美国搭载了永磁磁铁的机器人，能否成功实现“飞檐走壁”？

摩擦是指两个物体在接触时由于相互之间的力作用而发生的相对运动阻力。在各种应用领域中，包括工程、医学和生物学等，对摩擦过程进行精细调节和控制都具有重要意义。近年来，研究人员们开始关注软质材料在湿摩擦中的表面纹理调节与控制，这一领域的研究不仅为我们深入理解摩擦现象提供了新的视角，还为实际应用中的摩擦控制提供了新的思路。

软质材料在湿润环境中的摩擦行为与其表面纹理紧密相关。表面纹理调节与控制可以通过多种方式实现，其中包括改变材料的化学成分、微观结构以及表面形貌等。通过这些调节手段，可以使软质材料在湿润条件下具有特定的摩擦性能，从而满足特定的应用需求。

一种常见的表面纹理调节手段是利用表面涂层技术。通过选择不同的涂层材料和涂覆工艺，可以改变软质材料表面的化学成分和结构，从而影响湿摩擦性能。例如，一些研究人员通过在软质材料表面涂覆具有特定亲疏水性质的材料，实现了对湿润摩擦系数的调节。这种方法可以应用于润滑材料的设计和制备过程中，提高摩擦的稳定性和控制性。

另一种常见的表面纹理调节手段是利用微纳米加工技术。通过控制软质材料表面的微观结构和形貌，可以实现对摩擦行为的调节。例如，一些研究人员通过制备微观凹陷、微孔或纳米颗粒等结构，在软质材料表面形成了特定的纹理。这些纹理可以改变润滑层的厚度和分布，进而影响湿润摩擦系数。还有一些研究将微纳米结构与涂层技术相结合，实现了更加复杂的摩擦调节和控制。

除了表面纹理调节，还有一些其他的方法可以实现软质材料湿摩擦的调节与控制。例如，利用电场、磁场等外界条件对软质材料进行加工和控制，或者通过控制温度、压力等参数来改变摩擦性能。这些方法提供了更加灵活和精确的摩擦调节手段，可以满足不同应用领域对摩擦性能的要求。

软质材料湿摩擦的表面纹理调节与控制是一个具有广阔应用前景的研究领域。通过深入探索软质材料在湿润环境中的摩擦行为，优化表面纹理设计和控制手段，我们可以实现对摩擦性能的精细调节，从而推动相关领域的发展和创新。同时，我们也需要充分考虑环境友好性和可持续性，选择合适的材料和加工方法，以确保研究成果的实际应用效果和社会效益。

摩擦是我们日常生活和工业生产中不可避免的现象，而对摩擦过程进行精细调节和控制是一个具有重要意义的研究领域。近年来，研究人员们开始关注起软质材料在湿润环境中的摩擦行为，并利用微纳米结构对软质材料表面纹理进行调节与控制，这为我们深入理解摩擦现象提供了新的视角，并为实际应用中的摩擦控制提供了新的思路。

基于微纳米结构的软质材料表面纹理调节与摩擦控制的研究，旨在通过控制软质材料表面的微观结构和形貌，从而实现对摩擦性能的调节和优化。这种调节手段可以通过多种方法实现，例如微纳米加工技术、模板法、自组装等。

一种常见的方法是利用微纳米加工技术制备软质材料表面的特定纹理结构。通过在软质材料表面制造微观凹陷、微孔或纳米颗粒等结构，可以改变润滑层的厚度和分布，进而影响湿润摩擦系数。这种微纳米结构的表面纹理调节可以在设计和制备阶段实现，并且可以根据摩擦性能的要求进行精确控制。

研究人员还发现不同形状和排列方式的微纳米结构对摩擦行为有着不同的影响。例如，一些研究发现，某些特定类型的表面纳米颗粒结构可以增加润滑液体在表面上的持留时间，从而减小摩擦力。而其他研究则提出了通过调节微观凸起结构的尺寸和间距，来实现还原摩擦和抗粘附等效果。这些研究结果揭示了微纳米结构对软质材料湿摩擦行为的重要作用，并为摩擦控制提供了新的思路和方法。

除了微纳米加工技术，模板法和自组装技术也被广泛应用于软质材料表面纹理的调节与控制。模板法利用模板的物理或化学特性，在软质材料表面形成特定结构。而自组装技术则利用分子间相互作用力，使得软质材料自发组装成特定结构。这些方法能够更加灵活地调节和控制软质材料的表面纹理，从而实现对摩擦性能的精细调节。

表面涂层技术可以改善软质材料的润湿性能。在湿润环境中，软质材料表面涂层可以使其表面具有较好的润湿性，降低摩擦系数。例如，通过涂覆聚合物涂层，可以增加软质材料与液体之间的接触面积，减少摩擦力。一些特殊的表面涂层材料还可以调节软质材料的表面能，改善其与液体之间的相互作用，进一步降低摩擦系数。

表面涂层技术可以提高软质材料的耐磨性和耐腐蚀性。在湿润摩擦中，软质材料经常受到磨损和腐蚀的影响，导致摩擦性能下降。通过涂覆耐磨涂层或防腐涂层，可以有效地提高软质材料的耐磨性和耐腐蚀性，延长其使用寿命。例如，利用纳米颗粒涂层可以增加软质材料表面的硬度和耐磨性，减少摩擦损伤。

表面涂层技术还可以调节软质材料表面的粘附性。在湿润环境中，软质材料容易发生粘附现象，造成摩擦力的增加。通过涂覆防粘涂层或低粘涂层，可以减少软质材料与其他物体之间的粘附力，降低摩擦力。这对于一些特殊应用场景，如传感器、机械零件等具有重要意义。

然而，表面涂层技术在软质材料湿摩擦中的应用也存在一些挑战和限制。涂层的稳定性是一个关键问题。在实际应用中，涂层要能够在湿润环境中长期稳定地存在，才能发挥其预期的效果。另外，涂层的制备工艺和成本也需要进一步优化和控制，以实现大规模生产和应用。

湿润度是一个重要的外界条件，指的是软质材料与环境中的液体接触面的程度。软质材料的湿润度会直接影响其摩擦性能。一般情况下，当材料表面较容易被液体湿润时，摩擦系数较低；而当材料表面难以被液体湿润时，摩擦系数较高。因此，通过改变软质材料的表面性质，如表面涂层、表面处理等方法，可以调节湿润度，从而改变湿摩擦性能。

温度也是影响软质材料湿摩擦行为的重要因素。温度的变化会改变液体的黏度以及材料的柔软性和弹性，从而影响湿摩擦性能。通常情况下，温度升高会导致液体黏度降低，从而减小摩擦阻力；而温度降低则可能增加液体黏度，增大摩擦阻力。因此，在一些特定应用场景中，通过控制温度可以调节软质材料的湿摩擦性能。

载荷（压力）也是对软质材料湿摩擦行为影响较大的外界条件之一。当载荷增大时，会导致软质材料与液体之间更密切的接触，进而增大摩擦力。因此，在某些情况下，通过调节载荷的大小可以改变软质材料的摩擦特性。例如，在某些密封件或橡胶垫片的设计中，合理控制载荷可以实现良好的密封性能和摩擦阻力。

除了上述外界条件，湿润速度、表面粗糙度等因素也会对软质材料湿摩擦行为产生影响。湿润速度的增加可能会改变材料与液体之间的接触方式，从而影响摩擦性能。表面粗糙度的变化也会改变材料与液体之间的接触面积和接触形态，进而影响摩擦性能。

针对上述外界条件的调控，可以采用一些技术手段来实现。例如，通过表面改性方法，如表面涂层、表面处理等，可以改变软质材料的湿润性能，从而调节其摩擦特性。在实际应用中，也可以通过控制温度、调节载荷、优化润滑条件等方式来改变软质材料的湿摩擦行为。

在这种模型中，软质材料被视为一个具有弹性和塑性变形的连续介质，液体则被视为施加在材料表面上的剪切力。湿摩擦的核心问题是如何描述材料与液体之间的界面作用。一种常用的方法是引入界面力模型，将界面摩擦力表示为液体分子和材料分子之间的相互作用力。常见的界面力模型包括范德华力、表面张力、润湿力等。这些模型能够较好地描述软质材料与液体之间的摩擦行为，但对于复杂的现象仍有一定局限性。

数值仿真是研究软质材料湿摩擦行为的重要工具。在数值仿真中，通过离散化连续介质，采用计算方法模拟材料与液体之间的相互作用。常见的数值方法包括有限元方法和分子动力学方法。其中，有限元方法适用于大尺度和长时间尺度的仿真，可以模拟软质材料的宏观行为；而分子动力学方法适用于小尺度和短时间尺度的仿真，能够模拟材料的微观行为。这些数值方法结合上述理论模型，可以帮助我们更好地理解和预测软质材料湿摩擦行为。

