无机材料结构与性能复习题(完整版) (1).pdf

无机材料结构与性能复习题 一、 什么是晶胞参数，画图表示？ 晶胞的形状和大小可以用 6 个参数来表示，此即 晶胞参数 ，它们是 3 条边棱的长度 a、b、 c 和 3 条边棱的夹角 α、 β、 γ 图示：晶胞坐标及晶胞参数 二、 什么是晶面，什么是晶面指数？什么是晶向，什么是晶向指数？怎样确定晶向指数？晶向与晶面的关系？ 晶面 ： 晶体点阵在任何方向分解为相互平行的结点平面 晶面指数 ： 晶面在 3 个 结晶轴 上的的倒数的互质整数比，常用（ hkl）来表示 晶向： 晶体点阵可在任何方向上分解为相互平行的结点直线组，质点等距离地分布在直线上，位于一条直线上的质点构成一个 晶向 晶向指数 ： 晶列通过轴矢坐标系原点的直线上任取一格点，把该格点指数化为互质整数即为晶向指数，常用 [uvw]来表示 晶向指数确定方法 ： (1)建立以晶轴 X， Y， Z 为坐标轴的坐标系，各轴上的坐标单位长度分别是晶胞边长 a， b， c，坐标原点在待标晶向上 (2)选取该晶向上原点以外的任一点 P(xa， yb， zc)。

(3)将 xa， yb， zc 化成最小的简单整数比u， v， w，且 u∶ v∶ w = xa∶ yb∶ zc (4)将 u， v， w 三数置于方括号内就得到晶向指数 [uvw] 晶向与晶面 关系 ：同指数的晶向与晶面相互垂直 三、 什么是晶带？晶带轴与该晶带的晶面的关系？什么是晶带定律？ 晶带 ：在结晶学中，把同时平行某一晶向的所有晶面称为一个晶带 关系 ：晶带轴与该晶带的晶面 平行 晶带定律 ： 0 lwkvhu 四、 说明碳材料有几种晶体结构？有什么特点？ 有 四种结构 ：金刚石结构、石墨结构、炔炭结构、富勒烯结构 特点 ： (1)金刚石结构：密度大、硬度高、熔点高、折射率高、电绝缘性 (2)石墨结构：耐高温性、导电、导热性、润滑性、化学稳定、可塑性、抗热震性 (3)炔炭结构：硬度高、抗拉强度好、稳定性好 (4)富勒烯结构：具有超导， 半导体 ，强磁性、稳定性好 五、 常见金属晶体结构有哪些？金属原子形成晶体时结构上的差异？ 常见的有 ：面心立方、体心立方、密排六方 3 中晶体结构。

差异 ： 周期表中 IA 族的碱金属原子最外层电子皆为 ns1，为了实现最大程度的重叠，原子之间相互靠近一些 较为稳定，配位数为 8 的一圈其键长比配位数为 12 的一圈之键长短一些，即 A2 型 (体心堆积 )结构 IB 族的铜、银、金在其最外层电子 4s1、 5s1、 6s1 内都有 d10 的电子构型，即 d 轨道五个方向全被电子占满这些不参与成键的 d 轨道在原子进一步靠近时产生斥力，使原子不能进一步接近，因此，接触距离较大的 A1 型结构就比较稳定 A1 和 A3 型最紧密堆积结构之间也有差异在两种结构中每个原子周围均有 12 个最近邻原子，其距离为 r；有 6 个次近邻原子，其距离为 √2r；从第三层近邻起，两种堆积有一定差别根据计算，这种差别可以导致六方最紧密堆积的自由焓比面心立方最紧密堆积的自由焓低 0.01%左右所以，有些金属常温下采用六方最紧密堆积，而在高温下由于 A1 的无序性比 A3 大，即 A1 型比 A3 型具有更高的熵值，所以由 A3 型转变到 A1 型时，熵变 ΔS>0温度升高， TΔS 增大， ΔG=ΔH－ TΔS，故共有 4×3=12 个滑移系统。

