无机材料科学基础教案.doc
《无机材料科学基础教案.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《无机材料科学基础教案.doc(20页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、精品文档?无机材料科学根底?绪论1、材料的开展动向及本课程的重要地位;2、本课程的特色及根本要求。3、无机材料物理化学的科学内涵4、无机材料物理化学的研究方法5、参考文献第一章 结晶学根底1-11-6内容在结晶学课程中讲授1-7 晶体化学根本原理 一、结晶化学定律Goldschmidt哥希密特定律 1、数量关系2、大小关系3、极化性能二、决定晶体结构的根本因素 一原子半径和离子半径二球体紧密堆积原理 1、等径球的最紧密堆积及其空隙1六方最紧密堆积1六方最紧密堆积方式2六方最紧密堆积特点2面心立方最紧密堆积1立方最紧密堆积方法2立方最紧密堆积特点a最紧密堆积的堆积系数b紧密堆积中的空隙类型与数目
2、2、不等径球的堆积一、配位数与配位多面体1、配位数CN2、配位多面体二、离子极化三、电负性X四、鲍林规那么L.Pauling(一) 第一规那么配位多面体规那么1、第一规那么的意义2、配位数与临界半径比极限半径比(二) 第二规那么电价规那么最重要的规那么1、电价规那么的意义可确定负离子的CN或电价2、可分析晶体结构是否稳定并分析结构中配位多面体的连接方式(三) 第三规那么共顶、共面、共棱规那么(四) 第四规那么岛式规那么(五) 第五规那么节约规那么作业:P37 1-10 四面体键角109.28;思考题: P37 1-7; 1-9;第二章 晶体结构与结构缺陷2-1 典型结构类型一、 金刚石结构与石
3、墨结构一描述晶体结构的方法1 点坐标法描述结构基元的位置2 投影法也叫标高法。3、球体紧密堆积法反映质点的堆积特点和充填情况; 4多面体的连接方式对复杂的晶体结构,其质点数目多,用其他方法表示不易找出特点,而用此法那么简单明了地描述其结构特点。二金刚石结构三石墨结构金刚石是目前硬度最大的材料,石墨那么是最软的材料。性质差异的原因是结构上的差异。二、 NaCl型结构NaCl从化学式上说是属于AX型化合物:一NaCl型结构分析NaC晶体的空间群:Fm3mF表示布拉格点阵类型面心立方m表示对称面在001面上有一对称面;3对称轴在111面上有一个三次轴;m表示倒转轴在垂直于110方向有对称面 =m1、
4、从堆积方式上分析2、Na、Cl在晶体中的位置分布规律二具有NaCl型结构的物质有32种氧化物:MgO、CaO、SrO、BaO、MnO、FeO、CoO、NiO氮化物:TiN、LaN、TiC、ScN、CrN、ZrN这些物质其晶系、堆积方式、正负离子配位数、点阵类型均相同,仅晶格常数不同。三、 闪锌矿型结构1、立方型ZnS结构分析2、具有闪锌矿结构的晶体有27种四、 纤锌矿型结构1、六方ZnS结构分析2、具有六方ZnS结构的晶体有23种如: BeO、ZnO、AlN五、萤石型CaF2结构一萤石结构1、萤石结构分析2、结构特点(1) 内部空隙较大1/2有立方体空隙是空的(2) 可看作是正离子作面心立方堆
5、积,F-离子充填在四面体中;3、晶体的特性(1) 该结构的晶体可作离子导电体即此结构有利于负离子扩散;因为内部存在较大的空隙立方体空隙(2) 沿111面有解理;在111面上Ca-Ca之间距最小,有斥力,易沿此面解理4、 具有萤石结构的晶体二反萤石结构1、反萤石结构保持萤石结构中的晶型和点阵类型不变,只是将正负离子的位置互换而构成的结构称之2、具有反萤石结构的晶体这类化合物的共同特性是:熔点低常作为助熔剂使用六、金红石TiO2型结构1、金红石结构分析2、晶体的特性七、碘化镉CdI2型结构八、刚玉型结构-Al2O31、结构分析2、晶体特性3、类似结构的晶体:九、钙钛矿型CaTiO3结构结构通式:A
