宏观组织和显微组织结构
晶体结构
晶 体：原子排列长程有序，有周期
非晶体：原子排列短程有序，无周期 准晶体：原子排列长程有序，无周期
组织结构
定义：组成材料的不同物质表示出的某种形态特征
相图特征
匀晶型组织 共晶型组织
包晶型组织
结构特征 组合特征
马氏体组织 奥氏体组织
贝氏体组织 …...
…...
单相组织
材料科学导论
Introduction to Materials Science
Fu maosheng
Department of Environmental and Chemical Engineering, Nanchang Hangkong university
Chapter 2/ Atomic structure and interatomic bonding
Characteristic of covalent bond
Directional Saturational. Covalent bond may be very strong, as in diamond; or they maybe very weak, as with bismuth. Materials are electrically and thermally insulative, because of none production of electrons moving easily.
Pauli Exclusion Principle
Hund law
2 ATOMIC STRUCTURE AND BONDING
2 ATOMIC STRUCTURE AND BONDING
Electron configuration for sodium
Na1s22s22p63s1
2 ATOMIC STRUCTURE AND BONDING
To determine the manner in which electrons states are filled with electrons outside of nucleus, three principles are followed
the lowest possible energy law
2. COVALNET BONDING 共价键
In covalent bonding stable electron configurations are assumed by the sharing of electrons between adjacent atoms. Two atoms that are covalently bonded will each contribute at least one electron to the bond, and the shared electrons may be considered to belong to both atoms. Covalent bonding is schematically illustrated in Figure 2.10 for a molecule of methane (CH4).
Learning objectives：
Why can the atoms bond together and comprise a solid? How many bonding types are there in materials？ What are the close interrelationships between properties of materials and their bonding types
薛定谔方程schrodinger equation方程中 引入波函数的概念，以取代经典物理中的圆 形的固定轨道，解得的波函数（习惯上又称 原子轨道）描绘了电子在核外空间各处的位 置出现的几率，相当于给出了电子运动的 “轨道”。
量子数
每一个电子的能级可由四个量子数确定
2
ATOMIC STRUCTURE AND INTERATOMIC BONDING
2.1 Atomic Structure
原子结构
决定着材料绝大部分性能的最小因素
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ATOMIC STRUCTURE AND INTERATOMIC BONDING
1）Bohr atomic classical model玻尔模型
优点： 能定性地解释原子的稳
定性即定态规则（定态的存 在）和线状原子光谱
波动性:电子某一 瞬时在某一位置 的几率(即可能性 Probability)
图2.3 玻尔模型和波动力学 模型比较
2
ATOMIC STRUCTURE AND INTERATOMIC BONDING
Atomic structure——electron arrangement
科学的描述体系 物理模型（物理参数）
2 ATOMIC STRUCTURE AND BONDING
Gold: FCC
用扫描在扫描隧道显微镜下，在硅（111）表面直接取出原子 而“刻写”出平均线宽为2纳米的字体。
2
ATOMIC STRUCTURE AND INTERATOMIC BONDING
教学方法与手段
授课方式：讲课、讲座、课堂讨论、自学 教学手段：多媒体授课
课时安排： 2
主要讲述内容
2.1、Atomic structure 原子结构 2.2、Interatomic bonding 原子间结合键
材料的结构
原子结构 键合结构 晶体结构 组织结构
原子中的电子结构
原子间的结合键结构
原子或分子排列结构
2 ATOMIC STRUCTURE AND BONDING
价键理论
共价键
数个原子共享部分电子，有方向性
分 子 轨 道 理 论
2 ATOMIC STRUCTURE AND BONDING
2s22p5 (share 1p)
2s22p4 (share 2p)
2s22p3 (share 3p)
2 ATOMIC STRUCTURE AND BONDING
两相组织
多相组织
结构分析
检测仪器 体视显微镜 光学显微镜 电子扫描显微 透射电镜 场离子显微镜 隧道扫描显微镜
分辨率
mm(毫米)--μ m（微米） μ m（微米） 微米--纳米（nm）达 0.7nm 观察到原子排列面，达 0.2nm 形貌观察 0.2--0.3nm 观察到原子结构 0.05--0.2nm
Fnet = Fattractive + Frepulsive
2 ATOMIC STRUCTURE AND BONDING
r0 or a0:平衡距离
FIGURE 2.11 Force vs. separation distance for a pair of oppositely charged ions. The equilibrium interionic separation distance a0 is reached when the force between the ions is zero
Classification of interatomic bonds
2.2.2.1 Primary interatomic bonds 主原子结合键
2.2.2.2 Secondary bonding or Van der Waals bonding
次原子间结合键
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ATOMIC STRUCTURE AND INTERATOMIC BONDING
the periodic stable of elements
2.2、 Interatomic bonding 原子间结合键
2.2.1 Bonding forces and energies
The net force between a pair of oppositely charged ions is equal to the sum of the attractive and repulsive forces.
2） Wave-Mechanics model 波动力学模型
电子和一切微观粒子都具有二象性， 即既具有粒子性(particle-like) ，又具 有波动性(wavelike )。
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ATOMIC STRUCTURE AND INTERATOMIC BONDING
2、Wave-Mechanics model
Four quantum numbers
1
主量子数 (Principal quantum number) n表示电子所处的量子壳层shell，为正整数1，2，3，。。。 n值是确定电子离核远近和能级的主要参数
l=0, 1, 2, …, n-1. n为主量子数。 例如： n=2, l=0, 1 角量子数往往用字母表示，l=0 s 能级 l=1 p 能级 l=2 d 能级 l=3 f 能级
缺点： 它不能解释电子衍射现
象,因为它仍然是将电子视为 服从牛顿力学的经典粒子。
1.Electron orbitals 2.Quantized energy
2 ATOMIC STRUCTURE AND BONDING
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ATOMIC STRUCTURE AND INTERATOMIC BONDING
2 ATOMIC STRUCTURE AND BONDING
r0 or a0:平衡距离
Their magnitude of FN , FA , FR vary with the distance
2 ATOMIC STRUCTURE AND BONDING
2.2.2 interatomic bond types
原子间距及结合能