无机材料的基本性质.docx

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划无机材料的基本性质　　学号班级　　一、选择题　　1、在ABO3(钙钛矿)型结构中，B离子占有　　A、四面体空隙B、八面体空隙　　C、立方体空隙D、三方柱空隙晶体　　2、硅酸盐玻璃的结构是以硅氧四面体为结构单元形成的的聚　　集体　　A、近程有序，远程无序B、近程无序，远程无序　　C、近程无序，远程有序　　3、下列性质中不是晶体的基本性质　　A、能使X射线衍射B、不同程度的对称性　　C、有限性D、各向异性　　4、非化学计量化合物Cd1+xO中存在型晶格缺陷　　A、阴离子空位B、阳离子空位　　C、阴离子填隙D、阳离子填隙　　5、纳米微粒的四大效应包括　　A、表面效应B、量子尺寸效应C、宏观量子隧道效应　　D、小尺寸效应　　6、纳米材料的分类　　A、碳纳米管B、纳米粉末C、纳米块D、纳米带　　二、判断题：　　1、实际固体的表面即使是超细研磨、抛光，从微观角度看也是粗糙　　不　　2、在离子晶体中，原子或离子在晶界上扩散远比在晶粒内部扩散快　　3、非化学计量缺陷化合物指偏离正常化学计量的化合物。

　　4、在缺陷过程中，存在三种缺陷，即点缺陷、线缺陷、体缺陷　　5、SiO2中掺杂Al3+，Li+离子生成化学式为LixSi1-xAlxO2的非整　　比化合物的缺陷表示式为：xSi1-xxO2　　6、判断以下缺陷反应方程式是否正确：　　1）NaF加入YF3中的缺陷反应方程：　　a.以正离子为准：　　b.以负离子为准：　　2）CaCl2加入KCl中的缺陷反应方程：　　a.以正离子为准：平的　　b.以负离子为准：　　三、名词解释　　1、晶体结构：晶体以其内部原子、离子、分子在空间作三维周期性的规则排列为其最基本的结构特征　　2、杂质缺陷：晶体中杂质取代了原子的结构中周期性的排列规律被打破的情况　　3、玻璃的晶子学说和无规则网络学说　　4、纳米科学技术：它是在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用,以及利用这些特性的多学科的科学和技术　　5、STM、AFM、SEM、XRD、TEM　　xrd是，可以分析物相，SEM是，主要是观察，TEM是电镜，主要观察超限微结构AES是指能谱，主要分析浓度分布STM扫描隧道显微镜，　　四、简答题　　简述：晶体产生Frankel缺陷时，晶体体积不变的原因；而有Schtty　　缺陷时，晶体体积变大的原因。

弗仑克尔缺陷　　具有足够大能量的原子离开平衡位置后，挤入晶格间隙中，形成间隙原子离子），在原来位置上留下空位　　特点：空位与间隙粒子成对出现，数量相等，晶体体积不发生变化　　在晶体中弗仑克尔缺陷的数目多少与晶体结构有很大关系，格点位质点要进入间隙位，间隙必须要足够大，如萤石型结构的物质空隙较大，易形成，而NaCl型结构不易形成总的来说，离子晶体，共价晶体形成该缺陷困难　　肖特基缺陷　　表面层原子获得较大能量，离开原来格点位跑到表面外新的格点位，原来位置形成空位这样晶格深处的原子就依次填入，结果表面上的空位逐渐转移到内部去　　特点：体积增大，对离子晶体、正负离子空位成对出现，数量相等结构致密易形成肖特基缺陷　　第四章无机材料的光学性能　　光的基本性质：1、波粒二象性2、光的电磁性3、光波是横波4、光的偏振性　　从宏观上讲，当光从一种介质进入另一种介质时，会发生光的透过、吸收和反射从微观上看，光与固体的相互作用，实际上是光子与固体材料中的原子、离子、电子之间的相互作用　　?光与固体相互作用的本质有两种方式：　　1电子极化　　a电磁波的分量之一是迅速变化的电场分量；　　b在可见光范围内，电场分量与传播过程中遇到的每一个原子都发生相互作用引起电子极化，即造成电子云与原子核的电荷中心发生相对位移；　　c所以，当光通过介质时，一部分能量被吸收，同时光速减小，后者导致折射。