6、BO3A低价离子二价或一价B高价离子四价或五价1、钙钛矿型结构分析2、晶体的特性3、类似结构的晶体十、尖晶石型结构MgAl2O4通式: AB2O4 正尖晶石其中: A低价2+B高价3+ 总价=+8(一) MgAl2O4尖晶石结构分析1、结构分析2、正尖晶石结构的规律3、晶体的特性(二) 反尖晶石结构典型结构分析方法归纳:A、负离子的堆积方法由晶胞图可点阵类型来分析B、正负离子的配位数分别由第一、第二规那么来分析C、正离子充填情况由化学式和第一规那么直接判断D、多面体之间的连接方式由第二规那么来分析2-2 硅酸盐晶体结构一、硅酸盐晶体的组成、结构特点与分类一化学组成表示法1、化学式氧化物表示法2
7、、结构式无机络盐的表示法3、结构式的意义二结构的共性规律三结构分类二、岛状结构(一) 硅酸盐晶体结构的分析方法1、按O/Si比判断结构类型2、分析附加阳离子的作用并由鲍林第一规那么确定其配位数;3、分析各多面体之间的连接方式应用第二规那么4、结合晶胞图或投影图,分析了解硅氧骨干在晶胞中的分布规律或特点;(二) Mg2SiO4结构分析三、组群状结构一组群状结构的特点1、由n个SiO4构成结构单元其n=2,3,4,6;O/S=33.5;2、硅氧骨干之间不直接连接,由附加阳离子将其连成整体。二绿宝石绿柱石结构1、结构特点2、具有类似结构的材料及其特性四、链状结构(一) 特点与类型1、特点2、类型A、
8、单链通式SinO3n O/Si=3;透辉石 CaMgSi2O6B、双链由2条单链平行连结而成;通式SinO3n-1(二) 透辉石晶体结构1、O/Si=3 n=2单式2元链2、链之间由CaMg相连接3、可由其他离子取代,(三) 晶体特性A、附加正离子的电价环状有二、三价;链状只有2价低价;B、外加正离子大小与CN及空隙大小有关,环状中空隙大。五、层状结构一层状结构的形成与特点1、所有桥氧都在同一平面上,所有活性氧都指向相同方向。2、结构通式3、晶体是由SiO4与八面体层附加阳离子充填层沿C轴重叠堆积而成。二高岭石结构1、结构分析1Si2O5是单网形2层矿2附加阳离子Al的CN=6,3属于二八面体
9、矿物2、矿物特性3、类似结构的矿物三蒙脱石结构1、结构分析2、矿物特性3、类似矿物四伊利石与白云母结构1、伊利石结构2、白云母结构 KAl2 AlSi3O10(OH)2五分析层状结构归纳1、矿物的层型单网或复网2、八面体形式二八面体、三八面体3、层中离子的取代位置和程度是发生在四面体内还是八面体内4、层间结合力范氏力、氢键、离子键5、层间水的有无六、架状结构一形成与特点二石英晶体结构1、石英的主要晶型2、石英、鳞石英、方石英结构上的主要差异1石英晶体结构2鳞石英3方石英三长石晶体结构1、特点2、长石晶体的特性3、透长石的结构分析2-3 晶体结构缺陷一、 点缺陷一点缺陷的类型1、点缺陷的存在形式
10、2、热缺陷1弗仑克尔Frenker缺陷2肖特基(Schttky)缺陷3、杂质缺陷组分缺陷4、非化学计量结构缺陷二缺陷化学反响表示法1、克罗格明克符号2、缺陷反响方程式的规那么3、缺陷反响式的写法举例三缺陷浓度的计算四点缺陷的化学平衡1、弗仑克尔缺陷2、肖特基缺陷3、缺陷平衡浓度计算举例二、 固溶体一固溶体的根本概念二固溶体的分类分类方法有二种:1、按溶质原子在溶剂晶格中的位置分类1置换式取代式2间隙式2、按溶质的溶解度分类1连续固溶体(2) 有限固溶体也叫不连续固溶体或局部互溶固溶体三连续置换型固溶体的形成条件1、离子尺寸因素2、晶体的结构类型3、离子电价或总电价4、电负性四不等价置换固溶体中
11、的缺陷形式1、不等价取代固溶体中缺陷类型2、固溶分子式的写法(A) 以基质溶剂的分子式为基准形式(B) 基质原子写在前,取代原子写在其后(C) 根据缺陷式的位置数取代情况,将取代后的原子分数或小数写在相应原子的右下角五间隙型固溶体的影响因素1、杂质原子半径大小2、基质晶格间隙大小3、不等价取代时,电价的平衡可由形成空位或复合阳离子置换来满足三、 非化学计量化合物一非化学计量化合物特点1由外界条件变化而引起的,缺陷浓度随氧分压而变化2产生在变价元素的氧化物晶体中;是同一元素不同价氧化物构成的固溶体3材料中往往存在自由电子和电子空穴,故材料有半导性二非化学计量化合物类型有正负离子空位、正负离了填隙
