晶态和非晶态的特性讲述案例课件.ppt

1、方铅矿方铅矿(Galena,PbS)石英石英(Quartz,SiO2),玻璃玻璃(glass,SiO2)主要内容：主要内容：一、晶体特征一、晶体特征二、晶体点群和晶体的物理性质二、晶体点群和晶体的物理性质2.3.3 Structure&physical performance of crystal materials（1）均匀性均匀性（2）各向异性各向异性（3）自范性自范性（4）晶体具有明显确定的熔点晶体具有明显确定的熔点（5）晶体的对称性晶体的对称性（6）晶体对晶体对X X射线的衍射射线的衍射 一、晶体特征一、晶体特征（1）均匀性均匀性整个晶体是由晶胞整个晶体是由晶胞并置堆砌而成并置堆砌而成

2、所以晶体必然表现为各部分性状相同的物体，所以晶体必然表现为各部分性状相同的物体，例如有着相同的密度，化学组成例如有着相同的密度，化学组成非晶体的各种性质均具有均匀性非晶体的各种性质均具有均匀性,但与晶体的均匀性但与晶体的均匀性的起源并不相同的起源并不相同,前者是等同晶胞在空间按同一方式前者是等同晶胞在空间按同一方式重复排列的结果重复排列的结果,而后者则是质点的杂乱无章排列所而后者则是质点的杂乱无章排列所致致.所以二者有实质不同的均匀性。所以二者有实质不同的均匀性。(1)（2）各向异性各向异性晶体的导热、导电、光的透射、折射、偏振、晶体的导热、导电、光的透射、折射、偏振、压电性、硬度等性质常因压

3、电性、硬度等性质常因晶体取向晶体取向不同而异，不同而异，叫做各向异性。叫做各向异性。如石墨在与层平行的方向上具有导电性，而如石墨在与层平行的方向上具有导电性，而在与层垂直的方向上就不具有导电性。在与层垂直的方向上就不具有导电性。如：从不同方向观察红宝石或蓝宝石，会发如：从不同方向观察红宝石或蓝宝石，会发现宝石的颜色不同，这是由于方向不同，晶现宝石的颜色不同，这是由于方向不同，晶体对光的吸收性质不同。体对光的吸收性质不同。晶体的各向异性是由其内部质点的有序排晶体的各向异性是由其内部质点的有序排列，即晶体内部原子的周期性排列所决定列，即晶体内部原子的周期性排列所决定的的（3）自范性自范性F+V=E

4、+2 其中，其中，F-晶面，晶面，V-顶点，顶点，E-晶棱晶棱 在适当的条件下在适当的条件下,晶体能自发的长出由晶晶体能自发的长出由晶面、晶棱、晶顶等几何元素围成的凸多面体面、晶棱、晶顶等几何元素围成的凸多面体外形外形,这种性质就称为晶体的自范性这种性质就称为晶体的自范性.凸多面凸多面体的晶面数（体的晶面数（F）、晶棱数（）、晶棱数（E）、和顶点数）、和顶点数（V）相互之间的关系符合公式）相互之间的关系符合公式晶面夹角守恒定律晶面夹角守恒定律:尽管同一种晶体其外形可能不同，但相应尽管同一种晶体其外形可能不同，但相应的两晶面之间的夹角总是不变的，这称为晶的两晶面之间的夹角总是不变的，这称为晶面夹

5、角守恒定律。面夹角守恒定律。丹麦化学家斯单诺在玩水晶时，不小心把水晶打烂了，丹麦化学家斯单诺在玩水晶时，不小心把水晶打烂了，当他很心痛地弯腰捡起打碎了的水晶时，惊奇地发现，当他很心痛地弯腰捡起打碎了的水晶时，惊奇地发现，破碎了的水晶碎片都是一样的，具有固定的角度，这破碎了的水晶碎片都是一样的，具有固定的角度，这就是著名的晶面角守恒定理。就是著名的晶面角守恒定理。（4）晶体具有明显确定的熔点晶体具有明显确定的熔点晶体与非晶体的加热时间晶体与非晶体的加热时间-温度（即温度（即t-T）曲线上）曲线上晶体具有固定的熔点晶体具有固定的熔点,反映在加热时间反映在加热时间-温度曲线上温度曲线上出现平台出现平

