无机晶体的结构、组成和性质：晶格能、热膨胀、体模量和硬度 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张思远 著

图书标签:

• 无机晶体
• 晶体结构
• 晶体组成
• 晶体性质
• 晶格能
• 热膨胀
• 体模量
• 硬度
• 材料科学
• 固体物理

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030330314

版次：1

商品编码：11882517

包装：平装

丛书名： 现代化学基础丛书

开本：16开

出版时间：2012-01-01

用纸：胶版纸

页数：260

字数：340000

正文语种：中文

内容简介

　　《无机晶体的结构、组成和性质：晶格能、热膨胀、体模量和硬度》详细阐述无机晶体的结构特征，以及品格能、热膨胀、体模量、硬度等物理量的测量方法和理论计算方法；累计大量晶体物理参数结果，并利用介电化学键理论方法估算多种复杂晶体系列的力学参数和热学参数，为全面了解晶体性质提供基础数据。《无机晶体的结构、组成和性质：晶格能、热膨胀、体模量和硬度》包括基本概念、理论分析、公式推导、数据结果和物理规律，同时还提供一种从结构出发估算晶体力学和热学性能的方法。
　　《无机晶体的结构、组成和性质：晶格能、热膨胀、体模量和硬度》可供材料科学、理论化学、固体物理和无机化学领域的科研工作者，以及高等学校教师和研究生参考。

内页插图

目录

前言
第1章 晶体的对称性及其基本概念
1．1 晶体的点对称性
1．2 对称操作的符号和含义
1．3 点群
1．4 晶体的晶胞和晶系
1．5 布拉维点阵
1．6 晶体的平移对称性
1．7 晶体的空间群
参考文献

第2章 无机晶体的结构特征和性质
2．1 无机晶体的结构分布特征
2．1．1 晶体的空间群分布
2．1．2 晶体的点群分布
2．2 稀土无机晶体的结构分析
2．3 晶体的结构和性质关系
参考文献

第3章 无机晶体的晶格能
3．1 晶格能的实验方法
3．2 晶格能的理论计算方法
3．2．1 Born-Lande方程
3．2．2 Born-Mayer方程
3．2．3 全面计算方法
3．2．4 Kapustinskii方程
3．2．5 分子体积和品格能
3．3 晶格能的介电化学键理论计算方法
3．3．1 晶体化学键的介电理论
3．3．2 简单晶体品格能的计算方法
3．3．3 复杂离子晶体晶格能的计算
参考文献

第4章 无机晶体的热膨胀
4．1 热膨胀系数的定义
4．2 格临爱森系数
4．3 热膨胀系数的测定
4．3．1 宏观方法
4．3．2 微观方法
4．4 热膨胀系数的计算方法
4．4．1 晶体化学计算方法
4．4．2 理论计算方法
4．4．3 晶体膨胀系数计算的介电理论方法
参考文献

第5章 晶体的弹性模量
5．1 体积弹性模量的定义
5．2 体模量的实验测定方法
5．2．1 活塞位移法
5．2．2 光学干涉法
5．2．3 X射线衍射法
5．2．4 冲击波法
5．2．5 超声波法
5．3 体模量的理论计算方法
5．3．1 弹性系数和模量
5．3．2 物态方程计算方法
5．3．3 晶体化学计算方法
5．3．4 晶体结构和化学键参数的计算方法
5．3．5 密度泛函理论计算方法
5．4 晶体体模量计算的介电方法
5．4．1 简单晶体体模量的计算公式
5．4．2 LnX(Ln一镧系元素；x-N，P，As，sb，Bi)型晶体的体模量
5．4．3 复杂晶体体模量的计算公式
5．4．4 石榴石型晶体的体模量
参考文献

第6章 晶体的硬度
6．1 晶体硬度的测量方法
6．1．1 莫氏硬度
6．1．2 维氏硬度
6．1．3 克氏硬度
6．2 晶体硬度的计算方法
6．2．1 Plendel-Gielisse方法
6．2．2 晶体硬度计算的化学键方法
6．2．3 硬度计算的键强度方法
6．2．4 硬度计算的电负性方法
6．2．5 晶体硬度计算的晶格能密度方法
6．3 超硬晶体
6．3．1 各种结构的BC4N晶体
6．3．2 各种结构的C3N4晶体
6．3．3 C11N4晶体
6．3．4 尖晶石型A3N4晶体
6．3．5 立方型A3N4型晶体
参考文献

第7章 复杂晶体的结构、组成和性质
7．1 AB204型晶体
7．1．1 正交晶系AB2O4型晶体
7．1．2 立方晶系AB2O4型晶体
7．2 AB04型晶体
7．3 烧绿石A2B2O7型晶体
7．4 Ln202S型晶体
7．5 LnOX(X===Cl，Br，I)型晶体
7．6 AB03型晶体
7．6．1 正交晶系ABO3型晶体
7．6．2 立方晶系ABO3型晶体
7．6．3 三角晶系ABO3型晶体
7．7 Ca4LnO(B03)3(Ln-La，Sm，Gd，Lu，Y)型晶体
参考文献

