金属纳米微粒晶体结构的稳定性及其结合能
第二章 晶体的结合
范德瓦尔斯力的分类： 1）葛生互作用力：取向力，固有电偶
极矩间的作用力（极性分子晶体中） 2)德拜互作用力：感应力，感应电偶极
矩间的作用力（极性分子晶体中） 3)伦敦互作用力：弥散力，瞬时电偶极
矩间的作用力（非极性分子晶体中）
一、极性分子结合 因为两极性分子同性相斥，异性相吸，有使偶极矩 排成一个方向的趋势。
r
12
A6
r12
j
1 a1j2
,
A6
j
1 a6j
2.2.4 离子晶体的结合能
若两个离子间的互作用势为
r
e2
40r
b rn
I族元素：Li、Na、K、Ru、Cs具有最低的负 电性，它们的晶体是最典型的金属。负电性 较低的元素对电子束缚较弱，容易失去电子， 因此形成晶体时便采取金属性结合。 IV族至VI族元素：具有较强的电负性，它们 束缚电子比较牢固，获取电子的能力较强， 这种情况适于形成共价结合。 IV族元素：最典型的结构是金刚石结构，金 刚石结构直接反映了共价结合的特点。
2.2.3 分子晶体的结合能
惰性气体分子间的相互作用是瞬时偶极矩与
瞬时感应偶极矩间的作用，类同于极性分子
与非极性分子的吸引势，所以一对分子间的
互作用势能为
r
A r6
B r12
引入两个参量
A2 4B
,
1
B 6 A
r
4
r
12
原子间吸引力和排斥力的来源： 吸引力：异种电荷的库仑引力。 排斥力： 1.同种电荷的静电排斥。
纳米晶体正交结构-概述说明以及解释
纳米晶体正交结构-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容：纳米晶体正交结构是指纳米晶体在三维空间中呈现出正交晶系的结构特征。
纳米晶体是一种具有晶体特征但尺寸在纳米级别的材料，其晶体尺寸通常为1-100纳米，具有较高的比表面积和特殊的物理、化学性质。
正交结构是晶体学中的一种晶系，具有平行于坐标轴的三个相互垂直的晶系参数，其晶胞形状为长方体。
根据这种结构的特性，纳米晶体正交结构在材料科学领域中具有重要的应用前景。
纳米晶体正交结构的研究对于理解和掌握纳米级材料的物理和化学性质非常重要。
由于其比表面积的增大和晶格尺寸效应的存在，纳米晶体正交结构在光、电、磁等领域显示出与宏观材料截然不同的特性。
例如，纳米晶体正交结构的比表面积较大，可以增加材料的反应活性，使其在催化、光催化等领域具有潜在的应用。
此外，由于纳米晶体正交结构的晶格尺寸接近光的波长，纳米晶体正交结构也表现出材料各向异性和色散效应，使其在光学器件、传感器等领域有着广泛的应用前景。
因此，本文旨在从纳米晶体的定义和特征出发，介绍纳米晶体正交结构的基本概念和特点。
通过对正交结构的解析和讨论，揭示纳米晶体正交结构在材料科学领域中的重要性和应用前景。
最后，总结本文内容，给出对纳米晶体正交结构未来研究的展望。
通过本文的研究，我们可以更好地理解和应用纳米晶体正交结构，推动纳米科学与技术的发展。
文章结构部分是用来介绍整篇文章的组织结构和各个部分的内容。
以下是文章结构部分的内容：1.2 文章结构为了系统地介绍纳米晶体正交结构，本文将分为以下几个部分：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的在引言部分，我们将对纳米晶体正交结构的研究进行概述，明确本文的研究方向和重要性。
同时，我们将对整篇文章的结构进行介绍，以帮助读者更好地理解和阅读本文。
最后，我们将阐明本文的研究目的，明确要解决的问题和达到的目标。
2. 正文2.1 纳米晶体的定义和特征2.2 正交结构的介绍在正文部分，我们将首先介绍纳米晶体的定义和其独特的特征，包括纳米尺寸效应、巨大比表面积等方面的特点。
金属间化合物