　　2电子能态转变　　电磁波的吸收和发射包含电子从一种能态转变到另一种能态的过程　　光透过介质的现象　　一、折射　　当光从真空进入较致密的材料时，其速度降低折射本质上是由于光的速度的变化而引起的光弯曲的结果vn?　　真空v材料?cv材料sini1n2v??n21?1sini2n1v2　　材料的折射率反映了光在该材料中传播速度的快慢　　?光密介质：在折射率大的介质中，光的传播速度慢；　　?光疏介质：在折射率小的介质中，光的传播速度快　　c麦克斯韦电磁理论：其中：ε为介电常数；μ为导磁率n?v?无机材料：μ＝1，ε≠1n?影响折射率的因素　　1、离子半径：　　介电常数随着离子半径的增大而增大，因而折射率n随着离子半径的增大而增大用大离子得到高折射率的材料；　　?用小离子得到低折射率的材料　　2、材料的组成和结构：　　3、非晶态　　各向同性；玻璃的折射率和离子半径呈线性关系　　4、内应力　　垂直于受拉主应力方向的n大，平行于受拉主应力方向的n小　　5、同质异构体　　高温时晶型的折射率较低，低温时晶型的折射率较高，　　即结构敞广的高温态比结构紧密的低温态折射率小　　二、色散　　光在介质中的传播速度或折射率随波长改变的现象称为色散现象。

　　注意：色散是光学玻璃的重要参数；　　色散造成单片透镜成像不清晰——色差；　　若选择不同的光学玻璃，组成复合镜头，可以消　　除色差，称为消色差镜头；　　光学材料要求色散系数高γ，折射率n高2三、反射m??n21?1?　　2m—反射系数；?n21?1?　　n21—介质2相对于介质1的相对折射率　　在垂直入射的情况下，光在界面上的反射多少取决于相对折射率n21！　　注意：1透过系数为；　　2连续透过n块平板玻璃，透过系数为2n　　3水晶玻璃：含铅量大，折射率高，光泽好；　　4光学玻璃：采用折射率与玻璃相近的胶粘接，避免反射引起的损失；或者涂1/4波长的薄膜；5陶瓷表面的漫反射造成了光大量的损失，从而不透明　　四．吸收　　光透过介质时，会引起电子跃迁或者原子的振动，从而引起能量的损失，这种现象叫做光的吸收　　五．散射　　定义：当光束通过均匀的透明介质时，从侧面是难以看到光的但当光束通过不均匀的透明介质时，则从各个方向都可以看到光，这是介质中的不均匀性使光线朝四面八方散射的结果，这种现象称为光的散射　　，无机材料的透光性　　光的吸收：　　光通过材料时的衰减规律I?I0e??x　　α为吸收系数　　光强度随厚度的变化符合指数衰减规律。

材料越厚，光被吸收得越多，透过后光强度越小　　材料对光的吸收机理：　　1电子极化：只有当光的频率与电子极化时间的倒数处在同一个数量级时，由此引起的吸收才变得比较重要；2电子受激吸收光子而越过禁带；　　3电子受激进入位于禁带中的杂质或缺陷能级上而吸收光；　　4只有当入射光子的能量与材料的某两个能态之间的能量差值相等时，光量子才可能被吸收同时，材料中的电子从较低能态跃迁到高能态　　光的吸收是材料中的微观粒子与光相互作用的过程中所表现出的能量交换过程！　　光吸收与光波长的关系：　　1、可见光区：金属、半导体吸收系数很大，无机介质材料吸收系数较小，光可以透过；　　?因为金属价电子处于未满带，吸收光子后呈激发态，发生碰撞而消耗能量；　　?无机介质材料价电子所处的能带是满带，不能吸收光子而自由运动，光子的能量不足以使之跃迁，吸收系　　数很小　　2、紫外光区：无机电介质材料有很强的吸收；　　波长短、能量大，电子吸收光子能量跃迁，吸收系数大　　3、红外光区：有一定的吸收离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量　　选择吸收与均匀吸收　　选择吸收：同一物质对某种波长的吸收系数很大，对另一种波长的吸收很小的现象。