在进行软质材料湿摩擦的数值仿真时，需要确定材料和液体的物理参数，并建立适当的边界条件。例如，对于软质材料，需要确定其弹性模量、屈服强度等机械参数；对于液体，需要确定黏度、表面张力等物理参数。同时，还需考虑材料表面的几何形状和粗糙度等因素。在仿真过程中，可以通过改变这些参数来模拟不同条件下的湿摩擦行为，并通过对比实验结果进行验证和修正。

然而，软质材料湿摩擦的理论模型与数值仿真仍然存在一些挑战。界面力模型的准确性和适用范围有待进一步提高。目前的模型主要基于经验和简化假设，缺乏对真实物理现象的完整描述。数值仿真需要耗费大量的计算资源和时间，在处理大规模问题时会受到限制。液体-固体界面的复杂非线性行为也是一个研究难点，需要更加深入的研究和探索。

综上所述，软质材料湿摩擦的理论模型与数值仿真是研究该领域的重要手段。通过建立合适的理论模型和采用适当的数值方法，我们可以更好地理解和预测软质材料湿摩擦行为的特性，为相关领域的应用提供支持和指导。未来的研究工作应继续深入探索软质材料湿摩擦的物理本质和数值计算方法，以推动该领域的发展与进步。

材料科学基础-名词解释

材料科学基础名词解释（上海交大第二版）

第一章原子结构

结合键 结合键分为化学键和物理键两大类，化学键包括金属键、离子键和共价键；物理键即范德华力。

化学键 是指晶体内相邻原子（或离子）间强烈的相互作用。

金属键 金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合称为金属键。

离子键 阴阳离子之间通过静电作用形成的化学键叫作离子键

共价键 由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。

范德华力 是借助临近原子的相互作用而形成的稳定的原子结构的原子或分子结合为一体的键合。

氢键 氢与电负性大的原子（氟、氧、氮等）共价结合形成的键叫氢键。

近程结构 高分子重复单元的化学结构和立体结构合称为高分子的近程结构。它是构成高分子聚合物最底层、最基本的结构。又称为高分子的一级结构

远程结构 由若干个重复单元组成的大分子的长度和形状称为高分子的远程结构

第二章 固体结构

1、晶体：原子在空间中呈有规则的周期性重复排列的固体物质。晶体熔化时具固定的熔点，具有各向异性。

2、非晶体：原子是无规则排列的固体物质。熔化时没有固定熔点，存在一个软化温度范围，为各向同性。

3、晶体结构：原子（或分子、离子）在三维空间呈周期性重复排列，即存在长程有序。

4、空间点阵：阵点在空间呈周期性规则排列，并具有完全相同的周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵，简称点阵。

5、阵点：把实际晶体结构看成完整无缺的理想晶体，并将其中的每个质点抽象为规则排列于空间的几何点，称之为阵点。

6、晶胞：为了说明点阵排列的规律和特点，在点阵中取出一个具有代表性的单基本元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。

7、晶系：根据六个点阵参数间的相互关系，将全部空间点阵归属于7中类型，即7个晶系，分别为三斜、单斜、正交、六方、菱方、四方和立方。

13、晶带轴：所有平行或相交于某一晶向直线的晶面构成一个晶带，此直线称为晶带轴。属于此晶带的晶面称为共带面。

14、晶面间距：晶面间的距离。

18、点群：点群是指一个晶体中所有点对称元素的集合。

19、空间群：用以描述晶体中原子组合所有可能的方式，是确定晶体结构的依据，它是通过宏观和微观对称元素在三维空间的组合而得出的。

20、晶胞原子数：一个晶胞体积内的原子数。

21、点阵常数：晶胞的大小一般是由晶胞的棱边长度来衡量的，它具有表征晶体结构的一个重要基本参数。

22、配位数：指晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。

23、致密度：指晶体结构中原子体积占总体积的百分数。

24、多晶型：有些固态金属在不同的温度和压力下具有不同的晶体结构，即具有多晶型，转变产物为同素异形体。

25、合金：指由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。

26、相：指合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。

27、固溶体:是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型。

28、中间相：两组元 A和B组成合金时，除了可形成以A为基或以B为基的固溶体（端际固溶体）外，还可能形成晶体结构与A,B两组元不同的新相，由于它们在二元相图上位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。

29、置换固溶体：当溶质原子溶入溶剂中形成固溶体时，溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子，这种固溶体就称为置换固溶体。

30、间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体。

31、有限固溶体：金属元素彼此之间形成有限溶解的称为有限固溶体。

32、无限固溶体：金属元素彼此之间能形成无限溶解的称为无限固溶体。

33、无序固溶体：溶质原子统计式分布在溶剂晶格的结点上,它们或占据着与溶剂原子等同的位置,或占据着溶剂原子间隙的位置,看不出有什么次序性或规律性,这类固溶体叫无序固溶体。

34、有序固溶体：有些固溶体结构在高温时形成无序固溶体,但在缓慢冷却或低温退火时,溶质原子按适当比例并按一定顺序和方向,围绕着溶质原子重新排列.使溶质,溶剂原子在晶格中占据一定的位置,这一过程称为固溶体的有序化.溶质和溶剂原子呈有序排列的固溶体称为有序固溶体或称超结构：

35、正常价化合物：在元素周期表中，一些金属与电负性较强的IVA,VA,VIA族的一些元素按照化学上的原子价规律所形成的化合物称为正常价化合物。

36、电子化合物：电子化合物是由第一族或过渡族 元素 与第二至第四元素构成的 化合物 ，他们不遵守化合价规律，但满足一定的电子浓度，虽然电子化合物可用 化学式 表示，但实际成分可在一定的范围变动，可溶解一定量的 固溶体 。

38、间隙相：原子半径较小的非金属元素如C，H，N，B等可与金属元素（主要是过渡族金属），当非金属X和金属M原子半径比小于0.59时，形成具有简单晶体结构的相，称为间隙相。

39、间隙化合物：原子半径较小的非金属元素如C，H，N，B等可与金属元素（主要是过渡族金属），当非金属X和金属M原子半径大于0.59时，形成具有复杂晶体结构的相，通常称为间隙化合物。

第三章晶体缺陷

点缺陷：点缺陷是最简单的晶体缺陷，它是在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构正常排列的一种缺陷。其特征是在三维空间的各个方向上尺寸都很小，尺寸范围约为一个或几个原子尺寸，故称零维缺陷，包括空位、间隙原子、杂质或溶质原子等。

线缺陷：其特征是在两个方向上尺寸很小，另外一个方向上延伸较长，也称一维缺陷，如各类位错。

面缺陷：其特征是在一个方向尺寸上很小，另外两个方向上扩展很大，也称二维缺陷，晶界、相界、孪晶界和堆垛层错都属于面缺陷。

空位：一个原子具有足够大的振动能而使振幅增大到一定限度时，就可能克服周围原子对它的制约作用，跳离其原来的位置，使点阵中形成空结点。

间隙原子：从空位中跳离，挤入点阵的空隙位置的原子。

刃型位错：一种位错在晶体中有一个刀刃状的多余半原子面的位错形式。

螺型位错：原来与位错线相垂直的品而都将由平而变成螺旋的一种位错形式。

混合位错：滑移矢量既不平行也不垂直于位错线，而与位错线相交成任意角度的位错。

全位错：把伯氏矢量等于点阵矢量或其整数倍的位错称为“全位错”

不全位错：柏氏矢量不等于点阵矢量的不全位错。

柏氏回路：在实际晶体中，西欧那个任一原子出发，围绕位错（避开位错线附近的严重畸变区）以一定的步数作一右旋闭合回路，称为柏氏回路。

柏氏矢量：通常将形成一个位错的晶体的相移矢量定义为该位错的柏氏矢量，用b表示。

柏氏矢量的物理意义：同一晶体中，位错的柏氏矢量愈大，位错强度也愈大，表明该位错导致的点阵畸变愈严重，它所具有的能量也愈高。

柏氏矢量的守恒性：不论所做柏氏回路的大小、形状、位置如何变化，怎样任意扩大、缩小或移动，只要它不与其他位错线相交，对给定的位错所确定的柏氏矢量是一定的。

位错的滑移：在外加应力作用下，通过位错中心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不断地作少量的位移的过程。

