上海大学《材料化学导论》课程学习要求

第一章绪论1 近期的诺贝尔奖金与材料化学（填空题）✓科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。

丹尼尔·舍特曼(Daniel Shechtman)发现了准晶体2 国家重点发展的七大产业与材料化学的关系（填空题）✓节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料、新能源汽车3 材料研究的科技计划有哪些？（填空题）✓国家中长期科技发展规划、973计划、863计划、国家自然科学基金4 知道材料化学领域重要的中外文期刊各5种(填空题)✓无机材料学报、硅酸盐学报、无机化学学报、功能材料、材料研究学报✓Nat Mater、Adv Mater、Adv Funct Mater、Chem Mater、J Mater Chem5 掌握材料科学与工程的四个基本要素，并理解他们之间的相互关系（论述题）材料科学与工程：研究材料组成、结构、制备工艺流程与材料性能和用途关系的知识及其应用●材料的化学组成对其性能有着重要影响如铁碳合金性能与含碳量有关。

●材料的结构不同性能也不同如金刚石、石墨、活性碳、富勒烯、纳米碳管、石墨烯。

●材料的制备工艺不同、形成材料的结构不同、性能也不同如快冷技术●材料效能的发挥与服役的环境条件密不可分如石墨在真空或惰性气氛中是难得的加热材料和隔热材料，可应用在2000度的真空炉；但要是处于氧化环境，则会烧蚀，即使普通炉也不能用。

6 了解几种材料的分类方法（概念、填空题）◆从物理化学属性分：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同类型材料所组成的复合材料。

◆按使用的材料性能分：结构材料、功能材料。

◆按用途分：电子材料、生物材料、核材料、建筑材料、能源材料、航空航天材料等。

◆按材料的聚集状态分：单晶材料、多晶材料、非晶材料、微晶材料、准晶材料。

7 材料的重要性(是非判断题)⏹材料是人类生存、社会发展、科技进步的物质基础，是现代科技革命的先导，与能源、信息一起并称为现代文明的三大支柱。

⏹材料是人类赖以生活和生产的物质基础⏹材料是生产力发展的重要支柱⏹材料是划分人类社会不同时期的重要依据第二章晶体结构1 掌握晶体与非晶体的概念、区别及联系。

（填空题或论述题）✓晶体：构晶离子在三维空间有规则的周期性重复排列。

最小内能、热力学稳定、固定熔点、各向异性、均匀性、自范性－自发形成规则几何多面体外形、对称性、衍射效应。

✓非晶体：一种过冷状态的液体, 近程有序、远程无序。

非晶体经过热处理，可以转化为晶体，晶体经快速冷却或特殊制备方法可获得非晶体2 掌握空间点阵（名词解释）、晶胞（名词解释）的概念与抽取原则；熟悉七种晶系、十四种布拉菲点阵的结构关系。

（简答题）✓表示晶体结构中等同点排列规律的几何图形称为空间点阵。

✓晶胞即结晶学上能代表对称特性的最小体积单元。

3 掌握立方晶系晶向、晶面、晶向指数、晶面指数的概念及确定。

（名词解释、简答题）晶面指数：用数字具体表示晶体（点阵）中复杂的点、线、面相对位置关系将u，v，w加方括号内就得到晶向指数4 掌握立方晶系晶面间距的计算。

（计算题）5 熟悉晶体的键合类型及其基本性质。

（问答题）6 掌握金属晶体的三种密堆积结构。

（填空题）六方密堆、面心立方密堆、体心立方堆积7 熟悉离子半径比与配位多面体、晶格能、离子极化及其晶体性质的关系；掌握哥希米德结晶化学定律及其应用。

（填空题）晶体结构取决于其组成的数量关系、大小比例和极化性能8 掌握类质同晶和同质多晶的概念与区别（名词解释）同质多晶：同一化学组成在不同外界条件下结晶成为不同结构晶体。

类质同晶：物质结晶时，其晶体结构中原有离子或原子的配位位置被介质中性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成性质均匀的、呈单一相的混合晶体，但不引起键性和晶体结构发生质变的现象。

