晶体中负离子配位多面体结晶方位、形变与晶体压电、铁电性

第一章几何结晶学基础1-1. 晶体,晶胞的定义;空间格子构造的特点;晶体的基本性质. 1-2. 参网页上的模型,运用对称要素组合定律,写出四方柱,六方柱,四方四面体,斜方双锥,六八面体,三方柱,复三方三角面体,四六面体的点群符号, 并写出其所属的晶系和晶族. 1-3. 参阅网页上的模型,请确定单型中的六八面体,复三方偏三角面体,复六方双锥,和聚型中2,3,4 号模型在晶体定向中,各晶体的晶轴分别与哪些对称轴重或晶棱方向平行? 1-4. 请写出单型三方柱,四方柱,四方双锥,六方柱,菱面体,斜方双锥各晶面的主要晶面符号. 1-5. 请写出下列聚型模型各晶面的晶面符号:1,2,3,4.两个对称面相互成1)60°,2)90°,3)45°,4)30°,可组合成什么点群? 1-6. 由两根相交的二次轴互成1)90°,2)60°,3)45°,4)30°,可以组合成什么点群? 1-7. 试在面心立方格子中画出菱面体格子一晶面在X,Y,Z 轴分别截得2,4,6 个轴单位,请写出此晶面符号. 1-8. 作图表示立方晶体的(123),(012),(421)晶面. 1-9. 在六方晶体中标出晶面(0001),(2110),(1010),(1120),(1210) 的位置. 1. 答:晶体最本质的特点是其内部的原子,离子,或原子集团在三维空间以一定周期性重复排列而成, 晶体的空间格子构造有如下特点: 结点空间格子中的点,在实际晶体中它们可以代表同种质点占有的位置,因此也称为晶体结构中的等同点位置. 行列结点在一维方向上的排列 . 空间格子中任意两个结点连接的方向就是一个行列方向.面网结点在平面上的分布构成面网.空间格子中,不在同一行列上的任意三个结点就可联成一个面网.平行六面体空间格子中的最小单位.它由六个两两平行且大小相等的面组成. 晶体的基本性质是指一切晶体所共有的性质, 这些性质完全来源于晶体的空间格子构造.晶体的基本性质主要包括以下五点: 1 ) . 自限性(自范性),指晶体在适当条件下自发形成封闭几何多面体的性质. 晶体的的多面体形态是其格子构造在外形上的反映. 暴露在空间的晶体外表, 如晶面,晶棱与角顶分别对应其晶体空间格子中的某一个面网,行列和结点. 2 ) . 结晶均一性,指同一晶体的各个不同部分具有相同的性质.因为以晶体的格子构造特点衡量,晶体不同部分质点分布规律相同,决定了晶体的均一性. 3 ) . 对称性,指晶体中的相同部分在不同方向上或不同位置上可以有规律地重复出现.这些相同部位可以是晶面,晶棱或角顶.晶体宏观上的对称性反映了其微观格子构造的几何特征. 4 ) . 各向异性,指晶体的性质因方向不同而具有差异.如云母的层状结构显示了在不同方向上的结合强度不同.从微观结构角度考虑,代表云母晶体的空间格子在不同方向上结点位置的排列不同.5 ) . 稳定性(最小内能),指在相同的热力学条件下,具有相同化学组成的晶体与气相,液相,非晶态相比,晶体具有最小内能,因此也是稳定的结构. 2. 答: 点群运用组合定律晶系晶族四方柱L 4 4L 2 5PC 1,2,3 四方中级六方中级六方柱L6 6L 2 7PC 1.2.3 四方四面体Li 4 2L 2 2P 4,5 四方中级斜方双锥3L 2 3PC 1,2,3 正交低级六八面体3L 4 4L 3 6L 25 等轴高级9PC 三方中级复三方三角面L 3 3L 2 3PC 1,2,3 体四六面体3L 4 4L 3 6L 25 等轴高级9PC 六方中级三方柱Li 6 3L 2 3P 4 3 答:略4. 答: 三方柱晶面1(2110) 晶面2( 1210) 晶面3(1120) 晶面4(0001) 晶面5(0001) 四方柱晶面1(100) 晶面2(010) 晶面3(100) 晶面4(010) 晶面5(001) 晶面6(001) 四方双锥晶面1(h0l) 晶面2(0kl) 晶面3(h0l) 晶面4(0kl) 晶面5(h0l) 晶面6(0kl) 晶面7(h0l) 晶面8(0kl) 六方柱晶面1(10l0) 晶面2(01l0) 晶面3(l100) 晶面4(l010) 晶面5(0l01) 晶面6(1l00) 晶面7(0001) 晶面8(000l) 菱面体晶面1(h00l) 晶面2(0k0l) 晶面3(h00l) 晶面4(0l0l) 晶面5(00il) 晶面6(00il) 斜方双锥晶面1(hkl) 晶面2(hkl) 晶面3(hkl) 晶面4(hkl) 晶面5(hk l ) 晶面6(hk l ) 晶面7 (hkl) 晶面8(hkl) 5. 答: 60°L33P 90°L22P 45°L44P 30°L66P 6. 答: 90°3L 2 60°L33L2 45°L 4L 30°L 6L 6 4 2 2 7. 答:略.(632) 8. 答:略9. 答:略第二章晶体化学基础和无机化合物晶体结构1-1. 晶格能与哪些因素有关?已知MgO 晶体具有氯化钠的结构型, 其晶格常数 a 为0.42nm,试计算MgO 的晶格能. 1-2. 计算具有简单立方(SC)和体心立方(BCC)结构金属(单质)晶胞的堆积密度(空间利用率). 1-3. 金属钼具有BCC 结构,其晶格常数 a 为0.3146nm,试计算钼原子的半径. 金属铬的晶格常数 a 为0.2884nm,密度为7.19g/cm3,通过计算确定铬是简单立方,体心立方还是面心立方结构.(Cr 52.00) 1-4. 在氧离子面心立方紧密堆积中,画出适合正离子填充的空隙形状和位置, 并分析八面体空隙和四面体空隙数分别与氧离子数有什么关系? 1-5. 