交滑移：当某一螺型位错在原滑移面上受阻时，从滑移面转移到与之相交的另一滑移面上的过程叫做交滑移。

位错的攀移：刃型位错在垂直于滑移面的方向上运动，把多余半原子面向上或向下运动的过程。

位错的交割：一个位错在某一滑移面上运动时，会与穿过滑移面的其他位错发生相互作用的过程。

割阶：垂直于位错滑移面得曲折滑移曲线。

扭折：在滑移面上的曲折滑移曲线。

位错密度：单位体积晶体中所含的位错线的总长度。

位错增殖：晶体在受力过程中，位错发生运动，位错数目增加，位错密度变大的过程。

扩展位错：通常把一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错组称为扩展位错。

层错能：层错破坏晶体的完整结构和争产的周期性，使电子发生反常的衍射效应，使晶体增加的能量。

扩展位错交滑移：位错束集呈全螺型位错，然后再由该全位错滑移到另一个滑移面上的过程。

晶界：属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界。

亚晶界：相邻亚晶粒之间的界面称为亚晶界。

晶界能：形成单位面积界面时系统的自由能变化。

孪晶界：两个晶体沿一个公共晶面构成晶面对称的位向关系，这两个晶体的公共晶面就称为孪晶面。

相界：具有不同结构的两相之间的分界面称为相界。按结构特点，相界面可分为共格相界、半共格相界和非共格相界三种类型。

第四章固体中原子及分子的运动

质量浓度 单位体积混合物中某组分的质量称为该组分的质量浓度。

扩散 物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移，直到均匀分布的现象。

间隙扩散 原子从一个晶格中间隙位置迁移到另一个间隙位置。

空位扩散 通过空位进行跳动的扩散称为空位扩散。

下坡扩散 物质从高浓度向低浓度的扩散。

上坡扩散 物质从低浓度向高浓度的扩散。

稳态扩散 质量浓度不随时间变化而变化的扩散称为稳态扩散。

非稳态扩散 质量浓度随时间变化而变化的扩散称为非稳态扩散。

扩散系数 扩散系数是描述物质扩散难易程度的重要参量。

扩散通量 表示单位时间内通过垂直于扩散方向x的单位面积的扩散物质质量。（J表示）

表面扩散 在样品自由表面发生的扩散称为表面扩散。

第五章 材料的形变和再结晶

1、弹性变形：指外力去除后能够完全恢复的那部分，可从原子间结合力的角度来了解它的物质本性。

2、弹性模量：材料（金属、陶瓷和部分高分子材料）不论是加载还是卸载时，只要在弹性形变的比称为弹性模量。

3、包申格效应：：材料经预先加载产生少量塑性变形（小于4%），而后通向加载则σ升高，反向加载则σ下降，此现象称之为包申格效应。

4、弹后效应：一些实际晶体，在加载或卸载时，应变不是瞬时达到其平衡，而是通过一种驰豫过程来完成其变化，在弹性极限σ范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象称为弹性后效或弹滞性。

5、粘弹性：一些晶体，有时甚至多晶体，在比较小的应力时可以同时表现出弹性和黏性，这就是黏弹性现象。

6、塑性变形：应力超过弹性极限，材料发生塑性变形，即产生不可逆的永久变形。

孪生：孪生是塑性变形的另一种形式，它常作为滑移不易进行时的补充。

孪晶面：发生均匀切变的那组晶面称为孪晶面（即（111面））。

孪生方向：孪生面的移动方向称为孪生方向。

孪晶：变形与未变形两部分晶体合称为孪晶。

扭折：在孪生过程中阻力很大，如果继续增大压力，则为了使晶体的形状与外力相适应，当外力超过某一临界值时晶体将会产生局部弯曲，这种变形方式称为扭折。

固溶强化：溶质原子的存在及其固溶度的增加，使基体金属的变形抗力随之提高。

加工硬化：金属材料经过另加工变形后，强度（硬度）显著提高，而塑性则很快下降，即产生了加工硬化现象。

弥散强化：当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体当中时，将会产生显著的强化作用，称为弥散强化。

形变织构：在塑性变形中，随着形变程度的增加，各个晶粒的滑移面和滑移方向都要向主形变方向转动，逐渐使多晶体中原来取向互不相同的各个晶粒在空间取向上呈现一定程度的规律性，这一现象称为择优取向，这种组织状态则称为形变织构。

回复：回复是一种形核和长大过程，是指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段。

再结晶：是指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程。

晶粒长大：晶粒长大是指再结晶结束之后晶粒的继续长大。

冷加工：而把再结晶温度以下而又不加热的加工称为冷加工。

热加工：工程上常将再结晶温度以上的加工称为热加工。

动态再结晶：热加工时，由于变形温度高于再结晶温度，故在变形的同时伴随着再结晶过程。

再结晶温度：冷变形金属开始进行再结晶的最低温度称为再结晶温度。

临界变形量：在给定温度下发生再结晶需要一个最小变形量（临界变形度）低于此变形度，不发生再结晶。

再结晶织构：通常具有变形织构的金属经再结晶后的新晶粒仍具有择优取向，称为再结晶织构。

第六章单组元相图及纯晶体的凝固

结晶：原子由不规则排列状态过渡到规则排列状态的过程。

结构起伏：液态结构中原子排列长程无序，短程有序，并且短程有序原子集团不是固定不变的结构，这种现象称为结构起伏。

能量起伏：能量起伏是指体系中每个微小体积所实际具有的能量，会偏离体系平均能量水平而瞬时涨落的现象

过冷度：熔点与实际凝固温度T之差。

均匀形核：新相晶核是在母相中均匀生产的，即晶核由液相中的一些原子团直接形成，不受杂质粒子或外边面的影响。

非均匀形核：新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外表面来形核。

晶胚：在液相中时聚时散的短程有序原子集团。

晶核：晶胚长大体系自由能降低的稳定单元。

亚稳相：含自由能比平衡相高的相。

临界晶粒：达到临界半径的晶粒。

临界形核功：形成临界晶核所需的功。

温度梯度：温度随时间的变化率。

平面状：在正的温度梯度下，晶体的生长已接近平面状向前推移。

树枝状：液—固界面不保持平面状而会形成许多伸向液体的分枝，同时在这些晶枝上又可能会长出二次晶枝，在二次晶枝上再长出三次晶枝的结晶形状。

第七章二元系相图及其合金的凝固

相律 热力学平衡条件下，系统的组分数、相数和自由度数之间的相互关系

平衡凝固 物质在平衡条件下由液态至固态的转变。

非平衡凝固 物质在非平衡条件下由液态至固态的转变。

共晶体 共晶合金在共晶温度下凝固时同时结晶出的两个故乡混合物称为共晶组织，或共晶体。

伪晶体 成分在共晶点附近的亚共晶合金或过共晶合金在非平衡条件下获得的共晶组织称为伪晶体。

离异晶体 在先共晶相数量较多而共晶组织甚少的情况下，有时共晶组织中与先共晶相相同的那一相会依附于先共晶相生长，剩下的另一相则单独存在与晶界处，从而使共晶组织的特征消失，这种两相分离的共晶称为离异共晶。

