《材料化学》课程教学课件（讲稿）第二章 非整比化合物材料与亚稳态材料

2.1晶体结构和晶体的性质2.1.1晶体特征一、晶体的均匀性晶体的性质不随观察位置而变异晶体由晶胞并置而成取向不同不同方向上原子排列、二、晶体的各向异性某些性质随观察方向不同而不同例如：NaCI晶体的力学性质，拉力c：b+c：a+b+c=1:2:4；但光学性质、热传导等是各向同性的。云母的解理性，方解石的折光率，霞石的热传导51011502160

2.1 晶体结构和晶体的性质 2.1.1 晶体特征 一、晶体的均匀性 晶体的性质不随观察位置而变异 二、晶体的各向异性 某些性质随观察方向不同而不同 例如：NaCl晶体的力学性质，拉力c : b+c : a+b+c = 1:2:4；但光 学性质、热传导等是各向同性的。 晶体由晶胞并置而成 不同方向上原子排列、取向不同 510 1150 2160 云母的解理性，方解石的折光率，霞石的热传导

解理性晶体在外力作用（如敲打、挤压）下沿特定的结晶方向裂开成较光滑断面的性质称为解理性。解理性主要决定于晶体结构，若晶体内结合力不止一种，解理时断裂的是最弱的化学键或结合力

解理性 晶体在外力作用（如敲打、挤压）下沿特定的结晶方向 裂开成较光滑断面的性质称为解理性。 解理性主要决定于晶体结构，若晶体内结合力不止一种， 解理时断裂的是最弱的化学键或结合力

三.晶体的自范性在合适的外界条件下，能够自发地生晶面与平面点阵相对应长出具有规则多面体外形的晶体。晶棱与直线点阵相对应多面体满足F+V=E+2；即面数+顶点数=棱数+2晶面交角守恒定律（1669年）特定两点阵面交角不变同一晶种的晶体相应的晶面交角保持恒等不变

三.晶体的自范性 在合适的外界条件下，能够自发地生 长出具有规则多面体外形的晶体。 多面体满足 F + V = E + 2；即面数 + 顶点数 = 棱数 + 2 晶面与平面点阵相对应 晶棱与直线点阵相对应 晶面交角守恒定律（1669年） 同一晶种的晶体相应的晶面交角保持恒等不变 特定两点阵面交角不变

四、晶体有明显确定的熔点相应原子周围环境相同2晶体非晶态固体五、昌晶体的对称性宏观对称性理性外形；化学、物理性质，内部结构微观对称性六、晶体对X射线的衍射结构周期月一X射线波长

四、晶体有明显确定的熔点 T t 相应原子周围环境相同 五、晶体的对称性 理性外形；化学、物理性质，.—— 宏观对称性 内部结构 —— 微观对称性 六、晶体对X射线的衍射 结构周期 —— X射线波长 T t 非晶态固体 晶体

2.1.2晶体点群和晶体的物理性质、晶体学点群的分类以一个群元素自身重1.纯旋转操作点群或第一类操作的点群复操作可获得全部群元素(1)具有一个n次轴的点群：循环群C3C4CCC2(2）具有一个n次轴和n个与之垂直的二次轴的点群：双面群D2D3D4De（3）具有一个以上高次轴的点群：立方群T0

一、晶体学点群的分类 1. 纯旋转操作点群或第一类操作的点群 (1)具有一个 n 次轴的点群: 循环群 以一个群元素自身重 复操作可获得全部群 元素 C1 C2 C3 C4 C6 (2)具有一个n次轴和n个与之垂直的二次轴的点群: 双面群 D2 D3 D4 D6 (3)具有一个以上高次轴的点群: 立方群 T O 2.1.2 晶体点群和晶体的物理性质

2.含第二类操作的点群在纯旋转操作点群的基础上加m或以I代替n32个晶体学点群的对称类型中心对称型非中心对称非中心对称晶系(Laue对称型）对映对称型非对映对称型三斜CiC1单斜C2hGDODGDODT正交D2hC21四方S4C4hD4hC4v;D2d三方C3iD3dC3y六方CohC3hD6hCov,D3h立方Th0OnT纯旋转非纯旋转非中心对称中心对称