比较面心立方最紧密堆积和六方最紧密堆积的异同点. 1-6. ThO2 具有萤石结构:Th4+离子半径为0.100nm,O2-离子半径为0.140nm,试问1)实际结构中的Th4+正离子配位数与预计配位数是否一致?2)结构是否满足鲍林规则. 1-7. 从负离子的立方密堆积出发,说明以下情况各产生什么结构类型:1)正离子填满所有四面体空隙位置;2)正离子填满一半四面体空隙位置;3)正离子填满所有八面体空隙位置. 1-8. 在萤石晶体中Ca2+半径为0.112nm,F-半径为0.131nm,求萤石晶体的堆积密度?萤石晶体a=0.547nm,求萤石的密度. 1-9. 根据教材中的萤石结构图,画出萤石晶胞的投影图,并注明Ca2+离子和F离子的标高. 1-10. 下列硅酸盐矿结构各属何种结构类型?(有Al3+离子的要说明其在结构中所处的位置): CaMg[Si2O6] Ca2Al[AlSiO7] Mg[Si4O10](OH)2 K[AlSi3O8] 1.答:因素为(1)离子的电子结构(2)离子的晶体结构类型(3)正负离子平衡距离.MgO 的晶格能为3955.5 KJ mol . 2.答:SC 堆积密度为52.36%,BCC 堆积密度为68.02%. 3.答:钼原子半径为0.1362nm.铬是体心立方BCC 结构. 4.答:四面体数:氧离子数=2:1,八面体数:氧离子数=1:1. 5.答:略. 6.答: (1)半径计算得出Th4+应为六配位,由于ThO2 为萤石结构,故不一致. (2) 不满足多面体规则,电价规则可满足. 7.答:1)反萤石结构.2)闪锌矿结构.3)NaCl 型结构. 8.答:堆积密度为60.41%,萤石的密度为 3.17g cm3. 9.答:图略. 10. 答:CaMg[Si2O6] 单链状. Ca2Al[AlSiO7] 组群状,双四面体.Al3+离子一部分位于氧八面体空隙, 另一部分位于四面体空隙. Mg[Si4O10](OH)2 层状. K[AlSi3O8] 架状.Al3+离子位于氧四面体空隙.第三章晶体的结构缺陷.3-1 方镁石(MgO)的密度是 3.58g/cm3,其晶格常数是0.42nm,计算MgO 中每个晶胞中肖特基缺陷的数目. 3-2 1)在CaF2 晶体中,弗兰克尔缺陷形成能为2.8eV,肖特基缺陷的生成能为 5.5eV, 计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度? 2)如果CaF2 晶体中,含有百万分之一的YF3 杂质,则在1600℃时,CaF2 晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势?请说明原因. 3-3 在下述晶体中,你认为何类缺陷占优势?1)用MgCl2 掺杂的NaCl;2)用Y2O3 掺杂的ZrO2;3)用YF3 掺杂的CaF2;4)在一种还原性气氛中加热的WO3. 3-4 试写出下列缺陷方程: 1) 3) 2) 4) 3-5 当ZrO2 添加到Y2O3 中,为保持结构的电中性,在形成置换型固溶体的同时, 还产生正离子空位,写出其缺陷反应方程式. 3-6 高温结构材料Al2O3 可以用ZrO2 来实现增韧,也可以用MgO 来促进Al2O3 的烧结:1)如加入0.2mol%ZrO2,试写出缺陷反应式和固溶体分子式;2)如加入0.3mol%ZrO2 和Xmol%MgO 对Al2O3 进行复合取代,试写出缺陷反应式,固溶体分子式,并求出X 值. 3-7 ZnO 属六方晶系,a=0.3242nm,c=0.5195nm,每个晶胞中含有2 个ZnO 分3 子,测得晶体密度分别为5.74,5.606g/cm ,求两种情况下各产生什么型式的固溶体? 3-8 非化学计量化合物FexO 中,Fe3+/Fe2+=0.1,求FexO 中空位浓度及x 值. 1.答:平均每个晶胞0.0082 对肖特基缺陷. 2.答:⑴T1=298K,弗兰克缺陷浓度2.21×10-24 ,肖特基缺陷浓度为1.374×10-31;T2=1873K, 弗兰克缺陷浓度 1.72×10-4,肖特基缺陷浓度为 1.4×10-5;⑵T=1600℃,热缺陷1.72×10-4,杂质缺陷1×10-6,热缺陷占优势3.答: 4.答:略5. 答: 6.答:①Al1.997Zr0.002O3 ②Zr0.003Mg0.003Al1.994O3 7.答:略8.答:Fe0.957O,空位浓度[ ]=0.0435第四章非晶态固体4-1 试分析影响熔体粘度的因素有哪些? 4-2 名词解释:晶子学说和无规则网络学说,单键强度,网络形成剂和网络变性剂4-3 玻璃的组成是13mol%Na2O,13mol%CaO,74mol%SiO2,计算非桥氧分数. 有两种不同配比的玻璃,其组成如下: 序号1 2 Na2O( mol%) 8 12 CaO( mol%) 12 8 SiO2( mol%) 80 80 试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小. 4-4 有一组二元硅酸盐熔体,其R 志变化规律如下,写出熔体一系列性质的变化规律:R = 2 , 2.5, 3, 3.5, 4 游离碱含量的变化; O/Si 比的变化; 低聚物数量; 熔体粘度; 形成玻璃的能力; 析晶能力. 4-5 什么是硼反常现象?为什么会产生硼反常现象. 1. 答:溶体组成,质点活化能,温度等. 2. 答:略. 3. 答:R 值为2.35.X 值为0.7.非桥氧分数为17.5%.两种玻璃结构参数相同,但(1)的钙含量高,所以(1)粘度大. 4.