上海交通大学：《材料与文明》课程教学资源（课程资料）1.2 Materials foundation

③ 化学键和材料分类 (a)covalent bond Or 无机非金属 oO::: (b)heteropolar bond Q0OQ (c)metallic bond← 金属材料 (⑧) electron gas 有机高分子 And (d)van-der-Waals-bond ● The bonds in a solid are usually mixed bonds 材料科学与工程学院 2 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 化学键和材料分类 2 (a) covalent bond (a) (b) (g) (d) (b) heteropolar bond A B (d) van-der-Waals- bond (c) metallic bond electron gas (e) 无机非金属 金属材料 Or And 有机高分子 The bonds in a solid are usually mixed bonds

晶体结构 非晶体： Seven crystal systems7种晶系 原子混乱排列； system axis lengths and angles symmetry of the unit cell 短程有序，长程无序。 cubic a=b=c, 0=β=y=90° 晶体： tetragonal a=b≠c, 原子作规则排列；有明确衍 0=β=y=90° 射图案； orthorhombic a≠b≠C, 平移周期性(1、2、3、4、6 0=β=y=90° 这5种旋转轴) rhombohedral a=b=c, (trigonal) 0=β=y≠900 准晶 1984年，丹尼尔谢林特曼发现了三维世界中的 hexagonal a=b≠C,0=β=90°， 20面体准品。这一准晶的拼图形式由两种不同的 菱形组成。他们发现的这一五次对称性结构产生 Y=120° 于像化后快速冷却的A-Mn合金中。 2009年，矿物学上的一个发现 为准品是否能在自然条件下形 monoclinic a≠b≠C, 成提供了证据：俄罗斯的一块 铝锌铜矿上发现了 0=y=90°≠ A163Cu24Fe13组成的准晶颗粒. triclinic a≠b≠c, 2011年诺贝尔化学奖授予以色列科学家达尼埃 0aβy≠90° 尔谢赫特曼，以表彰他“发现了准品”。 材料科学与工程学院 3 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 晶体结构 3 system a c b a c b b a c a a a a a c b a a c a a a a hexagonal triclinic cubic tetragonal orthorhombic rhombohedral (trigonal) monoclinic axis lengths and angles symmetry of the unit cell a=b=c, a=b=g=90o a=bc, a=b=g=90o abc, a=b=g=90o a=b=c, a=b=g90o a=bc, a=b=90o , g=120o abc, a=g=90ob abc, abg90o 非晶体： 原子混乱排列； 短程有序，长程无序。 晶体： 原子作规则排列；有明确衍 射图案； 平移周期性（1、2、3、4、6 这5种旋转轴）。 Seven crystal systems 7 种晶系 准晶： 具有完全有序的结构； 然而又不具有晶体所应有的 平移对称性。 2011年诺贝尔化学奖授予以色列科学家达尼埃 尔·谢赫特曼，以表彰他“发现了准晶”。 准晶

图 晶体结构 cubic 14 Bravais lattices 14种布喇菲点阵 tetragonal orthorhombic rhombohedral monoclinic (trigonal) R a a. hexagonal triclinic 材料科学与工程学院 4 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 4 orthorhombic rhombohedral (trigonal) hexagonal tetragonal cubic P a c b a b g I F a b c P I a b g P a C I F b c b a a g 1 a 2 a 1 ' a 2 ' c' R P a1=a2=a3 c monoclinic triclinic P C a b c b a b a g a b c P 晶体结构 14 Bravais lattices 14 种 布喇菲点阵

周 钢珠模型一材料微结构的模拟 材料科学与工程学院 5 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 钢珠模型——材料微结构的模拟 5

⑧ 晶体缺陷 点缺陷 空位，固溶原子 线缺陷 位错，triple line 面缺陷 晶界，相界 体缺陷 第二相颗粒，孔洞 材料科学与工程学院 6 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 晶体缺陷 6 点缺陷 线缺陷 面缺陷 体缺陷 空位，固溶原子 位错，triple line 晶界，相界 第二相颗粒，孔洞

图 点缺陷 ng

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 7 点缺陷

图 点缺陷 (a) (b) (c) Vacancy Insterstitial atom Small substitutianl atom (d) (e) (① Large substitutianl atom Frenkel Defect Schottky defect 材料科学与工程学院 8 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 点缺陷 8 (a) (b) (c) (d) (e) (f) Vacancy Insterstitial atom Small substitutianl atom Large substitutianl atom Frenkel Defect Schottky defect

图 合金 无序固溶体 有序固溶体 一短程 有序固溶体 有序固溶体 一偏聚 一长程 材料科学与工程学院 9 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 合金 9 有序固溶体 －偏聚 无序固溶体 有序固溶体 －长程 有序固溶体 －短程

图 固溶强化 ⊙日日o⊙92 Be ⑨色o西为力 Oee①①0 066R59的 ǒo595o5 Q00R⊙99 Si 088P838 Sn 0⊙0●O⊙Q (a) 999⊙8Q8 099 A1 5©86 80 Cu+20%24 Ni Cu+10%2 Cu+7%Zn Zn 20 0⊙0⊙0⊙o Cu 0⊕⊕⊕⊙⊙Q ©⊙⊕④⊙e 0⊕⊙⊙①©® 10 0⊙9δ99p 10 20 30 :va0.02 合金元素含量（质量%） 图12？Cu-Zn单晶293K时-y曲线 材料科学与工程学院 10 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 固溶强化 10

③ 位错Dislocation dislocation line dislocation line Burgers vector,b b是 材料科学与工程学院 11 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 位错 Dislocation 11