc153791534h45HYPERLINKl_Toc1537915357.5高分子合金概述PAGEREF_Toc153791535h47HYPERLINKl_Toc153791

9、536本章重点复习PAGEREF_Toc153791536h48HYPERLINKl_Toc153791537第8章三元相图PAGEREF_Toc153791537h52HYPERLINKl_Toc1537915388.1三元相图基础PAGEREF_Toc153791538h52HYPERLINKl_Toc1537915398.2固态互不溶解的三元共晶相图PAGEREF_Toc153791539h55HYPERLINKl_Toc1537915408.3固态有限互溶的三元共晶相图PAGEREF_Toc153791540h57HYPERLINKl_Toc1537915418.4两个共晶型二元系和一

10、个匀晶二元系构成的三元相图PAGEREF_Toc153791541h58HYPERLINKl_Toc1537915428.5包共晶型三元系相图PAGEREF_Toc153791542h59HYPERLINKl_Toc1537915438.6具有四相平衡包晶转变的三元系相图PAGEREF_Toc153791543h60HYPERLINKl_Toc1537915448.7形成稳定化合物的三元系相图PAGEREF_Toc153791544h60HYPERLINKl_Toc1537915458.8三元相图举例PAGEREF_Toc153791545h61HYPERLINKl_Toc1537915468

11、.9三元相图小结PAGEREF_Toc153791546h63HYPERLINKl_Toc153791547本章重点复习PAGEREF_Toc153791547h64HYPERLINKl_Toc153791548第9章材料的亚稳态PAGEREF_Toc153791548h66HYPERLINKl_Toc1537915499.1纳米晶材料PAGEREF_Toc153791549h66HYPERLINKl_Toc1537915509.2准晶态PAGEREF_Toc153791550h69HYPERLINKl_Toc1537915519.3非晶态材料PAGEREF_Toc153791551h70HY

12、PERLINKl_Toc1537915529.4固态相变形成的亚稳相PAGEREF_Toc153791552h71HYPERLINKl_Toc153791553本章重点复习PAGEREF_Toc153791553h72HYPERLINKl_Toc153791554各章例题、习题以及解答PAGEREF_Toc153791554h73HYPERLINKl_Toc153791555第1章原子结构与键合PAGEREF_Toc153791555h73HYPERLINKl_Toc153791556第2章固体结构PAGEREF_Toc153791556h77HYPERLINKl_Toc153791557第3

13、章晶体缺陷PAGEREF_Toc153791557h85HYPERLINKl_Toc153791558第4章固体中原子及分子的运动PAGEREF_Toc153791558h93HYPERLINKl_Toc153791559第5章材料的形变和再结晶PAGEREF_Toc153791559h100HYPERLINKl_Toc153791560第6章单组元相图及纯晶体凝固PAGEREF_Toc153791560h107HYPERLINKl_Toc153791561第7章二元系相图及合金的凝固PAGEREF_Toc153791561h112HYPERLINKl_Toc153791562第8章三元相图P

14、AGEREF_Toc153791562h120HYPERLINKl_Toc153791563第9章材料的亚稳态PAGEREF_Toc153791563h128第1章原子结构与键合材料是国民经济的物质基础。通过实践和研究表明：决定材料性能的最根本的因素是组成材料的各元素的原子结构，原子间的相互作用、相互结合，原子或分子在空间的排列分布和运动规律以及原子集合体的形貌特征等。为此我们需要了解材料的微观构造，即其内部结构和组织状态，以便从其内部的矛盾性找出改善和发展材料的途径。1.1原子结构1.1.1物质的组成一切物质都是由无数微粒按一定的方式聚集而成的。这些微粒可能是分子、原子或离子。原子结构直接影

