無機晶體的結構、組成和性質：晶格能、熱膨脹、體模量和硬度 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張思遠 著

圖書標籤:

• 無機晶體
• 晶體結構
• 晶體組成
• 晶體性質
• 晶格能
• 熱膨脹
• 體模量
• 硬度
• 材料科學
• 固體物理

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030330314

版次：1

商品編碼：11882517

包裝：平裝

叢書名： 現代化學基礎叢書

開本：16開

齣版時間：2012-01-01

用紙：膠版紙

頁數：260

字數：340000

正文語種：中文

內容簡介

　　《無機晶體的結構、組成和性質：晶格能、熱膨脹、體模量和硬度》詳細闡述無機晶體的結構特徵，以及品格能、熱膨脹、體模量、硬度等物理量的測量方法和理論計算方法；纍計大量晶體物理參數結果，並利用介電化學鍵理論方法估算多種復雜晶體係列的力學參數和熱學參數，為全麵瞭解晶體性質提供基礎數據。《無機晶體的結構、組成和性質：晶格能、熱膨脹、體模量和硬度》包括基本概念、理論分析、公式推導、數據結果和物理規律，同時還提供一種從結構齣發估算晶體力學和熱學性能的方法。
　　《無機晶體的結構、組成和性質：晶格能、熱膨脹、體模量和硬度》可供材料科學、理論化學、固體物理和無機化學領域的科研工作者，以及高等學校教師和研究生參考。

內頁插圖

目錄

前言
第1章 晶體的對稱性及其基本概念
1．1 晶體的點對稱性
1．2 對稱操作的符號和含義
1．3 點群
1．4 晶體的晶胞和晶係
1．5 布拉維點陣
1．6 晶體的平移對稱性
1．7 晶體的空間群
參考文獻

第2章 無機晶體的結構特徵和性質
2．1 無機晶體的結構分布特徵
2．1．1 晶體的空間群分布
2．1．2 晶體的點群分布
2．2 稀土無機晶體的結構分析
2．3 晶體的結構和性質關係
參考文獻

第3章 無機晶體的晶格能
3．1 晶格能的實驗方法
3．2 晶格能的理論計算方法
3．2．1 Born-Lande方程
3．2．2 Born-Mayer方程
3．2．3 全麵計算方法
3．2．4 Kapustinskii方程
3．2．5 分子體積和品格能
3．3 晶格能的介電化學鍵理論計算方法
3．3．1 晶體化學鍵的介電理論
3．3．2 簡單晶體品格能的計算方法
3．3．3 復雜離子晶體晶格能的計算
參考文獻

第4章 無機晶體的熱膨脹
4．1 熱膨脹係數的定義
4．2 格臨愛森係數
4．3 熱膨脹係數的測定
4．3．1 宏觀方法
4．3．2 微觀方法
4．4 熱膨脹係數的計算方法
4．4．1 晶體化學計算方法
4．4．2 理論計算方法
4．4．3 晶體膨脹係數計算的介電理論方法
參考文獻

第5章 晶體的彈性模量
5．1 體積彈性模量的定義
5．2 體模量的實驗測定方法
5．2．1 活塞位移法
5．2．2 光學乾涉法
5．2．3 X射綫衍射法
5．2．4 衝擊波法
5．2．5 超聲波法
5．3 體模量的理論計算方法
5．3．1 彈性係數和模量
5．3．2 物態方程計算方法
5．3．3 晶體化學計算方法
5．3．4 晶體結構和化學鍵參數的計算方法
5．3．5 密度泛函理論計算方法
5．4 晶體體模量計算的介電方法
5．4．1 簡單晶體體模量的計算公式
5．4．2 LnX(Ln一鑭係元素；x-N，P，As，sb，Bi)型晶體的體模量
5．4．3 復雜晶體體模量的計算公式
5．4．4 石榴石型晶體的體模量
參考文獻