稳定化合物 是指具有一定的熔点，而且在熔点以下都能保持自身固有的结构而不发生分解的化合物

铁素体 铁素体是碳在α-Fe中形成的间隙固溶体。（体心立方晶格）

奥氏体 奥氏体是碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体。（面心立方晶格）

渗碳体 铁盒碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物。

珠光体 珠光体是由铁素体盒渗碳体组成的机械混合物。

莱氏体 由奥氏体盒渗碳体组成的机械混合物。

正常凝固 将固溶体合金整体熔化后进行的定向凝固称为正常凝固。

区域熔炼 将固溶体合金局部熔化后进行的定向凝固称为区域熔炼。

成分过冷 纯金属凝固时，其理论凝固温度（Tm）不变，当液态金属实际温度低于Tm引起的过冷称为成分过冷。

第八章三元相图

等边成分三角形：等边三角形的三个顶点分别表示三个组员，三角形的边分别表示三个二元系的成分坐标，则三角形内的任意一点都代表三元系的某一成分。

水平截面：三元相图中的温度轴和浓度三角形垂直，所以固定温度的截面图必定平行于浓度三角形，这样的截面称为水平截面，也称为等温截面。

垂直截面：固定一个成分变量并保留温度变量的截面，必定与浓度三角形垂直，所以称为垂直截面，或称为变温截面。

第九章材料的亚稳态

平衡态：材料体系自由能最低的状态。

亚稳态：材料以高于平衡态时自由能的状态存在，处于一种非平衡的状态。

准晶：原子聚集状态的固体被称为准晶。

非晶：非结晶态，即为玻璃态。

固态相变：材料体系在固态时发生的同素异构转变、共析转变、包析转变、固溶体的脱溶分解、合金有序化等变化过程。

扩散型相变：相变过程需要通过原子扩散来进行的相变过程。

无扩散型相变：在相变过程中原子不发生扩散，仅藉切变重排行程亚稳态新相的相变过程。

时效：使固溶体脱溶的处理过程。

过时效：将固熔处理得到的亚稳态台了再加热到100～200摄氏度保温，过饱和的固溶体发生脱溶分解的过程

名词解释一百单八将

1、晶体原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、各向异性。2、中间相两组元A 和B 组成合金时，除了形成以A 为基或以B 为基的固溶体外，还可能形成晶体结构与A，B 两组元均不相同的新相。由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。3、亚稳相亚稳相指的是热力学上不能稳定存在，但在快速冷却成加热过程中，由于热力学能垒或动力学的因素造成其未能转变为稳定相而暂时稳定存在的一种相。4、配位数晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。5、再结晶冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状态，这个过程称为再结晶（指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程）6、伪共晶非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得到全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金得到的共晶组织称为伪共晶。7、交滑移当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。8、过时效铝合金经固溶处理后，在加热保温过程中将先后析出GP 区，θ ”，θ ’，和θ。在开始保温阶段，随保温时间延长，硬度强度上升，当保温时间过长，将析出θ ’，这时材料的硬度强度将下降，这种现象称为过时效。9、形变强化金属经冷塑性变形后，其强度和硬度上升，塑性和韧性下降，这种现象称为形变强化。10、固溶强化由于合金元素（杂质）的加入，导致的以金属为基体的合金的强度得到加强的现象。11、弥散强化许多材料由两相或多相构成，如果其中一相为细小的颗粒并弥散分布在材料内，则这种材料的强度往往会增加，称为弥散强化。12、不全位错柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错称为不全位错。13、扩展位错通常指一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错形态。14、螺型位错位错线附近的原子按螺旋形排列的位错称为螺型位错。15、包晶转变在二元相图中，包晶转变就是已结晶的固相与剩余液相反应形成另一固相的恒温转变。16、共晶转变由一个液相生成两个不同固相的转变。17、共析转变由一种固相分解得到其他两个不同固相的转变。18、上坡扩散溶质原子从低浓度向高浓度处扩散的过程称为上坡扩散。表明扩散的驱动力是化学位梯度而非浓度梯度。19、间隙扩散这是原子扩散的一种机制，对于间隙原子来说，由于其尺寸较小，处于晶格间隙中，在扩散时，间隙原子从一个间隙位置跳到相邻的另一个间隙位置，形成原子的移动。20、成分过冷界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷。21、一级相变凡新旧两相的化学位相等，化学位的一次偏导不相等的相变。22、二级相变：从相变热力学上讲，相变前后两相的自由能（焓）相等，自由能（焓）的一阶偏导数相等，但二阶偏导数不等的相变称为二级相变，如磁性转变，有序-无序转变，常导-超导转变等23、共格相界如果两相界面上的所有原子均成一一对应的完全匹配关系,即界面上的原子同时处于两相晶格的结点上,为相邻两晶体所共有,这种相界就称为共格相界。24、调幅分解过饱和固溶体在一定温度下分解成结构相同、成分不同的两个相的过程。25、回火脆性淬火钢在回火过程中，一般情况下随回火温度的提高，其塑性、韧性提高，但在特定的回火温度范围内，反而形成韧性下降的现象称为回火脆性。对于钢铁材料存在第一类和第二类回火脆性。他们的温度范围、影响因素和特征不同。26、再结晶退火所谓再结晶退火工艺，一般是指将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保温一段时间后，缓慢冷却至室温的过程。27、回火索氏体淬火刚在加热到400-600℃温度回火后形成的回火组织，其由等轴状的铁素体和细小的颗粒状（蠕虫状）渗碳体构成。28、有序固溶体当一种组元溶解在另一组元中时，各组元原子分别占据各自的布拉维点阵的一种固溶体，形成一种各组元原子有序排列的固溶体，溶质在晶格完全有序排列。29、非均匀形核新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外来表面形核。30、马氏体相变钢中加热至奥氏体后快速淬火所形成的高硬度的针片状组织的相变过程。31、贝氏体相变钢在珠光体转变温度以下，马氏体转变温度以上范围内（550℃-230℃）的转变称为贝氏体转变。32、铝合金的时效经淬火后的铝合金强度、硬度随时间延长而发生显著提高的现象称之为时效，也称铝合金的时效。33、热弹性马氏体马氏体相变造成弹性应变，而当外加弹性变性后可以使马氏体相变产生逆转变，这种马氏体称为热弹性马氏体。或马氏体相变由弹性变性来协调。这种马氏体称为热弹性马氏体。34、柯肯达尔效应反映了置换原子的扩散机制，两个纯组元构成扩散偶，在扩散的过程中，界面将向扩散速率快的组元一侧移动。35、热弹性马氏体相变当马氏体相变的形状变化是通过弹性变形来协调时，称为热弹性马氏体相变。36、非晶体原子没有长程的周期排列，无固定的熔点，各向同性等。37、致密度晶体结构中原子体积占总体积的百分数。38、多滑移当外力在几个滑移系上的分切应力相等并同时达到了临界分切应力时，产生同时滑移的现象。39、过冷度相变过程中冷却到相变点以下某个温度后发生转变，平衡相变温度与该实际转变温度之差称过冷度。40、间隙相当非金属（X）和金属（M）原子半径的比值rX/rM<0.59 时，形成的具有简单晶体结构的相，称为间隙相。41、全位错把柏氏矢量等于点阵矢量或其整数倍的位错称为全位错。42、滑移系晶体中一个滑移面及该面上一个滑移方向的组合称一个滑移系。43、离异共晶共晶体中的α相依附于初生α相生长，将共晶体中另一相β推到最后凝固的晶界处，从而使共晶体两组成相相间的组织特点消失，这种两相分离的共晶体称为离异共晶。44、均匀形核新相晶核是在母相中存在均匀地生长的，即晶核由液相中的一些原子团直接形成，不受杂质粒子或外表面的影响。45、刃型位错晶体中的某一晶面，在其上半部有多余的半排原子面，好像一把刀刃插入晶体中，使这一晶面上下两部分晶体之间产生了原子错排，称为刃型位错。46、细晶强化晶粒愈细小，晶界总长度愈长，对位错滑移的阻碍愈大，材料的屈服强度愈高。晶粒细化导致晶界的增加，位错的滑移受阻，因此提高了材料的强度。47、双交滑移如果交滑移后的位错再转回和原滑移面平行的滑移面上继续运动，则称为双交滑移。48、单位位错把柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错称为单位位错。49、反应扩散伴随有化学反应而形成新相的扩散称为反应扩散。50、晶界偏聚由于晶内与晶界上的畸变能差别或由于空位的存在使得溶质原子或杂质原子在晶界上的富集现象。51、柯氏气团通常把溶质原子与位错交互作用后，在位错周围偏聚的现象称为气团，是由柯垂尔首先提出，又称柯氏气团。52、形变织构多晶体形变过程中出现的晶体学取向择优的现象叫形变织构。53、点阵畸变在局部范围内，原子偏离其正常的点阵平衡位置，造成点阵畸变。54、稳态扩散在稳态扩散过程中，扩散组元的浓度只随距离变化，而不随时间变化。55、包析反应由两个固相反应得到一个固相的过程为包析反应。56、非共格晶界当两相在相界处的原子排列相差很大时，即错配度δ很大时形成非共格晶界。同大角度晶界相似，可看成由原子不规则排列的很薄的过渡层构成。57、置换固溶体当溶质原子溶入溶剂中形成固溶体时，溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子，这种固溶体就称为置换固溶体。58、间隙固溶体溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙固溶体。59、二次再结晶再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。60、伪共析转变非平衡转变过程中，处在共析成分点附近的亚共析、过共析合金，转变终了组织全部呈共析组织形态。61、肖脱基空位在个体中晶体中，当某一原子具有足够大的振动能而使振幅增大到一定程度时，就可能克服周围原子对它的制约作用，跳离其原来位置，迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置上而使晶体内部留下空位，称为肖脱基空位。62、弗兰克尔空位离开平衡位置的原子挤入点阵中的间隙位置，而在晶体中同时形成相等数目的空位和间隙原子。63、非稳态扩散扩散组元的浓度不仅随距离x 变化，也随时间变化的扩散称为非稳态扩散。64、时效过饱和固溶体后续在室温或高于室温的溶质原子脱溶过程。65、回复指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段。66、相律相律给出了平衡状态系中存在的相数与组元数及温度、压力之间的关系，可表示为：f=C+P-2,f 为体系的自由度数，C 为体系的组元数，P 为相数。67、合金两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。68、孪晶孪晶是指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为孪晶，此公共晶面就称孪晶面。69、相图描述各相平衡存在条件或共存关系的图解，也可称为平衡时热力学参量的几何轨迹。70、孪生晶体受力后，以产生孪晶的方式进行的切变过程叫孪生。71、晶界晶界是成分结构相同的同种晶粒间的界面。72、晶胞在点阵中取出一个具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。73、位错是晶体内的一种线缺陷，其特点是沿一条线方向原子有规律地发生错排；这种缺陷用一线方向和一个柏氏矢量共同描述。74、偏析合金中化学成分的不均匀性。75、金属键自由电子与原子核之间静电作用产生的键合力。76、固溶体是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶剂原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持溶剂的晶体结构类型。77、亚晶粒一个晶粒中若干个位相稍有差异的晶粒称为亚晶粒。78、亚晶界相邻亚晶粒间的界面称为亚晶界。79、晶界能不论是小角度晶界或大角度晶界，这里的原子或多或少地偏离了平衡位置，所以相对于晶体内部，晶界处于较高的能量状态，高出的那部分能量称为晶界能，或称晶界自由能。80、表面能表面原子处于不均匀的力场之中，所以其能量大大升高，高出的能量称为表面自由能（或表面能）。81、界面能界面上的原子处在断键状态，具有超额能量。平均在界面单位面积上的超额能量叫界面能。82、淬透性淬透性指合金淬成马氏体的能力，主要与临界冷速有关，大小用淬透层深度表示。83、淬硬性淬硬性指钢淬火后能达到的最高硬度，主要与钢的含碳量有关。84、惯习面固态相变时，新相往往在母相的一定晶面开始形成，这个晶面称为惯习面。85、索氏体中温段珠光体转变产物，由片状铁素体渗碳体组成，层片间距较小，片层较薄。86、珠光体铁碳合金共析转变的产物，是共析铁素体和共析渗碳体的层片状混合物。87、莱氏体铁碳相图共晶转变的产物，是共晶奥氏体和共晶渗碳体的机械混合物。88、柏氏矢量描述位错特征的一个重要矢量，它集中反映了位错区域内畸变总量的大小和方向，也使位错扫过后晶体相对滑动的量。89、空间点阵指几何点在三维空间作周期性的规则排列所形成的三维阵列，是人为的对晶体结构的抽象。90、范德华键由瞬间偶极矩和诱导偶极矩产生的分子间引力所构成的物理键。91、位错滑移在一定应力作用下，位错线沿滑移面移动的位错运动。92、异质形核晶核在液态金属中依靠外来物质表面或在温度不均匀处择优形成。93、结构起伏液态结构的原子排列为长程无序，短程有序，并且短程有序原子团不是固定不变的，它是此消彼长，瞬息万变，尺寸不稳定的结构，这种现象称为结构起伏。94、重心法则处于三相平衡的合金，其成分点必位于共轭三角形的重心位置。95、应变时效第一次拉伸后，再立即进行第二次拉伸，拉伸曲线上不出现屈服阶段。但第一次拉伸后的低碳钢试样在室温下放置一段时间后，再进行第二次拉伸，则拉伸曲线上又会出现屈服阶段。不过，再次屈服的强度要高于初次屈服的强度。这个试验现象就称为应变时效。96、枝晶偏析固溶体在非平衡冷却条件下，匀晶转变后新得的固溶体晶粒内部的成分是不均匀的，先结晶的内核含较多的高熔点的组元原子，后结晶的外缘含较多的低熔点的组元原子，而通常固溶体晶体以树枝晶方式长大，这样，枝干含高熔点组元较多，枝间含低熔点组元原子多，造成同一晶粒内部成分的不均匀现象。97、临界变形度给定温度下金属发生再结晶所需的最小预先冷变形量。98、电子化合物电子化合物是指由主要电子浓度决定其晶体结构的一类化合物，又称休姆-罗塞里相。凡具有相同的电子浓度，则相的晶体结构类型相同。99、同质异构体化学组成相同由于热力学条件不同而形成的不同晶体结构。100、再结晶温度形变金属在一定时间（一般1h）内刚好完成再结晶的最低温度。101、布拉菲点阵除考虑晶胞外形外，还考虑阵点位置所构成的点阵。102、配位多面体原子或离子周围与它直接相邻结合的原子或离子的中心连线所构成的多面体，称为原子或离子的配位多面体。103、施密特因子亦称取向因子，为cosΦcosλ, Φ为滑移面与外力F 中心轴的夹角，λ为滑移方向与外力F 的夹角。104、拓扑密堆相由两种大小不同的金属原子所构成的一类中间相，其中大小原子通过适当的配合构成空间利用率和配位数都很高的复杂结构。由于这类结构具有拓扑特征，故称这些相为拓扑密堆相。105、间隙化合物当非金属（X）和金属（M）原子半径的比值rX/rM>0.59 时，形成具有复杂晶体结构的相，通常称为间隙化合物。106、大角度晶界多晶材料中各晶粒之间的晶界称为大角度晶界，即相邻晶粒的位相差大于10o的晶界。107、小角度晶界相邻亚晶粒之间的位相差小于10 º，这种亚晶粒间的晶界称为小角度晶界，一般小于2 º，可分为倾斜晶界、扭转晶界、重合晶界等。108、临界分切应力滑移系开动所需的最小分切应力；它是一个定值，与材料本