15、响原子间的结合方式。1.1.2原子的结构近代科学实验证明：原子是由质子和中子组成的原子核，以及核外的电子所构成的。原子的体积很小，直径约为10-10m数量级，而其原子核直径更小，仅为10-15m数量级。然而，原子的质量恰主要集中在原子核内。因为每个质子和中子的质量大致为1.6710-24g，而电子的质量约为9.1110-28g，仅为质子的1/1836。1.1.3原子的电子结构描述原子中一个电子的空间位置和能量可用四个量子数表示。多电子的原子中，核外电子的排布规律遵循三原则，即能量最低原理、Pauli不相容原理和Hund规则。从内到外，依次为K壳层(n=1)，L壳层(n=2)，M壳层(n=3)。

16、1).主量子数n决定原子中电子能量以及与核的平均距离，即电子所处的量子壳层。2).轨道角量子数li给出电子在同一量子壳层内所处的能级（电子亚层）。3).磁量子数mi给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数。4).自旋角量子数si反映电子不同的自旋方向。1.1.4元素周期表具有相同核电荷数的同一类原子为一种元素。元素周期表是元素周期律的具体表现形式，它反映了元素之间相互联系的规律，元素在周期表中的位置反映了那个元素的原子结构和一定的性质。IA元素周期表OHYPERLINKjavascript:pcic_table(Hydrogen,氢,1,1.0079,1,1s1,-259.14C,-252.8

17、7C);HIIA金属非金属惰性气体过渡元素IIIAIVAVAVIAVIIAHYPERLINKjavascript:pcic_table(Helium,氦,2,4.0026,2,1s2,-272C26ATM,-268.6C);HeHYPERLINKjavascript:pcic_table(Lithium,锂,3,6.94,2,1,2s1,180.54C,1347C);LiHYPERLINKjavascript:pcic_table(Beryllium,铍,4,9.01218,2,2,2s2,1278C,2970C);BeHYPERLINKjavascript:pcic_table(Boron,

18、硼,5,10.81,2,3,2p1,2300C,2550C);BHYPERLINKjavascript:pcic_table(Carbon,碳,6,12.011,2,4,2p2,3500C,4827C);CHYPERLINKjavascript:pcic_table(Nitrogen,氮,7,14.0067,2,5,2p3,-209.9C,-195.8C);NHYPERLINKjavascript:pcic_table(Oxygen,氧,8,15.9994,2,6,2p4,-218.4C,-183.0C);OHYPERLINKjavascript:pcic_table(Fluorine,氟,9

19、,18.998403,2,7,2p5,-219.62C,-188.14C);FHYPERLINKjavascript:pcic_table(Neon,氖,10,20.17,2,8,2p6,-248.6C,-246.1C);NeHYPERLINKjavascript:pcic_table(Sodium,钠,11,22.98977,2,8,1,3s1,97.8C,882.9C);NaHYPERLINKjavascript:pcic_table(Magnesium,镁,12,24.305,2,8,2,3s2,638.8C,1090C);MgIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIIBIIBHYPER

20、LINKjavascript:pcic_table(Aluminum,铝,13,26.98154,2,8,3,3p1,660.37C,2467C);AlHYPERLINKjavascript:pcic_table(Silicon,硅,14,28.0855,2,8,4,3p2,1410C,2355C);SiHYPERLINKjavascript:pcic_table(Phosphorous,磷,15,30.97376,2,8,5,3p3,44.1C,280C);PHYPERLINKjavascript:pcic_table(Sulfur,硫,16,32.06,2,8,6,3p4,112.8C,4

21、44.6C);SHYPERLINKjavascript:pcic_table(Chlorine,氯,17,35.453,2,8,7,3p5,-100.98C,-34.6C);ClHYPERLINKjavascript:pcic_table(Argon,氩,18,39.948,2,8,8,3p6,-189.3C,-186C);ArHYPERLINKjavascript:pcic_table(Kalium(or:Potassium),钾,19,39.0983,2,8,8,1,4s1,63.65C,774C);KHYPERLINKjavascript:pcic_table(Calcium,钙,20,