6、台,而非晶体没有固定的熔点而非晶体没有固定的熔点,反映在曲线反映在曲线上不会出现平台上不会出现平台.（5）晶体的对称性晶体的对称性（6）晶体对晶体对X X射线的衍射射线的衍射 内部结构在空间排列的内部结构在空间排列的周期性周期性（等距性）使得（等距性）使得晶体可作为晶体可作为 X 射线衍射的天然光栅射线衍射的天然光栅,而晶体外而晶体外形的对称性又使得衍射线（点）的分布具有特形的对称性又使得衍射线（点）的分布具有特定的对称性定的对称性.这是这是 X 射线衍射测定晶体结构的射线衍射测定晶体结构的基础和依据基础和依据.ComparisonComparisonCurve of X-ray Diffra

7、ction非晶体的宏观特征非晶体的宏观特征（1 1）只有玻璃转化温度，无熔点。）只有玻璃转化温度，无熔点。（2 2）没有规则的多面体几何外型，可以制成）没有规则的多面体几何外型，可以制成 玻璃体，丝，薄膜等特殊形态。玻璃体，丝，薄膜等特殊形态。（3 3）物理性质各向同性。）物理性质各向同性。（4 4）均匀性来源于原子无序分布的统计性规）均匀性来源于原子无序分布的统计性规 律，无晶界。律，无晶界。8/17/2022 9:12:37 AM172.2.2 TransformationTransformationJ晶态晶态非晶态非晶态晶态与非晶态之间的转变晶态与非晶态之间的转变 非晶态所属的状态属于热

8、力学亚稳态，所以非非晶态所属的状态属于热力学亚稳态，所以非晶态固体总有向晶态转化的趋势，即非晶态固晶态固体总有向晶态转化的趋势，即非晶态固体在一定温度下会自发地结晶，转化到稳定性体在一定温度下会自发地结晶，转化到稳定性更高的晶体状态。更高的晶体状态。通常呈晶体的物质如果将它从液态快速冷却下通常呈晶体的物质如果将它从液态快速冷却下来也可能得到非晶态。来也可能得到非晶态。如把如把水晶的结晶溶化，再使它冷却，可得非晶体的石英玻璃水晶的结晶溶化，再使它冷却，可得非晶体的石英玻璃。而而非晶体的玻璃，经过相当长的时间后，在它里面生成了微小非晶体的玻璃，经过相当长的时间后，在它里面生成了微小的晶体的晶体，形

9、成透明性减弱的模糊斑点。这说明晶体转化为非晶，形成透明性减弱的模糊斑点。这说明晶体转化为非晶体需要一定的条件，而非晶体经过一定时间会自动变成晶体。体需要一定的条件，而非晶体经过一定时间会自动变成晶体。二、晶体点群和晶体的物理性质二、晶体点群和晶体的物理性质尽管自然界中晶体的外形是多种多样变化无穷的，尽管自然界中晶体的外形是多种多样变化无穷的，而就其对称性来看却并不超出而就其对称性来看却并不超出3232种点群代表的宏观种点群代表的宏观对称类型。由于晶体的物理性质由晶体对称性决定，对称类型。由于晶体的物理性质由晶体对称性决定，而且也只决定于它的点群的对称性，所以对晶体学而且也只决定于它的点群的对称