目录摘要 (1)1金属间化合物的定义 (1)2金属间化合物晶体结构 (1)2.1 金属间化合物晶体结构分类 (1)2.2金属间化合物晶体结构特点 (2)2.2.1几何密排相 (2)2.2.2拓扑密排相 (5)2.3 金属间化合物晶体结构的稳定性 (6)2.3.1几何密排相 (8)2.3.2拓扑密排相 (10)3金属间化合物的电子理论 (11)3.1金属间化合物的结合键形式 (11)3.2合金的基态性质 (12)3.3金属间化合物的电子结构方法 (13)4 总结 (16)5 参考文献 (16)金属间化合物晶体结构、结构稳定性和电子理论摘要为了促进金属间化合物在结构材料方面的应用，首先必须理解金属间化合物的晶体结构、结构稳定性及电子理论。
本文从金属间化合物的定义出发，详细介绍了金属间化合物晶体结构的分类、特点和稳定性，并且为了弄清金属间化合物的结合键形式，从合金的基态性质出发介绍了两种研究金属间化合物电子结构的方法，即第一性原理和固体与分子经验电子理论。
作者认为，金属间化合物的电子结构决定了结合键形式，而结合键形式又决定了结构类型。
根据能量最低最稳定的原则，表征晶体结构的参数应以原子结合能为主，其它参数如原子尺寸、负电性和电子浓度均不够全面，金属间化合物的电子结构计算方法也应着重计算不同结构下的原子结合能。
关键词：金属间化合物，晶体结构，结合键，基态性质，第一性原理1金属间化合物的定义金属间化合物是指由两个或更多的金属组元或类金属组元按比例组成的具有金属基本特性和不同于其组元的长程有序晶体结构的化合物。
金属间化合物具有金属的基本特性，如金属光泽、金属导电性及导热性等。
金属间化合物的晶体结构不同于其组元，为有序的超点阵结构。
组元原子各占据点阵的固定阵点，最大程度地形成异类原子之间的结合。
2金属间化合物晶体结构2.1 金属间化合物晶体结构分类图1为金属间化合物晶体结构的分类，粗略分为两类，即几何密排相（Geometrically Close-packed Phase）和拓扑密排相（Topologically Close-packed Phase）。
纳米晶体和等轴晶体-概述说明以及解释
纳米晶体和等轴晶体-概述说明以及解释1.引言1.1 概述纳米晶体和等轴晶体作为材料科学领域中重要的两个概念，对材料的性能和应用有着重要的影响。
纳米晶体是指晶粒尺寸在纳米级别的结晶材料，具有独特的物理和化学性质；而等轴晶体则是晶粒呈等轴形状的晶体结构，具有一定的结构特点和应用价值。
本文将从宏观和微观两个层面探讨纳米晶体和等轴晶体的定义、特点、制备方法、结构特征以及应用领域，通过比较两者的物理性质和工业应用，揭示它们之间的异同和互补关系。
同时，对纳米晶体和等轴晶体在材料科学领域的未来发展趋势进行展望，强调它们在材料应用中的重要性和研究方向。
愿本文能对读者对纳米晶体和等轴晶体有更深入的了解和认识。
文章结构部分应该包括以下内容：文章结构部分主要介绍本文的结构和内容安排。
首先，将简要概述各个章节的主要内容，以及各章节之间的逻辑关系和联系。
然后，说明各章节的目的和意义，以及读者在阅读完全文后能够获得的启示和收获。
最后，指引读者如何在整篇文章中找到所需信息，以提高阅读效率和理解深度。
文章结构部分应具备明晰的逻辑脉络，清晰地呈现出整篇文章的架构和走向，引导读者更好地理解和掌握文章内容。
写文章1.2 文章结构部分的内容1.3 目的本文旨在深入探讨纳米晶体和等轴晶体这两种材料的特性、制备方法、应用领域以及发展趋势。
通过对这两种晶体结构的比较分析，我们可以更好地了解它们在物理性质、工业应用以及未来发展方面的异同之处。
同时，本文还旨在为研究人员和工程师提供关于纳米晶体和等轴晶体的全面知识，以便他们在材料设计和工程实践中能够更准确地选择合适的材料，拓展应用领域，并提高材料的性能和应用效率。
最终，我们希望通过这篇文章的撰写，能够为相关领域的学术研究和工程实践提供有益的参考和指导，促进纳米晶体和等轴晶体等新材料的进一步发展与应用。
2.正文2.1 纳米晶体2.1.1 定义和特点纳米晶体是一种晶粒尺寸在纳米级范围内的晶体结构。
通常情况下，纳米晶体的晶粒尺寸在1到100纳米之间，具有相比于传统晶体更高的比表面积和较大的表面能量。
