《无机材料结构与性能复习题130426.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无机材料结构与性能复习题130426.doc（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、无机材料结构与性能复习题一、什么是晶胞？晶胞参数？画图表示？能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布之化学-结构特征的平行六面体单元，称为晶胞。决定晶胞形状、大小的一组参数。包括晶胞的3组棱长(即晶体的轴长)a0、b0、c0和3组棱相互间的夹角(即晶体的轴角)、。二、什么是晶面，什么是晶面指数？怎样确定晶面指数？画图表示？晶体在自发生长过程中可发育出由不同取向的平面所组成的多面体外形，这些多面体外形中的平面称为晶面。用晶面（或者平面点阵）在三个晶轴上的截数的倒数的互质整数比来标记叫晶面指数。设a、b、c为晶体的一套基向量，晶面在a轴、b轴、c轴上所截长度分别为ra、sb、tc，则r、s、t为
2、晶面在三个晶轴上的截数，而1/r、1/s、1/t为倒易截数。将晶面在三个晶轴上倒易截数之比化为一组互质整数，即1/r1/s1/t=hkl，则这一套互质整数即为晶面指标，用（hkl）符号来表示。三、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？晶向就是通过晶体中原子中心的不同方向的原子列；设想在晶格中任取一点O作为原点，并以基矢a、b、c 为轴建立坐标系，于是在此通过原点的晶列上，沿晶向方向任一格点A的位矢为 a + b + c，则晶向就用 、来表示，写成 。标志晶向的这组数成为晶向指数。晶向与晶面之间的夹角小于或等于90度。四、什么是晶带？晶带轴与该晶带的晶面的关系？晶带定律
3、？晶带是晶体中两个或两个以上互相平行的晶面形成的集合。晶带中诸晶面必与晶格中与之对应的特定直线点阵组平行，亦必与晶带中晶面与其他晶面相交形成的诸晶棱平行。晶带(或带轴)的指标与相应晶棱或直线点阵的指标相同，记作u v w。属于晶带u v w的诸晶面的晶面指标(h1k1l1)、(h2k2l2)等必须满足下列条件hu+kv+lw=0。这个式子就被称作晶带方程。晶带定律：晶体上的任一晶面至少同时属于两个晶带，或者说，平行于两个相交晶带的公共平面必为一可能晶面。根据晶带定律可知：由任意两个互不平行的晶面即可决定一个晶带，而由任意两个晶带又可决定一个晶面；从而，由互不平行的4个任意已知晶面（其中每3个均
4、不属于同一晶带），或由任意4个已知晶棱（即晶带轴，其中每3个均不共面），即可导出此晶体上一切可能的晶面和晶棱，并推算出相应的晶面符号和晶棱符号。六、金属或合金在力学性能上表现出良好的塑性和延展性与结构有什么关系？金属的范性变形起因于金属中的原子面在外力作用下沿着某个特定原子面的某个特定方向的滑移。晶体中的原子面在外力作用下能否顺利实现滑移，取决于晶体中滑移系统的多少。滑移系统越多，越容易产生塑性变形。反之，滑移系统越少，材料脆性越大。典型的金属晶体由于结合力没有方向性和饱和性、配位数高、结构简单等原因，易产生滑移。共价晶体结构要使滑移方向、键角方向、滑移周期都刚好一致是比较困难的。离子晶体，虽
5、然离子键也没有方向性和饱和性，但滑移过程中许多方向上有正负离子吸引、相邻同号离子排斥，使滑移过程难以进行。七、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1200）；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61/3=2个C,C原子个数与C-C键数之比为2：2/23 =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
6、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。八、说明六方ZnS（纤锌矿，wurtzite ）型结构及热释电性和声电效应？纤锌矿属于六方晶系，点群6mm,结构中S2-作六方最紧密堆积，Zn2+占据四面体空隙的1/2，Zn2+和S2-离子的配位数均为4。某些纤锌矿型结构，由于其结构中午对称中心存在，使得晶体具有热释电性，可产生声电效应。热释电性是指由于加热使得整个晶体温度变化，结果在与该晶体C轴平行方向的一端出现正电荷，在相反的一端出现负电荷的性质，发生自发极化。在压电半导体中，声波将产生压电周期性电势场（波幅很大）。如果这时有电子通过，当电子的平均自由程比声波的波长要小时，则电
