固體結構
(一) 原子結構與鍵合
原子結構(元素的核外電子分布)
原子間的鍵合
☆金屬鍵：掌握金屬的電子結構特徵，金屬鍵的特徵，懂得用上述內容解釋金屬的特有的效能
⊙金屬鍵（metallic bonding）(一次鍵)
典型金屬原子結構：最外層電子數很少，即價電子（valence electron）極易掙脫原子核之束縛而成為自由電子（free electron），形成電子雲（electron cloud）金屬中自由電子與金屬正離子之間構成鍵合稱為金屬鍵
特點：電子共有化，既無飽和性又無方向性，形成低能量密堆結構
性質：良好導電、導熱性能，延展性好
☆離子鍵：鍵合特點和離子晶體的特點
⊙離子鍵（ionic bonding)(一次鍵)
特點：以離子而不是以原子為結合單元，要求正負離子相間排列，且無方向性，無飽和性
性質：熔點和硬度均較高，良好電絕緣體(熔融狀態可導電)
☆共價鍵：鍵合特點和共價晶體的特點
⊙共價鍵（covalent bonding）(一次鍵)
亞金屬（c、si、sn、ge），聚合物和無機非金屬材料
實質：由二個或多個電負性差不大的原子間通過共用電子對而成
特點：飽和性配位數較小 ，方向性（s電子除外）
性質：熔點高、質硬脆、導電能力差
(二) 固體結構
☆晶體結構的基本特徵：原子（或分子）在三維空間呈週期性重複排列，即存在長程有序
晶體與非晶體的定義及其區別
懂得下列名詞的含義：
☆空間點陣：這些陣點在空間呈週期性規則排列並具有完全相同的周圍環境，這種由它們在三維空間規則排列的陣列稱為空間點陣，簡稱點陣。
☆陣點：為了便於分析研究晶體中質點的排列規律性，可先將實際晶體結構看成完整無缺的理想晶體並簡化，將其中每個質點抽象為規則排列於空間的幾何點，稱之為陣點。
☆晶胞：具有代表性的基本單元（最小平行六面體）作為點陣的組成單元，稱為晶胞。將晶胞作三維的重複堆砌就構成了空間點陣。
☆簡單晶胞：晶胞中的陣點數為一。
☆復合晶胞：晶胞中的陣點數大於一。
晶體結構與空間點陣的關係：1.同一空間點陣可因選取晶胞的方式不同而得出不同的晶胞；
2.空間點陣是晶體中質點排列的幾何學抽象，用以描述和分析晶體結構的週期性和對稱性，由於各陣點的周圍環境相同，它只能有14中型別；晶體結構則是晶體中實際質點（原子、離子或分子）的具體排列情況，它們能組成各種型別的排列，因此，實際存在的晶體結構是無限的。
☆晶向指數的確定步驟：
1)以晶胞的某一陣點o為原點，過原點o的晶軸為座標軸x,y, z, 以晶胞點陣向量的長度作為座標軸的長度單位。(建立座標系)
2)過原點o作一直線op，使其平行於待定晶向。
3)在直線op上選取距原點o最近的乙個陣點p，確定p點的3個座標值。
4)將這3個座標值化為最小整數u，v，w，加以方括號，[u v w]即為待定晶向的晶向指數。
☆晶面指數標定步驟：
1)在點陣中設定參考座標系(右手系)，設定方法與確定晶向指數時相同(原點在所求晶面之外)；
2)求出待定晶面在三個晶軸上的截距，若該晶面與某軸平行，則在此軸上截距為無窮大；若該晶面與某軸負方向相截，則在此軸上截距為一負值；
3)取各截距的倒數；
4)將三倒數化為互質的整數比，並加上圓括號，即表示該晶面的指數，記為( h k l )。
☆晶帶：平行或相交於同一直線的所有晶面構成乙個晶帶，該直線稱為晶帶軸。屬此晶帶的晶面稱為晶帶面。
☆晶帶軸，晶帶軸與晶面間的關係：
晶帶軸[u v w]與該晶帶的晶面（h k l）之間存在以下關係： hu + kv + lw = 0。
☆計算給定晶面的晶帶軸：
已知兩不平行晶面和則有其所決定的晶帶軸由下式求得：
金屬的晶體結構
☆三種典型金屬晶體的原子排列
晶胞原子數麵心立方結構n = 8*1/8 + 6 * 1/2 = 4
體心立方結構n = 8*1/8 + 1 =2
密排六方結構n = 12*1/6 +2*1/2 +3 = 6
☆配位數：配位數(**)是指晶體結構中任一原子周圍最近鄰且等距離的原子數。
fcc: **=12, k=0.74 bcc: **=8+6, k=0.68 hcp: **=6+6, k=0.74
☆致密度：晶體結構中原子體積佔總體積的百分比。
如以乙個晶胞來計算，則致密度就是晶胞中原子體積與晶胞體積之比值，即式中k為致密度；n為晶胞中原子數；v是乙個原子的體積。
☆原子半徑與點陣常數之間的關係（三種結構）：
如果把金屬原子看作剛球，並設其半徑為r，根據幾何學關係不難求出三種典型金屬晶體結構的點陣常數與r之間的關係：
★體心立方結構（a=b=c）
★麵心立方結構（a=b=c）
★密排六方結構（a=b≠c）
☆多晶型性的概念：有些固態金屬在不同的溫度和壓力下具有不同的晶體結構即具有多晶型性，轉變的產物稱為同素異構體。
離子晶體結構
☆l.pauling結構規則：1.
