滚压20min
PVC/EVAc接枝共聚物
韧性
重要性:材料性能与其结构及其随时间的变化有关
材料科学四要素关系示意图
使用效能
组成与结构 合成与工艺制备
性能
重要性:材料性能与其结构及其随时间的变化有关
材料科学五要素关系示意图
探明关系
指导工艺
（制备或生产）
组成与结构
使用效能
性能
开发材料
优化材料
非晶体(石英玻璃)： 没有 规则的外形，各向同性，没 有固定的熔点。
晶体中原子排列的作用
原子排列
组织 性能
研究固态物质的内部结构，即原子排列和分布规律是 了解掌握材料性能的基础，才能从内部找到改善和发
展新材料的途径。
14种布拉菲点阵
根据6个点阵参数间的相互关系，可将全部空间点阵归属于 7种类型，即7个晶系。按照“每个阵点的周围环境相同“的 要求，布拉菲（Bravais A．）用数学方法推导出能够反映空 间点阵全部特征的单位平行六面体只有14种，这14种空间点
阵也称布拉菲点阵。


体心阵胞 000, ½ ½ ½
面心阵胞 000, ½ ½ 0, ½ 0 ½, 0 ½ ½
底心阵胞 000, ½ ½ 0
简单阵胞 000 点阵胞只有以上讨论的四种类型：简单阵胞（初基阵胞）和 复杂阵胞（非初基阵胞）——底心、体心、面心阵胞。

将7种晶系与四种阵胞组合起来，应有28种组合。但是由法 国晶体学家布拉菲研究证明，它们中间只有14种组合是独立 存在的，这就是所谓的14种布拉菲点阵。
水化铝酸钙(晶体) 钙矾石(晶体) 低硫型水化硫铝酸钙(晶体) 水化硅酸钙(非晶体)
水泥浆体
骨料
气孔(气相) 孔液(液相)
宏观结构
内容: 研究材料的(亚)显微结构: 物相的种类、大小、形状和分布
位置
关系 分数
物相定性分析: 水泥浆体 骨料 水泥浆体:未水化水泥熟料残核(晶相,有缺陷)…电子探针,晶格像 水化产物: 氢氧钙石(晶体) …………电子探针,热分析
பைடு நூலகம்
晶面指数的例子
（010） （100）
Z
（120）
（102） （111）
Y
（321）
X
正交点阵中一些晶面的面指数
晶面指数的意义
晶面指数所代表的不仅是某一晶面，而是代表着 一组
相互平行的晶面。 在晶体内凡晶面间距和晶面上原子的分布完全相同，只是 空间位向不同的晶面可以归并为同一晶面族，以{h k l}表 示，它代表由对称性相联系的若干组等效晶面的总和。
晶向指数的意义
晶向指数表示着所有相互平行、方向一致的晶向； 所指方向相反，则晶向指数的数字相同，但符号相反； 晶体中因对称关系而等同的各组晶向可归并为一个 晶向族，用<u v w>表示

由于晶体具有对称性，则点阵方向之间也有对称关
系。由对称性互相联系的，并在此方向线上阵点分
布完全相同的所有点阵叫做方向族。表示这一方向
性能 Property
工艺 Technology
原材料 Raw Materials
重要性:材料性能与其结构及其随时间的变化有关
材料科学二要素关系示意图
微观结构 宏观性能
抗压强度
重要性:材料性能与其结构及其随时间的变化有关
材料科学三要素关系示意图
合成与工艺制备
组成与结构
性能
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x,y, z, 以晶胞点阵矢量的长度作为坐标轴的长度单位。

2)过原点O作一直线OP，使其平行于待定晶向。 3)在直线OP上选取距原点O最近的一个阵点P，确定P点 的3个坐标值。 4)将这3个坐标值化为最小整数u，v，w，加以方括号，


[u v w]即为待定晶向的晶向指数。
晶向指数的例子

正交晶系一些重要晶向的晶向指数
X射线多晶体衍射的主要应用
第1讲
材料分析研究方法
一、材料研究的意义和内容
材料科学的主要任务是研究材料 研究的内容： 性能 组成 结构
材料设计
材料的性能决定于： 组成
结构 材料的组成结构又取决于：
材料的制备工艺 材料的使用过程
重要性:材料性能与其结构及其随时间的变化有关
结构 Structure
复合材料
水化铝酸钙(晶体) …………电子探针,x射线衍射 钙矾石(晶体) ………………电子探针, x射线衍射 低硫型水化硫铝酸钙(晶体) 电子探针, x射线衍射 骨料 水化硅酸钙(非晶体) ………电子探针,核磁共振 气孔(气相)………………………….形貌像
孔液(液相)
组织形貌
光学显微技术
扫描电子显微镜 扫描探针显微分析技术
红外/紫外光谱 凝胶渗透色谱仪 X射线衍射仪 激光粒度分析仪 比表面分析仪 核磁共振 激光拉曼光谱仪
原子力显微镜 数字图像分析仪 低真空扫描电镜 环境扫描电镜 透射电镜
综合热分析 多通道量热计
成分
热效应
结构
形貌
材料测试研究平台
内容:
建筑结构
水泥浆体显微结构
聚氯乙烯分子结构
内容: 研究材料的(亚)显微结构: 物相的种类、大小、形状和分布
时，在其中的某一方向指数外边加上一个尖括号。
例如立方点阵的四个对角线[111]、[111]、[111]、
[111]，就可以用一个<111>来表示，它们是以四次
旋转轴[001]联系起来的。
晶面指数
晶面指数标定步骤：