答:游离碱含量的变化增大; O/Si 比的变化增大; 低聚物数量增多; 熔体粘度递减; 形成玻璃的能力递减; 析晶能力递增. 5.答:略.第五章固体的表面与界面行为5-1 名词解释: 表面能,表面张力,吸附,接触角,晶界结构,润湿角. 5-2 试说明晶界能总小于两个相邻晶粒的表面能之和的原因. 5-3 MgO-Al2O3-SiO2 系统的低共熔物放在Si3N4 陶瓷片上,在低共熔温度下, 液相的表面张力为900×10-3N/m,而液体与固体的界面能为600×10- 3 N/m,测得接触角为70.52°. (1) (2) 求Si3N4 的表面张力; 把Si3N4 在低共熔温度下进行热处理,测试其热腐蚀的槽角为60°,求Si3N4 的晶界能. 5-4 生产氧化铅瓷件过程中需要镀银,已知1000℃时γAl2O3 s=1.0×10-3N/m, γAg L=0.92×10-3N/m,γAg L/Al2O3 s=1.77×10-3N/m,问液态银能否润湿氧化铅瓷件表面?可以用什么方法改善它们之间的润湿性? 5-5 5-6 5-7 5-8 影响润湿效果的主要因素有哪些? 大块状的石英材料经煅烧后易于破碎,这是为什么? 试说明晶粒之间的晶界应力大小对晶体性能的影响. 在真空中和在空气中将云母片剥落后再合上,会出现什么现象?说明理由? 5-9 5-10 什么是粘附功?粘附性越好是否就意味着粘附功越小,为什么? 1 克石英当它粉碎(在湿空气中)成每颗粒半径为1μm 的粉末时质量增加至 1.02 克,它的吸附水膜厚度为多少?(石英密度是2.65g/cm3) 1. 3. 答:略2. 答:略答:⑴900×10-3N/M ⑵1559×10-3N/M 4. 答:θ=147°>90°,液态银不能润湿氧化铅表面,可以通过以下方法改善它们之间的润湿性:增大瓷件表面粗糙度;设法除去表面吸附膜等. 5. 略6. 略7. 略8. 略9. 略10. 答:膜厚度为0.0177um第六章相图及其相平衡6-1 名词解释: 凝聚系统;介稳平衡;无变量点;低共熔点;双升点;双降点;液相独立析晶. 6-2 简述SiO2 的多晶转变现象,说明为什么在硅酸盐产品中SiO2 经常是以介稳状态存在. 6-3 具有不一致熔融二元化合物的二元相图(图6-11 所示),在低共熔点E 发生如下析晶过程: .已知 E 点 B 含量为20%,化合物AmBn 的 B 含量为64%.现有C1 和C2 二种配合料,已知C1 中的 B 含量为C2 中 B 含量的 1.5 倍,且在高温熔融冷却析晶时,从该二配合料中析出的初相(即到达低共熔温度前析出的第一种晶体)含量相等.试计算C1 和C2 配合料的组成. 6-4 今通过实验测得如图所示的各相图,试判断这些实验结果的正确性,若有错误,予以修正,并说明理由. 6-5 已知 A 和 B 两组份构成具有低共熔点的有限固溶体二元系统(图6-17). 试根据下列实验数据绘制概略相图: 的熔点为1000℃, 的熔点为700℃. A B 含B25%的试样在500℃完全凝固, 其中含73.3.%初相SA(B)和26.7%SA(B)+SB(A) 共生体.含B50%的试样在同一温度下凝固完毕,其中含40%初相SA(B) 和60%SA(B)+SB(A) 共生体,而SA(B)相总量占晶相总量的50%,实验数据均在达到平衡状态时测定. 6-6 试完成下图中的配料点1,2,3 的结晶路程(表明液,固相组成点的变化及其结晶过程各阶段系统中发生的相变化). 6-7 下图所示为一个三元化合物的三元相图. (1) (2) (3) (4) 判断三元化合物N 的性质; 标出边界曲线的降温方向(转熔界线用双箭头); 指出无变点K,L,M 的性质分析点1,2 的结晶路程(表明液固相组成的变化及各阶段的相变化) 6-8 如图6-43,配合料P 的液相在无变点K 发生独立析晶,最终在低共熔点 F 结束结晶.试问此时所获得的C3S,C2S,C3A 和C12A7 四种晶相的含量各为多少?,如果在F 点仍未达到平衡,残留液相能否离开F 点向其它无变点继续转移?为什么? 6-9 如图6-43,今取配合料成分恰好如无变点h 的组成,在充分平衡条件下, 问: (1) (2) (3) 加热该配合料,什么温度开始出现液相? 要使物料全部熔融,至少要加热到多高温度? 写出配合料加热到开始出现液相时和全部熔融时的反应过程. 6-10 如图6-43,若原始液相组成位于配合料圈内,并恰好在CaO 和C3S 初相区的边界曲线上: (1) (2) 说明此液相的结晶路程在缓慢冷却到无变点K 的温度1455℃时急剧冷却到室温,则最终获得哪些相? 各相含量如何? 1.答:名词解释略. 2.答:略,提示从动力学角度说明. 3.答:C1 配料组成为 A 74.1%,B 25.9%;C2 配料组成为 A 82.7%,B 17.3%. 4.答:(A)B 的熔点温度只有一个,两点应该重合.(B)液相组成不应该存在范围.(C)低共熔温度不应该是一条倾斜的直线,应该是水平的.(D)(E)均为二元系统,P 最大为3,不应该出现四相点和四相区域. 5.答:图略,提示低共熔温度线上三点的B%分别为5%,80%,95%. 6.答:略. 7.答:(1)N 为不一致熔融三元化合物.(2)略.(3)L 点位于△BNC 内部,为低共熔点, 点位于△ANB 交叉位, K 为双升点, 点位于△ANC 内部, M 为低共熔点. (4)略. 8.答:C3S,C2S,C3A 和C12A7 四种晶相的含量略,残留液相不能离开F 向其它无变量点转移,因为三元系统最多存在四相,在F 点已有四相. 9.答:(1)加热该配合料,1335 度开始出现液相.