第二章 晶态和非晶态材料1

第二章晶态和非晶态材料重点晶体材料的性质晶态材料与非晶态材料的异同玻璃的定义和性质陶瓷的定义和性质难点无液晶的定义和性质2.1晶体特征及其结构基础1.均匀性晶体特征2.各向异性3.固定熔点5.对称性4.自范性6.对X射线有衍射均匀性表现不同的位置性能保持一致：密度、化学组成等原因晶体由晶胞周期排列而成，微观上性能不均匀，但宏观上不能表现此不连续性各向异性表现某些性质随观察方向的不同而不同：如力学性能，光学性能、热传导等原因不同方向上，原子的排列、取向各有不同[110][111][100]aa22a23固定熔点表现晶体具有明显的熔点原因相同原子周围的环境完全相同时间温度非晶体时间温度晶体熔化熔化自范性表现在合适的外界条件下，能够自发的生长出具有规则多面体外形的晶体。原因点阵有点阵面和棱，且满足：同一晶体对应晶面之间的交角不变对称性表现外部形状：宏观对称内部结构：微观对称原因自范性（宏观），点阵对称性（微观对称）2.2晶体的点群和晶体的性质有兴趣的同学自学2.3非整比化合物晶体组成中各类原子的相对数目不能用几个小的整数比表示的化合物定义分类Zn1+δO—n型半导体:1000K时将ZnO在Zn蒸汽中加热TiO1+δ—导电氧化物:不同氧蒸气压中加热TiO，TiO0.82-TiO1.181.某种原子过多或短缺用途半导体、颜料、磁性材料、氧化还原催化剂、蓄电池电极材料等LiδTiS2—锂电池电解质，具有良好的导电性2.层间嵌入某些离子、原子或分子LiNixCo1-xO2—锂离子电池正极，性能良好，使用Ni取代部分的Co，形成非整比化合物3.晶体中吸收了某些小原子H和许多过度族金属形成可变组成的间隙型氢化合物，如PdδHx，LaNi5Hx，FeNiHx，可用于储氢碱土金属、铜、银、铊、及稀土元素等可以插入到WO3结构中，形成MδWO32.3液晶材料液晶介于晶体和液体之间的物质状态晶体各向异性液体液晶液体-各向同性像晶体，具有长程有序，某些性能呈现各向异性像液体，具有流动性，不能承受应切力思考液晶是不是晶体？液晶与塑晶物质状态物质一般存在三态，固态、液态和气态但有些物质比较复杂，介于固液两者之间液晶像晶体的液体：液体，不是晶体塑晶像液体的晶体：晶体，不是液体液晶的特征根据不同的织构形态，液晶分为三种不同的相向列相像细火柴棍，有规则排列胆甾相类似胆固醇状近晶相类似层状的粘土液晶材料长棒形状或圆盘形状的有机化合物已经发现的有六七千种常用液晶材料液晶显示技术液晶的发展历史1888年，发现液晶材料及液晶的光电效应20世纪60年代，英国科学家制造了第一块液晶板1968年，美国PCA公司推出第一台液晶显示器此后，液晶技术不断发展液晶显像原理液晶显示器的优点本身不发光，反射环境光——白天光线越明亮越清晰，而普通显示器则不然厚度小：液晶一般只有几个微米的厚度，加上电场也仅为几个毫米——轻薄、便携能耗低：uW/cm2——用于移动显示技术使用电池作为电源即可液晶显示技术的发展用于手表、计算器等器件——能耗大，寿命短，对比度低1.动态散射（DSM）液晶显示器用于数字显示及低电路驱动的简单字符——信息容量小2.扭曲向列（TN）液晶显示器3.超扭曲向列（STN）液晶显示器掌上微机——扫描线大，视角较好，对比度好4.薄膜晶体管（TFT）液晶显示器笔记本电脑、投影屏幕——相应时间、对比度、亮度、可视角度大幅提高好4.薄膜晶体管（TFT）液晶显示器笔记本电脑、投影屏幕——相应时间、对比度、亮度、可视角度大幅提高好1995年以前，TFT-LCD仅用于高档摄像机、掌上游戏机等，价格昂贵，分辨率仅为320×2001995年，尺寸达到300mm×400mm，分辨率800×600现在，38cm，43cm产品成主流，分辨率1280×1024，1600×1200笔记本电脑液晶显示屏的发展液晶显示器的优缺点及发展方向优点健康、环保、低辐射、低能耗缺点响应慢、视角范围小、色彩亮度低发展方向1.