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1一：知识：1：晶面和晶向：晶面：（hkl）；晶向：[hkl]；2：对于能量和熵的判断：（1）：G=H-TS，高温主要考虑熵作用（熔化等），低温主要考虑能量作用（常温等），较高温度时综合考虑；（2）：分析：能量分为结合能和应变能。结合能：可用简单立方系或平面正方点阵，观察过程前后键数量的变化（最近邻假设）；同时原子间距越小结合能越大（越稳定）。应变能：“偏离平衡状态越远，应变能越高”，同时（同样偏离距离）压应变的数值高于拉应变。熵：由S=KlnΩ，有：体系微观状态数越大，熵越高（应用此式说明时需注意过程前后体系物质种类及数量不能变化）；可用排列组合比较Ω。一般情况可直观感觉，体系越无序，所受的限制越少，熵越大。3：“属+种差”：对于词汇“ABC”：C是主要成分，A、B是对C的修饰。第一章问题P7-1：已知α-Fe的密度为7.8，其晶胞是立方的，每个晶胞中原子个数为2，求点阵常数。【】2：在一个晶胞内，画出（123）、（101）、（021）、（111）和[111]、[212]、[301]、[231]。【】3：根据立方系夹角公式，计算以下界面的夹角：（111）与（111）；（110）和(111)。【】5：有一个反派角色问了该问题：（eπ2）晶面该怎么画？如何看待他的问题？答：这个晶面只能近似地作出……但是不必考虑这个问题，因为高指数晶面没有意义。之所以无意义，是因为高指数晶面上的原子间距离很远，相互作用可忽略不计，没有研究价值。26：说明面心立方中（111）面间距最大，而体心立方中（110）面间距最大。【】P91：铜的密度为8.9，铝为2.7（8.9/2.7=3.3），但两者的原子量之比为63.5/27=2.35。请问两个比值不同说明了什么？（铜和铝结构相同）【】2：画出fcc（111）晶面和bcc（110）晶面的原子分布图。【】4：已知金刚石中C-C键长为0.155nm，求其密度。【】6：金刚石强度远高于石墨，但熔点却低于石墨。这是为什么？答：强度：金刚石中碳原子间皆以共价键相连，而石墨中层间作用力为较弱的范德华力（原子间）及离域π键（自由电子），强度取决于结合键中最弱的部分，因此金刚石强度远高于石墨；熔点：石墨中层间键为sp2杂化，金刚石中键为sp3杂化，sp2中s轨道比例大于sp3中比例，因此sp2键长小于sp3键长，破坏所需能量更高。故石墨熔点高于金刚石。P133：证明金刚石的致密度为34%。【】P162：Cu、Au的熔化热几乎相等，但弹性模量ECu=123Gpa，EAu=79Gpa，他们相差较大，请问为什么？答：是因为，1个Cu原子提供2个自由电子，而Au只能1个，因此Cu中金属键密度大于Au，故弹性模量有较大差异。3P201：为什么共价键的金刚石致密度很低，而金属键的Cu等致密度很高？请从结合键的特点给予分析。答：由于电子云分布的特点，共价键的键角是确定的；这使得共价键晶体不能密排；而金属键是金属正离子与自由电子的作用，两者距离越近能量越低，因此金属键晶体致密度很高。2：与“12-6”函数相比，“18-9”势函数更适合最近邻假设吗？为什么？【】？3：对金刚石晶体，能否用本节的思路（一层一层的）计算晶体的结合能？为什么？答：不能。因为金刚石中碳原子与最近邻的4个碳原子成共价键，而与其余原子仅有范德华力，因此其结合能几乎全部在最近邻原子上，完全不用考虑其余。5：面心立方计算到最近邻时，已计算到总结合能的69%。体心立方计算到最近邻时，计算的总结合能占总结合能的比例大于还是小于69%？计算到次近邻呢？【】P232：白色和橙色的乒乓球均匀混合在一起，放在一个很大的筐里，这样的体系是不是固溶体？它与固溶体的主要差异何在？答：不是固溶体，因为该体系结构无序，不是晶体。（固溶体的基本要素：一：是晶体；二：该晶体结构不因溶质溶入而改变；三：溶质原子与溶剂原子在原子尺度上随机混合）3：为什么“A、B原子的半径差越大，形成的置换固溶体溶解度越小”？