第8章 高温超导晶体的结构和性质
8．1 LnBa2Cu307(Ln-Pr，Sm，Eu，Gd，Dy，Y，Ho，Er，Tm)型晶体的性质
8．2 Bi2Sr2CaCu208晶体的性质
8．3 T12Ba2CaCu208和T12Ba2Ca2Cu308晶体的性质
8．3．1 T12Ba2CaCu208晶体的性质
8．3．2 T12Ba2Ca2Cu3010晶体的性质
8．4 LnFeMO(M-As，P)晶体的性质
8．5 BaFe2As2晶体的性质
参考文献

附录
A．1 基本物理常数
A．2 物理单位换算
A．3 晶面间距和单胞体积
A．4 晶体的离子半径
A．5 32种点群的对称操作和特征标表

前言/序言

　　自然界中，各种化学元素和它们的化合物，在一般状况下通常表现为三种宏观形态，即固态、液态和气态。固态物质也称为固体，它分为晶体和非晶体两类。晶体是组成固体的基本单元（原子、离子、离子集团或者分子）在空间中呈现周期性的有规则的排列，并且延伸到整个晶体，也称为长程有序。非晶体不具有周期性，只有某种近程配位，也叫近程有序。事实上，大多数元素和它们的化合物都具有固体形态，并且多呈现晶体状态。人们很早就注意到晶体具有规则的几何形状，在1885～1890年，俄国科学家费多洛夫、德国科学家熊夫利等研究和发展了晶体微观几何结构的理论体系，逐步完善了晶体的结构特征和对称性规律。1912年，劳厄完成了晶体x射线的衍射实验并导出晶体衍射的劳厄方程，从实验上证明了其理论结论的正确性。此后，随着科学技术的进步又发展了一系列测定和解析晶体结构的方法。目前已经知道，晶体具有7种晶系，14种布拉维点阵或布拉维格子，32种点群，230种空间群结构等。
　　晶体是一种非常重要的高技术材料，如激光晶体、非线性光学晶体、半导体晶体、磁性晶体和铁电晶体等。大量的研究结果表明，晶体的性质与晶体的结构和组成有着密切的关系。因此，晶体的结构、组成和性质的研究是固体物理、固体化学、材料科学等研究领域的重要研究课题。长期以来，人们在此领域做了大量的研究工作，现在仍然在继续研究中，但是大多数研究仍然限于从实验探索总结规律，寻找晶体结构、组成和性质之间的联系。例如，具有热电效应的晶体的点群对称性为C，，C2，G，C4，C6，Cs，C2v，Cv3，C4v，C6v；具有压电效应的晶体的点群对称性为没有反演对称中心的点群；具有非零二阶非线性系数的晶体只属于20个点群等定性规律。由微观结构和组成参数直接确定晶体性质的定量关系还十分稀少，它需要建立晶体微观参数和标志晶体物理性质参数间的定量关系，是非常复杂和困难的。
　　科学研究不仅要了解晶体具有哪方面功能，还要知道这种功能有多大。另外，使用中不仅要了解晶体的特征功能还要了解晶体的其他性质。例如，使用光学晶体时，除了光学功能要好外，也要了解它的机械性能、热学性能等。目前，关于晶体特征性质，如光学、非线性光学，电学，磁学方面的专著较多，对于从结构和组成确定晶体力学性能和热学性能的书籍尚缺少，而这些性质正是晶体通性。特性属于某些晶体，而通性属于每个晶体。