该面上原子堆积密度最大，相互平行的原子面间距离也最大非金属晶体，如刚玉（ -Al2O3）只有 1 个滑移面（ 001）和 2 个滑移方向，塑性变形受 到严格限制，表现出脆性 十八、解释超导材料的主要性质：零电阻效应、约瑟夫逊效应、迈斯纳效应、临界磁场与临界电流、同位素效应？ 零电阻效应 ：在较高的温度时是导体或半导体，甚至是绝缘体，可是当温度降到某一特定值 Tc 时，它的直流电阻突然下降为零，这一现象称为零电阻效应 约瑟夫逊效应： 在超导结中，电子对可以通过氧化层形成无阻的超导电流， 这个现象称作直流约瑟夫逊效应当外加直流电压为 V 时，除直流超导电流之外，还存在交流电流，这个现象称作交流约瑟夫逊效应 迈斯纳效应 :当一个磁体和一个处于超导态的超导体相互靠近时，磁体的磁场会使超导体表面中出现超导电流，此超导电流形成的磁场，在超导体内部，恰好和磁体的磁场大小相等，方向相反这两个磁滞抵消，使超导体内部的磁感应强度为零， B=0，即超导体排斥体内的磁场 临界磁场 ：使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度，以Hc 表示。

临界电流： 通过超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破态而转变为正常态，以 Ic 表示 同位素效应 :由于 质量 或 自旋 等核性质的不同而造成同一 元素 的同位素原子（或 分子 ）之间 物理 和 化学 性质有差异的 现象 十九、说明无机化合物结构 AX2型结构的特点，举出代表的化合物？ AX2 型结构晶体属立方晶系，面心立方格子 A2+位于立方晶胞的顶点及面心位置，形成面心立方堆积，其配位数为 8，形成立方配位多面体 [AX8];X-填充于 A2+所形成所有的四面体空隙，其配位数为 4，形成 [XA4]四面体，其代表化合物有萤石 二十、说明无机化合物 A2X3型结构的特点，举出代表的化合物？ A2X3 型结构无机化合物晶体结构比较复杂，其中有代表性的结构有刚玉型结构，稀土 A、 B、 C 型结构等由于这些结构中多数为离子键性强的化合物，因此其结构类型也随离子半径比变化的趋势其代表化合物有刚玉，刚玉属于三方晶系，每 个氧离子与 4 个铝离子键合，即每个铝离子同时被 4 个铝氧八面体所共有； O2 -按近似六方最紧密堆积， Al3+填充在八面体空隙中，占据八面体空隙的 2/3，其余 1/3 的空隙均匀分布。

二十一、说明无机化合物 ABO3型结构的特点，举出代表的化合物？ ABO3 型结构中，如果 A 离子与 O 离子尺寸相差较大，则形成钛铁矿型结 构；如果 A 离子与氧离子尺寸相同或相近，则形成钙钛矿型结构，其典型代表有 CaTiO3；其中 A 离子与氧离子一起构成面心立方结构钛铁矿型结构为三方晶系，其结构可以通过刚玉结构衍生而来在刚玉结构中，氧离子的排列为 六方紧密堆积结构，其中八面体空隙的 2/3 被铝离子占据，将这些铝离子用两种阳离子置换有两种方式第一种置换方式是，置换后 Fe 层和 Ti 层交替排列构成钛铁矿型结构，其典型代表有 MgTiO3 等第二种置换方式是，置换后在同一层内一价和五价离子共存，形成 LiNbO3 或 LiSbO3 结构 二十二、说明无机化合物 AB2O4 型结构的特点，举出代表的化合物？ AB2O4 型结构无机化合物属于等轴晶系，其结构中氧作最紧密堆积，阳离子填充四面体、八面体间隙，每个晶胞中 1/8 的四面体间隙和 1/4 个的八面体间隙被填充，其代表化合物有镁 铝尖晶石 二十三、 说明石墨晶体结构特点？石墨的特性与其结构有什么关系？ 石墨晶体是一种混合型晶体 ——层内存在共价键，层间以范德华力结合，兼具有原子晶体、分子晶体的特征和特性。

在层内，每个 C 与 3 个 C 形成 C-C 键，构成正六边形，键长相等，键角相等（均为 120°）；在晶体中，每个 C 参与 3 条C-C 键的形成，而在每条键中的贡献只有一半，故每个正六边形平均只占有6×1/3=2 个 C,C 原子个数与 C-C 键数之比为 2： 2/2×3 =2： 3 由于每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，因此石墨属于导电体其次，由 于石墨层与层之间是以范德华力结合，层与层之间吸引力弱，故易发生层间滑移 二十四、 根据课堂讨论的内容综述一个材料结构与性能 总结自己在课堂上讲的 ppt 。