材料科学与工程基础

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1、——————影响物质结构变化的因素——————材料科学与工程基础科目：材料科学与工程基础学院：材料科学与工程学院专业：2010级材料化学学号：41007324姓名：喻俊陕西师范大学材料科学与工程学院2012年12月06日17th——————影响物质结构变化的因素————————————影响物质结构变化的因素——————影响物质结构变化的因素（陕西师范大学材料科学与工程学院陕西西安710062）摘要众所周知，物质的结构决定其性质，性质决定其用途。而性质就是其特征，是能够通过一定的手段或方法能够让其表现出来的。那么其特征也

2、只能在特定条件下才能表现出来的，可以想象，当改变某些因素，一旦物质的微观结构发生变化，则其性质很有可能也会变化。晶体结构的改变意味着材料发生了相变，相变过程一般由相变热力学与相变动力学控制,在热力学中,相吉布斯自由能决定该相的稳性,GibbS自由能越小，该相的稳定性就越大，在一定条件下越不易发生变化。本文就是从这里入手，来探讨影响物质结构变化的因素。关键词物质结构晶体温度压强磁场应力一、什么是物质的结构？结构是物质赖以存在的基本方式，是物质固有的基本属性。结构亦是物质不可分离的基本存在方式和属性，世界上的任何事物都是具

3、有结构的。从宏观世界到微观世界，从自然界到人类社会，从无机物到有机物，从实物形态到场形态。从微观化学角度最直接最简单的表述就是指物质的最小组成微粒（原子、粒子）在空间或几何的排列方式。二、物质结构对于物质性质究竟起什么作用呢？用最简单的一句话说就是“物质结构决定了物质的性质”。在物质结构中有三个主要因素：基本点的性质、基本点的数量、基本点的配合方式，前者是指事物“由什么构成”，后两者是指“怎样构成”。因此，既然物质的结构会影响到其性质，要改变其性质，就必须从改变它的结构入手。三、哪些因素会影响到物质的结构呢？物质一般表

4、现出来的大都是体系能量最低的稳定态结构，还有部分则表现不稳态或亚稳态的结构。一旦某些因素改变，就会微粒（原子、分子或离子）在原来的结构中产生扩散运动或改变原有的结合方式，从而发生稳态结构和物质结构的变化。微观因素影响结构：晶体中质点的堆积、结构单位的数目、原子核和强相互作用力、各组分间的相互作用、质点的相对大小、电子浓度、缺陷、原子有序/无序、极化作用、多元体系中各组元的化学势不同、配位数与配位多面体、离子缺失等等，而且各种因素相互之间的影响也十分复杂。宏观条件影响微观结构：温度、压强、场（电/磁）、环境应力等变化引起

5、物质结构的改变。四、为什么不同结构表现出不同的物理、化学性质？不同物质具有不同化学性质和物理性质，这就是自然界中个体的独立性，即特性。不同的物质，其化学结构的组成是不同的，这就造就了其物理性质和化学性质不同的原因，进一步表现出不同的抗压、柔性、刚性、消光及其他性质。如同补钙剂中的主要成分碳酸钙在岩石中也能够找到的原因，碳的单质在自然界有3种（金刚石，碳60，黑炭），元素都相同，因为他们的化学组成结构不同，致使其化学结构的不同。17th——————影响物质结构变化的因素————————————影响物质结构变化的因素———

6、———可能影响物质结构变化的因素：————温度对晶体结构的影响————温度导致相变的原因：原子的热运动是其固有性质，热振幅是温度的函数当温度足够高时，原子离开其平衡位置从而发生相变。从热力学角度来说，Gibbs自由能变小，属于自发反应。温度导致的相变（配位数减小、比重降低、体积增加、对称性增高）。不同温度条件下Na4Ca(SO4)3复盐的SEM照片Pseudocubicsub-cellparametersforCaTiO3在不同温度下的空间结构Ca0.6Sr0.4TiO3asafunctionoftemperature

7、17th——————影响物质结构变化的因素————————————影响物质结构变化的因素——————钛酸钡（BaTiO3）晶体及其结构变化钛酸钡是一致性熔融化合物，其熔点为1618℃。在此温度以下，1460℃以上结晶出来的钛酸钡属于非铁电的六方晶系6/mmm点群。此时，六方晶系是稳定的。在1460~130℃之间钛酸钡转变为立方钙钛矿型结构。在此结构中Ti4+(钛离子)居于O2-(氧离子)构成的氧八面体中央，Ba2+(钡离子)则处于八个氧八面体围成的空隙中（见右图）。此时的钛酸钡晶体结构对称性极高，因此无偶极矩产生，晶体

8、无铁电性，也无压电性。随着温度下降，晶体的对称性下降。当温度下降到130℃时，钛酸钡发生顺电-铁电相变。在130~5℃的温区内，钛酸钡为四方晶系4mm点群，具有显著地铁电性，其自发极化强度沿c轴方向，即[001]方向。钛酸钡从立方晶系转变为四方晶系时，结构变化较小。从晶胞来看，只是晶胞沿原立方晶系的一轴（c轴）拉长，而沿另两轴缩短