第6章 晶體的硬度
6．1 晶體硬度的測量方法
6．1．1 莫氏硬度
6．1．2 維氏硬度
6．1．3 剋氏硬度
6．2 晶體硬度的計算方法
6．2．1 Plendel-Gielisse方法
6．2．2 晶體硬度計算的化學鍵方法
6．2．3 硬度計算的鍵強度方法
6．2．4 硬度計算的電負性方法
6．2．5 晶體硬度計算的晶格能密度方法
6．3 超硬晶體
6．3．1 各種結構的BC4N晶體
6．3．2 各種結構的C3N4晶體
6．3．3 C11N4晶體
6．3．4 尖晶石型A3N4晶體
6．3．5 立方型A3N4型晶體
參考文獻

第7章 復雜晶體的結構、組成和性質
7．1 AB204型晶體
7．1．1 正交晶係AB2O4型晶體
7．1．2 立方晶係AB2O4型晶體
7．2 AB04型晶體
7．3 燒綠石A2B2O7型晶體
7．4 Ln202S型晶體
7．5 LnOX(X===Cl，Br，I)型晶體
7．6 AB03型晶體
7．6．1 正交晶係ABO3型晶體
7．6．2 立方晶係ABO3型晶體
7．6．3 三角晶係ABO3型晶體
7．7 Ca4LnO(B03)3(Ln-La，Sm，Gd，Lu，Y)型晶體
參考文獻

第8章 高溫超導晶體的結構和性質
8．1 LnBa2Cu307(Ln-Pr，Sm，Eu，Gd，Dy，Y，Ho，Er，Tm)型晶體的性質
8．2 Bi2Sr2CaCu208晶體的性質
8．3 T12Ba2CaCu208和T12Ba2Ca2Cu308晶體的性質
8．3．1 T12Ba2CaCu208晶體的性質
8．3．2 T12Ba2Ca2Cu3010晶體的性質
8．4 LnFeMO(M-As，P)晶體的性質
8．5 BaFe2As2晶體的性質
參考文獻

附錄
A．1 基本物理常數
A．2 物理單位換算
A．3 晶麵間距和單胞體積
A．4 晶體的離子半徑
A．5 32種點群的對稱操作和特徵標錶

前言/序言

　　自然界中，各種化學元素和它們的化閤物，在一般狀況下通常錶現為三種宏觀形態，即固態、液態和氣態。固態物質也稱為固體，它分為晶體和非晶體兩類。晶體是組成固體的基本單元（原子、離子、離子集團或者分子）在空間中呈現周期性的有規則的排列，並且延伸到整個晶體，也稱為長程有序。非晶體不具有周期性，隻有某種近程配位，也叫近程有序。事實上，大多數元素和它們的化閤物都具有固體形態，並且多呈現晶體狀態。人們很早就注意到晶體具有規則的幾何形狀，在1885～1890年，俄國科學傢費多洛夫、德國科學傢熊夫利等研究和發展瞭晶體微觀幾何結構的理論體係，逐步完善瞭晶體的結構特徵和對稱性規律。1912年，勞厄完成瞭晶體x射綫的衍射實驗並導齣晶體衍射的勞厄方程，從實驗上證明瞭其理論結論的正確性。此後，隨著科學技術的進步又發展瞭一係列測定和解析晶體結構的方法。目前已經知道，晶體具有7種晶係，14種布拉維點陣或布拉維格子，32種點群，230種空間群結構等。
　　晶體是一種非常重要的高技術材料，如激光晶體、非綫性光學晶體、半導體晶體、磁性晶體和鐵電晶體等。大量的研究結果錶明，晶體的性質與晶體的結構和組成有著密切的關係。因此，晶體的結構、組成和性質的研究是固體物理、固體化學、材料科學等研究領域的重要研究課題。長期以來，人們在此領域做瞭大量的研究工作，現在仍然在繼續研究中，但是大多數研究仍然限於從實驗探索總結規律，尋找晶體結構、組成和性質之間的聯係。例如，具有熱電效應的晶體的點群對稱性為C，，C2，G，C4，C6，Cs，C2v，Cv3，C4v，C6v；具有壓電效應的晶體的點群對稱性為沒有反演對稱中心的點群；具有非零二階非綫性係數的晶體隻屬於20個點群等定性規律。由微觀結構和組成參數直接確定晶體性質的定量關係還十分稀少，它需要建立晶體微觀參數和標誌晶體物理性質參數間的定量關係，是非常復雜和睏難的。
　　科學研究不僅要瞭解晶體具有哪方麵功能，還要知道這種功能有多大。另外，使用中不僅要瞭解晶體的特徵功能還要瞭解晶體的其他性質。例如，使用光學晶體時，除瞭光學功能要好外，也要瞭解它的機械性能、熱學性能等。目前，關於晶體特徵性質，如光學、非綫性光學，電學，磁學方麵的專著較多，對於從結構和組成確定晶體力學性能和熱學性能的書籍尚缺少，而這些性質正是晶體通性。特性屬於某些晶體，而通性屬於每個晶體。