負離子配位多面體規則；2.電價規則；3.負離子多面體共用頂、稜和麵的規則；4.
不同種類正離子配位多面體間連線規則；5.節約規則。【書p57】
☆典型的離子晶體：1.nacl晶型;2.
cscl晶型;【前兩個課件的】3.閃鋅礦（立方zns）晶型；4.纖鋅礦（六方zns）晶型;5.
螢石（caf2）晶型;6.金紅石（tio2）晶型。【書p59~p60】
共價晶體結構
☆共價晶體的特點，主要型別(重點在金剛石結構，與cu等的區別)
共價晶體最典型代表是金剛石結構。碳有多種同素異構體，金剛石是碳的一種結晶形式。這裡，每個碳原子均有4個等距離（0.154nm）的最近鄰原子，全部按共價鍵結合，符合 8-n規則。
晶體缺陷
☆晶體缺陷的分類（三大類）：1.點缺陷；2.線缺陷；3.面缺陷。【書p92】
☆點缺陷：是最簡單的晶體缺陷，它是在結點上或鄰近的微觀區域內偏離晶體結構的正常排列的一種缺陷。晶體點缺陷包括空位、間隙原子、雜質或溶質原子，以及由它們組成的複雜點缺陷，如空位對、空位團和空位-溶質原子對等。
☆空位：當某一原子具有足夠大的振動能而使振幅增大到一定限度時，就可能克服周圍原子對它的制約作用，跳離其原來的位置，使點陣中形成空結點，稱為空位。
空位的種類+點缺陷的運動：
☆空位(間隙原子)的平衡濃度：點缺陷在一定的溫度下有一定的平衡濃度
☆過飽和空位的產生方法：有時晶體中點缺陷的數目會明顯超過平衡值，這些點缺陷稱為過飽和空位（點缺陷）。產生過飽和空位的原因有高溫淬火，輻照，冷加工等。
☆點缺陷的作用（對效能的影響）：晶體缺陷對晶體的效能，特別是對那些結構敏感的效能，如屈服強度、斷裂強度、塑性、電阻率、磁導率等有很大的影響。另外晶體缺陷還與擴散、相變、塑性變形、再結晶、氧化、燒結等有著密切關係。
☆離子晶體中的點缺陷：建議結合p291~293(7.4節)的內容加深理解。
位錯☆刃型位錯、螺型位錯和混合型位錯的定義和性質【各自的特點看課件】。
1．刃型位錯
晶體上下兩部分沿某一晶面發生相對位移(滑移)過程中，若滑移在某處受阻，使上部分產生多餘的原子面，多餘原子面與滑移面的交線被稱作刃型位錯線。刃型位錯是線缺陷。
2．螺型位錯
若晶體右側在切應力的作用發生相對錯動，則發生錯動區與未發生錯動區的交線被稱為螺型位錯
3．混合位錯
除了上面介紹的兩種基本型位錯外，還有一種形式更為普遍的位錯，其滑移向量既不平行也不垂直於位錯線，而與位錯線相交成任意角度，這種位錯稱為混合位錯。
4. 位錯的重要性質
ａ． 一根位錯線不能終止於晶體內部，而只能露頭於晶體表面（包括晶界）。若它終止於晶體內部，則必與其他位錯線相連線，或在晶體內部形成封閉線。形成封閉線的位錯稱為位錯環。
(此即位錯的連續性)
ｂ．位錯周圍存在應力場
ｃ．位錯存在應變能
ｄ．位錯具有縮短位錯線長度的趨勢
ｅ．位錯會生成和增殖
☆柏氏向量的特徵和表示方法（重點在特徵）
1).柏氏向量是乙個反映位錯周圍點陣畸變總累積的物理量。該向量的方向表示位錯的性質與位錯的取向，即位錯運動導致晶體滑移的方向；而該向量的模|b|表示了畸變的程度，稱為位錯的強度。
2).柏氏向量與迴路起點及其具體途徑無關。這就是柏氏向量的守恆性。