(2)要使物料全部熔融,至少要加热到2570 度.(3)略. 10. 答:最终获得C3S,C2S,玻璃相.第七章扩散与固相反应7-1 名词解释: 无序扩散,晶界扩散,表面扩散,本征扩散,非本征扩散,自扩散,互扩散,稳定扩散,不稳定扩散,扩散活化能,扩散通量. 7-2 已知CaO 的肖特基缺陷生成能为6ev,欲使Ca2+在CaO 中的扩散直至CaO 的熔点(2600 ℃)都是非本征扩散,要求三价杂质离子的浓度是多少? 7-3 设有一条内径为30mm 的厚壁管道,被厚度为0.1mm 的铁膜隔开.通过管子的一端向管内输送氮气,以保持膜片一侧氮气浓度为1 200mol/m ,而另一侧的氮气浓度为100 mol/m3.如在700℃下测得通过管道的氮气流量为 2.8×10-8mol/s,求此时氮气在铁中的扩散系数. 7-4 在二根金晶体圆棒的端点涂上示踪原子Au,并把棒的两端如图所示连接. 在920℃下加热100 小时,Au 示踪原子的扩散分布如图所示,并满足下列关系: 3 M 为实验中示踪原子总量,求此时金的自扩散系数. 7-5 试定性地分析和讨论从室温到熔融温度范围内,氯化锌添加剂(10-4mol%) 对氯化纳单晶中所有离子(Zn,Na,Cl)的扩散能力的影响. 7-6 试从扩散介质的结构,性质,晶粒尺寸,扩散物浓度,杂质等方面分析影响扩散的主要因素. 7-7 根据ZnS 烧结的数据测定了扩散系数,在450℃和563℃时,分别测得扩散系数为1.0 ×10 cm /s 和3.0×10 cm /s.(1)确定激活能和D0;(2)根据你对结构的了解, 试从运动的观点和缺陷的产生来推断激活能的含义;(3)根据ZnS 和ZnO 相互类似的特点,预测D 随硫的分压而变化的关系. 7-8 试分析碳原子在面心立方和体心立方铁八面体空隙间跳跃情况并以D=λ Pг形式写出其扩散系数(设点阵常数为a).式中λ为跃迁自由程,P 为跃迁几率,而г为跃迁频率. 7-9 指出以下概念中的错误: (1) (2) (3) 如果固体中不存在扩散流,则说明原子没有扩散; 因固体原子每次跳动方向是随机的,所以在任何情况下扩散流量为零; 晶界上原子排列混乱,不存在空位,所以以空位机制扩散的原子在晶界处无法扩散; -4 2 -4 2 (4) 间隙固溶体中溶质浓度较高,则溶质所占据的间隙越多,供扩散的空余间隙越少,即Z 值越小,越容易导致扩散系数的降低. 7-10 以空位机制进行扩散时,原子每次跳动一次就相当于空位反向跳动一次, 并未形成新的空位,而扩散活化能中却包含着空位形成能,此说法正确吗?请给出说明. 1. 2. 3. 4. 答:略答:1.1×10-5mol/m3 答:D=3.6×10 m /s 答:根据表中数据,以-ln ,求D 为2.33×10-7m2/s 对x2 作图,得一直线,求斜率K,t=360000s,D= -12 2 5. 答:低温时,以杂质扩散为主,ZnCl2 的加入对Na 离子的扩散能力有扩散作用, 而对氯离子的扩散能力影响不大,在高温条件下,本征扩散为主要形式, ZnCl2 的加入影响可忽略. 6. 略7. 答:①Q=48.9kJ,D0=0.39cm2/s ②质点处于其他质点作用的三位势阱中作周期性振动,若要摆脱其他质点的束缚,必须具有克服势阱作用的能量,这部分能量称为激活能,激活能包括迁移能和缺陷形成能. ③D∝PS2-1/4,硫分压越小,D 越大,硫分压增大,D 减小. 8. 9. 答:面心立方(fcc), = ,P= ,D= ,体心立方(bcc),D= 答:①扩散流的产生需要一个推动力,但在宏观上不存在扩散流,只要有一定温度,原子之间存在杂乱无章的自扩散. ②当有外力作用,如处于电场中,扩散流量不为零,只有在平衡状态下,扩散流量为零. ③晶界上原子所受束缚力低,其能量/振动频率搞,迁移能力强,其原子迁移到内部相党羽空位的反向扩散,不仅存在扩散,其扩散能力还比内部强. ④对扩散系数的影响可以忽略. 10.答:不正确.扩散系数是宏观值不是单个原子跳动机理的简单叠加.第八章固相反应8-1 MgO 和SiO2 固相反应生成Mg 2SiO4,反应时扩散离子是什么?写出界面反应方程. 8-2 MoO3 和CaCO3 反应时, 反应机理受到CaCO3 颗粒大小的影响. MoO3 : 当CaCO3 =1:1,MoO3 的粒径r1 为0.036mm,CaCO3 的粒径r2 为0.13mm 时,反应是扩散控制的;而当CaCO3 :MoO3=15:1,r2<0.03 时,反应由升华控制, 试解释这种现象. 8-3 试比较杨德方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件. 8-4 当测量氧化铝-水化物的分解速率时,发现在等温试验期间,质量损失随时间线性增加到50%左右,超过50%时,质量损失的速率就小于线性规律.线性等温速率随温度指数地增加,温度从451℃增大到493℃时速率增大10 倍,试计算激活能,并说明这是一个扩散控制的反应?还是一般反应或是界面控制的反应. 8-5 1 平均粒径为1μm 的MgO 粉料与Al2O3 粉料以1: 摩尔比配料并均匀混合. 将原料在1300℃恒温3600h 后,有0.3mol 的粉料发生反应生成Mg Al2O4, 该固相反应为扩散控制的反应.试求在300h 后,反应完成的摩尔分数以及反应全部完成所需的时间. 答:扩散离子是Mg2+和Si4+,界面反应方程为: g 2+ +SiO4 Mg2SiO4+Si4+ Si4++4MgO Mg2SiO4+2 Mg2+ 2.