無機材料結構與效能複習題

2021-07-14 11:34:12 字數 4735 閱讀 8830

一、什麼是晶胞?晶胞引數?畫圖表示?

能完整反映晶體內部原子或離子在三維空間分布之化學-結構特徵的平行六面體單元,稱為晶胞。決定晶胞形狀、大小的一組引數。包括晶胞的3組稜長(即晶體的軸長)a0、b0、c0和3組稜相互間的夾角(即晶體的軸角)α、β、γ。

二、什麼是晶面,什麼是晶面指數?怎樣確定晶面指數?畫圖表示?

晶體在自發生長過程中可發育出由不同取向的平面所組成的多面體外形,這些多面體外形中的平面稱為晶面。用晶面(或者平面點陣)在三個晶軸上的截數的倒數的互質整數比來標記叫晶面指數。設a、b、c為晶體的一套基向量,晶面在a軸、b軸、c軸上所截長度分別為ra、sb、tc,則r、s、t為晶面在三個晶軸上的截數,而1/r、1/s、1/t為倒易截數。

將晶面在三個晶軸上倒易截數之比化為一組互質整數,即1/r∶1/s∶1/t=h∶k∶l,則這一套互質整數即為晶面指標,用(hkl)符號來表示。

三、什麼是晶向,什麼是晶向指數?怎樣確定晶向指數?晶向與晶面的關係?

晶向就是通過晶體中原子中心的不同方向的原子列;設想在晶格中任取一點o作為原點,並以基矢a、b、c 為軸建立座標系,於是在此通過原點的晶列上,沿晶向方向任一格點a的位矢為α a + β b + γ c,則晶向就用 α、β、γ來表示,寫成標誌晶向的這組數成為晶向指數。晶向與晶面之間的夾角小於或等於90度。

四、什麼是晶帶?晶帶軸與該晶帶的晶面的關係?晶帶定律?

晶帶是晶體中兩個或兩個以上互相平行的晶面形成的集合。晶帶中諸晶面必與晶格中與之對應的特定直線點陣組平行,亦必與晶帶中晶面與其他晶面相交形成的諸晶稜平行。晶帶(或帶軸)的指標與相應晶稜或直線點陣的指標相同,記作[u v w]。

屬於晶帶[u v w]的諸晶面的晶面指標(h1k1l1)、(h2k2l2)…等必須滿足下列條件hu+kv+lw=0。這個式子就被稱作晶帶方程。晶帶定律:

晶體上的任一晶面至少同時屬於兩個晶帶,或者說,平行於兩個相交晶帶的公共平面必為一可能晶面。根據晶帶定律可知:由任意兩個互不平行的晶面即可決定乙個晶帶,而由任意兩個晶帶又可決定乙個晶面;從而,由互不平行的4個任意已知晶面(其中每3個均不屬於同一晶帶),或由任意4個已知晶稜(即晶帶軸,其中每3個均不共面),即可匯出此晶體上一切可能的晶面和晶稜,並推算出相應的晶面符號和晶稜符號。

六、金屬或合金在力學效能上表現出良好的塑性和延展性與結構有什麼關係?

金屬的範性變形起因於金屬中的原子面在外力作用下沿著某個特定原子面的某個特定方向的滑移。晶體中的原子面在外力作用下能否順利實現滑移,取決於晶體中滑移系統的多少。滑移系統越多,越容易產生塑性變形。

反之,滑移系統越少,材料脆性越大。典型的金屬晶體由於結合力沒有方向性和飽和性、配位數高、結構簡單等原因,易產生滑移。共價晶體結構要使滑移方向、鍵角方向、滑移週期都剛好一致是比較困難的。

離子晶體,雖然離子鍵也沒有方向性和飽和性,但滑移過程中許多方向上有正負離子吸引、相鄰同號離子排斥,使滑移過程難以進行。

七、說明石墨晶體結構特點?石墨的特性與其結構有什麼關係?