身性质有关，与外力取向无关。

1 材料引言

玻璃

玻璃是由熔体过冷所制得的非晶态材料。

水泥

水泥是指加入适量水后可成塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能够将砂，石等材料牢固地胶结在一起的细粉状水硬性材料。

耐火材料

耐火材料是指耐火度不低于1580摄氏度的无机非金属材料。硅质耐火材料，镁质耐火材料，熔铸耐火材料，轻质耐火材料，不定形耐火材料。

高聚物

高聚物是由一种或几种简单低分子化合物经聚合而组成的分子量很大的化合物。

胶粘剂

胶粘剂是指在常温下处于粘流态，当受到外力作用时，会产生永久变形，外力撤去后又不能恢复原状的高聚物。

合金

合金是由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素形成的具有金属特性的新物质

固溶体

当合金的晶体结构保持溶质组元的晶体结构时，这种合金成为一次固溶体或端际固溶体，简称固溶体。

电子化合物

电子化合物是指具有一定（或近似一定）的电子浓度值，且结构相同或密切相关的相。

间隙化合物

间隙化合物（或间隙相）是由原子半径较大的过渡金属元素（Fe,Cr,Mn,Mo,W,V等）和原子半径较小的非（准）金属元素（H,B,C,N,Si,等）形成的金属间化合物。

传统无机非金属材料

主要是指由SiO2及其硅酸盐化合物为主要成分制成的材料，包括陶瓷，玻璃，水泥和耐火材料等。

新型无机非金属材料

是用氧化物，氮化物，碳化物，硼化物，硫化物，硅化物以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。

2 晶体结构

晶体

晶体是离子，原子或分子按一定的空间结构排列所组成的固体，其质点在空间的分布具有周期性和对称性，因而，晶体具有规则的外形。

晶胞

晶胞是从晶体结构中取出来的反应晶体周期性和对称性的重复单元。

晶体结构

晶体结构是指晶体中原子或分子的排列情况，由空间点阵+结构基元而构成，晶体结构的形式是无限多的。

空间点阵

空间点阵是把晶体结构中原子或分子等结构基元抽象为周围环境相同的阵点之后，描述晶体结构的周期性和对称性的图像。

晶面

可将晶体点阵在任何方向上分解为相互平行的节点平面，这样的结点平面成为晶面。

晶面指数

结晶学中经常用（h k l）来表示一组平行晶面，成为晶面指数。

晶面族

在对称性高的晶体（如立方晶系）中，往往有并不平行的两组以上的晶面，它们的原子排列状况是相同的，这些晶面构成一个晶面族。

晶向族

晶体中原子排列周期相同的所有晶向为一个晶向族，用{u v w}表示。

晶带或晶带面

在结晶学中，把同时平行某一晶向[u v w]的所有晶面成为一个晶带（Zone）或晶带面[Plane of a Zone]，该晶向[u v w]成为这个晶带的晶带轴（Zone Axis），一个晶带中任一晶面（h k l）与其晶带轴[u v w]之间的关系满足晶带轴定理：hu+kv+lw=0

离子键

离子键是正，负离子依靠静电库仑力而产生的键合。

共价键

共价键是原子之间通过共用电子对或通过电子云重叠而产生的键合。

金属键

金属键是失去最外层电子（价电子）的原子实和自由电子组成的电子云之间的静电库仑力而产生的键合。

范德华键（分子键）

范德华键（分子键）是通过“分子力”而产生的键合。

氢键

氢键是指氢原子同时与两个电负性很大而原子半径较小的原子（O,F,N等）相结合所形成的键。

晶体的结合能

晶体的结合能Eb定义为：组成晶体的N个原子处于“自由”状态时的总能量EN与晶体处于稳定状态时的总能量E0的差值，即Eb=EN-E0

晶格能

对于离子晶体而言，其晶格能EL定义为：1mol离子晶体中的正负离子，由相互远离的气态结合成离子晶体时所释放出的能量。

空间利用率（原子堆积系数）——晶胞中原子体积与晶胞体积的比值。

孤立态原子半径

从原子核中心到核外电子的几率分布趋向于零的位置间的距离。这个半径亦称为范德华半径。

金属原子半径

相邻两原子面间距离的一半。如果是离子晶体，则定义正，负离子半径之和等于相邻两原子面间的距离。

配位数

一个原子（或离子）周围同种原子（或异号离子）的数目成为原子或离子的配位数，用CN来表示。

离子极化

在离子紧密堆积时，带电荷的离子所产生的电场，必然要对另一个离子的电子云产生吸引或排斥作用，使之发生变形，这种现象称为极化。

哥希密特化学定律

晶体结构取决于其组成基元（原子，离子或离子团）的数量关系，大小关系及极化性能。

同质多晶

这种化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下形成结构不同的晶体的现象，成为同质多晶。由此所产生的每一种化学组成相同但结构不同的晶体，成为变体。