9 能够根据8-N规则判断非金属单质的晶体结构。

（简答题）N为主族数8-N为非金属单质种一个原子连接的其他相邻原子数。

10 掌握三种典型的AB型离子化合物的结构特征？知道为什么NaCl型最多？了解AB2,A2B3型离子化合物常见的晶体类型（填空题、简答题）NaCl型、CsCl型、ZnS型在AX型晶体结构中，一般阴离子X的半径较大，而阳离子A的半径较小，所以X做紧密堆积，A填充在其空隙中。

大多数AX型化合物的r+/r-在0.414～0.732之间，应该填充在八面体空隙，即具有NaCl型结构；并且NaCl型晶体结构的对称性较高，所以AX型化合物大多具有NaCl型结构。

CaF2型、反萤石结构、金红石TiO2结构、SiO2 Al2O3型11 熟悉尖晶石与反尖晶石结构的特点与无机非金属材料的磁性。

（简答题）尖晶石结构：是AB2O4（A是二价离子，B是三价离子A与B的电价和为8）的典型结构如下图所示。

氧作面心立方紧密堆积，A占四面体间隙，B占八面体间隙。

反尖晶石（具有磁性）（AB2O4) ：二价离子占八面体空隙，三价离子一半占八面体空隙，一半占四面体空隙。

如许多磁性材料氧化物都是反尖晶石结构。

12 熟悉ABO3钙钛矿结构的特点（简答题、填空题）O2-和Ca2＋半径相似，共同构成面心立方堆积，Ca2＋占据顶角，O2－占据面心，Ti4＋填充1/4[TiO6]八面体空隙13 熟悉几种常见的硅酸盐结构；（填空题）岛状、双岛状b、环状c、单链状、双链状d、层状e、网状第三章晶体结构缺陷1 掌握点缺陷的概念、类型及其表示方法。

(填空题)2 掌握热缺陷的概念、类型。

（填空题、计算题）3 会书写缺陷反应方程式。

（简答题、推断题）4 熟悉非本征缺陷的概念、产生及缺陷化学反应式.（简答题）杂质原子进入晶体（掺杂）而产生的缺陷。

本身存在或有目的加入(改善晶体的某种性能)5 掌握非化学计量化合物的概念、四种基本类型及缺陷浓度计算。

（填空题、简答题）存在于非化学计量化合物中的结构缺陷，化合物化学组成与周围环境气氛有关；不同种类的离子或原子数之比不能用简单整数表示。

6 掌握固溶体的分类；（填空题）置换型固溶体和间隙型固溶体的形成条件及影响因素；（简答题、论述题）了解固溶体的研究方法（是非判断题）。

按杂质原子在晶体中的位置分类：置换型固溶体、间隙型固溶体按杂质原子在晶体中的溶解度分类：无限型固溶体、有限型固溶体置换型固溶体：杂质原子进入晶体中正常格点位置所生成的固溶体间隙型固溶体：杂质原子进入溶剂晶格中的间隙位置所生成的固溶体。

形成条件：●杂质质点大小即添加的原子愈小，易形成固溶体，反之亦然。

●晶体（基质）结构离子尺寸是与晶体结构的关系密切相关的，在一定程度上来说，结构中间隙的大小起了决定性的作用。

一般晶体中空隙愈大，结构愈疏松，易形成固溶体。

●电价因素外来杂质原子进人间隙时，必然引起晶体结构中电价的不平衡，这时可以通过生成空位，产生部分取代或离子的价态变化来保持电价平衡。

影响：◆稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生◆活化晶格◆固溶强化◆形成固溶体后对材料物理性质的影响研究方法：在金属氧化物中，具有氯化钠结构的晶体，只有四面体间隙是空的，不大可能生成间隙式固溶体,例如MgO，NaCl、GaO、SrO、CoO、FeO、KCl等都不会生成间隙式固溶体。

