第二章 晶态和非晶态.ppt

第二章晶态和非晶态材料的特性2.1晶体特征的结构基础１、晶体的均匀性２、晶体的各向异性３、晶体的自范性晶体的外形既受内部结构（点阵排列方式）制约，又在一定程度上受外因（温度、压力、浓度、杂质）的影响。但同一种晶体的每两个相应界面的夹角是不受外界条件的影响，保持恒定不变。这个规律称为“晶面角守恒定律”
非晶体如玻璃体在从液相冷却时，形成的固体表面圆滑，没有固定的外形。４、晶体的熔点固体材料的升温和降温曲线５、晶体的对称性2.2非整比化合物材料产生非整比化合物的情况有以下几类：2、层间嵌入某些离子、原子或分子
某些层状晶体层间是以VanDeWauls力结合，容易在层间插入原子或分子材料，从而形成非整比化合物。2.3液晶材料1、液晶和塑晶在晶体和液体之间出现中间状态是因为晶体熔化时会产生两种无序运动：平动和转动。绝大多数晶体在温度升高后，同时产生平动无序和转动无序。具体表现为晶格消失，发生熔化现象。但有一些材料，这两种作用并非同时产生，其中一种运动比另一种运动相对容易，因而出现这种转变的中间状态。当晶体先失去平移对称性的特点，即晶体点阵上的质点可以自由运动，物理性质上就变成了液体；液晶就属于这种情况。
当晶体先开始转动无序，这时各质点依然保持平移对称性，也保持了固体的形态，只有在温度进一步升高后，发生了平移无序，此时晶体才真正熔化。在这段温度范围内的材料称为塑晶。
一些有机化合物晶体在加热过程中，当到达某一温度Ｔ１时，熔化成黏稠状稍呈混浊的液体。继续加热到更高温度Ｔ２时，将会变为透明液体。以偏光显微镜观察，在上述温度区间Ｔ１~Ｔ２内液体有明显的纹理，呈光学的各向异性，称之为液晶。
而塑晶能在恒定的温度下贮存热量或放热。但此过程不是依靠固~液相变贮热，而是通过分子构型的变化所发生的固~固相变贮热。２、液晶的特性并非所有的有机化合物分子都具有液晶态，只有那些形状类似棒状，长宽比在４~８之间，分子量为200~500，长度达几个纳米的分子才会出现液晶形态。进而在液晶状态出现多种特殊的性质和应用价值。液晶最常见的应用领域为各种液晶显示器。液晶的分类（１）向列相（型）nematic液晶
分子的重心在空间是随机分布的，但分子的长轴沿一个方向排列是液晶称为相列型液晶。目前生产显示品的液晶材料主要是向列型液晶；
（２）近晶相（型）smectic液晶
近晶相液晶分子呈层状排列，具有二维空间规则性，层内分子长轴大致垂直于层面方向，质心无序，分子间作用力强于层间作用力。特点是粘度大，不得于作显示器材料。这种液晶多用于光记忆材料；（３）胆甾相cholestic液晶
胆甾相液晶中分子按层状排列，长轴平行于层面方向，质心无序。相邻两层内分子长轴有一定的角度，呈螺旋型。其螺旋周期称为螺距。一般胆甾相液晶分子中有手性或不对称碳原子。通常这类液晶材料用于温度传感器材料。３、液晶材料4、液晶显示技术2.4玻璃与陶瓷晶体与非晶态固体的根本区别，在于其内部结构的周期性，以及因此而生的对称性、Ｘ射线的衍射效应。
晶体结构的周期性表现为长程有序。非晶态固体则是一种长程无序结构，这种无序可表现为两种形式：一为组成粒子在空间位置上的排列无序；二是多元体系中不同组分无规则地随机分布，也称成分无序。
但是在非晶态固体中存在着短程有序，即在每个粒子的近邻的排列有规则性，在这个小范围内较好地保留了相应的晶态材料中的配位状况。利用X衍射线的峰形数据，能够测定粉未材料中平均晶粒大小的数据，当晶粒粒径小于200nm时，衍射峰开始变宽，晶粒越小，宽化越多，当粒径小于几个纳米时，衍射峰消失在背底之中。晶粒大小和衍射峰的关系如下：
D＝Kλ/（B－B0）cosθ
式中：D是晶粒粒径；λ是X射线波长；K为一固定常数数值约为0.9；B0为晶粒较大时衍射线半高宽，B为待测样品衍射线半高宽（2θ标度的峰），B－B0要以弧度表示。2、玻璃⑴玻璃的结构特点
玻璃的内部结构无长程周期性，像液体一样，因此可以将玻璃看作是过冷液体。
对于玻璃的结构理论，主要有无规则网络学说和晶子学说。无规则网络学说：认为玻璃的结构中包含许多小的结构单位，（如SiO2玻璃中由中心硅原子与四角的４个氧原子通过共价键结合而成的硅氧四面体结构）这些小结构单位之间可以彼此键合形成链状或在其它金属离子的键合作用下形成三维网状结构。⑵玻璃的特性
①没有固定的熔点：当对玻璃加热时，只有一个从玻璃态转变至软化的连续变化的温度范围；
②各向同性：由于结构上的特点，玻璃在力学、光学、热学等中表现各向同性；
③内能高：与晶体相比，玻璃具有较高的内能，在一定条件下可以自动析出晶体；
④没有晶界：与陶瓷等到多晶材料或孪晶等晶体不同，玻璃中不存在晶粒或晶界；
⑤无固定形态：可按制作要求改变其形态；
⑥性能可设计性：通过调整成分及提纯、掺杂、表面处理及微晶化等技术改