3).一根不分岔的位錯線，不論其形狀如何變化（直線、曲折線或閉合的環狀），也不管位錯線上各處的位錯型別是否相同，其各部位的柏氏向量都相同；而且當位錯在晶體中運動或者改變方向時，其柏氏向量不變，即一根位錯線具有唯一的柏氏向量 (唯一性)
4).若乙個柏氏向量為b的位錯可以分解為柏氏向量分別為b1，b2….bn的n個位錯，則分解後各位錯柏氏向量之和等於原位錯的柏氏向量，即
b=此即柏氏向量的加和性
☆位錯的運動：滑移與攀移（定義、條件）。
1．位錯的滑移
位錯的滑移是在外加切應力的作用下，通過位錯中心附近的原子沿柏氏向量方向在滑移面上不斷地作少量的位移（小於乙個原子間距）而逐步實現的。
刃型位錯的滑移: 刃型位錯的運動方向始終垂直位錯線而平行柏氏向量。刃型位錯的滑移面就是由位錯線與柏氏向量所構成的平面，因此刃型位錯的滑移限於單一的滑移面上。
螺型位錯的滑移: 螺型位錯運動時，螺型位錯的移動方向與位錯線垂直，也與柏氏向量垂直。對於螺型位錯，由於位錯線與柏氏向量平行，故它的滑移不限於單一的滑移面上。
【還有螺型位錯的交滑移，雙交滑移】
2．位錯的攀移
刃型位錯除了可以在滑移面上滑移外，還可以在垂直於滑移面的方向上運動，即發生攀移，相當於多餘原子面向上或向下運動。對於正刃型位錯來說，通常把多餘半原子面向上運動(多餘原子面縮小)稱為正攀移，向下運動(多餘原子面擴大)稱為負攀移
守恆運動——由於攀移伴隨著位錯線附近原子增加或減少，即有物質遷移，需要通過擴散才能進行。故把攀移運動稱為「非守恆運動」；
守恆運動——位錯滑移稱為「守恆運動」。
位錯攀移需要熱啟用，較之滑移所需的能量更大。對大多數材料，在室溫下很難進行位錯的攀移，而在較高溫度下，攀移較易實現。
表面與介面
a．金屬的表面：掌握金屬表面的定義和特點（原子的鍵合方式、原子排列方式、原子運動方式、表面能量、表面成份不同）；表面能與表面張力的定義及異同點（定義的角度不同，單位不同，但數值相同）；實際晶體外表面的特點（由密排面或小麵化面組成）；表面吸附的起因，正吸附與負吸附。
材料科學基礎複習總結
材料科學基礎複習總結 張帥 的日誌 第一章材料的結構 一 概念 晶體 物質的質點 分子 原子或離子 在三維空間呈規則的週期性重複排列的物質。空間點陣 把質點看成空間的幾何點，點所形成的空間陣列。晶格 用假想的空間直線，把這些點連線起來，所構成的三維空間格架。晶胞 從晶格中取出具有代表性的最小幾何單元...
材料科學基礎複習
第一章材料科學與工程 1.金屬是電的良好導體，強度高和較緻密，可以形成複雜的形狀，當經受高速衝擊力時有抵抗脆性斷裂的能力。這些效能使金屬在導電和結構應用上成為最重要的材料類別之一。金屬在強度和韌性 斷裂抗力 兩方面具有優異的綜合性能。2.普通的陶瓷包括 沙.磚塊和泥灰.窗玻璃和石墨 3.陶瓷通常由金...
材料科學基礎 總結
第一部分材料結構的基本知識 離子鍵由原子通過相互得失價電子形成正 負離子，正 負離子的相互吸引而形成的鍵。共價鍵通過相鄰原子間形成共用電子的方式使每個原子的最外層電子數都達到穩定的八個，其形成的鍵為共價鍵。金屬鍵金屬很容易失去最外層的價電子而形成正離子和自由電子，當許多金屬結合時，失去價電子的金屬正...