10、性，所以对晶体学点群的研究十分重要。点群的研究十分重要。晶体的点群是它的任意一种物理性质对称群晶体的点群是它的任意一种物理性质对称群的子群。的子群。一种晶体的任意一种一种晶体的任意一种性质的对称群性质的对称群必须包括该必须包括该晶体的晶体的点群的对称操作点群的对称操作。晶体对称性的这种关系称为晶体对称性的这种关系称为Neumann定理定理物理性质物理性质晶体对称性的信息晶体对称性的信息根据这种关根据这种关系可以从晶系可以从晶体的体的物理性物理性质质推引出有推引出有关关晶体对称晶体对称性性的信息；的信息；也可以从也可以从对对称性称性寻找具寻找具有某种有某种物理物理性能性能的材料的材料当压电材料受

11、到外力作用时，其表面将产生当压电材料受到外力作用时，其表面将产生电荷，将机械能转变成电能。电荷，将机械能转变成电能。压电效应压电效应利用压电材料可以制成力敏元件，用来测利用压电材料可以制成力敏元件，用来测量力和能转变成力的各种物理量量力和能转变成力的各种物理量压电性：要求晶体的对称性为压电性：要求晶体的对称性为:没有对称中心没有对称中心热电效应，是当热电效应，是当受热物体受热物体中的电子中的电子(空穴空穴)，随，随着温度梯度由高温区往低温区移动时，所产生着温度梯度由高温区往低温区移动时，所产生电流或电荷堆积的一种现象。电流或电荷堆积的一种现象。热电效应热电效应美国旧金山大学的一位科学家在英国美

12、国旧金山大学的一位科学家在英国自然自然杂志上杂志上报告说，他从鲨鱼鼻子的皮肤小孔里提取了一种与普报告说，他从鲨鱼鼻子的皮肤小孔里提取了一种与普通明胶相似的胶体，能把海水温度的变化转换成电信通明胶相似的胶体，能把海水温度的变化转换成电信号，传送给神经细胞，使鲨鱼能够感知号，传送给神经细胞，使鲨鱼能够感知0.001摄氏度摄氏度的温度变化，从而准确地找到食物的温度变化，从而准确地找到食物科科学家猜测，其学家猜测，其他动物体内也可能存在类似的胶体他动物体内也可能存在类似的胶体.这种因温差而产这种因温差而产生电流的性质与半导体材料的热电效应类似生电流的性质与半导体材料的热电效应类似 生物热电效应生物热电

13、效应热电体的主要作用是将热电体的主要作用是将热辐射热辐射转变为转变为电信号电信号。铁电效应铁电效应所谓铁电材料，是指材料的晶体结构在不加所谓铁电材料，是指材料的晶体结构在不加外电场时就具有自发极化现象，其自发极化外电场时就具有自发极化现象，其自发极化的方向能够被外加电场反转或重新定向。的方向能够被外加电场反转或重新定向。铁电材料的这种特性被称为铁电材料的这种特性被称为“铁电效应铁电效应”。铁电现象是在一种名为钙钛矿的材料中发现的，而钙钛矿材料铁电现象是在一种名为钙钛矿的材料中发现的，而钙钛矿材料的晶格点阵中的离子，是在某一方向上被分离成的正负离子，的晶格点阵中的离子，是在某一方向上被分离成的正

14、负离子，也就是在钙钛矿晶体内部产生了一个电耦极子。当给这种晶体也就是在钙钛矿晶体内部产生了一个电耦极子。当给这种晶体加上一个电压时，这些耦极子就会在电场作用下排列。改变电加上一个电压时，这些耦极子就会在电场作用下排列。改变电压的方向，可使耦极子的方向反转。耦极子的这种可换向性，压的方向，可使耦极子的方向反转。耦极子的这种可换向性，意味着它们可以在记忆芯片上表示一个意味着它们可以在记忆芯片上表示一个“信息单元信息单元”。而且，。而且，即使在电压断开时，这些耦极子也会保持在原来的位置，使铁即使在电压断开时，这些耦极子也会保持在原来的位置，使铁电存储器不用电就能保存数据。电存储器不用电就能保存数据。