提高分辨率：采用低温多晶硅（p－Si）替代非晶硅（a－Si）作为基板超大屏幕液晶显示器的发展外形发展特殊外形的液晶显示器液晶眼镜，相当于48cm的超大液晶显示器可变形液晶显示器“塑基”液晶显示器玻璃和陶瓷晶态材料与非晶态材料的异同相同点都具有固体的基本属性1.原子处于确定的平衡位置,并围绕此位置振动2.宏观表现为连续刚体,不流动且具有特定形状,体积不变动3.具有弹性硬度,可反抗切应力不同点内部组成粒子排列区别明显晶态材料粒子排列长程有序结构具有周期性和对称性对X射线有衍射非晶态材料粒子排列长程无序,短程有序结构无序不能产生X射线衍射定义:大范围内排列不规则位置无序组成粒子在空间位置排列无序成分无序多元体系中组分无规则的随机分布长程无序短程有序邻近的粒子在小范围排列具有一定的规则配位状况基本保持不变具有一定结构的单元确定的配位数,键长,键角与多晶的异同?玻璃定义高温下熔融,冷却过程中黏度逐渐增大、不析晶，室温下保持熔体结构的非晶固体结构特点无长程周期性，粒子分布像液体，因此可以看作是过冷的液体材料特性无固定熔点从熔融态到固态是连续、可逆的变化均匀性不存在晶界和粒界，质地均匀，可获得平滑表面各向同性无内部应力或缺陷时，力学、光学、电学和热学等性能表现为各向同性无固定形态可按要求改变形状，制成薄膜、纤维、微粒、粉体、块体、空心体等形状性能可调遵循性能加和法则，可通过调节成分和改变加工工艺获得不同性能的玻璃材料玻璃的分类及应用氧化物玻璃（传统玻璃）玻璃的主要成分为氧化物：SiO2，B2O3，GeO2和P2O5，等。主要有石英玻璃和硅酸盐玻璃大规模生产平板玻璃、玻璃器皿、电真空器件玻璃用途金属玻璃非晶态的金属合金制备方法金属合金熔融后急冷，使其晶粒还来不及长合金：106℃/s纯金属：1010℃/s——目前技术难以达到优点无晶界，强度高，耐腐蚀，有些具有很好的软磁性用途用于磁头、磁屏蔽等材料中电影：终结者II美国研制出的金属玻璃材料——受到外力变形后很容易恢复原状半导体玻璃•非晶态半导体，如非晶态的Si，Se等应用a－Si已经被广泛应用于太阳能电池基板光敏器件、发光器件、场效应器件、热敏器件等特种玻璃在普通玻璃中加入特定成分，使玻璃具有特殊性能抗辐射玻璃PbBr2-PbF2-P2O5铅系磷酸盐玻璃：可制成高密度、快闪烁、抗辐射的优质闪烁材料微晶玻璃制造玻璃时，添加金属氧化物做晶核透光而不透明，具有抗震抗击、耐冷热骤变能力激光玻璃硅酸盐、磷酸盐玻璃中添加钕、铒等激活离子可作为激光发射材料红外玻璃添加一定成分，使玻璃具有高的红外波段透过率导弹制导和微光夜视眼镜陶瓷定义通过烧结包含有玻璃相和结晶相特征的无机材料陶土或瓷土等硅酸盐，成型烧结，部分熔融形成玻璃态，通过玻璃态物质将微小的石英和其它氧化物晶体包裹而成分为陶器（未上釉，多孔，强度低）和瓷器（上釉，致密强度高）传统陶瓷广义陶瓷除传统陶瓷外，还包括氧化物陶瓷，氮化物陶瓷，碳化物陶瓷等陶瓷的性能耐磨性1.力学性能氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、碳化硼等陶瓷具有超强的耐磨性，可用于研磨材料、切削刀具等高强度和难变形性氧化铝、碳化硅、氮化硅、等陶瓷可用于精密结构部件，主轴和轴承等超高硬度氮化硼、碳化硅等陶瓷，用作切削工具，岩石钻头，磨料2.热学性能耐热性氧化铝、氧化锆、碳化硅等陶瓷陶瓷发动机部件等隔热性大多数陶瓷：绝热材料，高温炉壁导热性氧化铝、碳化硅等陶瓷超大规模集成电路基板透光性氧化铝、氧化镁、氧化钇、氧化铟等陶瓷电光源发光管、透明电极3.光学性能4.电学和磁学性能绝缘性大多数陶瓷电器元件导电性氧化锆、碳化硅陶瓷磁流体发电电极、电阻发热体4.生物和化学性能生物相容性生物陶瓷