石墨晶體是一種混合型晶體——層內存在共價鍵,層間以范德華力結合,兼具有原子晶體、分子晶體的特徵和特性。在層內,每個c與3個c形成c-c鍵,構成正六邊形,鍵長相等,鍵角相等(均為1200);在晶體中,每個c參與3條c-c鍵的形成,而在每條鍵中的貢獻只有一半,故每個正六邊形平均只占有6×1/3=2個c,c原子個數與c-c鍵數之比為2:2/2×3 =2:

3。由於每個碳原子均會放出乙個電子,那些電子能夠自由移動,因此石墨屬於導電體。其次,由於石墨層與層之間是以范德華力結合,層與層之間吸引力弱,故易發生層間滑移。

八、說明六方zns(纖鋅礦,wurtzite )型結構及熱釋電性和聲電效應?

纖鋅礦屬於六方晶系,點群6mm,結構中s2-作六方最緊密堆積,zn2+佔據四面體空隙的1/2,zn2+和s2-離子的配位數均為4。某些纖鋅礦型結構,由於其結構中午對稱中心存在,使得晶體具有熱釋電性,可產生聲電效應。熱釋電性是指由於加熱使得整個晶體溫度變化,結果在與該晶體c軸平行方向的一端出現正電荷,在相反的一端出現負電荷的性質,發生自發極化。

在壓電半導體中,聲波將產生壓電週期性電勢場(波幅很大)。如果這時有電子通過,當電子的平均自由程比聲波的波長要小時,則電子將不斷遭受聲子的散射而損失能量,從而電子被聲波產生的週期性電勢場的波谷所俘獲;同時在聲波傳播時,電子即被聲波勢場牽引著向前運動,結果就產生了電動勢,這就是聲波致電的效應——聲電效應。這兩種性質都與晶體內部的自極化有關。

九、α-al2o3結構中,o做緊密堆積,而al填充在空隙中,他們是如何排列的?

a-al2o3晶體結構可以看成o2-按六方緊密堆積排列(即abab……二層重複型),而al3+填充於2/3八面體空隙。由於al3+只填充於2/3八面體空隙,因此al3+的分布必須有一定的規律,其原則是從pauling規則出發,在同一層和層與層之間,al3+之間的距離應保持最遠,巨集觀上呈現均勻分布,以減少al3+之間的靜電斥力,有利於結構的穩定性。否則,由於al3+分布不當,出現過多al-o八面體共面的情況,對結構的穩定性造成不利的影響。

十、剛玉是屬於哪種晶型?根據自己對氧化鋁的了解,說明在高新技術領域裡一種應用?舉例說明。

剛玉是-al2o3晶型。經高溫煅燒得到的氧化鋁陶瓷可以加工成各種工業軸承及零配件,該器件具有耐高溫,耐磨,抗腐蝕等一系列優良效能。

十一、說明y-ba-cu-o超導體晶體結構特徵?超導體有哪些重要性質?舉例說明超導陶瓷的應用?你認為現在超導陶瓷研究的熱點在哪方面?

十二、自發極化與鈣鈦礦結構的關係?由鈣鈦礦結構模型說明,壓電陶瓷產生壓電性的原理?

鈣鈦礦型晶體結構使正負電荷重心不重合而出現電偶極矩,產生不等於零的電極化強度,使晶體具有自發極化。

十三、說明c60的結構和物理性質?碳籠原子簇的分子式是什麼?說明c60的結構模型,c60物理化學性質,c60的合成,說明c60的應用前景?

十四、說明螢石結構與螢石性質的關係?

caf2晶體屬立方晶系,麵心立方格仔。f-填充在八個小立方體中心,8個四面體全被佔據,八面體全空(有1+12*1/4=4個八面體空隙,其中有12個位於稜的中點,為4個晶胞所共用,1個位於體心)。通常將ca2+看成「立方緊密堆積」,f-佔據全部四面體空隙。

由於f-半徑大,ca2+不可能相互接觸。caf2晶體結構中,由於以ca2+形成的「緊密堆積」中,全部八面體空隙都沒有被填充,也就是說8個f-之間形成了乙個「空洞」,結構比較開放,有利於形成負離子填隙,也為負離子擴散提供了條件。在螢石型結構中,往往存在負離子擴散機制,並且是主要機制。

純淨的螢石為無色,但因含有較多y、ce 等元素,造成螢石結構空位,產生色心而致色,常見的顏色有淺綠色至深綠色,藍、綠藍、黃、酒黃、紫、紫羅蘭色、灰、褐、玫瑰紅、深紅等。

十五、解釋鈮酸鋰晶體與電光效應?