15、目前，铁电效应已在低容量的铁电存储器芯片中得到应用。目前，铁电效应已在低容量的铁电存储器芯片中得到应用。晶体的力学性能晶体的力学性能晶体的力学性能重要决定于晶体内部原子间的晶体的力学性能重要决定于晶体内部原子间的结合力，但与晶体对称性没有直接关系。结合力，但与晶体对称性没有直接关系。改进的改进的MohsMohs硬度标度和相应的材料硬度标度和相应的材料 晶体中出现空位或填隙原子，使化合物的成分晶体中出现空位或填隙原子，使化合物的成分偏离整比性，该化合物被称为偏离整比性，该化合物被称为非整比化合物非整比化合物，是指它的组成中各类原子的相对数目不能用几是指它的组成中各类原子的相对数目不能用几个小的整

16、数比表示的化合物。个小的整数比表示的化合物。非整比化合物生成的情况，以及在不同方面非整比化合物生成的情况，以及在不同方面的应用可以有以下几种情况：的应用可以有以下几种情况：一氧化钛一氧化钛的化学组成变化范围很宽，可以从的化学组成变化范围很宽，可以从TiOTiO0.820.82 到到TiOTiO1.181.18。将整比的。将整比的TiOTiO在高于或低于在高于或低于整比整比TiOTiO的分解压的各种不同的氧分压下加热，的分解压的各种不同的氧分压下加热，既可以在空位中加入过量的氧，也可以脱去部既可以在空位中加入过量的氧，也可以脱去部分的氧形成过量的钛。氧的数量不同，钛的价分的氧形成过量的钛。氧的数

17、量不同，钛的价态不同，电导性质不同。态不同，电导性质不同。1.1.某种原子过多或短缺某种原子过多或短缺 2.层间嵌入某些离子、原子或分子层间嵌入某些离子、原子或分子 而以而以Ni部分地取代部分地取代LiCoO2中的中的Co，制成的非整比化，制成的非整比化合物晶体合物晶体LiNixCo1-xO2兼备了兼备了Co系、系、Ni系材料的优点系材料的优点3.晶体中吸收了某些小原子晶体中吸收了某些小原子 氢可以和许多过渡金属形成可变组成的间隙型氢可以和许多过渡金属形成可变组成的间隙型氢化物，例如氢化物，例如PdHx、LaNi5Hx、FeTiHx等。由等。由于这些金属氢化物可以可逆地分解，从而得到于这些金属

18、氢化物可以可逆地分解，从而得到金属和氢气，因此是很好的储氢材料，它们的金属和氢气，因此是很好的储氢材料，它们的储氢量往往可以超过相同体积的液态氢。储氢量往往可以超过相同体积的液态氢。储氢材料储氢材料目前作为一种新型的显示材料，与集成电路目前作为一种新型的显示材料，与集成电路一起在图像显示技术上开创了新的方法，在一起在图像显示技术上开创了新的方法，在电光学、热化学、分子光谱等许多领域中有电光学、热化学、分子光谱等许多领域中有广泛的用途。广泛的用途。根据根据固体物质固体物质的组成原子的组成原子(分子、离子分子、离子)在空间排列是在空间排列是否否，可将可将固体物质固体物质分为晶态和非晶态。分为晶态和

19、非晶态。液晶液晶像晶体的液体像晶体的液体1888年奥地利的植物学家年奥地利的植物学家FReinitzer在作加热胆甾醇的在作加热胆甾醇的苯甲酸脂实验时发现，当加热使温度升高到一定程度苯甲酸脂实验时发现，当加热使温度升高到一定程度后，结晶的固体开始溶化，先生成一种呈混浊态的粘后，结晶的固体开始溶化，先生成一种呈混浊态的粘稠液体，并发出多彩而美丽的珍珠光泽。当再进一步稠液体，并发出多彩而美丽的珍珠光泽。当再进一步升温后，才变成透明的液体。升温后，才变成透明的液体。这种混浊态粘稠的液这种混浊态粘稠的液体是什么呢？体是什么呢？FReinitzer把这种粘稠而混浊的液体放把这种粘稠而混浊的液体放到偏光显

