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无机材料科学与基础1. 名词解释二八面体:在层状硅酸盐矿物中,若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体 结构。三八面体:在层状硅酸盐矿物中,若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体结构。 稳态扩散:扩散质点浓度不随时间变化。不稳态扩散:扩散质点浓度随时间变化,扩散通量与位置有关。互扩散:有浓度差的空间扩散。自扩散:没有浓度差的扩散。顺扩散:由高浓度区向低浓度区的扩散叫顺扩散,又称下坡扩散。逆扩散:由低浓度区向高浓度区的扩散叫逆扩散,又称上坡扩散。本征扩散:不含有不含有任何杂质的物质中由于热起伏引起的扩散。 非本征扩散:非热能引起,如由杂质引起的扩散。刃型位错:滑移方向与位错线垂直的位错称为刃型位错。螺型位错:位错线与滑移方向相互平行的位错称为螺型位错热缺陷:在没有外来原子时,当晶体的热力学温度高于 0K 时,由于晶格内原子热振动,使一部分能量较大的原子离开正常的平衡位置, 造成缺陷,这种由于原子热振动而产生的缺陷 称为热缺陷。杂质缺陷:由于杂质进入晶体而产生的缺陷。点缺陷:在三维方向上尺寸都很小(远小于晶体或晶粒的线度)的缺陷。线缺陷:是指晶体内部结构中沿着某条线(行列)方向上的周围局部范围内所产生的晶格缺 陷。它的表现形式主要是位错。弗兰克尔缺陷:在晶格内原子振动时,一些能量足够大的原子离开平衡位置后,进入晶格点 的间隙位置,变成间隙原子,而在原来的位置上形成一个空位, 这样的缺陷称为弗兰克尔缺 陷。肖特基缺陷:如果正常格点上的原子,热起伏过程中获得能量离开平衡位置,跳跃到晶体的 表面,在原正常格点上留下空位,这种缺陷称为肖特基缺陷。类质同晶:物质结晶时,其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其他离子或 原子所占有,共同组成 均匀的、呈单一相的晶体,不引起键性和晶体结构变化的现象。同质多晶:同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。一致熔融化合物:是一种稳定的化合物, 它与正常的纯物质一样具有固定的熔点, 熔化时所产生的液相与化合物组成一致,故称一致熔融化合物。不一致熔融化合物:是一种不稳定的化合物,加热这种化合物到某一温度便发生分解,分解产 物是一种液相和一种晶相,二者组成与化合物皆不相同,故称不一致熔融化合物。均匀成核:是指晶核从均匀的单相熔体中产生的几率是处处相同的。 非均匀成核:是指借助于表面、界面、微粒裂纹、器壁以及各种催化位置等而形成晶核的过 程。 烧成:烧成是在一定的温度范围内烧制成致密体的过程。烧结:压制成型后的粉状物料在低于熔点的高温作用下、通过坯体间颗粒相互粘结和物质传 递,气孔排除,体积收 缩,强度提高、逐渐变成具有一定的几何形状和坚固整体的过程。萤石型:CaF2型结构中,Ca2+按面心立方紧密排列,F-占据晶胞中全部四面体空隙。 属于萤石型结构的晶体有:BaF2、PbF2、SnF2、CeQ、ThO2、UO2 等。反萤石型:阳离子和阴离子的位置与CaF2型结构完全相反,即碱金属离子占据F-的位置,0占据Ca2+的位置。如Li 2O,Na2O,K2O等。架状结构:硅氧四面体之间通过四个顶角的氧桥连起来,向三维空间无限发展的骨架状结构称为架状结构。层状结构:Si04之间通过三个氧桥相连,在二维平面无限延伸构成的硅氧四面体层称层状结构。岛状结构:在硅酸盐晶体结构中,Si04以孤立状态存在,Si04之间通过其他阳离子连接起来,这种结构称为岛状结构。桥氧:在有限四面体群中连接两个S4+离子的氧称为桥氧。由于这种氧的电价已经饱和,一般不再与其它正离子配 位,故桥氧亦称为非活性氧。