类质同晶

化学组成相似或相近的物质，在相同的热流条件下，形成的晶体具有相同的结构，这种现象称为类质同晶现象。

位移性转变

仅仅是结构畸变，转变前后结构差异小，转变时并不打开任何键或改变最邻近的配位数，只是原子的位置发生少许位移，使次级配位有所改变。

重建性转变

不能简单地通过原子位移来实现，转变前后结构差异大，必须破坏原子间的键，形成一个具有新键的结构。

Hume-Rothery规则

如果某非金属元素的原子能以单键与其他原子共价结合形成单质晶体，则每个原子周围共价单键的数目为8减去元素所在周期表的族数（m），即共价单键数目为（8-m）。这个规则亦称为（8-m）规则。

解理

晶体沿某个晶面劈裂的现象称为解理。

热释电性

热释电性是指某些像六方ZnS型的晶体，由于加热使整个晶体温度变化，结果在与该晶体c轴垂直方向的一端出现正电荷，在相反的一端出现负电荷的性质。晶体的热释电性与晶体内部的自发极化有关。

声电效应

通过半导体进行声电相互转换得现象称为声电效应。

反萤石结构

碱金属元素的氧化物R2O、硫化物R2S、硒化物R2Se、碲化物R2Te等A2X型化合物为反萤石结构，它们的正负离子位置刚好与萤石结构中的相反，即碱金属离子占据F-离子的位置，O2-或其他离子占据Ca2+的位置。这种正负离子位置颠倒的结构，叫做反同形体。

电光效应

电光效应是指对晶体施加电场时，晶体的折射率发生变化的效应。

铁电晶体

铁电晶体是指具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。

声光效应

声光效应是指光波被声光介质中的超声波所衍射或散射的现象。

正尖晶石和反尖晶石

在尖晶石结构中，如果A离子占据四面体空隙，B离子占据占据八面体空隙，则称为正尖晶石。反之，如果半数的B离子占据四面体空隙，A离子和另外半数的B离子占据八面体空隙，则称为反尖晶石。正尖晶石（A）[B2]O4 反尖晶石（B）[AB]O4

同晶取代

[SiO4]四面体中心的Si4+离子可部分地被Al3+所取代，取代后的结构本身并不发生大的变化，即所谓的同晶取代，但晶体的性质却可以发生很大的变化。

压电效应

某些晶体在机械力作用下发生变形，使晶体内正负电荷中心相对位移而极化，致使晶体两端表面出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与应力成比例。这种由“压力”产生“电”的现象称为正压电效应。反之，如果具有压电效应的晶体置于外电场中，电场使晶体内部正负电荷中心位移，导致晶体产生形变。这种由“电”产生“机械形变”的现象称为逆压电效应。

高分子

高分子是指其分子主链上的原子都直接以共价键连接，且链上的成键原子都共享成键电子的化合物。

3 晶体结构缺陷

晶体结构缺陷

通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变成为晶体的结构缺陷。

点缺陷

点缺陷亦称为零维缺陷，缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。点缺陷包括空位、间隙质点、杂志质心和色心等。

线缺陷

线缺陷也称为一维缺陷，是指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。如各种位错。

面缺陷

面缺陷又称为二维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列而产生的缺陷，即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三位方向上很小。如晶界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。

体缺陷

体缺陷亦称为三维缺陷，是指在局部的三维空间偏离理想晶体的周期性、规则性排列而产生的缺陷。如第二相粒子团、空位团等。

热缺陷

热缺陷称为本征缺陷，是指由热起伏的原因所产生的空位和（或）间隙质点（原子或离子）。热缺陷包括弗伦克尔缺陷和肖特基缺陷。弗伦克尔缺陷是质点离开正常格点后进入到晶格间隙位置，其特征是空位和间隙质点成对出现。肖特基缺陷是质点由表面位置迁移到新表面位置，在晶体表面形成新的一层，同时在晶体内部留下空位，其特征是正负离子空位成比例出现。

滑移

在外力作用下，晶体的一部分相对于另一部分，沿着一定晶面的一定晶向发生平移，使晶面上的原子从一个平衡位置平移到另一个平衡位置，此过程称为滑移。

滑移系统

一个滑移面和该面上的一个确定的滑移方向，构成一个一个滑移系统，以（h k l）[u v w]来表示。

孪生

晶体塑性形变的另一种机制是孪生，即在外力作用下，晶体的一部分相对于另一部分，沿着一定的晶面和晶向发生切变，切变之后，两部分晶体的位向以切变面为镜面成对称关系。发生切变的晶面和方向分别叫孪晶面和孪生方向。变形后发生切变的部分和与其呈晶面对称的部分构成孪晶，其界面是共格晶面。

位错滑移

位错滑移是指在外力作用下，位错线在其滑移面（即位错线和伯氏矢量b构成的晶面）上的运动，结果导致晶体永久变形。

位错攀移

位错攀移是指在热缺陷或外力作用下，位错线在垂直其滑移面方向上的运动，结果导致晶体中空位或间隙质点的增殖或减少。

位错的线张力

线张力是一种组态力，定义为使位错线增加单位长度所需要的能量，所以线张力在数值上等于单位长度位错线的应变能，即T=W=αGb2。

固溶体

将外来组元引入晶体结构，占据基质晶体质点位置或间隙位置的一部分，仍保持一个晶相，这种晶体成为固溶体。

置换式固溶体

亦称替代固溶体，其溶质原子位于点阵结点上，替代（置换）了部分溶剂原子。

间隙式固溶体

亦称间隙型固溶体，其溶质原子位于点阵的间隙中。

非化学计量缺陷

按照化学中定比定律，化合物中的不同原子的数量要保持固定的比例，但在实际的化合物中，有一些化合物并不符合定比定律，其中负离子与正离子的比例并不是固定的比例关系，这些化合物称为非化学计量化合物。这是在化学组成上偏离化学计量而产生的一种缺陷。

色心

色心是由于电子补偿而引起的一种缺陷。一些电子体受到X射线、γ射线、中子或电子辐照，往往会产生颜色。

4 非晶态结构与性质

熔体，玻璃体

熔体或液体是介于气体和固体（晶体）之间的一种物质状态。熔体特指加热到较高温度才能液化的物质的液体，即较高熔点物质的液体。熔体快速冷却则变成玻璃体。

缩聚

由分化过程产生的低聚合物不是一成不变的，它可以相互发生作用，形成级次较高的聚合物，同时释放出部分Na2O。这过程成为缩聚。

硼反常现象

这种由于B3+离子配位数变化引起性能曲线上出现转折的现象，称为硼反反常现象。

混合碱效应

熔体中同时引入一种以上的R2O或RO时，粘度比等量的一种R2O或RO高，称为“混合碱效应”，这可能和离子的半径、配位等结晶化学条件不同而相互制约有关。

单键强度

通过测定各种化合物（MOx）的离解能（MOx离解为气态原子时所需要的总能量），将这个能量除以该种化合物正离子M的氧配位数，可得出M—O单键强度（单位是kJ/mol）。

晶子学说

玻璃结构是一种不连续的原子集合体，即无数“晶子”分散在无定形介质中；“晶子”的化学性质和数量取决于玻璃的化学组成，可以是独立原子团或一定组成的化合物和固体等微观多相体，与该玻璃物系的相平衡有关；“晶子”不同于一般微晶，而是带有晶格极度变形的微笑有序区域，在“晶子”中心质点排列较有规律，愈远离中心则变形程度愈大；从“晶子”部分到无定形部分的过渡是逐步完成的，两者之间无明显界线。

无规则网络学说

玻璃的结构与相应得晶体结构相似，同样形成连续的三维空间网络结构。但玻璃的网络与晶体的网络不同，玻璃的网络是不规则的、非周期的，因此玻璃的内能比晶体的内能要大。由于玻璃的强度与晶体的强度属于同一个数量级，玻璃的内能与相应晶体的内能相差并不多，因此它们的结构单元（四面体或三角体）应是相同的，不同之处在于排列的周期性。

5 表面结构与性质

弛豫表面

为使体系能量尽可能降低，表面上的原子常常会产生相对于正常位置的上、下位移，结果表面相中原子层的间距偏离体相原子层的间距，产生压缩或膨胀。表面上原子的这种位移称为表面弛豫。

重构表面

重构是指表面原子层在水平方向上的周期性不同于体内，但垂直方向的层间距离体内相同。

吸附表面

吸附表面有时也称界面。它是在清洁表面上有来自体内扩散到表面的杂质和来自表面周围空间吸附在表面上的质点所构成的表面。根据原子在基底上的吸附位置，一般可分为四种吸附情况，即顶吸附、桥吸附、填充吸附和中心吸附等。