请用应变能、自由能、稳定性等概念解释。答：A、B原子的半径差越大，单位B置换A导致的应变能越高，因此在B溶入过程中系统自由能升高速度越快，在B比例更小的情况下G值即超过两相共存情况的G值。4：A、B电负性差别大会导致什么结果？请用例子说明。答：电负性差别大，会生成稳定的有序固溶体。例如Fe3C.5：假设要配制30kg铜和70kg镍的固溶体，可以将纯镍和铜按需要称量，放入坩埚中加热到两者皆熔化，将融化的铜镍液体缓慢冷却，就能得到Cu-Ni固溶体。请从熵的角度分析为什么要熔化？答：因为，温度达到熔化后，熵起决定性的主导作用，所以镍和铜可以在这种情况下混合成为固溶体。P261：用一句话描述引入相互作用参数的目的。答：引入相互作用参数Ω的目的是表征键的类型变化引起的结合能变化。43：在25页图1-18b中，什么温度下同类原子会聚集在一起？假定图1-18b对应温度T1，T2时原子组态有什么变化？（T2T1）答：在T=0K时，同类原子聚集在一起；温度升高，溶质原子团的大小会减小。这是因为温度升高熵的影响力增大，而同类原子聚集（与无序分布相比）结合能和熵都降低。因此温度升高，同类原子聚集的程度下降，具体体现在原子团大小减小。4：能否说：宏观有序则微观一定有序？反过来呢？宏观无序则微观一定无序？反过来呢？请分别予以说明。答：在材料中：微米尺度为宏观，纳米尺度为微观。宏观有序时，微观不一定有序；例如非晶态材料，其宏观可以有序，而微观一定无序。在晶体的所有区域都微观有序且相同时，宏观一定有序。宏观无序时，微观一定无序；微观无序时，P30：1：既然教材介绍了Ω0时的有序化现象及影响因素，那么Ω0时会发生什么，此时的可比过程叫做什么？有几个影响因素？这些影响因素与Ω0时有什么差异？答：Ω0时，同类原子会聚集在一起，可将该过程称为偏聚化；有下列影响因素：1：Ω：Ω0时，A-A键数的增加导致内能降低。2：温度：T应小于某临界温度。低于该临界温度时内能起主导作用。3：冷速：偏聚化是原子迁移的过程，因此冷却速度过快可能使偏聚化过程来不及进行。4：成分：我认为欲发生偏聚化，溶质原子摩尔分数应高于某一临界值，否则溶质原子不能“找到”其他溶质原子形成偏聚。（这一条存疑）2：间隙固溶体的溶解度与应变能有何关系？应变能是影响溶解度的主要因素吗？答：应变能越大，溶解度越小；应变能是影响溶解度的主要因素。P34：1：VC中钒与碳之间必然互相结合。问他们的结合键主要属于什么类型？（从几何上看，每个C周围有6个V）。答：结合键主要属于离子键。因为：C周围有等价的6个V，而碳只有4个成共价键的轨道，因此不是共价键；又因为碳不能变为离子和自由电子，故不是金属键。2：在Fe3C中，碳原子有没有形成sp杂化轨道的可能性？（Fe3C中每个碳原子周围有6个Fe原子）答：没有，因为碳原子之间相距较远，没有电子云重叠的可能性。3：计算Fe3C的密度。【】P35：说明(Fe,Mn)3(C,N)中Mn、N的含义，并指出它们的差异。答：Mn、N是溶质，差异为：Mn占据Fe的位置，N占据C的位置。5P37：1：说明NaCl不可能是纯离子键，即NaCl中多少带有一点共价键的特征。答：纯离子键是正负离子的相互作用，键长应等于正负离子半径之和；实际上Na+0.102nm，Cl-0.181nm，两者之和略大于NaCl晶格常数的一半，这说明离子间有电子云的重合，这是共价键的特征。2：NaCl的电阻比金属高十几个数量级，请给予解释。答：金属中的载流子是自由电子，可自由移动；而NaCl中的载流子正负离子被束缚在格点上不能自由移动，因此有题设结论。3：MgO、SrO、BaO都具有NaCl结构，为什么他们的熔点会依次降低?请结合周期表，用电子云概念解释。答：使用电子云概念：由于电子云的半径越相似，电子云的重叠程度就越大，Mg、Sr、Ba的半径依次增大，因此MgO、SrO、BaO中电子云重叠部分依次减少，熔点依次降低。