2. 含第二类操作的点群 在纯旋转操作点群的基础上加m 或以In代替 n 晶系 中心对称型 (Laue 对称型) 非中心对称 对映对称型 非中心对称 非对映对称型 三斜 Ci C1 单斜 C2h C2 Cs 正交 D2h D2 C2v 四方 C4h C4 S4 D4h D4 C4v; D2d 三方 C3i C3 D3d D3 C3v 六方 C6h C6 C3h D6h D6 C6v; D3h 立方 Th T Oh O Td 32个晶体学点群的对称类型 纯旋转 非中心对称 非纯旋转 中心对称

2.2非整比化合物材料2.2.1晶体缺陷与非整比化合物晶体缺陷如1.1.3节所述，很多情况下实际晶体会偏离理想的点阵结构，即晶体中存在点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷等各种缺陷。在实际晶体中缺陷和畸变存在的部位，由于正常的点阵结构受到了一定程度的破坏或搅乱，对晶体的生长，晶体的力学性能电学性能、磁学性能和光学性能等都有着极大的影响，在生产上和科研中都非常重要，是固体物理、固体化学、材料科学等领域的重要基础内容。人们利用这一点，针对晶体材料中不同缺陷的形成，设计、制备出各种特殊性能的材料

晶体缺陷 如1.1.3节所述，很多情况下实际晶体会偏离理想的点阵结构， 即晶体中存在点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷等各种缺陷。 在实际晶体中缺陷和畸变存在的部位，由于正常的点阵结构受 到了一定程度的破坏或搅乱，对晶体的生长，晶体的力学性能、 电学性能、磁学性能和光学性能等都有着极大的影响，在生产 上和科研中都非常重要，是固体物理、固体化学、材料科学等 领域的重要基础内容。人们利用这一点，针对晶体材料中不同 缺陷的形成，设计、制备出各种特殊性能的材料。 2.2.1 晶体缺陷与非整比化合物 2.2 非整比化合物材料

非整比化合物材料定义：这类化合物的组成中，各元素的原子（或离子）可在一定的比例范围内波动，组成不符合化合价规则，不能用小的整数来表示，只能用小数描述，此类化合物称为非整比化合物或非计量化合物非正比化合物属于缺陷化合物典型例子：Fe2+氧化物的稳定范围FeO(0.15~1.15)，并不是1：1

定义：这类化合物的组成中，各元素的原子（或离 子）可在一定的比例范围内波动，组成不符合化合 价规则，不能用小的整数来表示，只能用小数描述， 此类化合物称为非整比化合物或非计量化合物。 非正比化合物属于缺陷化合物。 典型例子：Fe2+氧化物的稳定范围FeO（0.15~1.15），并 不是1：1。 非整比化合物材料

非整比化合物晶体中出现空位或填隙原子，使化合物的成分偏离整比性这是很普遍的现象，如Fei-O，Ni-O等许多过渡金属氧化物和硫化物。这类化合物的组成中，各元素的原子(或离子）可以在一定的比例范围内波动，组成不符合化合价规则，不能用小的整数来表示，只能用小数描述，此类化合物称为非整比化合物或非计量化合物

晶体中出现空位或填隙原子，使化合物的成分偏离整比性， 这是很普遍的现象，如Fe1-xO，Ni1-xO等许多过渡金属氧化 物和硫化物。这类化合物的组成中，各元素的原子(或离子) 可以在一定的比例范围内波动，组成不符合化合价规则，不 能用小的整数来表示，只能用小数描述，此类化合物称为非 整比化合物或非计量化合物。 非整比化合物

非整比化合物的类型(1)过渡元素二元化合物(a）某种原子过多或短缺Zni+0——N性半导体，1000KZnO晶体在Zn蒸气中加热可得。TiOi+—导电性,在不同氧气分压下加热TiO,可得TiO0.82 -TiO1.18°过渡金属氧化物一一混合价态化合物可以作颜料、磁性材料、氧化还原催化剂、蓄电池的电极材料

（1）过渡元素二元化合物 (a) 某种原子过多或短缺 Zn1+O —— N性半导体， 1000K ZnO晶体在Zn蒸气中加 热可得。 TiO1+—— 导电性, 在不同氧气分压下加热TiO, 可得 TiO0.82 -TiO1.18。 过渡金属氧化物——混合价态化合物 可以作颜料、磁性材料、氧化还原催化剂、蓄电池的电极 材料 非整比化合物的类型