答:当MoO3 的粒径r1 为0.036mm,CaCO3 的粒径r2 为0.13mm 时, CaCO3 颗粒大于MoO3,反应由扩散控制,反应速率随着CaCO3 颗粒度减小而加速,当r2<r1 时存在过量CaCO3,由于产物层变薄,扩散阻力减小,反应由MoO3 粒径升华控制, 并随着MoO3 粒径减小而加剧. 3.答:略. 4.答:1):. 由阿累尼乌斯公式: K=Aexp(-Q/RT)得: Q=R In k2/k1 (T1T2/T2-T1)=In10 *R*776*724/(493-451)=257.189KJ/mol R 故反应激活能为257.189kJ/mol 2):此反应为热分解反应,反应是在反应物与产物层的界面处进行的.由题中所述,反应进行到一定程度后质量损失速率小于线性规律,由此可推测该反应由扩散控制, 即后期由于反应物表层已被先前生成的大量产物层所包裹,导致新产生的气体无法扩散到外界去,从而减缓反应进行. 5.答:由于该固相反应为扩散控制反应,且粉料可视为均状大小球形,故用金斯特林格方程得: 1-2/3G-(1-G) 2/3 =kt G1=0.3/(1+1)=0.15 代入得K=7.45×10 -7 由题中所给条件;t1=3600h 所以当t2=300h 时,G2=0.045 令G=1,则T=1/3k=4.47×10 h 5第九章相变9-1 名词解释: 一级相变,二级相变,玻璃析晶,玻璃分相,均态成核,非均态成核,马氏体相变,亚稳分解,不稳分解. 9-2 为什么成核生长机理的相变过程需要有一定的过冷或过热, 相变才能发生, 在什么情况下需要过冷, 什么情况下需要过热?一般物质具有的最大成核速率的过冷度应该如何求得? 9-3 当一个球形晶核在液态中形成时,其自由能的变化△G=4πr2γ+ 4/3 r3△GV.式中r 为球形晶核的半径;γ为液态中晶核的表面能;△GV 为单位体积晶核形成时释放的体积自由能,求临界半径rk 和临界核化自由能△Gk. 8-4 如果液态中形成一个边长为a 的立方体晶核时, 其自由能△G 将写出什么形式?求出此时晶核的临界立方体边长ak 和临界核化自由能△Gk, 并比较球状晶核时,哪一种形状的△G 值更大,为什么? 9-5由 A 向 B 转变的相变过程中, 单位体积能变化△GV 在1000℃时为-419J/cm3, 在900℃时为-2093J/cm3,设A-B 间界面能为5×10-5J/ cm3,求: (1) (2) 在900℃和1000℃时的临界半径; 在1000℃进行相变时所需的能量. 9-6 试从热力学,动力学和形貌等方面比较亚稳分解和不稳分解这两种分相过程的特点. 9-9 某物质从熔体析晶,当时间分别为1s 和5s 时,测得晶相的体积分数分别为0.1%与11.8%,试用Vβ/V=1-exp(-Ktn)式计算Avrami 指数及其速率常数K. 9-10 如果直径为20μm 的液滴,测得成核速率IV=10 S cm ,如果锗能够过冷227℃,试计算锗的晶-液界面能?(TM=1231K,△H=34.8kJ/mol,ρ =5.35g/cm ) 9-11 举例说明相变理论在科学研究和生产实际中的应用. 1. 2. 答:略答: ,当,过热,过冷度为扩散活化能. 3. 4. 答: 答: , , ,显然立方体晶核形成, ,球形晶核较大. ,过冷;当, 3 -1 -1 -3 5. 答:900℃, ×10-17J =4.778, 1000℃, =2.387nm, 6. 9. 10. 11. 答:略答:n=3,K=10-3 答: 答:略第十章烧结过程10-1 名词解释: 熔融温度,烧结温度,烧结,烧成,液相烧结,固相烧结,晶粒生长,二次再结晶,晶粒极限尺寸,晶粒平均尺寸. 10-2 烧结的模型主要有哪几种?各适用于哪些典型的传质过程? 10-3 若固-气界面能为0.1J/m ,如果用直径为1μm 的粒子组成压块的体积为1cm ,试计算由烧结推动力而产生的能量是多少? 10-4 设有粉料粒度为5μm,若经2h 烧结后,x/r=0.1.如果不考虑晶粒的生长,若烧结至x/r=0.2.并分别通过蒸发-凝聚;体积扩散;粘性流动; 溶解-沉淀传质,则各需要多少时间?若烧结8h,则各传质过程的颈部增长x/r 又是多少? 10-5 如上题粉料的粒度改为16μm,烧结至x/r=0.2,各传质需要多少时间? 若烧结时间为8h,各个过程的x/r 又是多少?从两题计算的结果,讨论粒度与烧结时间对四种传质过程的影响程度? 10-6 下列过程中, 哪些能使烧结强度增加, 而不产生致密化过程?试说明理由.(1) 蒸发-凝聚(2)体积扩散(3)粘性流动(4)晶界扩散(5)表面扩散(6)溶解-沉淀. 10-7 制造透明Al2O3 材料时, 原始粉料粒度为2μm, 烧结至最高温度保温0.5h, 测得晶粒尺寸10μm,试问若保温时间为2h,晶粒尺寸多大?为抑制晶粒生长加入0.1%MgO,此时若保温时间为2h,晶粒尺寸又有多大? 10-8 晶界遇到夹杂物时会出现几种情况,从实现致密化目的考虑,晶界应该如何移动?怎样控制? 10-9 在烧结时,晶粒生长能够促进坯体致密化吗?晶粒生长会影响烧结速率吗?试说明之. 10-10 影响烧结的因素有哪些?最易控制的因素是哪几个? 1.答:名词解释略. 2.答:略. 3.答:烧结推动力而产生的能量是0.6J.提示,先算出粒子个数,再算出气固界面消失的面积. 4.答:根据查得各传质方式公式可得: 时间分别为16h,64h,8h,128h,若只烧结8h,则X/R 分别为0.1×41/3,0.1×4 1/5,0.2,0.1×41/6. 5.答:略6.答:略. 7.答:略3 2。

