固体化学(第二章) 玻璃与粉末多晶.ppt

第二章玻璃与粉末多晶
第一节前言
从结构上可把固体物质分作三大类
1、晶体
2、非晶体
3、准晶体。
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晶体的微观结构高度有序,即组成晶体的原子、分子或离子在空间规律性地呈现三维周期性的长程有序排列,形成周期结构----点阵结构。
因此可以用晶体中的基本结构单元----晶胞来描述晶体的微观对称性。
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晶体格子构造的特点是具有周期性、长程有序性以及平移对称性等。
晶体平移对称性可用14 种布拉格格子来描述。
受此限制,晶体中只能存在1、2、3、4和6次旋转对称轴,5次或6次以上旋转对称轴将破坏晶体构造的平移对称性。
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1984年在Al-Mn合金的研究中,电子衍射实验和理论计算都证明了5次衍射图的存在。
这种具有5次对称轴,并且取向有序而平移无序的物质被称作准晶体。
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Al----Mn合金正二十面体结构示意图
Mn原子位于二十面体中心,Al原子占据其周围12个顶点形成20个正三角形构成的二十面体。
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正是由于这个共同的Al原子,使晶粒中所有的二十面体取向有序,但长程平移无序,出现所谓的准周期性。
由于合金中Mn与Al的原子比为1:6 (1/5*3*20=12),故Al原子为两个相邻的二十面体所共有。
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理论和实验都表明,二十面体原子簇从堆积密度、对称性和能量上看,都是一种稳定的原子组合。
准晶体就是由这样一类结构单元非周期性连接而成的。
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除了5次对称轴的准晶体外,还相继发现了8次、10次和12次旋转对称的准晶体。
这些准晶体都属于二维准晶,即在主轴方向呈现出周期性的平移对称,而在与主轴垂直的二维平面上呈现准周期性特征。
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非晶体与晶体的基本区别:
1、晶体中的原子排列呈现长程有序,而非晶体只在很小的范围内表现出短程有序,从而表现出与液体相似的性质。因此,非晶态固体又称作凝固的液体。
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2、晶体是热力学上的稳定相,而非晶体则属于热力学上的亚稳相。
即从热力学角度,非晶体具有转变为晶体的倾向。
其中,非晶体包括玻璃和高分子聚合物(如橡胶、塑料等。
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