22、40.08,2,8,8,2,4s2,839C,1484.4C);CaHYPERLINKjavascript:pcic_table(Scandium,钪,21,44.9559,2,8,9,2,3d1,1539C,2832C);ScHYPERLINKjavascript:pcic_table(Titanium,钛,22,47.90,2,8,10,2,3d2,1660C,3287C);TiHYPERLINKjavascript:pcic_table(Vanadium,矾,23,50.9415,2,8,11,2,3d3,189010C,3380C);VHYPERLINKjavascript:pcic_

23、table(Chromium,铬,24,51.996,2,8,13,1,3d5,1857C,2672C);CrHYPERLINKjavascript:pcic_table(Manganese,锰,25,54.9380,2,8,13,2,3d5,1245C,1962C);MnHYPERLINKjavascript:pcic_table(Iron,铁,26,55.847,2,8,14,2,3d6,1535C,2750C);FeHYPERLINKjavascript:pcic_table(Cobalt,钴,27,58.9332,2,8,15,2,3d7,1495C,2870C);CoHYPERLIN

24、Kjavascript:pcic_table(Nickel,镍,28,58.71,2,8,16,2,3d8,1453C,2732C);NiHYPERLINKjavascript:pcic_table(Copper,铜,29,63.546,2,8,18,1,3d10,1083C,2567C);CuHYPERLINKjavascript:pcic_table(Zinc,锌,30,65.38,2,8,18,2,3d10,419.58C,907C);ZnHYPERLINKjavascript:pcic_table(Gallium,镓,31,69.735,2,8,18,3,4p1,29.78C,2403

25、C);GaHYPERLINKjavascript:pcic_table(Germanium,锗,32,72.59,2,8,18,4,4p2,937.4C,2830C);GeHYPERLINKjavascript:pcic_table(Arsenic,砷,33,74.9216,2,8,18,5,4p3,81C28ATM,Sublimesat613)AsHYPERLINKjavascript:pcic_table(Selenium,硒,34,78.96,2,8,18,6,4p4,217C,684.9C);SeHYPERLINKjavascript:pcic_table(Bromine,溴,35,7

26、9.904,2,8,18,7,4p5,-7.2C,58.78C);BrHYPERLINKjavascript:pcic_table(Krypton,氪,36,83.80,2,8,18,8,4p6,-157.2C,-153.4C);KrHYPERLINKjavascript:pcic_table(Rubidium,铷,37,85.467,2,8,18,8,1,5s1,38.89C,688C);RbHYPERLINKjavascript:pcic_table(Strontium,锶,38,87.62,2,8,18,8,2,5s2,769C,1384C);SrHYPERLINKjavascript:

27、pcic_table(Yttrium,%20钇,39,88.9059,2,8,18,9,2,4d1,1523C,3337C);YHYPERLINKjavascript:pcic_table(Zirconium,锆,40,91.22,2,8,18,10,2,4d2,18522C,4377C);ZrHYPERLINKjavascript:pcic_table(Niobium,铌,41,92.9064,2,8,18,13,1,4d4,246810C,4927C);NbHYPERLINKjavascript:pcic_table(Molybdenum,钼,42,95.94,2,8,18,13,1,4d

28、5,2617C,4612C);MoHYPERLINKjavascript:pcic_table(Technetium,锝,43,98.9062,2,8,18,14,1,4d6,220050C,4877C);TcHYPERLINKjavascript:pcic_table(Ruthenium,钌,44,101.07,2,8,18,15,1,4d7,2250C,3900C);RuHYPERLINKjavascript:pcic_table(Rhodium,铑,45,102.9055,2,8,18,16,1,4d8,19663C,3727C);RhHYPERLINKjavascript:pcic_t

29、able(Palladium,钯,46,106.4,2,8,18,18,4d10,1552C,2927C);PdHYPERLINKjavascript:pcic_table(Silver,银,47,107.868,2,8,18,18,1,4d10,961.93C,2212C);AgHYPERLINKjavascript:pcic_table(Cadmium,%20镉,48,112.41,2,8,18,18,2,4d10,320.9C,765C);CdHYPERLINKjavascript:pcic_table(Indium,铟,49,114.82,2,8,18,18,3,5p1,156.61C