7、子将不断遭受声子的散射而损失能量，从而电子被声波产生的周期性电势场的波谷所俘获；同时在声波传播时，电子即被声波势场牵引着向前运动，结果就产生了电动势，这就是声波致电的效应声电效应。这两种性质都与晶体内部的自极化有关。九、-Al2O3结构中，O做紧密堆积，而Al填充在空隙中，他们是如何排列的？a-Al2O3晶体结构可以看成O2-按六方紧密堆积排列（即ABAB二层重复型），而Al3+填充于2/3八面体空隙。由于Al3+只填充于2/3八面体空隙，因此Al3+的分布必须有一定的规律，其原则是从Pauling规则出发，在同一层和层与层之间，Al3+之间的距离应保持最远，宏观上呈现均匀分布，以减少Al3+
8、之间的静电斥力，有利于结构的稳定性。否则，由于Al3+分布不当，出现过多Al-O八面体共面的情况，对结构的稳定性造成不利的影响。十、刚玉是属于哪种晶型？根据自己对氧化铝的了解，说明在高新技术领域里一种应用？举例说明。刚玉是a-Al2O3晶型。经高温煅烧得到的氧化铝陶瓷可以加工成各种工业轴承及零配件，该器件具有耐高温，耐磨，抗腐蚀等一系列优良性能。十一、说明Y-Ba-Cu-O超导体晶体结构特征？超导体有哪些重要性质？举例说明超导陶瓷的应用？你认为现在超导陶瓷研究的热点在哪方面？十二、自发极化与钙钛矿结构的关系？由钙钛矿结构模型说明，压电陶瓷产生压电性的原理？钙钛矿型晶体结构使正负电荷重心不重合而
9、出现电偶极矩，产生不等于零的电极化强度，使晶体具有自发极化。十三、说明60的结构和物理性质？碳笼原子簇的分子式是什么？说明C60的结构模型，C60物理化学性质，C60的合成，说明C60的应用前景？十四、说明萤石结构与萤石性质的关系？CaF2晶体属立方晶系，面心立方格子。F-填充在八个小立方体中心，8个四面体全被占据，八面体全空（有1+12*1/4=4个八面体空隙，其中有12个位于棱的中点，为4个晶胞所共用，1个位于体心）。通常将Ca2+看成“立方紧密堆积”，F-占据全部四面体空隙。由于F-半径大，Ca2+不可能相互接触。CaF2晶体结构中，由于以Ca2+形成的“紧密堆积”中，全部八面体空隙都没
10、有被填充，也就是说8个F-之间形成了一个“空洞”，结构比较开放，有利于形成负离子填隙，也为负离子扩散提供了条件。在萤石型结构中，往往存在负离子扩散机制，并且是主要机制。纯净的萤石为无色，但因含有较多Y、Ce 等元素，造成萤石结构空位，产生色心而致色，常见的颜色有浅绿色至深绿色，蓝、绿蓝、黄、酒黄、紫、紫罗兰色、灰、褐、玫瑰红、深红等。十五、解释铌酸锂晶体与电光效应？铌酸锂晶体简称LN，属三方晶系，钛铁矿型(畸变钙钛矿型)结构。经过畸化处理的铌酸锂晶体具有压电、铁电、光电、非线性光学、热电等多性能的材料，同时具有光折变效应。电光效应是指对晶体施加电场时，晶体的折射率发生变化的效应。有些晶体内部由
11、于自发极化存在着固有电偶极矩，当对这种晶体施加电场时，外电场使晶体中的固有偶极矩的取向倾向于一致或某种优势取向，因此，必然改变晶体的折射率，即外电场使晶体的光率体发生变化。十六、尖晶石型结构是铁氧体磁性材料的结构原理？尖晶石结构是一种半金属材料，具有新型能带结构,即在费米面处只有单一自旋电子带,从而使传导电子的自旋极化率高达100 % ,远高于一般铁磁金属。尖晶石型结构铁氧体一般为亚铁磁性材料,其A 位和B位金属离子的净自旋反向,但A 位离子与B 位离子的总磁矩不相等,导致了材料出现亚铁磁性。十七、常见金属晶体结构有哪些？金属原子形成晶体时结构上的特点？十八、解释超导材料的主要性质：零电阻效应
12、、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？十九、根据自己的了解说明超导陶瓷的主要应用：超导磁体的主要应用；超导在电子技术中的应用；电子束磁透镜；在核能开发中的应用？ 二十、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-的配位数为4，形成A4X四面体，其代表化合物有萤石。 二十一、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。
13、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。二十二、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。
14、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。二十三、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8/64的四面体间隙和16/32个的八面体间隙被填充，其代表化合物有镁铝尖晶石。二十五、根据自己的了解举例说明压电陶瓷的应用？压电陶瓷的金属面、压电陶瓷面颊上交流电压，压电陶瓷可以发声。一些门铃、玩具、发声音乐贺卡、发生生日贺卡等都是这种原理。二十六、根据课堂讨论的内容综述一个材料结构与性能。