鈮酸鋰晶體簡稱ln,屬三方晶系,鈦鐵礦型(畸變鈣鈦礦型)結構。經過畸化處理的鈮酸鋰晶體具有壓電、鐵電、光電、非線性光學、熱電等多效能的材料,同時具有光折變效應。電光效應是指對晶體施加電場時,晶體的折射率發生變化的效應。

有些晶體內部由於自發極化存在著固有電偶極矩,當對這種晶體施加電場時,外電場使晶體中的固有偶極矩的取向傾向於一致或某種優勢取向,因此,必然改變晶體的折射率,即外電場使晶體的光率體發生變化。

十六、尖晶石型結構是鐵氧體磁性材料的結構原理?

尖晶石結構是一種半金屬材料,具有新型能帶結構,即在費公尺面處只有單一自旋電子帶,從而使傳導電子的自旋極化率高達±100 % ,遠高於一般鐵磁金屬。

尖晶石型結構鐵氧體一般為亞鐵磁性材料,其a 位和b位金屬離子的淨自旋反向,但a 位離子與b 位離子的總磁矩不相等,導致了材料出現亞鐵磁性。

十七、常見金屬晶體結構有哪些?金屬原子形成晶體時結構上的特點?

十八、解釋超導材料的主要性質:零電阻效應、約瑟夫遜效應、邁斯納效應、臨界磁場與臨界電流、同位素效應?

十九、根據自己的了解說明超導陶瓷的主要應用:超導磁體的主要應用;超導在電子技術中的應用;電子束磁透鏡;在核能開發中的應用?

二十、說明無機化合物結構ax2型結構的特點,舉出代表的化合物?

ax2型結構晶體屬立方晶系,麵心立方格仔。a2+位於立方晶胞的頂點及麵心位置,形成麵心立方堆積,其配位數為8,形成立方配位多面體[ax8];x-的配位數為4,形成[a4x]四面體,其代表化合物有螢石。 二十

一、說明無機化合物a2x3型結構的特點,舉出代表的化合物?

a2x3型結構無機化合物晶體結構比較複雜,其中有代表性的結構有剛玉型結構,稀土a、b、c型結構等。由於這些結構中多數為離子鍵性強的化合物,因此其結構型別也隨離子半徑比變化的趨勢。其代表化合物有剛玉,剛玉屬於三方晶系,每個氧離子與4個鋁離子鍵合,即每個鋁離子同時被4個鋁氧八面體所共有;o2-按近似六方最緊密堆積,al3+填充在八面體空隙中,佔據八面體空隙的2/3,其餘1/3的空隙均勻分布。

二十二、說明無機化合物abo3型結構的特點,舉出代表的化合物?

abo3型結構中,如果a離子與o離子尺寸相差較大,則形成鈦鐵礦型結構;如果a離子與氧離子尺寸相同或相近,則形成鈣鈦礦型結構,其典型代表有catio3;其中a離子與氧離子一起構成麵心立方結構。鈦鐵礦型結構為三方晶系,其結構可以通過剛玉結構衍生而來。在剛玉結構中,氧離子的排列為六方緊密堆積結構,其中八面體空隙的2/3被鋁離子佔據,將這些鋁離子用兩種陽離子置換有兩種方式。

第一種置換方式是,置換後fe層和ti層交替排列構成鈦鐵礦型結構,其典型代表有mgtio3等。第二種置換方式是,置換後在同一層內一價和五價離子共存,形成linbo3或lisbo3結構。

二十三、說明無機化合物ab2o4型結構的特點,舉出代表的化合物?

ab2o4型結構無機化合物屬於等軸晶系,其結構中氧作最緊密堆積,陽離子填充四面體、八面體間隙,每個晶胞中8/64的四面體間隙和16/32個的八面體間隙被填充,其代表化合物有鎂鋁尖晶石。

二十五、根據自己的了解舉例說明壓電陶瓷的應用?

壓電陶瓷的金屬面、壓電陶瓷面頰上交流電壓,壓電陶瓷可以發聲。一些門鈴、玩具、發聲**賀卡、發生生日賀卡等都是這種原理。

二十六、根據課堂討論的內容綜述乙個材料結構與效能。

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