材料科学基础与应用：从原子尺度到宏观性能的桥梁 书籍简介 本书旨在为材料科学、化学、物理学以及相关工程领域的学生和研究人员提供一个全面、深入且具有前瞻性的基础教程。它着重于解释材料的微观结构如何决定其宏观性能，从而构建起理论理解与工程应用之间的坚实桥梁。全书内容涵盖了从基础晶体学原理到复杂相变行为，再到材料力学特性的广泛领域，力求展现材料世界的内在逻辑与丰富性。 第一部分：材料的微观世界——原子排列与键合 本部分是理解材料科学的基石。我们将从最基本的原子结构和周期性阵列的概念出发，系统地介绍晶体结构的理论框架。内容将详细探讨如何使用布拉维点阵和晶体基矢来描述无限周期性结构，并深入讲解密堆积（如六方最密堆积和面心立方）的几何特征及其在金属和陶瓷中的普遍性。 重点章节将聚焦于晶体学描述的工具箱，包括米勒指数的意义、晶体缺陷的分类（点缺陷、线缺陷、面缺陷）及其对材料性能的决定性影响。我们将详细分析如何利用X射线衍射（XRD）技术来确定晶体结构，并讨论如何通过电子显微镜（TEM/SEM）观察真实的微观形貌。 在化学键合方面，本书不会停留在基础的离子键、共价键和金属键的表面描述。相反，我们将探讨这些键的量子力学起源，引入能带理论的基础概念，解释半导体、导体和绝缘体之间区分的本质——电子在周期性势场中的行为。此外，本书还将引入对范德华力、氢键等次级键的深入分析，这对于理解聚合物和软物质的性能至关重要。 第二部分：热力学与动力学——驱动材料演化的力量 材料并非静止不变，其演化受制于热力学驱动力和动力学速率的共同作用。本部分将建立起材料科学中的热力学基础。我们将详细阐述吉布斯自由能（G）在相平衡中的核心作用，并运用相图（如二元合金相图）来预测材料在不同温度和压力下的稳定性。 相图的解读是本章的重点。我们将剖析杠杆定律、偏析现象以及不同类型的相变（一级相变与二级相变）。对于金属和陶瓷，我们将特别关注固溶体形成、共晶反应和包晶反应的机制。 动力学部分则关注变化的速度。扩散作为材料科学中最基础的输运现象之一，将被进行详尽的论述。我们将讨论Fick定律，并区分晶格内扩散和晶界扩散的差异。此外，我们将探讨形核与长大的动力学过程，这直接关系到材料的微观组织控制，例如晶粒尺寸的精确调控。 第三部分：宏观力学性能的微观起源 这一部分是连接微观结构与工程应用的关键。我们将系统地阐述机械性能的测试方法与背后的物理机制。 在弹性形变方面，本书将引入胡克定律的张量形式，并详细解释杨氏模量、剪切模量和泊松比之间的内在联系。我们将讨论各向异性材料（如单晶）的弹性行为，以及晶格结构如何影响宏观刚度。 塑性形变的讨论将聚焦于位错理论。我们将详细描绘螺型位错和楔型位错的几何结构，并分析它们在剪切应力作用下的运动机制。如何通过固溶强化、加工硬化（形变孪晶）和晶界钉扎来强化材料，将被置于位错运动受阻的角度进行深入解释。 本书还将覆盖断裂力学的基础。我们将区分韧性断裂和脆性断裂的特征，并引入应力强度因子和断裂韧性的概念。对于复合材料和多孔材料，我们将讨论裂纹扩展的复杂性。 第四部分：特殊性能与先进材料 本部分将拓宽读者的视野，涵盖一些影响现代工程技术的关键性能和新兴材料领域。 电学性质的讨论将围绕导电机制展开。除了半导体的本征和杂质半导体行为（掺杂、费米能级移动）外，还将涉及介电材料的极化机制及其在电容器中的应用。 在热学性能方面，我们将讨论晶格振动（声子）对材料比热容的贡献，并分析热传导机制（晶格振动与电子输运）。 磁性材料的章节将解释顺磁性、抗磁性和铁磁性的微观起源，重点分析磁畴结构、磁畴壁运动以及磁滞回线对材料应用（如存储器和传感器）的影响。 最后，本书将对先进材料进行概述，包括陶瓷材料的粘结特性与高温应用、高分子材料的链构象与粘弹行为，以及复合材料的界面效应。这些内容旨在激励读者将所学的结构-性能关系原则应用到前沿的研究和开发中。 本书的叙述风格严谨而清晰，注重物理图像的建立，辅以必要的数学推导，力求使读者在掌握材料科学核心知识体系的同时，具备分析和解决复杂材料问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书在介绍材料力学性能，特别是硬度、强度与晶体结构之间的关系时，展现出极高的洞察力。作者似乎有一种天赋，能将抽象的晶体学概念转化为可测量的机械性能。关于硬度部分，书中详细对比了基于压入深度和接触面积的经验模型与基于位错运动和晶格能的理论模型的优劣。特别是，书中对于“硬度陷阱”——即高晶格能材料不一定表现出高硬度的现象，给出了基于电子结构和化学键类型的深入解释，我认为这是全书的亮点之一。它提醒读者，晶格能主要决定了材料的热力学稳定性，而机械性能则更多地依赖于动力学过程和缺陷的运动。书中对硬度测试方法的历史演变和不同测试标准（如维氏、洛氏、努普硬度）之间的相互转换系数进行了细致的梳理，这对于跨学科交流和数据比对具有实际操作价值。虽然书中没有过多涉及纳米尺度下的塑性行为，但在宏观到介观尺度的过渡描述上，已经构建了一个非常扎实的理论框架。总体来说，这本书为理解材料的“刚性”和“韧性”提供了一把理论的钥匙。

