Классификация по типам связи -ионная- электростатическое взаимодействие между

Классификация по типам связи -ионная- электростатическое взаимодействие между разноименно заряженными ионами –например полупроводник Si. C или магнитные материалы типа ферритов n. Me. OFe 2 O 3, Al 2 O 3 - материал для напыления и повышающий износостойкость Материалы с этим типом связи характеризуются повышенной высокой температурой плавления , механической прочностью

Ковалентная связь Ковалентная- жестко связывает данный атом с каждым другим близлежащим атомом , между ними возникает обменное взаимодействие Свойства таких материалов в определенных направлениях являются предпочтительными

Ковалентные связи Нейтральная молекула полиэтилена -- H—H—H—H-| | -- C—C—C-| | --H—H— | | μ =0 Полярная молекула поливинилхлорида —H—H—H—Н-| | -- C--C—C-| | H-- Cl—H--Cl-- +q l -q μ =q*l q- абсолютное значение заряда l- расстояние между + и -.

Металлическая связь -металлическая связь характеризуется наличием свободных электронов, которые образуют «электронный» газ. Металлическая связь не направлена, и обуславливает высокую тепло- и электропроводность Материалы с таким типом связи имеют положительные температурные коэф. Тепло и электропроводности, с температурой растет длина и элекросопротивление -молекулярная- связь Ван дер Ваальса -Эта связь реализутся в диэлектрических газовых и полимерных материалах она не направлена

Типы и энергии связи

Атомно-кристаллическое строение

Типы кристаллических решеток Кубические а-простая кубическая б- объемно-центрированный куб( ОЦК) в- гранецентрированный куб (ГЦК) Тетрагональные г- простая ( примитивная) д- базоцентрированная Ромбические е-простая ( примитивная) ж-базоцентрированная и- объемно-центрированная кл- гранецентрированная Гексагональные н-примитивная

Наиболее распространенные типы решеток а-ОЦК, б-ГЦК, в-гексагональгая 1 -зерно- кристаллит металла, 2 - элементарная ячейка, 3 - атомные плоскости

Основные параметры решеток n=1/8*8=1 n=1/8*8+1/2*6=4 n=1/8*8=1 n=1/8*8+1=2 А- простая кубическая решетка В- объемно-центрированная кубическая решетка С- гранецентрированная кубическая решетка D- тетрагональная решетка простая Основные параметры – тип решетки ПК, ОЦК, ГЦК, Тетр; размер решетки – а- ребро куба, c/a –высота и ребро; число атомов на элементарную ячейку- n-ПК 1, ОЦК-2, ГЦК-4, Тетр-1 n-число атомов на элементарную ячейку а=0. 1 -0. 8 нм могут быть определены только с использованием рентгеновского анализа т. к. длина волны рентгеновского излучения близка к значению параметра решетки

Характеристики основных типов кристаллических решеток Тип решет ки Число Коорди- Коэфф. атомов наци заполне на онния элемент ное η , % арную числ ячейку, о n Материалы ПК 1 6 52 - ОЦ К 2 8 68 Ba, Ba β , Cr, Eu, Mn, Nb, Ta, W, V, Tiβ , Zrβ ГЦК 4 12 74 Ag, Au, Cu, Al, Ni

Полиморфизм- способность одного элемента существовать при различных температурах с различными типами кристаллических Решеток называется полиморфизмом. Каждая из модификаций обладает своими собственными свойствами Отличными от другой α-Fe-ферромагнитный материал γ-Fe- парамагнитный материал

Расчет параметра кристаллической решетки d=n*m/a 3 d-плотность; n-число атомов на элементарную ячейку; m-масса. m=A/N A-атомная масса; N-число Авогадро, N=6. 02*1023 Для Сu A=64. 54 m= 64. 54/6. 02*1023=10. 72*10 -23 Если входят различные компоненты, то А 1 = 100/ (Xa / A + XB /B) Xa, XB-весовые концентрации входящих компонентов; А, В- атомные веса входящих компонентов, а=( (n*m)/d )1/ 3 a=( (4*10. 72*10 -23 )/8. 9) 1/3=4. 818*10 -23=3. 592 ( 3. 608 )

Анизотропия свойств Заштриховано направление наилегчайшего намагничения

Точечные дефекты а б в а –вакансия, б- дисслоцированный атом, в- примесный атом внедрения

Линейные дефекты Краевая дислокация в простой кубической решетке

Краевая дислокация

Изменение свойств с изменением плотности дислокаций ρ. =l/V l-длина дислокаций; V- объем, с длиной дислокаций l Зависимость предела текучести σт от плотности дислокаций –ρ. 1 -идеальный кристалл без дефектов, 2 - «усы» 3 - отоженные чистые металлы , 3 - металлы после различных видов упорчнения.