30、,200010C);InHYPERLINKjavascript:pcic_table(Tin,锡,50,118.69,2,8,18,18,4,5p2,231.9C,2270C);SnHYPERLINKjavascript:pcic_table(Antimony,%20锑,51,121.75,2,8,18,18,5,5p3,630C,1750C);SbHYPERLINKjavascript:pcic_table(Tellurium,碲,52,127.60,2,8,18,18,6,5p4,449.5C,989.8C);TeHYPERLINKjavascript:pcic_table(Iodine,

31、碘,53,126.9045,2,8,18,18,7,5p5,113.5C,184C35atm)IHYPERLINKjavascript:pcic_table(Xenon,氙,54,131.30,2,8,18,18,8,5p6,-111.9C,-108.1C);XeHYPERLINKjavascript:pcic_table(Cesium,铯,55,132.9054,2,8,18,18,8,1,6s1,28.5C,678.4C);CsHYPERLINKjavascript:pcic_table(Barium,钡,%2056,137.33,2,8,18,18,8,2,6s2,725C,1140C)

32、;BaHYPERLINKjavascript:pcic_table(Lanthanum,镧,%2057,138.9055,2,8,18,18,9,2,5d1,920C,3469C);LaHYPERLINKjavascript:pcic_table(Hafnium,铪,72,178.49,2,8,18,32,10,2,5d2,2150C,5400C);HfHYPERLINKjavascript:pcic_table(Tantalum,钽,%2073,180.947,2,8,18,32,11,2,5d3,2996C,5425100C);TaHYPERLINKjavascript:pcic_tabl

33、e(Tungsten,钨,74,183.85,2,8,18,32,12,2,5d4,341020C,5660C);WHYPERLINKjavascript:pcic_table(Rhenium,%20铼,75,186.207,2,8,18,32,13,2,5d5,3180C,5627C);ReHYPERLINKjavascript:pcic_table(Osmium,锇,76,190.2,2,8,18,32,14,2,5d6,3045C,5027C);OsHYPERLINKjavascript:pcic_table(Iridium,铱,77,192.22,2,8,18,32,15,2,5d7,

34、2410C,4527100C);IrHYPERLINKjavascript:pcic_table(Platinum,铂,78,195.09,2,8,18,32,17,1,5d9,1772C,3827C);PtHYPERLINKjavascript:pcic_table(Gold,金,79,196.9665,2,8,18,32,18,1,5d10,1064.43C,2807C);AuHYPERLINKjavascript:pcic_table(Mercury,汞,80,200.59,2,8,18,32,18,2,5d10,-38.87C,356.58C);HgHYPERLINKjavascrip

35、t:pcic_table(Thallium,铊,%2081,204.37,2,8,18,32,18,3,6p1,303.5C,145710C);TlHYPERLINKjavascript:pcic_table(Lead,铅,82,207.2,2,8,18,32,18,4,6p2,327.5C,1740C);PbHYPERLINKjavascript:pcic_table(Bismuth,铋,83,208.9804,2,8,18,32,18,5,6p3,271.3C,15605C);BiHYPERLINKjavascript:pcic_table(Polonium,钋,84,(209),2,8,

36、18,32,18,6,6p4,254C,962C);PoHYPERLINKjavascript:pcic_table(Astatine,砹,85,(210),2,8,18,32,18,7,6p5,302C,337C);AtHYPERLINKjavascript:pcic_table(Radon,氡,86,(222),2,8,18,32,18,8,6p6,-71C,-61.8C);RnHYPERLINKjavascript:pcic_table(Francium,钫,%2087,(223),2,8,18,32,18,8,1,7s1,27C,677C);FrHYPERLINKjavascript:

37、pcic_table(Radium,镭,88,226.0254,2,8,18,32,18,8,2,7s2,700C,1737C);RaHYPERLINKjavascript:pcic_table(Actinium,锕,%2089,(227),2,8,18,32,18,9,2,6d1,1050C,3200300C);AcHYPERLINKjavascript:pcic_table(Rutherfordium,(未定),104,(261),2,8,18,32,32,10,2,6d2,N/AC,N/AC);RfHYPERLINKjavascript:pcic_table(Dubnium,(未定),1

38、05,(262),2,8,18,32,32,11,2,6d3,N/AC,N/AC);DbHYPERLINKjavascript:pcic_table(Seaborgium,(未定),106,(263),2,8,18,32,32,12,2,6d4,N/AC,N/AC);SgHYPERLINKjavascript:pcic_table(Bohriium,(未定),107,(262),2,8,18,32,32,13,2,6d5,N/AC,N/AC);BhHYPERLINKjavascript:pcic_table(Hassium,(未定),108,(265),2,8,18,32,32,14,2,6d

39、6,N/AC,N/AC);HsHYPERLINKjavascript:pcic_table(Meitnerium,(未定),109,(266),2,8,18,32,32,15,2,6d7,N/AC,N/AC);MtHYPERLINKjavascript:pcic_table(Cerium,铈,58,140.12,2,8,18,20,8,2,4f2,795C,3257C);CeHYPERLINKjavascript:pcic_table(Praseodymium,镨,59,140.9077,2,8,18,21,8,2,4f3,935C,3127C);PrHYPERLINKjavascript:p

40、cic_table(Neodymium,钕,60,144.24,2,8,18,22,8,2,4f4,1010C,3127C);NdHYPERLINKjavascript:pcic_table(Promethium,钷,61,(145),2,8,18,23,8,2,4f5,N/AC,N/AC);PmHYPERLINKjavascript:pcic_table(Samarium,钐,62,150.4,2,8,18,24,8,2,4f6,1072C,1900C);SmHYPERLINKjavascript:pcic_table(Europium,铕,63,151.96,2,8,18,25,8,2,4

41、f7,822C,1597C);EuHYPERLINKjavascript:pcic_table(Gadolinium,钆,64,157.25,2,8,18,25,9,2,4f7,1311C,3233C);GdHYPERLINKjavascript:pcic_table(Terbium,铽,65,158.9254,2,8,18,27,8,2,4f9,1360C,3041C);TbHYPERLINKjavascript:pcic_table(Dysprosium,镝,66,162.50,2,8,18,28,8,2,4f10,1412C,2562C);DyHYPERLINKjavascript:pc

42、ic_table(Holmium,钬,%2067,164.9304,2,8,18,29,8,2,4f11,1470C,2720C);HoHYPERLINKjavascript:pcic_table(Erbium,铒,68,167.26,2,8,18,30,8,2,4f12,1522C,2510C);ErHYPERLINKjavascript:pcic_table(Thulium,铥,69,168.9342,2,8,18,31,8,2,4f13,1545C,1727C);TmHYPERLINKjavascript:pcic_table(Ytterbium,镱,70,173.04,2,8,18,3

43、2,8,2,4f14,824C,1466C);YbHYPERLINKjavascript:pcic_table(Lutetium,镥,71,174.96,2,8,18,32,9,2,4f14,1656C,3315C);LuHYPERLINKjavascript:pcic_table(Thorium,钍,90,232.0381,2,8,18,32,18,10,2,6d2,1750C,4790C);ThHYPERLINKjavascript:pcic_table(Proactinium,镤,91,231.0359,2,8,18,32,20,9,2,5f2,1600C,N/AC);PaHYPERLI