表面偏析

表面的许多现象如催化、腐蚀、摩擦等，都与表面的组成和结构有关。不论表面进行多么严格的清洁处理，总有一些杂质由体内偏析到表面上来，从而使固体表面组成与体内不同。

固体表面力

晶体中每个质点周围都存在着一个力场。由于晶体内部质点排列是有序和周期重复的，故每个质点力场是对称的。但在固体表面，质点排列的周期重复性中断，使处于表面边界上的质点力场对称性破坏，表现出剩余的键力，这就是固体表面力。

范德华力

分子引力，一般是指固体表面与被吸附质点（例如气体分子）之间相互作用力。

粘附功

是指把单位粘附界面拉开所需的功。

6 相平衡和相图

凝聚系统

没有气相或虽有气相但其影响可忽略不计的系统称为凝聚系统。

相

系统中具有相同物理与化学性质的完全均匀部分的总和成为相。

组元

系统中每一个能单独分离出来并能独立存在的化学纯物质称为组元。

独立组元

足以表示形成平衡系统中各相组成所需要的最少数目的物质（组元）成为独立组元。

自由度

在一定范围内，可以任意改变而不引起旧相消失或新相产生的独立变量称为自由度。

可逆与不可逆多晶转变

多晶转变根据其进行的方向是否可逆，分为可逆的转变和不可逆的转变两种类型。可逆转变又称为双向转变，不可逆转变称为单向转变。

独立析晶

独立析晶通常是在转熔过程中发生的，由于冷却速度较快，被回吸的晶相有可能会被新析出的固相包裹起来，使转熔过程不能继续进行，从而使液相进行另一个单独的析晶过程，这就是所谓的独立析晶。

7 基本动力学过程——扩散

扩散

扩散是物质内质点运动的基本方式，当温度高于绝对零度时，任何物系内的质点都在做热运动。当物质内有梯度（化学位、浓度、应力梯度等）存在时，由于热运动而触发（导致）的质点定向迁移即所谓的扩散。

稳态扩散与非稳态扩散

稳态扩散的特征是空间任意一点的浓度不随时间变化，扩散通量不随位置变化；非稳态扩散的特征是空间任意一点的浓度随时间变化，扩散通量随位置变化。

稳态扩散

在扩散系统中，若对于任一体积元，在任一时刻流入的物质量与流出的物质量相等，即任一点的浓度不随时间变化，则称这种状态为稳态扩散。

本征扩散与非本征扩散

本征扩散是由本征点缺陷（即热缺陷）引起的扩散；非本征扩散是由非本征点缺陷引起的扩散，又包括掺杂点缺陷和非化学计量化合物两种情况。

自扩散与互扩散

自扩散是指不伴有浓度变化的扩散，与浓度梯度无关，只能发生在纯金属或均匀固溶体中；互扩散是指伴有浓度变化的扩散，与浓度差有关。

克肯达尔效应

由于多元系统中各组元扩散速率不同而引起的扩散偶原始界面向扩散速率快的一侧移动的现象称为克肯达尔效应。

8 材料中的相变

一级相变

在临界温度、临界压力时，两相化学位相等，但化学位的一阶偏导数不相等的相变。

二级相变

相变时化学位及其一阶偏导数相等，而二阶偏导数不相等的相变。

扩散型相变

在相变时，依靠原子（离子）的扩散来进行的相变成为扩散型相变。

非扩散型相变

相变过程不存在原子（离子）的扩散，或虽存在扩散但不是相变所必需的或不是主要过程的相变即为无扩散型相变。

共格应变能

对于大多数晶态固体来说，其点阵常数总是随成分而改变的，如果这种固溶体发生调幅分解时，点阵保持共格，必须使点阵发生弹性畸变而引起应变能。

比体积应变能

由切变产生的应变能与由体积变化产生的应变能之和。

10 烧结

烧结

压制成型后的粉状物在低于熔点的高温作用下，通过坯体间颗粒相互粘结和物质传递，气孔派出，体积收缩，强度提高，逐渐变成具有一定的几何形状和坚固整个的过程。

初次再结晶

是指从塑性变形的、具有应变的基质中，生长出新的无应变晶粒的成核和长大过程。

二次再结晶

正常的晶粒长大是晶界移动，晶粒的平均尺寸增加。如果晶界受到杂质等第二相质点的阻碍，正常的晶粒长大便会停止。但是当坯体中若有大晶粒存在时，这些大晶粒变数较多，晶界曲率较大，能量较高，使晶界可以越过杂质或气孔而继续移向邻近小晶粒的曲率中心。晶粒的进一步生长，增大了晶界的曲率使生长过程不断加速，直到大晶粒的边界互相接触为止。这个过程称为二次再结晶或异常的晶粒长大。

11 腐蚀与氧化

全面腐蚀

是常见的一种腐蚀，是指整个金属表面均发生腐蚀，它可以是均匀的也可以是不均匀的。

应力腐蚀（SCC）

是指金属材料在特定腐蚀介质和拉应力共同作用下发生的脆性断裂。

应力腐蚀开裂门槛值

一般认为当拉伸应力低于某一个临界值时，不再发生断裂破坏，这个临界应力称应力腐蚀开裂门槛值，用KISCC表示。

晶间腐蚀

是金属材料在特定的腐蚀介质中沿着材料的晶界发生的一种局部腐蚀。

氧化

广义的金属氧化是金属在一定温度条件下与环境介质O2（还有S2、Cl2、N2、C等）间发生化学反应而引起材料损耗的不可逆腐蚀过程。

12 材料的疲劳与断裂

疲劳破坏

材料或构件在交变应力（应变）作用下发生的破坏称为疲劳破坏或疲劳失效。

热疲劳

由于温度的变化形成的变动热应力引起的疲劳称为热疲劳。

氢腐蚀

材料在高温高压环境下使用较长时间后，有时在晶界附近能产生很多气泡或裂纹，从而引起构件的失效，这种不可逆损伤一般称为氢腐蚀。

壁虎爬墙的秘密，范德华力与卡西米尔效应，究竟哪个对？

今天在网上看到“科学大院”的一篇文章介绍了壁虎爬墙的物理学原理，说的是，壁虎脚上有数万根细小的刚毛，由于刚毛与墙壁之间的距离只有纳米级，这样壁虎就可以利用卡西米尔效应可以施加非常可观的压力将壁虎挂在墙上了。

之前一直有文章说壁虎爬墙是因为范德华力的作用，那么为什么“科学大院”又说是卡西米尔效应呢？对此，我想借本文跟大家探讨一下，这两种说法究竟哪个对，“科学大院”的说法有没有错？

范德华力是产生于分子或原子之间的吸引力，也称为分子作用力。这种力普遍存在于组成固体、液体和气体的粒子之间。它比化学键弱得多。一般来说，某物质的范德华力越大，则它的熔点、沸点就越高。对于组成和结构相似的物质，范德华力一般随着相对分子质量的增大而增强。

范德华力有三种来源，即色散力、诱导力和取向力。

色散力是分子的瞬时偶极间的作用力，它的大小与分子的变形性等因素有关。一般分子量愈大，分子内所含的电子数愈多，分子的变形性愈大，色散力亦愈大。

诱导力是分子的固有偶极与诱导偶极间的作用力，它的大小与分子的极性和变形性等有关。取向力是分子的固有偶极间的作用力，它的大小与分子的极性和温度有关。

取向力与极性分子的偶极矩有关，取向力愈大；温度愈高，取向力愈小。

范德华引力是存在于分子间的一种不具有方向性和饱和性，作用范围在几百个皮米之间的力。它对物质的沸点、熔点、气化热、熔化热、溶解度、表面张力、粘度等物理化学性质有决定性的影响。

1948年，荷兰物理学家卡西米尔发表论文指出，真空中两块电中性、完美导电的平行金属板可以相互吸引，这种效应就被称为卡西米尔效应，相应的力被称为卡西米尔力。

如果，这两块金属板的间隔为a，则单位面积的引力（负号表示引力）为

其中h为约化普朗克常数，c为真空光速，S为平板面积。

从公式中我们可以看出，其一，卡西米尔效应是一个量子效应；其二，卡西米尔效应与光速有关，说明其实一个延迟效应；其三，由于卡西米尔小颖子两个物体之间的距离一般远大于传播相互作用的虚光子的波长，因此必须考虑电磁场的波动性；其四，从公式中a^4可以看出，卡西米尔力随着间距快速衰减。

卡西米尔效应自1948年提出至今已经70多年，如今其影响力已经渗透到多个领域。1968年，T.Boyer按照卡西米尔的思路作了完整金属球壳上的真空涨落力的计算，发现其并非是引力而是斥力。这个发现后来被更多的科学家所证实。