非桥氧:在有限四面体群中只有一侧与Si4+离子相连的氧称为非桥氧。另一侧可与其它正离子配位,故非桥氧亦称为活性氧。正尖晶石:在ABQ尖晶石型晶体结构中,若A2+分布在四面体空隙、而B3+分布于八面体空隙,称为正尖晶石。反尖晶石:若A2+分布在八面体空隙、而B3半分布于四面体空隙另一半分布于八面体空隙,通式为B (AB) Q,称为反尖晶石。位移性转变:这种转变不打开任何键,也不改变原子最临近的配位数, 仅仅使结构发生畸变, 原子位置发生少许 位移。是高低温转变,所需能量低,属于可逆转变,转变速度快。重建性转变:是破坏原有原子间化学键,改变原子最邻近配位数, 使晶体结构完全改变原样的一种多晶转变形式。需要破坏化学键,所需能量高,有些是不可逆转变,转变速度慢。 一级相变:体系有一相变为另一相时,两相的化学势相等但化学势的一级导数不相等的称为 一级相变。 二级相变:体系有一相变为另一相时,两相的化学势相等, 一级导数也相等,但二级导数不相等的称为二级相变。 点群:晶体结构中所有点对称要素(对称面、对称中心、对称抽和旋转反抻轴)的集合称为 对称型,也称点群。 空间群:一个晶体构造中所有对称要素集合。置换型固溶体:溶质原子进入晶格中正常结点位置而取代基质中的原子。 间隙型固溶体:溶质原子进入晶格中的间隙位置。单形:由对称要素联系起来的一组晶面的集合。聚形;含有两个或两个以上单形的晶形称为聚形。 熔体:特指加热到较高温度才能熔化的物质的液体,即具有较高熔点物质的液体(粘度大)。这种液体结构具有近程有序和远程无序的特征。或也称熔体是不同聚合程度的各种聚合物的混合物。配位数(CN) 个原子或离子的配位数是指在晶体结构中该原子或离子的周围,与它直接相邻的原子个数或所有 异号离子的个数。结晶化学定律:晶体的结构取决于其组成质点的数量关系、大小关系与极化性能。他概括了影响离子晶体结构的三个主要因素。非化学计量化合物:实际的化合物中,有一些化合物不符合定比定律,负离子与正离子的比例并不是一个简单的固定的比例关系,这些化合物称为非化学计量化合物。 范德华力:一般是指固体表面与被吸附质点(例如气体分子)之间相互作用力。 对称操作:反映、反抻、旋转、平移熔体性质:粘度,导电性,表面张力 只供学习与交流简单对称操作;反映、反抻、平移 简单对称要素:对称面、对称中心、对称抽 晶体特性:自限性、均一性、异相性、对称性、最小内能、最大稳定性、具有固定的熔点 硅酸盐晶体结构可以分为五类 :岛状、组群状、链状、层状、架状 球体的紧密堆积分为:等径球体和不等径球体 描述晶胞的方法:坐标法,球体的紧密堆积法,配位多面体连接方式2. 简答题为什么对称轴不存在 5次和高于 6次以上的?1. 因为 5 次和高于 6 次对称轴的存在都违反晶体的格子构造规律,它们所构成的面网网孔均不能无间隙地排满整个平面, 结果在面网上就出现空隙, 这在晶体格子构造中是不可能存在的。2.另外,从基转角a来看,只有等于360 、180。、120、90、60、0。,才能整除360,即n=360/ a 为整数。 3.正五边形上两平行行列ad 和 bc 得结点间距不等,违反空间格子规律,所以5 次对称轴在晶体上是不存在的。解释在AX型晶体结构中,NaCI型结构最多?在AX型晶体结构中,一般阴离子X的半径较大,而阳离子A的半径较小,所以X做紧密堆积,A填充在其空隙 中。大多数AX型化合物的r+/r-在0.4140.732之间,应该填充在八面体空隙,即具有NaCI型结构;并且NaCI型晶体结构的对称性较高,所以AX型化合物大多具有NaCl型结构。用NaCI结构理论解释水泥熟料中死烧MgO和CaO结构的不同?NaCl 结构是一种立方面心格子,其中阴离子按最紧密方式堆积,阳离子充填于全部的八面 体的空隙中,阴阳离子的 配位数都为6。水泥熟料中死烧MgO和CaO结构与NaCl结构相似,结构非常稳定水化速度缓慢,会影响水泥 的安定性。