20、微镜下观察，发现这种液体具到偏光显微镜下观察，发现这种液体具有双折射性。有双折射性。后来后来,德国德国物理学家物理学家Otto Leimann把处于把处于“中间中间地带地带”的浑浊液体叫做液晶，简称为的浑浊液体叫做液晶，简称为“LC”(liquid crystal)。在这以后用它制成的液。在这以后用它制成的液晶显示器件被称为晶显示器件被称为LCD。液晶好比是既不象马。液晶好比是既不象马,又不象驴的骡子又不象驴的骡子,所以有人称它为所以有人称它为“有机界的骡有机界的骡子子”.结晶状的固体结晶状的固体各向同性的液各向同性的液体体中间相中间相 塑性晶体塑性晶体 液态晶体液态晶体圆球状圆球状位置有序，

21、方向位置有序，方向无无序序 晶格排列，不具流晶格排列，不具流动动性性长条状长条状、圆盘状圆盘状位置位置无无序，方向有序序，方向有序有流有流动动性性塑晶塑晶像液体的像液体的固体固体 液晶液晶像晶体的像晶体的液体液体液晶（液晶（LC：Liquid Crystal）液晶液晶（液态晶体的简称）（液态晶体的简称）像晶体的像晶体的液体液体叫液晶叫液晶液晶态：液晶态：是一种介于液体和晶体之间的中间态，是一种介于液体和晶体之间的中间态，也有人称其为物质的第四态。也有人称其为物质的第四态。液晶是一种同时具备液体的流动性和液晶是一种同时具备液体的流动性和晶体的规则排列晶体的规则排列特性的物质。特性的物质。既有液体

22、的流动性、粘度、形变等机械既有液体的流动性、粘度、形变等机械性质，又有晶体的热、光、电、磁等物理性质。性质，又有晶体的热、光、电、磁等物理性质。1888年，奥地利植物学家莱尼茨尔（年，奥地利植物学家莱尼茨尔（F.Reinitzer）首先首先发现了发现了液晶液晶 1968年，美国年，美国RCA公司海麦尔（公司海麦尔（G.H.Heilmeier）首先发现了首先发现了液晶的电光效应液晶的电光效应 1973年日本年日本SHARP公司制造出世界上第一个公司制造出世界上第一个液晶液晶显示器件显示器件（LCD：Liquid Crystal Device）小分子液晶小分子液晶:用于液晶显示器用于液晶显示器高分

23、子液晶高分子液晶:高强度纤维，用于防弹衣，高强度纤维，用于防弹衣，高功能塑料等。高功能塑料等。液晶的类型液晶的类型（按相对分子质量大小分）（按相对分子质量大小分）有液晶态的化合物条件：有液晶态的化合物条件：形状呈形状呈棒状棒状，长约数，长约数纳米，分子的长度约为宽度的纳米，分子的长度约为宽度的48倍，分子量倍，分子量为为200500 gmol-1的有机化合物才具有液晶态的有机化合物才具有液晶态。现已发现的有液晶特性的物质（主要是一些有机化现已发现的有液晶特性的物质（主要是一些有机化合物）有六七千种。合物）有六七千种。（1）热致液晶热致液晶（2）溶致液晶溶致液晶热致性液晶是依靠温度的变化，在某一

24、温度范围形热致性液晶是依靠温度的变化，在某一温度范围形成液晶态物质。成液晶态物质。将某些物质溶于水或有机溶剂中显示出液晶态将某些物质溶于水或有机溶剂中显示出液晶态 溶致液晶广泛存在于自然界，特别是生物体内。溶致液晶广泛存在于自然界，特别是生物体内。很多生物体的构造，例如大脑、神经、肌肉、很多生物体的构造，例如大脑、神经、肌肉、血液等生命的新陈代谢、知觉、信息传递等生血液等生命的新陈代谢、知觉、信息传递等生命现象都与溶致液晶有关命现象都与溶致液晶有关热致性液晶热致性液晶溶致性液晶溶致性液晶液晶的类型（按成因分）液晶的类型（按成因分）作为显示技术应用的液晶都是热致液晶。作为显示技术应用的液晶都是热