这说明了，卡西米尔效应与几何形状或者说是拓扑结构有关，直到今天，科学家们并没有能够完全理解卡西米尔效应。

从卡西米尔效应诞生之初，范德华力就被纳入卡西米尔效应体系，因为“瞬间偶极-偶极作用”静电吸引这样的思路，与卡西米尔效应有一致之处。尽管如此，卡西米尔力和范德华力其实还是有明显的区别。

第一、从作用的形式和距离看，卡西米尔力是两块互相平行的中性导体板之间的吸引力，其间的距离数量级在微米，而范德华力是原子（分子）之间的，距离数量级在几埃米，两者之间相差上千倍！在卡西米尔力作用的距离，根本不会形成范德华力。而在范德华力作用距离，也已经谈不上卡西米尔力，因为这时形成卡西米尔力的平行板早崩塌了。

第二、从作用能和作用力看，范德华作用能数量级在kJ∙mol^-1，而卡西米尔作用能数量级在J∙mol^-1，卡西米尔力数量级在10^-7牛顿。

第三、从基本表达式看，范德华力F∝1/r^7，r是原子间距。卡西米尔力F∝1/a^4，a为平行板间距。

第四、从势能随间距变化曲线看，范德华作用有一个能量的最低点的平衡距离，如果距离再加大，能量会缓慢上升；如果从这平衡距离再缩小，能量会急剧升高。而卡西米尔作用，只有随间距缩小体系合拢受力永远增大这样一种趋势。

随着物理学的发展，如今的卡西米尔效应已经不是早期真空中两块平行金属的压力，其应用领域已经拓展到了任意键介质系统的自由能及分子力（范德华力）。并用卡西米尔效应，解释了液氦的超流现象。随着研究的深入，物理学家们发现，卡西米尔力与范德华力都是分子间作用力，其本质都是量子涨落。

随着时间的发展，在学界，卡西米尔力与范德华力的概念开始模糊，很多论文中把宏观物体间的分子力称为卡西米尔力，而把两个粒子之间的力称为范德华力。

尽管卡西米尔力与范德华力有着密切的联系，但“卡西米尔效应”这个词包含着更多的物理意义，比如，真空涨落已经不局限于电磁场、甚至涨落都已经不局限于量子场。卡西米尔效应是一个更加广义的概念。

从前面我们的分析可以得到这样的结论。早期，壁虎爬墙被解释为是由于刚毛和墙壁之间的范德华力，这是没错的，如今科学家找到了范德华力其实是分子尺度的卡西米尔效应，所以说范德华力和卡西米尔力二者在此处是等价的。

由此看来，“科学大院”把壁虎爬墙的原因解释为卡西米尔效应也是没有错的。壁虎爬墙的原理是同一种力由于历史原因造成的不同表述。

高中化学：《分子结构与性质》知识点

共价键

非金属元素原子之间以共用电子对形式形成的化学键叫做共价键。它具有饱和性和方向性。通过以前的学习我们知道共价键可以分为极性共价键和非极性共价键。按电子云重叠的方式，共价键又可以分为σ键和π键。

两个原子的电子云以“头碰头”的方式重叠形成的共价键是σ键，其电子云图像为轴对称图形。σ键强度较大，不易断裂。

两个原子的电子云以“肩并肩”的方式重叠形成的共价键是π键，其电子云图像为镜面对称图形。π键强度较小，不牢固，易断裂。

s电子云形式为圆球形，p电子云为哑铃形。所以s电子云只能形成键，p电子云既能形成σ键又能形成π键。

判断σ键和π键的一般规律是：共价单键是σ键；双键中有一个σ键和一个π键；三键中有一个σ键和两个π键。

键参数——键能、键长与键角

键能越大，化学键越稳定，越不容易被打断。键长越短，键能越大，化学键越稳定，键的长短往往与原子半径的大小有关。

键角是两个共价键之间的夹角。CO2为直线形分子，键角为180°；H2O为V形，键角为105°；NH3为三角锥形，键角为107°18′；CH4和CCl4为正四面体形，键角为109°28′；白磷（P4）也为正四面体形，键角为60°。

等电子体

原子总数相同，价电子总数也相同的分子具有相似的化学键特征，它们的许多化学性质是相似的。如CO和N2就是等电子体。N2的结构式是N≡N，所以CO的结构式是C≡O。

几种常见共价化合物的形成过程及立体构型

(重点记忆)

为什么以上五种分子会有不同的立体构型呢？为了解释这一现象，提出了价层电子对互斥理论。

价层电子对互斥理论（VSERP theory）

价层电子对是指分子中的中心原子上的电子对，包括σ键电子对和中心原子上的孤电子对。我们可利用中心原子上键的总数与孤电子对的总数和来推测分子或离子的价层电子对互斥模型（VSERP模型）。两者和为2，则VSERP模型为直线形；和为3，则为平面三角形；和为4，则为四面体形。如H2O的中心原子是O，O上有两个σ键和两对孤电子对，和为4，故H2O的VSERP模型为四面体形。因有2对孤电子对上未连接原子，故其立体构型为V形。

中心原子上的孤电子对

，a为中心原子的价电子数，对于主族元素来说，价电子数等于原子的最外层电子数；x为与中心原子结合的原子数；b为与中心原子结合的原子最多能接受的电子数。

鲍林杂化轨道理论是为了解释分子的立体构型提出的。我们可根据VSERP模型来判断中心原子的杂化轨道类型。

若VSERP模型为直线形，则为sp杂化；VSERP模型为平面三角形，则为sp2杂化；VSERP模型为四面体形，则为sp3杂化。举个例子，在甲烷中碳原子是sp3杂化，乙烯中碳原子是sp2杂化，乙炔中碳原子是sp杂化。

配位键和配合物理论简介

要了解配合物，必须先了解配位键。配位键是一种特殊的共价键，与一般共价键的不同在于：一般共价键中的共用电子对是由双方原子共同提供的，而配位键中的共用电子对是由一方提供的，另一方仅提供空轨道。下面我们利用电子式形成过程示意图来讲解二者的区别：

向CuSO4溶液中，逐滴加入氨水，可形成蓝色Cu(OH)2沉淀：

继续滴加氨水，可得到深蓝色的透明溶液。

配位键的强度有大有小，因而有的配合物很稳定，有的很不稳定。

配合物由内界和外界两部分组成，配合物溶于水易电离为内界配离子和外界离子，而内界的配体和中心原子通常不能电离。

题型实战

向下列配合物的水溶液中加入AgNO3溶液，不能生成AgCl沉淀的是

七、 键的极性和分子的极性

由非极性键构成的分子都是非极性分子；由极性键构成的双原子分子都是极性分子，如HCl；由极性键构成的多原子分子，若其正负电荷重心重合，则极性相互抵消，也可以是非极性分子，如CO2、BF3、CH4、CCl4等。

“相似相溶”原理：极性溶质易溶于极性溶剂，非极性溶质易溶于非极性溶剂。HCl、NH3易溶于H2O，苯、I2易溶于CCl4。化学上利用相似相溶原理来除杂。相似相溶原理只是一个经验规律，并不适合于所有的溶质和溶剂。如N2既不溶于水，也不溶于CCl4。

手性碳原子

在同一个碳原子上连接四个互不相同的原子或基团，这样的碳原子称为手性碳原子。含有手性碳原子的有机物具有手性异构体。下图所示碳原子就是手性碳原子。

范德华力、氢键及其对物质性质的影响

范德华力是指分子间存在的相互作用力。相对分子质量越大，范德华力越大；分子的极性越大，范德华力也越大。范德华力越大，则物质的熔沸点就越高。

氢键是除范德华力外的另一种分子间作用力。它是由已经与电负性很强的原子形成共价键的氢原子（如H2O中的H）与另一个分子中电负性很强的原子（如H2O中的O）之间的作用力。通常可与H结合为氢键的原子有F、O、N。氢键具有方向性和饱和性，但不属于化学键。

作用力大小比较：化学键 氢键 范德华力

乙醇中存在氢键造成两个方面的表现：⑴ 乙醇的熔沸点比同相对分子质量的烃高；⑵ 乙醇能与水混溶。

实验证明，测定接近水的沸点的水蒸气的相对分子质量时，测定值比H2O的实际相对分子质量要大一些。就是因为水蒸气中存在相当量的水分子因氢键而相互缔合，形成了所谓的“缔合分子”。

无机含氧酸分子的酸性

通过前面必修二的学习我们知道：元素非金属性越强，其最高价氧化物的水化物的酸性越强。因为S的非金属性大于C，所以H2SO4的酸性大于H2CO3。

研究表明：对于同一种元素的含氧酸来说，该元素的化合价越高，其含氧酸的酸性越强。存在：H2SO4>H2SO3（按照酸性强弱顺序）

化学上还有一种见解：认为含氧酸的通式可以写成(HO)mROn的形式，n值越大，酸性越强。例如，H2SO4可以写成(HO)2RO2；H2SO3可以写成(HO)2RO 。

文章来源于网络

监制：苑广鸿

责编：娄 锴

编辑：姚 瑶

实习：邓玉卓