44、NKjavascript:pcic_table(Uranium,铀,92,238.029,2,8,18,32,21,9,2,5f3,1132C,3818C);UHYPERLINKjavascript:pcic_table(Neptunium,镎,93,237.0482,2,8,18,32,23,8,2,5f4,640C,3902C);NpHYPERLINKjavascript:pcic_table(Plutonium,钚,%2094,(244),2,8,18,32,24,8,2,5f6,639.52C,323519C);PuHYPERLINKjavascript:pcic_table(Amer

45、icium,镅,95,(243),2,8,18,32,25,8,2,5f7,994C,2607C);AmHYPERLINKjavascript:pcic_table(Curium,锔,%2096,(247),2,8,18,32,25,9,2,5f7,1340C,N/AC);CmHYPERLINKjavascript:pcic_table(Berkelium,%20锫,%2097,(247),2,8,18,32,26,9,2,5f8,N/AC,N/AC);BkHYPERLINKjavascript:pcic_table(Californium,锎,98,(251),2,8,18,32,28,8,

46、2,5f9,N/AC,N/AC);CfHYPERLINKjavascript:pcic_table(Einsteinium,锿,99,(254),2,8,18,32,29,8,2,5f11,N/AC,N/AC);EsHYPERLINKjavascript:pcic_table(Fermium,%20镄,100,(257),2,8,18,32,30,8,2,5f12,N/AC,N/AC);FmHYPERLINKjavascript:pcic_table(Mendelevium,钔,101,(258),2,8,18,32,31,8,2,5f13,N/AC,N/AC);MdHYPERLINKjava

47、script:pcic_table(Nobelium,锘,%20102,(259),2,8,18,32,32,8,2,5f14,N/AC,N/AC);NoHYPERLINKjavascript:pcic_table(Lawrencium,铹,103,(260),2,8,18,32,32,9,2,5f14,N/AC,N/AC);Lr图1.2元素周期表1.2原子间的键合1.2.1金属键金属中的自由电子和金属正离子相互作用所构成键合称为金属键。金属键的基本特点是电子的共有化。金属键既无饱和性又无方向性，因而每个原子有可能同更多的原子相结合，并趋于形成低能量的密堆结构。当金属受力变形而改变原子之间的相

48、互位置时，不至于使金属键破坏，这就使金属具有良好延展性，并且，由于自由电子的存在，金属一般都具有良好的导电和导热性能。1.2.2离子键大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合。离子键键合的基本特点是以离子而不是以原子为结合单元。一般离子晶体中正负离子静电引力较强，结合牢固。因此。其熔点和硬度均较高。另外，在离子晶体中很难产生自由运动的电子，因此，它们都是良好的电绝缘体。但当处在高温熔融状态时，正负离子在外电场作用下可以自由运动，即呈现离子导电性。1.2.3共价键两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。共价键键合的基本特点是核外电子云达到最大的重叠，形成“共用电子

49、对”，有确定的方位，且配位数较小。共价键在亚金属（碳、硅、锡、锗等）、聚合物和无机非金属材料中均占有重要地位。共价键晶体中各个键之间都有确定的方位，配位数比较小。共价键的结合极为牢固，故共价晶体具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点。共价形成的材料一般是绝缘体，其导电性能差。1.2.4范德华力属物理键，系一种次价键，没有方向性和饱和性。比化学键的键能少12个数量级。不同的高分子聚合物有不同的性能，分子间的范德华力不同是一个重要因素。1.2.5氢键是一种特殊的分子间作用力。它是由氢原子同时与两个电负性很大而原子半径较小的原子（O，F，N等）相结合而产生的具有比一般次价键大的键力，具有饱和性和方向性。

50、氢键在高分子材料中特别重要。1.3高分子链高分子结构包括高分子链结构和聚集态结构两方面。链结构又分近程结构和远程结构。近程结构属于化学结构，又称一级结构。远程结构又称二级结构，是指单个高分子的大小和形态、链的柔顺性及分子在各种环境中所采取的构象。如图：单个高分子的几种构象图。1.3.1高分子链的近程结构图1.6单个高分子的几种构象图1、链结构单元的化学组成单体通过聚合反应连接而成的链状分子，称为高分子链，高分子中的重复结构单元的数目称为聚合度。2、分子结构一般高分子都是线性的，分子链长可以蜷曲成团，也可以伸展成直线。3、共聚物的结构由两种或两种以上单体单元所组成的高分子称为共聚物。不同的共聚物