25、致液晶。流致性液晶流致性液晶压致性液晶压致性液晶除了这两类液晶物质外，人们还发现了在外力除了这两类液晶物质外，人们还发现了在外力场（压力、流动场、电场、磁场和光场等）作场（压力、流动场、电场、磁场和光场等）作用下可形成液晶。用下可形成液晶。例如聚乙烯在某一压力下可出现液晶态，是一例如聚乙烯在某一压力下可出现液晶态，是一种种压致性液晶压致性液晶。聚对苯二甲酰对氨基苯甲酰肼在施加流动场后聚对苯二甲酰对氨基苯甲酰肼在施加流动场后可呈现液晶态，因此属于可呈现液晶态，因此属于流致性液晶流致性液晶。（4）流致性液晶）流致性液晶（3）压致性液晶）压致性液晶根据分子排列的形式和有序性的不同，根据分子排列的形式

26、和有序性的不同，热致性液晶热致性液晶有三种结构类型：有三种结构类型：近晶型近晶型、向列型向列型和和胆甾型胆甾型。（见图）。（见图）。热致性液晶热致性液晶：在这类液晶中，液晶分子呈二维有序性：棒状分在这类液晶中，液晶分子呈二维有序性：棒状分子互相平行排列成层状，分子的长轴垂直于层子互相平行排列成层状，分子的长轴垂直于层状平面。状平面。分子可在本层内运动，但不能来往于分子可在本层内运动，但不能来往于各层之间。因此，层状结构之间可以相互滑移，各层之间。因此，层状结构之间可以相互滑移，而垂直于层片方向的流动却很困难。而垂直于层片方向的流动却很困难。近晶型液晶相近晶型液晶相近晶型液晶是所有液近晶型液晶是

27、所有液晶中最接近结晶结构晶中最接近结晶结构的一类，因此得名。的一类，因此得名。近晶型液晶的粘度与表面张力都较大，对外界近晶型液晶的粘度与表面张力都较大，对外界磁场、温度变化不敏感。磁场、温度变化不敏感。液晶分子液晶分子只有一维有序：分子长轴彼此平行但分子重只有一维有序：分子长轴彼此平行但分子重心分布无序、不分层，分子可以自由流动，分子在空心分布无序、不分层，分子可以自由流动，分子在空间排列成线状，始终平行某一方向间排列成线状，始终平行某一方向 向列型液晶向列型液晶流动性最大；对外界电磁、温度、应力变流动性最大；对外界电磁、温度、应力变化都很敏感，（目前显示器中应用最多的液晶材料）化都很敏感，（

28、目前显示器中应用最多的液晶材料）向列型液晶相向列型液晶相 液晶分子液晶分子排列成层，每层分子长轴方向相同，排列成层，每层分子长轴方向相同，且平行于层，但每层长轴方向转动变化，多且平行于层，但每层长轴方向转动变化，多层扭转成螺旋形层扭转成螺旋形胆甾型液晶胆甾型液晶通常具有彩虹般的漂亮颜色，并有通常具有彩虹般的漂亮颜色，并有极高的旋光能力。极高的旋光能力。胆甾型液晶相胆甾型液晶相在属于胆甾型液晶的物在属于胆甾型液晶的物质中，有许多是胆甾醇质中，有许多是胆甾醇的衍生物，因此得名。的衍生物，因此得名。现在发现，除了长棒型结构的液晶分子外，现在发现，除了长棒型结构的液晶分子外，还有一类液晶是由刚性部分呈