1)在点阵中设定参考坐标系，设置方法与确定晶向指数时 相同； 2)求得待定晶面在三个晶轴上的截距，若该晶面与某轴平 行，则在此轴上截距为无穷大；若该晶面与某轴负方向相 截，则在此轴上截距为一负值； 3)取各截距的倒数； 4)将三倒数化为互质的整数比，并加上圆括号，即表示该 晶面的指数，记为( h k l )。

晶体几何学
晶体是由原子、分子或原子集团在三维空间内呈周 期规则排列而构成的固体。

只讨论有关原子在晶体中的排列方式和晶体形状特 点，不涉及产生这种现象物理本质的学科，称为晶 体几何学。
§1.正空间点阵
晶体结构和点阵结构
在晶体中，原子、分子或原子集团的排列规律，称为 晶体结构（晶体的原子结构）
石英晶体
• 立方晶系中，相同指数的晶向和晶面垂直； • 立方晶系中，晶面族{111}表示正八面体的面； • 立方晶系中，晶面族{110}表示正十二面体的面；
六方晶系指数
六方晶系的晶向指数和晶面 指数同样可以应用上述方法 标定，这时取a1，a2，c为晶 轴，而a1轴与a2轴的夹角为 120度，c轴与a1，a2轴相垂 直。但这种方法标定的晶面 指数和晶向指数，不能显示 六方晶系的对称性，同类型 晶面和晶向，其指数却不相 雷同，往往看不出他们的等 同关系。
扫描隧道显微镜(STM)
原子力显微技术(AFM) 其他扫描探针显微技术
其他探针显微技术
磁力显微技术(MFM) 力调制显微技术(FMM) 相位检测显微技术(PDM) 静电力显微技术(EFM) 扫描电容显微技术(SCM) 热扫描显微技术(TSM) 近场扫描光学显微镜(NSOM)
晶体物相分析
X射线衍射 中子衍射
亚显 微结 构 微观 结构
10200nm < 10 nm
微晶集团
晶格点阵
2、研究方法的种类

光学显微分析
差示扫描量热分析
差热分析 偏光显微镜 热机械分析 热重分析
UV
FTIR
• NMR
Raman
扫描电镜 电子探针 X射线衍射分析 透射电镜
X射线荧光光谱仪 X射线光电子能谱仪 等离子体发射光谱
化学组成 晶体结构 形状
水泥浆体显微结构
聚氯乙烯分子结构
内容: 研究材料的(亚)显微结构: 物相的种类、大小、形状和分布
化学组成
晶体结构 形状
水泥混凝土 水泥浆体
显微结构
骨料
宏观结构
内容: 研究材料的(亚)显微结构: 物相的种类、大小、形状和分布
化学组成
晶体结构 形状
水泥混凝土
水泥浆体
骨料
宏观结构
低能电子衍射(LEED)
电子衍射
高能电子衍射(HEED)
成分和价键(电子)结构分析
X射线光谱分析
电子探针仪(EPMA) 能谱仪(EDS) 波谱仪(WDS)
X射线光电子能谱分析(XPS)
俄歇电子能谱(AES)
分子结构分析
红外吸收光谱(IR) 拉曼散射光谱(Raman) 核磁共振光谱(NMR)
第2讲
内容: 研究材料的(亚)显微结构: 物相的种类、大小、形状和分布
化学组成
晶体结构 形状
水泥混凝土
水泥浆体
骨料
宏观结构
内容: 研究材料的(亚)显微结构: 物相的种类、大小、形状和分布
化学组成
晶体结构 形状
水泥混凝土
水泥浆体
骨料
宏观结构
内容: 研究材料的(亚)显微结构: 物相的种类、大小、形状和分布
c
a
b
g-Fe, fcc
Cu3Au, simple cubic

点阵方向与点阵平面
在点阵中任一阵点的位置可以用它的坐标来表示。 阵点坐标可以用U、V、W表示 表示阵点位置亦可以通过一个矢量来表示，此矢量称 为位矢。位矢的表达式位：

r Ua Vb Wc (a、b 、c作为三基矢 )
1、材料结构及其层次
所谓结构，是指材料系统内各组成单元之间的相互联
系和相互作用方式。
材料的结构从存在形式来讲，无非是晶体结构、非晶
体结构、孔结构及它们不同形式且错综复杂的组合或 复合。