（By韩军杰）6：Li3AlN2具有反CaF2结构，试画出其晶胞并标明三类原子的具体位置。【】7：为什么大部分共价键材料密度低，离子键材料密度中等，而金属键材料密度高?答：这是因为：共价键材料原子间须有确定的键角，因此无法密排；对于离子键材料，由于过于密排会导致相同电性的离子相距过近，排斥力过大；金属键材料由于是离子与自由电子的作用，因此可以尽可能的密排。P41：4：金刚石的熔点为3550℃，而同结构的Si的熔点仅有1412℃，请简要分析熔点存在差异的原因。同时请判断SiC的熔点，SiC的结构与金刚石一致。答：熔点存在差异的原因是：C-C键键长小于Si-Si键，电子云结合更紧密，更不易被破坏。显然可推论SiC熔点在Si和金刚石之间。5：为什么SiO2的熔点（1710℃）比SiF4（-77℃）高很多？答：这是因为，SiO2是原子晶体，而SiF4是分子晶体。氧有两个可成共价键轨道，而氟只有1个，因此SiO2之间可以以共价键连接，而SiF4就只能一个个地，在晶体中就像一个个“孤岛”一样。6：Al的膨胀系数为25×10-6/℃，SiC的膨胀系数为4.3×10-6/℃，请判断哪一种材料的熔点更高，为什么？答：SiC的熔点更高，因为Al会在更低的温度下膨胀到结合键失效，不能维持晶体结构的地步。P43：图1-56氩的径向分布函数的解释。（重要）答：（1）：横纵坐标的含义：横坐标代表到中心原子的距离；上图中纵坐标是径向数密度除以一个常数。径向数密度是指：一个球壳上的原子总数/该球壳体积（式1-43），因此上图纵坐标的物理意义是：原子出现的概率；下图中纵坐标其实也是径向数密度，只是写法不同，与上图纵坐标相比少除了一6个常数。考虑到某人的出题爱好，试解释如下：n0是一个归一化系数，可使上图中曲线积分后值为1，具有物理意义。而下图则无此需要，纵轴上没有刻度，是一个定性的图。对图示线段的认识，参考图下面的一段话。P44：1：根据标准态理论，非晶中原子的能量一定高于晶体；同时非晶中的混乱度大于晶体。综合考虑能量与熵的因素，请判断非晶与晶体哪一个更为稳定，并说明理由。答：根据G=H-TS，低温下晶体更稳定，高温时非晶更稳定。2：在熔化的金属液体中，原子之间是否仍然存在结合力，他的大小与固态比有什么变化，为什么？答：一定存在结合力。大小低于固态情况。考查固体和液体的强度即可判断结合力大小^_^（PS：金属液体中键的情况：金属键和范德华力。）3：非晶态金属中还有自由电子吗？其导电性与晶体金属比如何？请简要分析。答：有自由电子(by吴锵)。其导电性低于晶体金属，因为非晶态金属结构不具有周期性，电子的势能随其位置变化而变化，影响了电子的移动；而晶体金属具有周期性，可以认为其势能不变，电子运动更为自由；同时，晶态金属比非晶态金属致密，电子运动所受阻力更小。4：固溶体非晶概念应如何解释？答：（属+种差）首先是非晶，具有非晶体的性质：结构无序。在此基础上具有固溶体的特性：溶质原子随机分布。（固溶体的其余性质与非晶矛盾了）P46：1：请简要概括本章内容。答：从几何和能量角度研究固体结构。第二章习题：Q:什么是柯氏气团？A:通常把围绕位错而形成的溶质原子聚集物，称为“柯氏气团”。P2：1：根据最近邻假设，估算简单立方晶体中一个空位的形成能。（假定每一个体内原子间的结合能为U0）答：首先，简单立方晶体中最近邻原子数为6个，形成一个空位断6根键，空位处原子移至晶体表面成键3根，故空位形成能为021U；而形成空位后周围原子向空位处偏移导致应变能增加，该移动同时导致结合能的增加。由于该偏移是自发过程，所以能量降低，综上，空位形成能小于021U。2:自间隙原子的形成能远大于空位形成能。请从应变能和结合能的角度给予分析。7答：自间隙原子的半径远大于间隙尺寸，因此会引起应变能很大的上升；（结合能？）4：P2图2-2中，假定（b）图中黑原子半径比白的小10%，而（c）图中大10%，请问哪种情况下基体内的应变能更大一些？为什么？如果数据由10%变为0.1%，上述结论会变化吗？为什么？答：（c）图情况的应变能