晶体中负离子配位多面体结晶方位与晶体形貌、结构和性能钟韦卓，李晓兵，罗豪甦，华素坤(中国科学院上海硅酸盐研究所，上海市嘉定区城北路215号，201800)晶体中负离子配位多面体是晶体结构的基本基元，其结晶方位与相互缔合的稳定性决定了晶体的结构、形貌和性能。

所以研究晶体中的负离子配位多面体结构基元能使晶体的结构和性能得到有机的联系，这样就可以结合生长机理对晶体的形貌和性能进行人工调控。

一、晶体结构晶胞的划分是可以用负离子配位多面体的顶角、棱或面为基准的，AB型的晶体的形貌通常与配位多面体的形貌相一致[3]。

二、晶体相变晶体的相变是取决于负离子配位多面体的结晶方位和形变，水晶有三方和六方两种形态。

Si-O4四面体的二次对称轴与晶轴C平行时晶体是六方晶系，当Si-O4四面体的二次对称轴与晶轴C偏斜17°30′时，晶体属于三方晶系[2]。

三、同质结构同是TiO2的成分，却存在着三种不同的同质异构变体，由于[TiO6]8-八面体在晶体中的结晶方位不同而形态各异。

金红石晶体中[Ti-O6]8-八面体的二次对称轴与晶体的晶轴C平行，晶体呈四方柱；而锐钛矿中[Ti-O6]8-八面体的四次对称轴与C轴平行，晶体呈四方锥状结构，在板钛矿中[Ti-O6]8-八面体的四次对称轴与晶轴C斜交，晶体呈板状。

配位体结构方位不同的同质异构晶体会显示出不同的结晶形貌[3]。

四、异质同构TiO2与SnO2是属于异质同构晶体，[Ti-O6]8-、[Sn-O6]8-两种八面体在晶体中虽然成分不同，但是配位八面体的结晶方位却完全相同，晶体的结晶形貌完全一样，甚至出现的双晶也万全相同[4]。

五、晶体的物理性能（1）旋光性水晶具有旋光性，旋光方向与晶体中[Si-O6]8-四面体C轴相互缔合螺旋链的左右旋方向一致。

[5](2) 压电性晶体中的阳离子分布在配位多面体的顶角、棱或面上的负离子层中，但是阳离子不是位于阴离子层中央，而是偏向于一方，靠近的一方为正极，远离的一方为负极面，故加压与晶体时会显示出压电性。

2.4 离子晶体结构陶瓷材料属于无机非金属材料，是由金属与非金属元素通过离子键或兼有离子健和共价键的方式结合起来的。

陶瓷的晶体结构大多属离子晶体。

2.4.1 离子晶体的结构规则1.负离子配位多面体规则在离子晶体中，正离子的周围形成一个负离子配位多面体，正负离子间的平衡距离取决于离子半径之和，而正离子的配位数则取决于正负离子的半径比。

这是鲍林第一规则。

将离子晶体结构视为由负离子配位多面体按一定方式连接而成，正离子则处于负离子多面体的中央，故配位多面体才是离子晶体的真正结构基元。

离子晶体中，正离子的配位数通常为4和6，但也有少数为3，8，12。

2.电价规则在一个稳定的离子晶体结构中，每个负离子的电价Z-等于或接近等于与之相邻接的各正离子静电强度S 的总和。

这就是鲍林第二规则，也称电价规则。

3.负离子多面体共用顶、棱和面的规则鲍林第三规则指出："在一配位结构中，共用棱特别是共用面的存在，会降低这个结构的稳定性。

对于电价高，配位数低的正离子来说，这个效应尤为显著。

"4.不同种类正离子配位多面体间连接规则鲍林第四规则认为："在含有一种以上正负离子的离子晶体中，一些电价较高，配位数较低的正离子配位多面体之间，有尽量互不结合的趋势。

"5.节约规则鲍林第五规则指出："在同一晶体中，同种正离子与同种负离子的结合方式应最大限度地趋于一致。

"因为在一个均匀的结构中，不同形状的配位多面体很难有效堆积在一起。

2.4.2 典型的离子晶体结构离子晶体按其化学组成分为二元化合物和多元化合物。

其中二元化合物中介绍AB 型，AB2 型和A2B3型化合物；多元化合物中主要有ABO3型和AB2O4 型。

1.AB型化合物结构a.CsCl型结构:CsCl型结构是离子晶体结构中最简单的一种，属六方晶系简单立方点阵，Pm3m空间群。

CS+和Cl-半径之比为0.169nm/0.181nm＝0.933，Cl-离子构成正六面体，Cs+在其中心，Cs+和Cl-的配位数均为8，多面体共面连接，一个晶胞内含Cs+和Cl-各一个，如图2.32所示。

《电子材料物理》复习提纲第一章 电子材料的结构1. 晶体的结构与对称性理解点阵结构与晶体结构之间的关系，能够根据晶体结构画出点阵图。

将构成晶体的结构济源抽象成一个几何点，这些几何点在空间按一定的规则重复排列所形成的阵列。

点阵反映晶体结构周期性的大小和方向。

掌握晶胞的基本概念，并会计算晶胞中结点的个数；晶胞是从晶体结构中取出来的反映晶体周期性和对称性的重复单元。

熟悉七大晶系的特征。

理解4种晶胞类型7大晶系14种点阵类型32种点群和230种空间群之间的相互联系掌握晶体的宏观对称操作和微观对称操作，对于常见立方结构的晶体能够找出其中的对称操作元素；旋转、反映、反演及旋转-反演 立方结构CsCl 各三个4次转轴和4次反轴，各四个3次转轴和3次反轴，各六个2次转轴和2次反轴，九个反映面，一个反演中心掌握点群符号、空间群符号的含义以及空间群符号向同型点群符号的转变。