光的选择性吸收使透明材料呈现不同颜色　　均匀吸收：在可见光范围内对各种波长的波的吸收程度相同，称为均匀吸收随着吸收程度的增加，颜色从灰变为黑色　　例如，普通玻璃对可见光是透明的，但是对红外线与紫外线都有强烈的吸收，是不透明的因此在红外光谱仪中，棱镜常用对红外线透明的氯化钠晶体和氟化钙晶体制作；而紫外光谱仪中，棱镜常用对紫外线透明的石英制作　　任何物质都有这两种形式的吸收，只是出现的波长范围不同而已　　光的散射　　定义：当光束通过均匀的透明介质时，从侧面是难以看到光的但当光束通过不均匀的透明介质时，则从各个方向都可以看到光，这是介质中的不均匀性使光线朝四面八方散射的结果，这种现象称为光的散射　　原因：光波遇到不均匀结构产生的次级波与主波方向不一致，与主波合成出现干涉现象，使光偏离原来的方向，引起散射　　I?I0e?Sx散射定律：光强随传播距离的散射减弱仍符合指数衰减规律　　其中：S为散射系数，与散射质点的大小、数量以及散射质点与基体的相对折射率等因素有关　　如果将吸收定律和散射定律结合起来，光强衰减为：I?I0e????S?x　　质点尺寸对散射系数的影响　　dλ时，随d增加，散射系数S减小。

　　d=λ，散射系数S最大值　　光的波长不同时，散射系数达到最大时的质点的直径也有变化3KVS?计算公式：d>λ时，Fresnel定律：反射、折射引起的总散射起主导作用4R其中：K为散射因素V为散射质点的体积含量R为散射质点的平均半径　　d>λ时，R越小，V越大，S越大　　d有强折射率，高反射性能；　　?玻璃纤维作为通讯的光导管，有赖于光束总的内反射；　　?光学显微镜等许多光学系统中，需要得到强折射和低反射相结合的玻璃产品，可以通过涂层来达到目的漫反射：光照到粗糙不平的材料表面，发生各个方向的反射　　产生原因：材料表面粗糙，在局部地方的入射角参差不一，反射光的方向分布在各个方向上，致使总的反射能量分散在各个方向上，形成漫反射　　二、光泽：由折射率与表面光洁度决定　　1、提高表面光泽　　a.采用铅基釉　　高折射率获得高反射　　b.在高温下使釉铺展形成完整的光滑表面　　获得高镜反射　　2、降低表面光泽　　a.加入低折射率的玻璃相；　　b增加表面粗糙度，从而增加漫反射提高光洁度　　不透明性和半透明性　　不透明性：光在达到具有不同光学特性的物质的底层之前被漫反射；　　半透明性：光应该在经过不同光学特性的物质的过程中，被散射，不要求最大的散射，但是要求内部散射光产生的漫透射要大，吸收要小。

　　乳浊剂的成分：1在熔制时，形成惰性产物，或者在冷却或再加热时从熔体中结晶出小颗粒；　　2硅酸盐玻璃的折射率为－，乳浊剂折射率必须与此不同　　常用乳浊剂　　1、氟化物：促使其他晶体在玻璃中形成，增加散射；　　2、含锌的釉：析出了锌铝尖晶石的晶粒但是在玻璃相中大的溶解度使烧结范围变小，因此应用较少；　　3、TiO2：本身折射率很好，在搪瓷工业中，是一种遮盖能力很好的乳浊剂，但是在釉中，因为其在高温还原气氛中的着色作用，而限制了其应用；　　4、Sb2O5：在釉和玻璃中的溶解度很大，因此在搪瓷工业中应用较多；　　5、CeO：是很好的乳浊剂，但是价格昂贵，难于工业化；　　6、ZnS：在高温下易于溶解在玻璃相中，在降低温度的过程中，可以从玻璃中析出，因而应用于玻璃中；　　7、SnO2：在釉中应用十分广泛，但是在还原气氛中易被还原为SnO，而且价格昂贵，这些缺点限制了它的应用；　　8、锆化物：锆石英，有很好的乳浊性，。