评分☆☆☆☆☆

我个人非常欣赏该书在组织结构上的清晰和学术上的严谨。它在深入探讨晶格能、热膨胀、体模量和硬度等核心性质时，始终保持着从晶体学基础（如布拉菲点阵、空间群）到物理化学本质的完整链条。特别是，书中对体模量的计算，从最简单的弹性理论模型（基于原子间的谐振子近似）开始，逐步引入了应变张量和应力张量的复杂计算，这使得即便是初学者也能循序渐进地掌握其推导过程。书中对体模量的各向异性分析，特别针对非立方晶系，提供了大量的实际晶体数据作为佐证，使得理论推导不再是纸上谈兵。例如，书中对某些低维材料的体模量“各向异性比”的计算，直接揭示了材料在不同方向上对体积变化的敏感程度，这对于制造薄膜或纤维状材料时至关重要。此外，作者在对不同材料体系（如硅化物、氮化物、硼化物）进行横向比较时，所采用的统一的规范化参数，极大地便利了不同材料性能的快速评估和对比。这种系统化的处理方式，体现了作者深厚的学术功底和教学经验。

评分☆☆☆☆☆

这本关于无机晶体结构的书籍，从最基础的晶格能概念入手，层层递进地阐述了晶体的内在能量与宏观性质之间的微妙联系。我对书中对不同晶格类型（如离子晶体、共价晶体和金属晶体）的能量计算方法的比较印象深刻。作者没有停留在简单的能量公式罗列，而是深入探讨了电子云分布和原子间相互作用力对总晶格能的贡献，尤其是在描述复杂氧化物体系时，引入的电荷转移模型和有效电荷概念，为理解材料的稳定性和反应活性提供了坚实的理论基础。书中通过大量翔实的计算案例，展示了如何将抽象的理论转化为可量化的数据，这对于我们进行材料设计初期的筛选至关重要。举例来说，书中对氟化钙和氧化镁的晶格能比较分析，清晰地揭示了电荷和半径对抗晶格能的决定性影响，这种直观的对比学习效果极佳。此外，对于不同类型的晶格缺陷，如点缺陷、线缺陷和面积缺陷，其对整体晶格能的微小但关键的扰动，也有着精辟的论述，这为后续理解材料在高温或高压下的弛豫行为打下了坚实的基础。整体而言，这是一部理论深度与应用广度兼备的佳作，非常适合作为高年级本科生或初入研究领域的科研人员的参考手册。

评分☆☆☆☆☆

这部著作的强大之处在于它成功地将结构、能量与性能这三大要素编织成一张紧密的网。它并没有将晶格能仅仅视为一个计算练习，而是将其视为驱动所有宏观热力学和机械性质变化的根本动力。例如，书中对热膨胀和体模量的讨论，在许多教材中往往是分离的两个章节，但在这里，它们被统一在“弹性势能面”的共同框架下进行阐释，指出体模量是势能面对应变敏感度的量度，而热膨胀则是系统在温度升高时对该势能面的填充和利用过程。这种跨领域的整合能力，极大地拓宽了读者的思维边界。硬度部分虽然也与晶格能相关联，但作者并没有回避动力学因素的主导作用，对缺陷迁移势垒的讨论非常到位，使得硬度不再是一个单纯的静态指标，而是材料抵抗塑性变形的能力的体现。对于一个希望从“知其然”到“知其所以然”的科研工作者来说，这本书提供了足够的深度和广度，去理解为何特定化学键和晶体结构会赋予材料特定的“个性”。它是一部扎实、全面且富有启发性的工具书。

评分☆☆☆☆☆

我对书中关于晶体热力学性质的论述感到非常满意，尤其是对热膨胀的机制剖析。它超越了简单的德拜模型（Debye Model）的描述，引入了更精细的非简谐振动理论，将热膨胀系数与材料的势能曲线的非对称性直接联系起来。这种从微观振动模式到宏观体积变化的严密推导过程，逻辑性极强。书中特别花篇幅讨论了各向异性的热膨胀行为，例如在某些层状材料中，垂直于层面的热膨胀系数远大于平行于层面的情况，并解释了这与层间范德华力较弱的内在联系。这种对细节的关注，使得这本书不仅仅是一本教科书，更像是一本研究指南。我尤其欣赏作者在讨论高温高压下的相变时，总是能巧妙地将晶格能的变化和热力学自由能的最小化原则结合起来，提供了一种统一的视角。对于我们研究地壳深处材料行为的学者来说，书中关于体积模量（Bulk Modulus）与剪切模量（Shear Modulus）的联合分析部分，提供了评估材料抗压和抗剪切能力的关键参数，这些数据不仅翔实，而且经过了严格的误差分析，增强了其可信度。