结构矿物学 2011-04 晶体结构稳定性
电价规则：稳定离子结构的离子电价等于 与其相邻异号离子的各静电键强度的总和
鲍林(Pauling)规则
• 2nd Rule：电价规则 如NaCl
6 ( + 1/6 ) = +1 (sum from Na’s) charge of Cl = -1
+ 1/6
Na + 1 /6 Na
+ 1 /6
Cl
Na
结构矿物学(4/10)
北京大学 秦善
2011.11
晶体结构的稳定性
晶体结构的稳定性
晶体结构稳定性规则
吉布斯自由能 戈尔德施密特定律 鲍林规则
温度的影响 压力的影响 化学组成的影响
固溶体 类质同像 型变
吉布斯自由能
The Gibbs Free Energy dG = VdP – SdT
-
Na
+ 1 /6
鲍林(Pauling)规则
• 2nd Rule：电价规则
如 [CO3]-2 • C+4的CN = 3，静电键强=4/3 • 每一个O2-贡献4/3即平衡 • 每一个O2-剩下2/3电荷，所 以[CO3]-2
鲍林(Pauling)规则
3rd Rule: 多面体规则
The sharing of edges, and particularly of faces, of adjacent polyhedra tend to decrease the stability of an ionic structure
600 1000 1400 1800 2200 2600
Liquid
After Swamy and Saxena (1994) J. Geophys. Res., 99, 11,787-11,794.
纳米晶结构特征及其材料性能研究进展
纳米晶结构特征及其材料性能研究进展纳米技术是近年来备受关注的新型科技，纳米材料一般是由1～100nm之间的粒子组成的。
纳米晶是一类特殊的纳米粒子，由大量的随机取向的超微粒组成的具有规整原子排列的纳米粒子，是单个粒子特征维度尺寸在1～100nm级的晶体材料，每个粒子都是结构完整的小晶粒，相邻晶粒的取向关系是两个晶粒相对旋转加上平移而成的。
纳米晶是介于分子和凝聚态物质之间的一座桥梁。
一、纳米晶的结构特征纳米晶内部结构的高度均一，使纳米晶成为构筑纳米有序结构材料极具潜力的结构单元，并且由于纳米晶的粒径处于纳米级别的尺度，使之具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等一些特殊的物理效应。
1.小尺寸效应。
纳米颗粒的尺寸与光波波长、传导电子的德布罗意波长及超导态的相干波长或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒表面层附近原子密度减小，纳米颗粒表现出新的光、电、声、磁等体积效应，其他性质都是此效应的延伸。
2.表面效应。
纳米微粒表面原子与总原子数之比随纳米粒子尺寸的减小而急剧增大，随着粒径减小，表面原子数迅速增加，微粒的比表面积、表面能及表面结合能都迅速增大。
由于表面原子数的增多，原子配位不足，导致纳米微粒表面存在许多悬键，表面活性很高，极不稳定，同时也引起表面原子电子自旋构象和电子能谱的变化。
3.量子尺寸效应。
当粒子尺寸下降到某一值时，金属材料的费米能级附近的电子能级由准连续变为离散，而半导体材料则能隙变宽，以及由此导致的不同于宏观物体的光、电和超导等性质。
具体到不同的半导体材料，其量子尺寸是不同的，只有半导体材料的粒子尺寸小于量子尺寸，才能明显地观察到量子尺寸效应。
4.宏观量子隧道效应。
宏观量子隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。
量子尺寸效应、隧道效应将会是未来电子器件的基础，或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限。
纳米材料的物理性能.
