第二章 晶态和非晶态材料.ppt

第二章晶态和非晶态材料的特性2.1晶体特征及其结构基础
晶体以其特有的点阵结构的特殊性，呈现出与其它物质（气、液、非晶态）完全不同的特殊性质。
1.晶体的均匀性
晶体结构是由相同晶胞周期的并置而成。从宏观上来说，晶体的性质是一个连续的整体，并不随观察的位置而改变。
如：相同的密度、化学组成2.晶体的各向异性
在晶体中不同的方向上具有不同的物理性质，即为各向异性。主要是由于晶体内的粒子在不同方向上排列、取向不同导致的。
例如，在不同的方向具有不同的电导率、膨胀系数、折光率、机械强度等。3.晶体的自范性
晶体物质在适宜的外界条件下能自发的生长出由晶面，晶棱等几何元素所围成的凸多面体外形来，晶体的这一性质即为晶体的自范性。
在理想的环境中，晶体可以生长成凸多面体，凸多面体的晶面数(F)，晶棱数(E)和顶点数(V)之间的关系符合下面公式：
F+V=E+2
即：面数+顶点数=晶棱数+2若对各相应的晶面分别引法线，则每两条法线之间夹角称作晶面交角，它也必为一常数。这一规律叫做“晶面夹角（或交角）守恒定律”------1669年由斯特诺（N.Steno）
首先提出。玻璃体不会自发的形成多面体外形，当一块玻璃冷却时，随着温度降低，粘度变大，流动性变小，固化成表面圆滑的无定形体，与晶体的有棱、有顶角、有平面的性质完全不同。4.晶体的熔点
晶体具有周期性结构，各个部分都按同一方式排列，当温度升高，热震动加剧，晶体开始熔化时，各部分需要同样的温度，因而晶体具有一定的熔点。5.晶体的对称性
晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。其主要是由于晶体组成微粒的规则排列而产生的。事实上，晶体的对称性与晶体的性质关系非常密切。
2.2晶体学点群和晶体的性质2.2.1晶体学点群的分类
晶体学点群可分为两类，即11个纯旋转操作点群或只含第I类操作的点群以及21个非纯旋转群或含第II类操作的点群。其中纯旋转点群又可分为循环群（只具有1个n次轴的点群）、双面群（具有一个n次轴和n个与之垂直的二次轴的点群）和立方群（具有一个以上高次轴的点群）。21个非纯旋转的晶体学点群中包含有11个中心对称的点群，这11个中心对称点群也可以由11个纯旋转的、非中心对称的晶体学点群在对称轴系的中心点加一对称中心而得。表2.2-1列出32个晶体学点群的分类。在表中，前面两列的点群分别为11个非纯旋转中心对称的点群和11个纯旋转非对称中心点群。这11对点群之间只是差一个对称中心，所以阶次也正好是相差一倍。11个中心对称的点群又称为Laue(劳埃)点群。2.2.2晶体的点群和晶体的物理性质
晶体的点群是它的各种宏观物理性质所共有的对称性。换言之，晶体的点群是它的任意一种物理性质对称群的子群。
一种晶体的任意一种性质的对称群必须包括该晶体的点群的对称操作。晶体对称性的这种关系称为Neumann定理；根据这种关系可以从晶体的物理性质推引出有关晶体对称性的信息，例如判断有无对称中心，也可以从对称性寻找具有某种物理性能的材料以及获得切割晶体制造晶体器件的信息。非中心对称的晶体所属的点群及其
物理性质间的相互联系。晶体属于11种纯旋转对称的点群晶体折光率在不同方向上的大小数值，可以用折光率椭球表示。不同晶系其光学性质有很大区别。2.3晶体结构缺陷缺陷生成的热力学解释：

△G=△H-T△S

其中△H表明生成缺陷所需的热焓，△S为生成缺陷过程中产生的熵。重点内容2.3.1缺陷晶体化合物材料按非整比化合物生成的情况，以及在不同方面的应用可以有以下几种情况：
1.某种原子过多或短缺
晶体中点缺陷的存在，破坏了点阵结构，使得缺陷周围的电子能级不同于正常位置原子周围的能级，因此赋予晶体以特定的光学、电学和磁学性质。例如(1):ZnS中掺进约10-4%（原子）的AgCl，形成杂质缺陷的ZnS晶体，在阴极射线激发下，发射波长为450nm的特征荧光，可作显示器蓝色荧光粉。(2)氧化锌在约1000K放在锌蒸气中加热，能生成具有很小化学配比偏差的Zn1+δO，为N型半导体。
(3)TiO在高于或低于整比TiO的分解压的各种不同的氧分压下加热，可生成电导性质不同的TiO1+δ。(4)许多过渡金属氧化物中，金属离子出现混合价态，例如Ni1-δO中，与NiO相比较少了δ个Ni，就会有2δ个Ni2+氧化为Ni3+。
混合价态化合物一般电导性比单纯价态化合物强，颜色要深，磁学性质改变，可用以制作颜料、磁性材料、氧化还原催化剂、蓄电池的电极材料等多种材料。2.层间嵌入某些离子、原子或分子

TiS2为层形分子，Li+可进入层间，形成LiδTiS2(0<δ<1)该化合物有良好的导电性，可以用作锂电池的电解质或者锂电池电极。商品锂离子电池正极材料多用LiCoO2，但Co价格昂贵、有毒。
现在研制的低成本替代产品：层状结构的Li