51、结构，对材料性能的影响也各不相同。4、高分子链的构型链的构型是指分子中由化学键所固定的几何排列，这种排列是稳定的，要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。构型不同的异构体有旋光异构和几何异构两种。1.3.2高分子链的远程结构1、高分子的大小高分子的相对分子质量不是均一的，它实际上是由结构相同、组成相同但相对分子质量大小不同的同系高分子的混合物聚集而成。低聚物转向高分子时，强度有规律地增大。但增长到一定的相对分子质量后，这种依赖性又变得不明显了，强度逐渐趋于一极限值。2、高分子的内旋转构象单键是由电子组成，线型高分子链中含有成千上万个键。由于分子上非键合原子之间的相互作用，内旋转一般是受阻的，即旋

52、转时需要消耗一定的能量。高分子链的内旋转也像低分子一样，因受链上的原子或基团的影响不是完全自由的。它既表现出一定的柔性，又表现出一定的刚性。3、影响高分子链柔性的主要因素高分子链能够改变其构象的性质称为柔性。a.主链结构的影响：主链结构对高分子链的刚柔性的影响起决定性的作用。b.取代基的影响：取代基团的极性、取代基沿分子链排布的距离、取代基在主链上的对称性和取代基的体积等对高分子链的柔性均有影响。c.交联的影响当高分子之间以化学键交联起来时，交联点附近的单键内旋转便受到很大的阻碍。本章重点复习内容提要：物质是由原子组成的，而原子是由位于原子中心的带正电的原子核和核外高速旋转带负电的电子所构成的

53、。在材料科学中，一般人们最关心的是原子结构中的电子结构。电子在核外空间作高速旋转运动，就好像带负电荷的云雾笼罩在原子核周围，故形象地称它为电子云。电子既具有粒子性又具有波动性，即具有二象性。电子运动没有固定的轨道，但可根据电子的能量高低，用统计方法判断其在核外空间某一区域内出现的几率的大小。根据量子力学理论，电子的状态是用波函数来描述的，原子中的一个电子的空间位置和能量可用四个量子数表示：(1)主量子数n：决定原子中电子能量以及与核的平均距离，即表示电子所处的量子壳层；(2)轨道角动量量子数li：给出电子在同一量子壳层内所处的能级（电子亚层）；(3)磁量子数mi：给出每个轨道角动量数的能级数或

54、轨道数；(4)自旋角动量量子数si：反映电子不同的自旋方向；至于在多电子的原子中，核外电子的排布规律则遵循以下三个原则：(1)能量最低原理：电子的排布总是先占据能量最低的内层，再由里向外进入能量较高的壳层，以尽可能使体系的能量最低；(2)Pauli不相容原理：在一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子，主量子数为n的壳层，最多容纳2n2个电子；(3)Hund规则：在同一亚层中的各个能级中，电子的排布尽可能分占不同的能级，而且自旋的方向相同。当电子排布为全充满、半充满或全空时，是比较稳定的，整个原子的能量最低；元素周期表反映了元素的外层电子结构随着原子序数（核中带正电荷的质子数）的递增呈周期

55、性的变化规律。可根据元素在周期表中的位置，推断它的原子结构和一定的性质。原子与原子之间是依靠结合键聚集在一起的。由于原子间结合键不同，故可将材料分为金属、无机非金属和高分子材料。原子的电子结构决定了原子键合的本身，原子间的结合键可分为化学键和物理键两大类。化学键即主价键，它包括金属键、离子键和共价键三种：(1)金属键：绝大多数金属均为金属键方式结合，它的基本特点是电子的共有化；(2)离子键：大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键方式结合，这种键的基本特点是以离子而不是以原子为结合单位；(3)共价键：在亚金属（C、Si、Sn、Ge等）、聚合物和无机非金属材料中共价键占有重要地位，它的主要特点共

