1. 化学结构

  • 化学键 bond

    • primary bond

      • ionic covalent metallic
      • 硬、高熔点

    • secondary bond

      • Van der Waals
      • hydrogen
      • 软，低熔点

  • 方向性

    • 共价键会将其他共用电子对相排斥到最远的地方（除了最内层的s轨道）因此重叠的电子云（轨道）面积一定要最大才能形成键，导致共价键

  • 晶体的性质

    • 定义：具有规则的重复的结构

    • 分类：

      • 单晶体 Single Crystalline： 长距离保持有序单一的材料
      • 多晶体 Polycrystalline：每一部分保持单一有序的材料
      • 非晶体 Amorphous：短距离有序的材料

    • 晶胞

        1. 晶胞的选取可以是多样的，不单一
        1. 晶胞的常见形状
        • cubic
        • tetragonal
        • hexagonal

    • 常见的晶型（前三个为cubic即立方晶胞，但是不一定是primitive的晶胞）

      • PC: Primitive cubic / simple cubic 基本立方体

        • number of atom: 1
        • coordinate number (配位数): 6

      • BCC: Body-centered cubic 体心立方体

        • number of atom: 2
        • coordinate number: 8

      • FCC: Face-centered cubic 面心立方体

        • number of atom: 4
        • coordinate number: 12
        • 常见晶体：NaCl
        • 元胞形状：（2种）

      • HCP: Hexagonal closed packed 六面体

        • number of atom: 6
        • coordinate number: 12

      • 温度可以改变一个晶体的结构

        • iron BCC (α\alpha) -910°C910 \degree C- FCC (γ\gamma) -1390°C1390\degree C- BCC (δ\delta)

    • 晶胞与晶型

      • lattice point structure: 结构图下的黑点作为抽象的形状

      • basis: 将lattice point 展开获得具体的内容，比如为1个Cs 和1个Cl 组成

      • 观察一个晶体的晶型，应该看这个晶体的lattice的形状而不是每个原子离子的几何形态

        • 简单一点想，就是在化合物中将所有离子按照化学式配比，消去后保留一个，观察消除之后的几何关系就是整体的晶型。

    • 堆积 Stack Sequence

      • 定义：对于立方晶胞按照原子面密度最大的面进行切割，就可以获得晶面
      • PC，BCC 都应该水平地切割晶胞
      • FCC 应该是沿着 [110] 平面进行切割， 所以FCC 晶胞拥有 ABC三层原子层
      • HCP 是两层原子层 -> 通过这个更好理解为什么 HCP 的配位数是 12（上下3 + 本层 6）

  • 影响材料性能的微观因素

      1. 原子是否为晶体（包括是否为单晶体）
      • 单晶体一定是各向异性的
      1. 材料性质具有方向性
      • 多晶体如果各自晶面随机朝向，那么晶体整体不具有方向性 (isotropic)
      1. 材料不同平面

      • 塑性形变常常是由于原子层之间发生相对滑移导致的

      • 不同类型晶体的容易发生该变化的平面不同

      • 例：石墨晶体在层之间容易发生滑移，但是垂直层方向不容易滑移

      • 晶体点位表示法

          1. 用占 unit cell 的比例表示坐标
          1. 用从原点出发的向量表示坐标
          1. 小于1的值需要通分得到整数
          1. 最后获得结果用 [] 围起来

      • 线密度

        • LD=原子数向量长度LD = \frac{原子数}{向量长度}
        • 这里只考虑经过原子球心的数量，只经过部分的不考虑
        • 向量端点处只能算半个原子（两个向量均分原子）

      • 晶面向量

        • miller 指数

          • 通过几个整数表示晶面，基就是晶格的几个边界向量
          • 由于其系数常有hkl表示，所以也叫hkl系数

        • 找到垂直于面的向量，然后约分/通分到最小整数

      • 面密度

        • PD=原子数晶格面积PD = \frac{原子数}{晶格面积}

          • 这个原子数需要将内角和变成360度才可以算作1个
          • 三维晶格面的描述要用到密勒指数

  • 非纯净晶体的特殊性质

    • 非纯净的分类

      • 0D (Point) , 1D (Line) , 2D (Surface) , 3D (Bulk)

      • 0D

          1. 如果缝隙 >> 杂质原子大小: interstitial

          • 形成要求：

              1. 溶质是非金属
          1. 有缝隙但是缺少原子: vacancy

          • 缺少原子含量 nd=ANe−ΔHd/kTn_d = ANe^{-\Delta H_d / kT}

            • NN 是 阿伏伽德罗常数，也就是 1mol 物质所包含的原子数量
            • ΔHd\Delta H_d 就是形成结构所需要的能量
            • kk 是波尔兹漫常数
            • TT 是绝对温度
            • AA 是一般系数
          1. 缝隙被杂质原子替代: substitutional

          • 形成要求：

              1. 两种金属原子半径范围 在 15% 以内
              1. 各自纯净金属的晶胞类型相同
              1. 电正负性相近
          1. 形成不同于纯净部分的新的结构

          • 形成要求：

              1. 具有相似的电性
              1. 从熔化的状态冷却得到

          • 内部强度较大，交界面上强度弱一点

      • 1D: 错位现象 dislocation

        • 属于一维线错位

        • 刃错位中心 edge dislocation: 晶面在晶体内部戛然而止形成了锋利的边界

          • 本地晶体扭曲结果
          • 扭曲导致远距离（相对断开的edge位置）部分错位的距离减小

        • 螺旋错位中心 screw dislocation: 晶体中间剪开之后一半向上位移一半向下位移

        • 混合错位 mixed dislocation: 二者兼而有之

          • Climb 现象

            • 在 shear force 作用下产生相对滑动导致的垂直切割力 的方向产生了裂纹
            • 这也是一种错位情况

    • 2D: 表面缺陷 Surface

      • 晶面 Grain Surface 表示两个晶体层之间的表面
      • 小角度 small-angle boundary
      • 双生边界 twin boundary