材料科學基礎與應用：從原子尺度到宏觀性能的橋梁 書籍簡介 本書旨在為材料科學、化學、物理學以及相關工程領域的學生和研究人員提供一個全麵、深入且具有前瞻性的基礎教程。它著重於解釋材料的微觀結構如何決定其宏觀性能，從而構建起理論理解與工程應用之間的堅實橋梁。全書內容涵蓋瞭從基礎晶體學原理到復雜相變行為，再到材料力學特性的廣泛領域，力求展現材料世界的內在邏輯與豐富性。 第一部分：材料的微觀世界——原子排列與鍵閤 本部分是理解材料科學的基石。我們將從最基本的原子結構和周期性陣列的概念齣發，係統地介紹晶體結構的理論框架。內容將詳細探討如何使用布拉維點陣和晶體基矢來描述無限周期性結構，並深入講解密堆積（如六方最密堆積和麵心立方）的幾何特徵及其在金屬和陶瓷中的普遍性。 重點章節將聚焦於晶體學描述的工具箱，包括米勒指數的意義、晶體缺陷的分類（點缺陷、綫缺陷、麵缺陷）及其對材料性能的決定性影響。我們將詳細分析如何利用X射綫衍射（XRD）技術來確定晶體結構，並討論如何通過電子顯微鏡（TEM/SEM）觀察真實的微觀形貌。 在化學鍵閤方麵，本書不會停留在基礎的離子鍵、共價鍵和金屬鍵的錶麵描述。相反，我們將探討這些鍵的量子力學起源，引入能帶理論的基礎概念，解釋半導體、導體和絕緣體之間區分的本質——電子在周期性勢場中的行為。此外，本書還將引入對範德華力、氫鍵等次級鍵的深入分析，這對於理解聚閤物和軟物質的性能至關重要。 第二部分：熱力學與動力學——驅動材料演化的力量 材料並非靜止不變，其演化受製於熱力學驅動力和動力學速率的共同作用。本部分將建立起材料科學中的熱力學基礎。我們將詳細闡述吉布斯自由能（G）在相平衡中的核心作用，並運用相圖（如二元閤金相圖）來預測材料在不同溫度和壓力下的穩定性。 相圖的解讀是本章的重點。我們將剖析杠杆定律、偏析現象以及不同類型的相變（一級相變與二級相變）。對於金屬和陶瓷，我們將特彆關注固溶體形成、共晶反應和包晶反應的機製。 動力學部分則關注變化的速度。擴散作為材料科學中最基礎的輸運現象之一，將被進行詳盡的論述。我們將討論Fick定律，並區分晶格內擴散和晶界擴散的差異。此外，我們將探討形核與長大的動力學過程，這直接關係到材料的微觀組織控製，例如晶粒尺寸的精確調控。 第三部分：宏觀力學性能的微觀起源 這一部分是連接微觀結構與工程應用的關鍵。我們將係統地闡述機械性能的測試方法與背後的物理機製。 在彈性形變方麵，本書將引入鬍剋定律的張量形式，並詳細解釋楊氏模量、剪切模量和泊鬆比之間的內在聯係。我們將討論各嚮異性材料（如單晶）的彈性行為，以及晶格結構如何影響宏觀剛度。 塑性形變的討論將聚焦於位錯理論。我們將詳細描繪螺型位錯和楔型位錯的幾何結構，並分析它們在剪切應力作用下的運動機製。如何通過固溶強化、加工硬化（形變孿晶）和晶界釘紮來強化材料，將被置於位錯運動受阻的角度進行深入解釋。 本書還將覆蓋斷裂力學的基礎。我們將區分韌性斷裂和脆性斷裂的特徵，並引入應力強度因子和斷裂韌性的概念。對於復閤材料和多孔材料，我們將討論裂紋擴展的復雜性。 第四部分：特殊性能與先進材料 本部分將拓寬讀者的視野，涵蓋一些影響現代工程技術的關鍵性能和新興材料領域。 電學性質的討論將圍繞導電機製展開。除瞭半導體的本徵和雜質半導體行為（摻雜、費米能級移動）外，還將涉及介電材料的極化機製及其在電容器中的應用。 在熱學性能方麵，我們將討論晶格振動（聲子）對材料比熱容的貢獻，並分析熱傳導機製（晶格振動與電子輸運）。 磁性材料的章節將解釋順磁性、抗磁性和鐵磁性的微觀起源，重點分析磁疇結構、磁疇壁運動以及磁滯迴綫對材料應用（如存儲器和傳感器）的影響。 最後，本書將對先進材料進行概述，包括陶瓷材料的粘結特性與高溫應用、高分子材料的鏈構象與粘彈行為，以及復閤材料的界麵效應。這些內容旨在激勵讀者將所學的結構-性能關係原則應用到前沿的研究和開發中。 本書的敘述風格嚴謹而清晰，注重物理圖像的建立，輔以必要的數學推導，力求使讀者在掌握材料科學核心知識體係的同時，具備分析和解決復雜材料問題的能力。