Наноматериалы Материалы со трктурй состоящей из кристаллических зерен Размером 1 -1, 5 нм, называют наноматериалами Они характеризуются как любое кристаллическое состояние дальним порядком.

Нанокристаллы Это межзеренная граница МЗГ- межзеренная граница в наноматериалах на их долю Приходится 2 -50% Наноматериал имеет два структурных компонента: Кристаллический- атомы расположены строго определенно Межкристаллический- атомы расположены статистически

Схематическое представление нанокристаллического материала Черные кружочки- атомы в кристаллитах, Серые кружочки- атомы в межзеренных границах. Нанокристаллические материалы являются перспективными, как материалы в качестве запоминающих устройств с высокой информационной плотностью и магнитомягких материалов с минимальными потерями на перемагничивание Термин нанотехника введен 1974 г. Норио Тигануци. Нано- одна триллионная 1 нм-триллионная доля метра. Наноматериалы имеют размет 100 нм и менее До 50% приходится на МГЗ, в этих материалах практически отсутствуют дислокации. Следует считать, что нанометрические размеры – основной источник особых свойств этих материалов.

Свойства наноматериалов Наноматериалы имеют свойства отличные от свойств обычных материалов Механические, магнитные характеристики их выше, чем поликристаллических Материалов. Это объясняется отсутствием в них линейных дефектов- дислокаций. Нанрметровые размеры кристалликов-осеовной источник их свойств Наноматериалы имеют высокую прочность, в них наблюдается явление Сверхпластичности. Исследование магнитных свойств наноматериалов показывают минимальные потери на перемагничивание, их используют в качестве материалов с высокой информационной плотностью.

Двигатель с поперечником 200 нм • Создан в университете Беркли в Калифорнии: • Две капли металла лежат на углеродистой нанотрубке. • Через трубку пропускается слабый ток и меньшая капля отбирает атомы у большей капли. Когда капли соприкоснуться, накопленная энергия передается большой капле и процесс продолжается. • Этот двигатель имеет мощность 20 нановатт. • Если использовать это в автомобиле, то его мощность возрастет в 100 миллионов раз

Жидкие кристаллы ЖК-это жидкости с упорядоченной молекулярной структурой Они занимают промежуточное положение между кристаллами и обычными жидкостями со статистическим расположением атомов ЖК- образуются органическими жидкостями, имеющими в строении бензольные кольца По структуре ЖК разделяют на три типа: Нематические Сектические Холестерические

Жидкие кристаллы Типы структур жидких кристаллов а- нематические, б-смектические, в-холестерические Нематические- молекулы выстроены в цепочки, направление преимущественной ориентации является оптической осью Смектические- молекулы образуют параллельные слои, которые легко смещаются относительно друга Холестерические- -сложная структура, молекулы размещаются по спирали

Структура ЖК легко изменяется под действием любых механических, Электрических, магнитных нагрузок. Это дает возможность управлять их свойствами. Изменение структуры при внешних воздействиях сопровождается перемещением молекул. На это перемещение требуется 1 -10 мс, на возврат в исходное состояние требуется 20 -200 мс. Это ограничивает их применение областью низких частот-2 -5 к. Гц ЖК используются в цветных индикаторах Для этого используют красители , имеющие продолговатые молекулы. При низкой напряженности молекулы располагаются перпендикулярно электродам ячейки и окраска не видна. При вращении молекул проявляется определенный цвет Оптические свойства разнообразны , в среднем длина волны отраженного све При нагреве на 10 С уменьшается на 1 -2 нм. Это используется при регистрации и измерении стационарных и медленно Меняющихся температурных полей По изменению окраски можно различать разницу температур 0, 1 -0, 20 С

Классификация материалов по зонной теории 1 - зона заполненная электронами, 2 - зона свободных энергетических уровней, 3 - запрещенная зона ΔЭ 1>5 эв , ΔЭ 2= 1 -3 эв ΔЭ =0 -1 эв