12、共四类:1、阴离子缺位型TiO2-x、ZrO2-x2、阳离子填隙型Zn 1+xO3、阴离子填隙型 (UO2+x)4、阳离子缺位型 (FeO1-x、CuO2-x)三非化学计量化合物意义四、 固溶体的研究方法及意义一研究内容 二固溶体类型判别三研究固溶体的意义五、 线缺陷位错 P73一刃位错及其特点1、刃位错的形成2、刃位错的符号3、刃位错的特点二螺位错及其特点作业 P75 2-1、6、7、8、9、11、12第三章 熔体与玻璃体 本章主要讨论硅酸盐熔体和玻璃体的结构、性质、产生原因与形成条件及其影响因素等。熔体物质在高温时以液体存在的一种状态;玻璃体由熔体过冷却而形成的非晶态固体。3-1 熔体结构
13、的聚合物理论一、关于熔体结构的聚合物理论要点随着研究手段和测试技术的进步,对熔体结构的认识已逐渐形成。由许多实验结果说明,熔体的结构与玻璃结构十分相近,其共同特点是:近程有序从局长小范围看质点排列有规那么;远程无序从整体结构上看内部质点排列是无序的;二、聚合程度与温度、组成的关系熔体的聚合程度取决于温度和组成。一温度的影响组成不变时二组成的影响温度不变时3-2 熔体的性质一、粘度一粘度的定义及表达式1、粘度的定义2、粘度的理论解释略讲1绝对速度理论2自由体积理论3过剩熵理论二影响粘度的因素1、温度2、组成1的作用2的作用3的作用二、外表张力-外表能一外表张力与比外表能二影响因素1、组成的影响2
14、、温度的影响3-3 玻璃的通性通性指无论其化学组成如何,只要是玻璃都具有的宏观共性。一、各向同性二、介稳性三、熔融态向玻璃转化的可逆性与渐变性四、熔融态向玻璃态转化时理化性质随温度变化的连续性3-4 玻璃的形成 主要介绍玻璃形成时的动力学条件和结晶化学条件。教学主要围绕以下内容:玻璃是怎样形成的?形成方法什么样的条件才能形成玻璃?动力学条件什么样的物质易形成玻璃?结晶化学条件主要是探讨玻璃形成的内在规律与外部条件;一、形成方法 (略讲)玻璃的形成方法较多,大体上可从传统玻璃、与特种玻璃两方法来介绍1、传统玻璃2、特种玻璃 二、玻璃形成的热力学条件三、玻璃形成的动力学条件略讲,在相变一章中详细讲
15、解一临界冷却速率1、临界冷却速率2、转变的体积分数与时间、温度的关系3、三T图的意义(二) 影响临界冷却速率的因素 临界冷却速率是随熔体组成而变化的,组成对临界冷却速率的决定作用可具体表现为:1、高温粘度2、比值四、玻璃形成的结晶化学条件 主要是从物质内部的化学键特性、质点的排列状况等本质原因上来寻求解释一键强单键能键强P也叫单键能由化合物的分解能除以正离子配位数1、玻璃网络形成体 P335 KJ/mol2、网络改变性体 P250 KJ/mol3、网络中间体 P=250330 KJ/mol二键型3-5 玻璃的结构 一、晶子假说一实验发现1、折射率在573有突变2、X-射线XRD衍射分析说明钠硅
16、玻璃的衍射峰与偏硅酸钠晶体的相一致3、红外光谱分析说明玻璃与晶体的吸收波的极大值相一致二理论要点三存在问题二、无规那么网络假说一理论要点二实验支持1、XRD小角度衍射结果说明:径向分布函数曲线进一步说明玻璃中的有序程度仅为1012左右;与晶胞大小相近。2、径向分布函数图的意义3、玻璃的径向分布函数图分析:三对玻璃性质的解释四两假说的异同3-6 常见玻璃类型一、 硅酸盐玻璃一石英玻璃1、石英玻璃的结构2、特性二硅酸盐玻璃1、结构描述2、玻璃的性质三网络结构参数1、网络参数及意义2、Y值的计算例如3、Y值与玻璃性能的关系二、硼酸盐玻璃一硼酸盐玻璃的结构二硼反常现象作业:P104105:31、2、3
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 无机 材料科学 基础 教案
限制150内