評分☆☆☆☆☆

這本關於無機晶體結構的書籍，從最基礎的晶格能概念入手，層層遞進地闡述瞭晶體的內在能量與宏觀性質之間的微妙聯係。我對書中對不同晶格類型（如離子晶體、共價晶體和金屬晶體）的能量計算方法的比較印象深刻。作者沒有停留在簡單的能量公式羅列，而是深入探討瞭電子雲分布和原子間相互作用力對總晶格能的貢獻，尤其是在描述復雜氧化物體係時，引入的電荷轉移模型和有效電荷概念，為理解材料的穩定性和反應活性提供瞭堅實的理論基礎。書中通過大量翔實的計算案例，展示瞭如何將抽象的理論轉化為可量化的數據，這對於我們進行材料設計初期的篩選至關重要。舉例來說，書中對氟化鈣和氧化鎂的晶格能比較分析，清晰地揭示瞭電荷和半徑對抗晶格能的決定性影響，這種直觀的對比學習效果極佳。此外，對於不同類型的晶格缺陷，如點缺陷、綫缺陷和麵積缺陷，其對整體晶格能的微小但關鍵的擾動，也有著精闢的論述，這為後續理解材料在高溫或高壓下的弛豫行為打下瞭堅實的基礎。整體而言，這是一部理論深度與應用廣度兼備的佳作，非常適閤作為高年級本科生或初入研究領域的科研人員的參考手冊。

評分☆☆☆☆☆

這本書在介紹材料力學性能，特彆是硬度、強度與晶體結構之間的關係時，展現齣極高的洞察力。作者似乎有一種天賦，能將抽象的晶體學概念轉化為可測量的機械性能。關於硬度部分，書中詳細對比瞭基於壓入深度和接觸麵積的經驗模型與基於位錯運動和晶格能的理論模型的優劣。特彆是，書中對於“硬度陷阱”——即高晶格能材料不一定錶現齣高硬度的現象，給齣瞭基於電子結構和化學鍵類型的深入解釋，我認為這是全書的亮點之一。它提醒讀者，晶格能主要決定瞭材料的熱力學穩定性，而機械性能則更多地依賴於動力學過程和缺陷的運動。書中對硬度測試方法的曆史演變和不同測試標準（如維氏、洛氏、努普硬度）之間的相互轉換係數進行瞭細緻的梳理，這對於跨學科交流和數據比對具有實際操作價值。雖然書中沒有過多涉及納米尺度下的塑性行為，但在宏觀到介觀尺度的過渡描述上，已經構建瞭一個非常紮實的理論框架。總體來說，這本書為理解材料的“剛性”和“韌性”提供瞭一把理論的鑰匙。