具有空的氧八面体间隙的金红石结构，或具有更大空隙的萤石型结构，金属离子能填入。

例如CaF2，Zr02，UO2等，有可能生成间隙式固溶体。

对于金属氧化物系统，最可靠而简便的方法是写出生成不同类型固溶体的缺陷反应方程，根据缺陷方程计算出杂质浓度与固溶体密度的关系，并画出曲线，然后把这些数据与实验值相比较，哪种类型与实验相符合即是什么类型。

第四章X射线衍射与晶体结构分析掌握X-射线衍射图形与晶体结构、晶粒尺寸、晶体缺陷（晶胞尺寸）、物相含量之间的关系及分析方法（填空题或问答题）。

第五章固体表面与界面1 理解表面、界面、相界、晶界的概念与区别（名词解释）；熟悉清洁表面和吸附表面的特点（填空题）；固体表面自由能和表面张力的特点。

（简答题）表面：物体与真空或其自身蒸气接触的面。

如固体与气体、液体与气体。

相界：结构不同的两块晶体或结构相同点阵常数不同的晶体结合处的交界面。

晶界：同种材料相同结构的两个晶粒之间的边界，也称晶粒间界。

界面：是一个总称。

指两个独立体系的相交处。

清洁表面：不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散等物理化学效应的表面。

化学组成与体内相同、周期结构与体内不同吸附表面：清洁表面上有来自于体内并扩散到表面的杂质以及从表面周围空间吸附到吧表面上的质点•2 熟悉固体表面力的组成（填空题）(1) 范德华力(分子引力) (2) 化学力3 熟悉弯曲表面效应和毛细现象及其作用力的影响因素（名词解释或简答题）如果平表面的压力为P0，弯曲表面产生的压力差为∆P，则弯曲表面承受的总压力为P＝P0＋∆P，附加压力方向总是指向弯曲表面的曲率中心毛细现象：液体能在毛细管中自动升降的现象4 了解润湿的概念与类型（填空题）固液接触后，体系吉布斯自由能降低时就称为润湿。

附着润湿（沾湿）、铺展润湿（铺展）、浸渍润湿（浸湿）第七章固体中的扩散1掌握稳态扩散与非稳态扩散的概念（名词解释）；掌握稳态扩散的动力学方程-菲克第一定律并能进行基本计算（是非判断题、计算题）。

稳态扩散，是指在扩散系统中，任一体积元在任一时刻，流入的物质量与流出的物质量相等，即任一点的浓度不随时间变化。

非稳态扩散：扩散过程中，扩散通量随时间和距离变化。

通过各处的扩散通量J 随着距离x 在变化2 熟悉几种扩散的微观机制（填空题）。

扩散机制：●易位：两个质点直接换位●环形扩散：同种质点的环状迁移●准间隙扩散：从间隙位到正常位，正常位质点到间隙●间隙扩散：质点从一个间隙到另一个间隙●空位扩散：质点从正常位置移到空位3 掌握扩散系数的计算（计算题）。

4 熟悉扩散的影响因素（论述题）。

●温度：温度升高，扩散原子获得能量超越势垒几率增大且空位浓度增大，有利扩散，对固体中扩散型相变、晶粒长大化学热处理有重要影响。

●晶体缺陷短路扩散：原子沿点、线、面缺陷扩散速率比沿晶内体扩散速率大，沿面缺陷的扩散（界面、晶界）：原子规则排列受破坏，产生畸变，能量高，所需扩散激活能低●晶体结构的影响a.同素异晶转变的金属中，D随晶体结构改变，910℃，Dα-Fe/Dγ-Fe=280，α-Fe致密度低，且易形成空位。

b.晶体各向异性使D有各向异性铋扩散的各向异性●固溶体类型：间隙原子扩散激活能小于置换式原子扩散激活能，缺位式固溶体中缺位数多，扩散易进行。

●扩散元素性质：扩散原子与溶剂金属差别越大，扩散系数越大，差别指原子半径、熔点、固溶度等●扩散元素浓度溶质扩散系数随浓度增加而增大●第三元素（或杂质）影响复杂第八章固相反应1 掌握固相反应的概念、分类及其特点（名词解释）。