点群反映的是晶体理想外形的宏观对称性，空间群反映的是晶体内部原子等规则排列而具有的微观对称性。

空间群的数目多于点群，意味着微观对称性不同的晶体结构可能生长出相同的晶体外形，即同一个点群可能对应不同的空间群 空间群转点群 1、将滑移面转换为反映面2、将螺旋轴转换为旋转轴2. 典型晶体结构掌握密堆积，配位数，电负性等基本概念；电负性：原子的电负性即是衡量分子中原子吸引电子的能力。

电离能与亲和能之和则称为该元素的电负性。

掌握物质理论密度的计算方法；理解鲍林规则的主要内容； 1、鲍林第一规则：负离子配位多面体规则2、鲍林第二规则：电价规则3、鲍林第三规则：多面体组联规则4、鲍林第四规则：高价低配位多面体远离法则5、鲍林第五规则：结构简单化法则掌握典型离子晶体结构的类型及结构特征（重点AX 型，钙钛矿型，正尖晶石型）。

只考氯化铯，重点钙钛矿，正尖晶石第二章 晶体中的缺陷与扩散熟悉点缺陷的定义及分类，AC N V nA =ρ引起几个原子范围的点阵结构不完整，亦称零维缺陷按产生原因：热缺陷，杂质缺陷，非化学计量缺陷，电荷缺陷，辐照缺陷等掌握点缺陷Kroger-Vink 符号的书写及表示的含义，熟悉点缺陷形成的准化学反应方程式的书写原则，掌握热缺陷和MO 型金属氧化物杂质缺陷准化学反应方程式的书写，并能根据质量作用定律计算平衡状态下缺陷的浓度。

晶体中配位数的判断一、晶体学中的配位数在晶体中，原子或离子总是按一定方式与周围的原子或离子相结合，此时，一个质点与周围直接接触的质点数称为配位数。

原子配位数是指某一个原子周围所接触到的同种原子的数目；离子配位数是在离子晶体中，每个离子周围所接触到的异性离子的个数。

在金属晶体中，由于金属原子通常做最紧密堆积，决定了金属原子具有较高或最高的配位数。

二、配位数与物质结构1.共价晶体由于共价键有方向性和饱和性，所以原子的配位数决定于元素的共价。

例如石英（SiO2）晶体是原子晶体，其中每个硅原子和4个氧原子以共价键相连结，每个氧原子和2个硅原子相连结，因此硅和氧原子的配位数分别为4和2，与它们的共价数分别相等。

2.离子晶体离子键没有方向性和饱和性。

正、负离子交错排列，跟尽可能多的异号离子接触，因此配位数比较高。

一般离子晶体配位数由阴阳离子半径决定， 一般来说半径比（r ˉ/r+)在0.2~0.4之间的，配位数为4；0.4~0.7之间，配位数为6；0.7~1.0之间的，配位数为8。

晶胞类型 晶体结构配位原子空间位置配位数 NaCl 型离子晶体Na +配位数:6Cl -配位数:6CsCl 型离子晶体Cs +配位数:8Cl -配位数:8 立方ZnS 型离子晶体Zn 2+配位数:4S 2-配位数:4 CaF 2型离子晶体Ca 2+配位数:8F -配位数:4 六方ZnS 型离子晶体Zn 2+配位数:4S 2-配位数:43.金属晶体金属单质晶体中的配位数与金属阳离子的堆积方式有关。

晶胞类型符号晶体结构配位原子空间位置配位数简单立方6面心立方A1 12体心立方A2 8六方立方A3 124.分子晶体（1）干冰(如下图所示)，以立方体的面心CO2分子分析，上、中、下层各有4个CO2分子，故配位数为12。

（2）冰(如下图所示)，每个水分子与周围四个水分子通过氢键结合，配位数为4。

5．配位数为3的层状晶体。

如石墨或六方氮化硼等。

晶体铁电效应晶体铁电效应是指某些晶体材料在外加电场的作用下，会产生自发极化，从而具有铁电性质。

这种现象最早在1920年被法国物理学家约瑟夫·居里发现。

晶体铁电效应在很多领域都有广泛的应用，如电子器件、光电子技术、信息存储等。

本文将从晶体铁电效应的原理、特性、应用等方面进行详细论述。

一、晶体铁电效应的原理晶体铁电效应的原理可以归结为电场作用下，晶体中正负电荷的重新排列。

在正常情况下，晶体中的正负电荷呈无序分布。

当外部电场作用于晶体时，晶体中的正负电荷会重新排列，使得晶体的一部分呈现出正电荷，另一部分呈现出负电荷，从而产生自发极化。

这种自发极化具有稳定的特性，即使去除外部电场，晶体仍能保持一定的极化状态。

二、晶体铁电效应的特性1. 铁电性铁电性是晶体铁电效应最基本的特性。

具有铁电性的晶体在外加电场作用下，会产生自发极化，且极化方向与电场方向一致。

当外部电场反向时，晶体的极化方向也会反向。

2. 非线性晶体铁电效应具有非线性特性。

在弱电场作用下，晶体极化强度与电场强度成正比；而在强电场作用下，晶体极化强度与电场强度不再成正比关系，呈现出非线性特性。

3. 电滞现象电滞现象是晶体铁电效应的重要特性。

当外部电场作用于晶体时，晶体的极化强度会随电场强度增加而增加。

当电场强度达到一定程度后，晶体极化强度不再随电场强度增加而增加，而是保持恒定，这种现象称为电滞现象。

4. 热释电现象热释电现象是晶体铁电效应的另一个重要特性。

当晶体受到温度变化时，晶体的极化强度会发生变化，从而产生电荷。

这种现象称为热释电现象。

三、晶体铁电效应的应用1. 电子器件晶体铁电效应在电子器件领域有广泛的应用。

例如，铁电存储器就是一种利用晶体铁电效应进行信息存储的器件。

此外，晶体铁电效应还可以用于制作电容器、传感器、振荡器等电子器件。

2. 光电子技术晶体铁电效应在光电子技术领域也有重要应用。

例如，铁电激光器就是一种利用晶体铁电效应实现激光输出的器件。

晶体中正负配位多面体的结晶方位与晶体形貌
仲维卓;华素坤
【期刊名称】《化学通报》
【年(卷),期】1992(000)012
【总页数】6页(P17-22)
【作者】仲维卓;华素坤
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】O742.3
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5.晶体中负离子配位多面体结晶方位、形变与晶体压电、铁电性 [J], 仲维卓;张学华;罗豪甦;华素坤
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一， 晶体学基础习题1 名词解释：配位数与配位体，同质多晶、类质同晶与多晶转变，位移性转变与重建性转变，晶体场理论与配位场理论。