但由于Ca2+半径比Mg2+八径大得多,因而在CaO结构中,O2-被“撑开”,这样,CaO结构不如MgO的结构稳定,游离CaO水化 速度比游离 MgO要快些,游离CaO加热即可水化,而游离MgO经压蒸才能水化。TiO2的性质及应用.3.TIC2的纳米和介孔材料有催化、净化效果,1.在光学性质上具有很高的折射率。2.在电学性质上具有高的介电系数。因此,成为制备光学玻璃的原料,也是无线电陶瓷中需要得晶相。用于光催化下的净化功能。如果Mg2+离子位置全部换成C/+离子,就是水泥熟料中的丫 -GS的结构,其中Ca2+的配位数 为6.结构稳定, 活性低在水泥中几乎是惰性的。但如其中的Ca2+的配位数为8和6两种配位时,是6 C2S ,则属单斜晶系,随亦为岛式结构,由于其配位不规则,化学性质活泼,能 与水发生水化反应。用晶体结构理论解释石灰石中方解石的结构。水泥原料石灰石中方解石的结构可看成是变了形的NaCI结构形式,只要将NaCI的三次轴竖立并加压,使棱的夹角由90。变至101。55,然后以Ca2+代替Na+ ! CO32-代替Cl_:在CO32-中的C4+在中心,三 个。2-围绕C在一平面 上成一等边三角形。Ca2+的配位数为6。金刚石结构中C原子按面心立方排列,为什么其堆积系数仅为34%?每个C原子周围都有四个碳,碳原子之间形成共价键,所以配位数是4,共价键有方向性和饱和性,1个C与4个C形成价键没有达到紧密堆积,结构内有空隙,堆积密度仅为34%,而不是74.05%。分析说明高岭石,蒙脱石结构特点及其结构差异,并说明性质和结构的相关性。高岭石:1:1层状结构,有解理性,层间为氢键。因此可交换的阳离子容量小。水分子不易 进入单网层之间,晶体不 会因为水含量增加膨胀,固具有很好的可塑性。蒙脱石:2:1层状结构,有解理性,层间为范氏键,易吸水,有膨润性。具有很高的阳离子 交换能力。对 Na、 Ca、Mg、Al、H等正离子均有强的交换性。表征硅酸盐晶体的化学式方法有几种,分别是什么?并进行比较。 表征硅酸盐晶体的化学式方法有两种:一种是所谓的氧化物法,另一种是无机络盐表示法。比较:氧化物表示法的优点在于一目了然地反映出晶体的化学组成,可以按此组成配料来进行晶体的实验室合成。无机络盐表示法则可以比较直观地反映出晶体所属的结构类型,进而可对晶体结构及性质作出一定程度的预测,两种表示方法之间可以相互转换。非化学计量化合物的缺陷及特点 .实际的化合物中,有一些化合物不符合定比定律,负离子与正离子的比例并不是一个简单的 固定的比例关系,这些 化合物称为非化学计量化合物。由于负离子缺位,使金属离子过剩;由于间隙正离子,使金属离子过剩;由于间隙负离 子,使负离子过剩;由 于正离子空位,引起负离子过剩。非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关;可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶性;缺陷浓度与温度有关, 这点从平衡常数中可以看出; 非化学计量化合物 只供学习与交流都是半导体。为什么非计量化合物都是N型或P型半导体材料?在非计量化合物中,有阴离子缺位型、阳离子填隙型,这两种缺陷都产生电子导电,所以是 N 型半导体材料;还有阴 离子间隙型、阳离子空隙型,这两种缺陷都产生电子空穴,在电场 作用下运动而导电,所以是 P 型半导体材料。影响形成置换固溶体的因素有哪些?答:离子尺寸因素:相互替代的离子尺寸愈相近,则固溶体愈稳定。离子的价电因素:只有离子价相同时或离子 价总和相同时才可能生成连续置换型固溶体。晶体的结构因素:晶体结构相同是生成连续固溶体的必要条件,结构 不同最多只能生成有限固溶体。电负性因素:电负性相近,有利于固溶体的生成,电负性差别大,倾向于生成化合物。形成固溶体后对晶体性质的影响? 活化晶格,促进烧结, 物质间形成固溶体时,由于晶体中出现了缺陷,故使晶
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