評分☆☆☆☆☆

我個人非常欣賞該書在組織結構上的清晰和學術上的嚴謹。它在深入探討晶格能、熱膨脹、體模量和硬度等核心性質時，始終保持著從晶體學基礎（如布拉菲點陣、空間群）到物理化學本質的完整鏈條。特彆是，書中對體模量的計算，從最簡單的彈性理論模型（基於原子間的諧振子近似）開始，逐步引入瞭應變張量和應力張量的復雜計算，這使得即便是初學者也能循序漸進地掌握其推導過程。書中對體模量的各嚮異性分析，特彆針對非立方晶係，提供瞭大量的實際晶體數據作為佐證，使得理論推導不再是紙上談兵。例如，書中對某些低維材料的體模量“各嚮異性比”的計算，直接揭示瞭材料在不同方嚮上對體積變化的敏感程度，這對於製造薄膜或縴維狀材料時至關重要。此外，作者在對不同材料體係（如矽化物、氮化物、硼化物）進行橫嚮比較時，所采用的統一的規範化參數，極大地便利瞭不同材料性能的快速評估和對比。這種係統化的處理方式，體現瞭作者深厚的學術功底和教學經驗。

評分☆☆☆☆☆

我對書中關於晶體熱力學性質的論述感到非常滿意，尤其是對熱膨脹的機製剖析。它超越瞭簡單的德拜模型（Debye Model）的描述，引入瞭更精細的非簡諧振動理論，將熱膨脹係數與材料的勢能麯綫的非對稱性直接聯係起來。這種從微觀振動模式到宏觀體積變化的嚴密推導過程，邏輯性極強。書中特彆花篇幅討論瞭各嚮異性的熱膨脹行為，例如在某些層狀材料中，垂直於層麵的熱膨脹係數遠大於平行於層麵的情況，並解釋瞭這與層間範德華力較弱的內在聯係。這種對細節的關注，使得這本書不僅僅是一本教科書，更像是一本研究指南。我尤其欣賞作者在討論高溫高壓下的相變時，總是能巧妙地將晶格能的變化和熱力學自由能的最小化原則結閤起來，提供瞭一種統一的視角。對於我們研究地殼深處材料行為的學者來說，書中關於體積模量（Bulk Modulus）與剪切模量（Shear Modulus）的聯閤分析部分，提供瞭評估材料抗壓和抗剪切能力的關鍵參數，這些數據不僅翔實，而且經過瞭嚴格的誤差分析，增強瞭其可信度。

評分☆☆☆☆☆

這部著作的強大之處在於它成功地將結構、能量與性能這三大要素編織成一張緊密的網。它並沒有將晶格能僅僅視為一個計算練習，而是將其視為驅動所有宏觀熱力學和機械性質變化的根本動力。例如，書中對熱膨脹和體模量的討論，在許多教材中往往是分離的兩個章節，但在這裏，它們被統一在“彈性勢能麵”的共同框架下進行闡釋，指齣體模量是勢能麵對應變敏感度的量度，而熱膨脹則是係統在溫度升高時對該勢能麵的填充和利用過程。這種跨領域的整閤能力，極大地拓寬瞭讀者的思維邊界。硬度部分雖然也與晶格能相關聯，但作者並沒有迴避動力學因素的主導作用，對缺陷遷移勢壘的討論非常到位，使得硬度不再是一個單純的靜態指標，而是材料抵抗塑性變形的能力的體現。對於一個希望從“知其然”到“知其所以然”的科研工作者來說，這本書提供瞭足夠的深度和廣度，去理解為何特定化學鍵和晶體結構會賦予材料特定的“個性”。它是一部紮實、全麵且富有啓發性的工具書。