晶系、晶胞、晶胞参数、空间点阵、米勒指数（晶面指数）、离子晶体的晶格能、原子半径与离子半径、离子极化、正尖晶石与反正尖晶石、反萤石结构、铁电效应、压电效应.答：配位数：晶体结构中与一个离子直接相邻的异号离子数。

配位体：晶体结构中与某一个阳离子直接相邻、形成配位关系的各个阴离子中心连线所构成的多面体。

同质多晶：同一化学组成在不同外界条件下（温度、压力、pH 值等），结晶成为两种以上不同结构晶体的现象。

多晶转变：当外界条件改变到一定程度时，各种变体之间发生结构转变，从一种变体转变成为另一种变体的现象。

位移性转变：不打开任何键，也不改变原子最邻近的配位数，仅仅使结构发生畸变，原子从原来位置发生少许位移，使次级配位有所改变的一种多晶转变形式。

重建性转变：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。

晶体场理论：认为在晶体结构中，中心阳离子与配位体之间是离子键，不存在电子轨道的重迭，并将配位体作为点电荷来处理的理论。

配位场理论：除了考虑到由配位体所引起的纯静电效应以外，还考虑了共价成键的效应的理论图2-1 MgO 晶体中不同晶面的氧离子排布示意图2 面排列密度的定义为：在平面上球体所占的面积分数。

（a ）画出MgO （NaCl 型）晶体（111）、（110）和（100）晶面上的原子排布图；（b ）计算这三个晶面的面排列密度。

解：MgO 晶体中O2-做紧密堆积，Mg2+填充在八面体空隙中。

（a ）（111）、（110）和（100）晶面上的氧离子排布情况如图2-1所示。

（b ）在面心立方紧密堆积的单位晶胞中，r a 220=（111）面：面排列密度= ()[]907.032/2/2/34/222==∙ππr r（110）面：面排列密度=()[]555.024/224/22==∙ππr r r（100）面：面排列密度=()785.04/22/222==⎥⎦⎤⎢⎣⎡ππr r 3、已知Mg 2+半径为0.072nm ，O 2-半径为0.140nm ，计算MgO 晶体结构的堆积系数与密度。

陶聪一世神来之笔一、名词解释二、判断6143第二章：结构缺陷相变（1or2）点群：在有限对称图形中由宏观对称元素组合成的对称元素群。

空间群：由晶体结构的对称操作（点对称操作、平移操作）所组合的对称群。

晶胞：能同时反映晶体周期性和对称性的最小平行六面体重复单元。

对称性：物体由两个或以上的等同部分组成，经过一定空间操作，各部分调换位置后整个物体保持不变的性质。

对称元素：在对称操作中保持不变的点、线、面等几何元素。

（可以是晶体中实际存在，也可以是假想的）晶体场：晶体结构配位多面体中配位负离子对中心正离子所产生的静电势场。

缺陷：通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变称为晶体的结构缺陷。

点缺陷：引起几个原子范围(三维方向尺寸都很小)的点阵结构不完整。

弗伦克尔缺陷：在满足化学计量比晶体中，金属离子脱离格点位置，形成金属填隙，同时产生金属空位。

肖特基缺陷：在满足化学计量比的晶体中，在晶格中同时出现金属空位和氧空位。

相：体系内物理化学性质相同且完全均匀的部分。

可以是纯物质也可以是混合物。

物种数：平衡体系中所含的化学物质数S。

组分数：能够确定平衡体系中所有各相组成的最少物种数n。

自由度：平衡体系中，在一定范围内可以任意独立改变而不致引起体系中旧项消失或新相产生的独立变数。

第三章：电导（2or1）迁移率：载流子在单位电场中的迁移速度。

霍尔效应：金属或半导体薄片置于沿z方向的磁场中，当在x方向有电流流过时，在y方向将产生电动势，这种现象称为霍尔效应。

电解效应：在直流电场作用下，离子发生迁移并在电极附近发生电子得失，产生新的物质。

压敏效应：对电压变化敏感的非线性电阻效应。

PTC效应：施主掺杂的BaTiO3在居里温度附近，电阻率随温度的升高急剧增大的现象。

第四章：介电（1）极化：在电场作用下，介质中正、负电荷发生相对位移，正负电荷中心不重合，从而产生感应电荷。

极化率：单位电场强度下，质点电偶极矩的大小。

极化强度：单位体积内，电偶极矩的矢量和。

离子晶体的鲍林规则
鲍林在实验基础，运用离子键理论，总结出离子晶体的规则：
1、负离子配位多面体规则：离子晶体中，正离子处于负离子配位多面体之中，为降低能量，正负离子紧密堆积。

2、电价规则：稳定的离子晶体结构，每个负离子电价等于或接近于与之相邻的各正离子电价总和。

3、负离子多面体共用顶棱和面的规则：负离子多面体连接方式，共用棱或共用面的存在会降低结构的稳定性。

4、不同种类正离子配位多面体间连接规则：在含有两种或以上正离子的离子晶体中，电价高，配位数较低的正离子配位多面体之间，有尽量不结合的趋势。

5、节约规则：在同一晶体中，同种正离子与同种负离子的结合方式应趋于一致。