56、用电子对。物理键为次价键，亦称范德华力，在高分子材料中占着重要作用。它是借助瞬时的、微弱的电偶极矩的感应作用将原子或分子结合在一起的键合。它包括静电力、诱导力和色散力。此外还有一种氢键，它是一种极性分子键，存在于HF、H2O、NH3等分子间。其结合键能介于化学键与物理键之间。由于高分子材料的相对分子质量可高达几十万甚至上百万，所包含的结构单元可能不止一种，每一种结构单元又具有不同构型，而且结构单元之间可能有不同键接方式与序列，故高分子的结构相当复杂。高分子结构包括高分子键结构和聚集态结构两方面。键结构又分近程结构和远程结构。近程结构属于化学结构，又称一次结构，是指大分子链中原子的类型和排列，结

57、构单元的键接顺序、支化、交联以及取代基在空间的排布规律等。远程结构又称二次结构，是指高分子的大小与形态，键的柔顺性及分子在各种环境中所采取的构象。重点和难点1.描述原子中电子的空间位置和能量的四个量子数；2.核外电子排布遵循的原则;3.元素性质、原子结构和该元素在周期表中的位置三者之间的关系；4.原子间结合键分类及其特点；5.高分子链的近程和远程结构。重要概念与名词：分子，原子；主量子数n，轨道角动量量子数l，磁量子数m，自旋角动量量子数s；能量最低原理，Pauli不相容原理，Hund规则；元素，元素周期表，周期，族；结合键，金属键，离子键，共价键，范德华力，氢键；高分子链，近程结构，结构单元

58、，线性、支化、交联和三维网络分子结构；无规、交替、嵌段和接枝共聚物；全同立构、间同立构、无规立构，顺式、反式构型；远程结构、数均、重均相对分子质量，聚合度；热塑性、热固性塑料。第2章固体结构物质通常有三种聚集状态：气态、液态和固态。而按照原子（或分子）排列的规律性又可将固态物质分为两大类，晶体和非晶体。晶体中的原子在空间呈有规则的周期性重复排列；而非晶体的原子则是无规则排列的。原子排列在决定固态材料的组织和性能中起着极重要的作用。金属、陶瓷和高分子的一系列特性都和其原子的排列密切相关。一种物质是否以晶体或以非晶体形式出现，还需视外部环境条件和加工制备方法而定，晶态与非晶态往往是可以互相转化的。

59、2.1晶体学基础2.1.1空间点阵和晶胞具有代表性的基本单元（即最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。将晶胞作三维的重复堆砌，就构成了空间点阵。为了便于分析研究晶体中质点的排列规律性，可先将实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体并简化，将其中每个质点抽象为规则排列于空间的几何点，称之为阵点。这些阵点在空间呈周期性规则排列并具有完全相同的周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵，简称点阵。同一空间点阵可因选取方式不同而得到不相同的晶胞。晶胞、晶轴和点阵矢量根据6个点阵参数间的相互关系，可将全部空间点阵归属于7种类型，即7个晶系。按照每个阵点的周围环境相同的要求，布拉菲（Bra

60、vaisA）用数学方法推导出能够反映空间点阵全部特征的单位平面六面体只有14种，这14种空间点阵也称布拉菲点阵。布拉菲点阵晶系布拉菲点阵晶系HYPERLINKjavascript:showflash(swf/jiandansanxie.swf,简单三斜)简单三斜三斜(abc,90)HYPERLINKjavascript:showflash(swf/jiandanliufang.swf,简单六方)简单六方六方(a1=a2=a3c,=90,=120)HYPERLINKjavascript:showflash(swf/jiandandanxie.swf,简单单斜)简单单斜HYPERLINKjavas