《材料科学前沿》学号：S1*******流水号：S2*******姓名：张东杰指导老师：郝耀武纳米晶材料的物理性能摘要：纳米材料由于其独特的微观结构和奇异的物理化学性质，目前已成为材料领域研究的热点之一。
纳米晶材料具有优异的物理特性，这是由所组成的微粒的尺寸、相组成和界面这三个方面的相互作用来决定的。
本文简要介绍了纳米晶材料的定义，综述了纳米晶材料的各种物理特性。
关键词：纳米材料，纳米晶材料，物理性能1、引言纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级（1~100nm）的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。
由于其组成单元的尺度小，界面占用相当大的成分。
因此，纳米材料具有多种特点，这就导致由纳米微粒构成的体系出现了不同于通常的大块宏观材料体系的许多特殊性质。
纳米体系使人们认识自然又进入一个新的层次，它是联系原子、分子和宏观体系的中间环节，是人们过去从未探索过的新领域。
实际上由纳米粒子组成的材料向宏观体系演变过程中存在结构上有序度的变化和在状态上的非平衡性质，使体系的性质产生很大的差别。
对纳米材料的研究将使人们从微观到宏观的过渡有更深入的认识。
纳米材料按其结构可分为四类：晶粒尺寸至少在一个方向上在几个纳米范围内的称为三维纳米材料；具有层状结构的称为二维纳米材料；具有纤维结构的称为一维纳米材料；具有原子簇和原子束结构的称为零维纳米材料。
纳米晶材料（纳米结构材料）的概念最早是由H.Gleiter出的，这类固体是由（至少在一个方向上）尺寸为几个纳米的结构单元（主要是晶体）所构成。
纳米晶材料是一种非平衡态的结构，其中存在大量的晶体缺陷。
当然，纳米材料也可由非晶物质组成，例如：半晶态高分子聚合物是由厚度为纳米级的晶态层和非晶态层相间地构成的故是二维层状纳米结构材料。
又如纳米玻璃的组成相均为非晶态，它是由纳米尺度的玻璃珠和界面层所组成。
我们这里主要讨论纳米晶材料的物理性能。
第二章晶体结构结合力和结合能
较弱 无方向性键、结构密堆、低 熔点、绝缘
氢键 氢原子核与极性分子 弱 有方向性和饱和性 间的库仑引力School of materials Science and engineering Prof. Y.X. Li 第五页，编辑于星期五：十七点 四十九分。
2.3 晶体中质点的堆积
2.3.1 原子半径和离子半径 原子半径或离子半径
有效半径
离子半径 共价半径 金属半径
一种原子在不同的晶体中，与不同的元素相结合时， 其半径有可能发生变化。晶体极化、共价键的增强和配位 数的降低都可使原子或离子之间距离缩短，而使其半径减 小。
School of materials Science and engineering Prof. Y.X. Li 第十三页，编辑于星期五：十七点 四十九分。
对于1molAX型晶体，原子总数N＝2N0，于是晶格
能计算如下：
EL
N0 Az1z2e2 1 1
4 0r0
n
取决于晶体 结构类型
式中：A－马德龙常数见表2.4（P24）
n-Born Index.(与离子的电子层结构有关)。
ε0－真空的介电常数，
取决于电子 ≈8.85×10－12C2.N－1m-2 层结构
School of materials Science and engineering Prof. Y.X. Li 第二十一页，编辑于星期五：十七点 四十九分。
2.3.3 内在因素对晶体结构的影响－化学组成 （1）原子或离子半径
•原子半径或离子半径是定值吗?
•原子半径或离子半径的大小与哪些因 素有关？
氢键：指氢原子同时与两个电负性很大而原子半径较
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万方数据
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金属纳米微粒晶体结构的稳定性及其结合能
作者：李业军， 齐卫宏， 黄伯云， 汪明朴， LI Ye-jun， QI Wei-hong， HUANG Bai-yun，WANG Ming-pu
作者单位：李业军,齐卫宏,汪明朴,LI Ye-jun,QI Wei-hong,WANG Ming-pu(中南大学材料科学与工程学院,长沙,410083;中南大学教育部有色金属材料科学与工程重点实验室,长沙,410083)， 黄
伯云,HUANG Bai-yun(中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙,4100831)
刊名：
中国有色金属学报
英文刊名：THE CHINESE JOURNAL OF NONFERROUS METALS
年，卷(期)：2009,19(3)
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2.齐卫宏.QI Weihong Pd纳米微粒的晶格参数和结合能的尺寸形状效应研究[期刊论文]-金属学报2006,42(10)本文链接：/Periodical_zgysjsxb20090302
3.aspx。