《晶态和非晶态材料》PPT课件

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1、第二章晶态和非晶态材料的特性固体晶体非晶体晶体和非晶体都是真实的固体，具有固态的基本属性。相对于气态、液态分子的长程平移，其中的原子则只处在完全确定的平衡位置附近作振动。固体的宏观性质就是这些大量的粒子之间相互作用和集体运动的表现。气态液态固态T(K)TbTfTgV(dm3)12气体液体晶体非晶体Tb–沸点Tf–凝固点Tg–玻璃化温度1.连续的固化到非晶态固体——缓慢降温；2.不连续的固化到晶态固体——快速降温；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

2、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

3、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。TtTt非晶态晶态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

4、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尽管自然界中晶体的外形是多种多样变化无穷的，而就其对称性来看却并不超出32种点群代表的宏观对称类型。由于晶体的物理性质由晶体对称性决定，而且也只决定于它的点群的对称性，所以对晶体学点群的研究十分重要。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

5、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

6、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。一些重要的物理性质仅出现在非中心对称的晶体中。晶体属于11种纯旋转对称的点群晶体的对映体现象手性和不对称性压电效应和二次谐波倍频效应晶体属于非中心对称的晶体热电效应和铁电效应晶体必须是极性晶体晶体的力学性能晶体对称性没有直接关系晶体折光率在不同方向上的大小

7、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晶体结构缺陷理想晶体的完整点阵结构是一个理论上的概念，自然界选择的是不完整的点阵结构。在可能的现实温度下，晶体中存在对理想晶体结构的偏离和结构不完整的几种情况为：1.温度增加时候，电子被激发到较高能级（激发态的原子或离子），电子被激发以后形成的空穴叫电子空穴，电子-电子空穴对称为激子，所需能量为色子；2.原子缺陷包括外来原子置换正常结点位置的原子、填隙原子、原子空位等，主要为点缺陷；3.几何尺寸的线、面或体缺陷。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

8、中产生的熵