29、还有一类液晶是由刚性部分呈盘型的分子盘型的分子形形成。在形成的液晶中多个盘型结构叠在一起，成。在形成的液晶中多个盘型结构叠在一起，形成形成柱状结构柱状结构。盘型液晶盘型液晶分子排列呈圆盘状分子排列呈圆盘状没有电各向异性没有电各向异性有光学各向异性有光学各向异性在电的作用下，液晶分子的初始排列发生改变，从而在电的作用下，液晶分子的初始排列发生改变，从而使液晶的光学性质发生变化的现象使液晶的光学性质发生变化的现象 液晶的电光效应液晶的电光效应微小的外部能量微小的外部能量电场、磁场、应力、热能等就电场、磁场、应力、热能等就能实现液晶分子状态间的转变，从而引起液晶的光、能实现液晶分子状态间的转变，从而

30、引起液晶的光、电、磁等物理性质的各向异性的改变电、磁等物理性质的各向异性的改变 液晶的各向异性液晶的各向异性 液晶的应用物理性质液晶的应用物理性质液晶显示器液晶显示器玻璃基片玻璃基片彩色滤光片彩色滤光片TFTTFTTFT玻璃基片玻璃基片偏振片偏振片偏振片偏振片取向膜取向膜透明电极透明电极LCD的结构：将液晶夹在有导电能力的玻璃平板间，在的结构：将液晶夹在有导电能力的玻璃平板间，在两玻璃板间施加电压，利用电压控制液晶分子的排列方两玻璃板间施加电压，利用电压控制液晶分子的排列方式，进而控制背光灯管所发出之光的透射程度，利用这式，进而控制背光灯管所发出之光的透射程度，利用这种原理设计的显示器，叫液晶

31、显示器（种原理设计的显示器，叫液晶显示器（LCD）。）。这种液态光电显示材料，利用液晶的这种液态光电显示材料，利用液晶的电光效应电光效应把把电信号电信号转换成转换成字符字符、图像图像等可见信号。等可见信号。液晶显示器为什么能够成像呢？液晶显示器为什么能够成像呢？玻璃基片玻璃基片彩色滤光片彩色滤光片玻璃基片玻璃基片背背 光光 源源液晶在正常情况下液晶在正常情况下,其分子其分子排列很有秩序排列很有秩序,显得清澈透显得清澈透明明,一旦加上直流电场后一旦加上直流电场后,分分子的排列被打乱子的排列被打乱,进而控制进而控制背光灯管所发出之光的透射背光灯管所发出之光的透射程度，程度，因而能显示图象因而能显示

32、图象.在液晶显示器的屏幕上布满了发光点，每个发光在液晶显示器的屏幕上布满了发光点，每个发光点上有红、绿、蓝三种色素，透射光经三原色滤点上有红、绿、蓝三种色素，透射光经三原色滤光片后，就可产生各种色彩了。光片后，就可产生各种色彩了。液晶显示器的优点：液晶显示器的优点：相对相对CRT（Cathode Ray Tube）纯平显示器来纯平显示器来说，液晶显示器天生有拥有以下绝对优势：说，液晶显示器天生有拥有以下绝对优势：1、零辐射，低耗能，散热小。、零辐射，低耗能，散热小。LCD:通过扭转液晶像素中的液晶分子偏转角度实现画通过扭转液晶像素中的液晶分子偏转角度实现画面还原。面还原。CRT：内部具有超高压

33、元器件，：内部具有超高压元器件，由于高压导致由于高压导致的的x射线超标。射线超标。LCD:机器机器结构电路简单结构电路简单，模块化以及芯片的高集成化，模块化以及芯片的高集成化足以把电路工作时候产生的足以把电路工作时候产生的电磁辐射降到最低电磁辐射降到最低，能耗也，能耗也小，散热也小。小，散热也小。CRT显示器：由于考虑到散热，不得以在屏蔽罩上钻孔显示器：由于考虑到散热，不得以在屏蔽罩上钻孔导致辐射的泄露。导致辐射的泄露。2、纤薄轻巧、纤薄轻巧正是液晶显示器的出现，才令手提电脑的发明正是液晶显示器的出现，才令手提电脑的发明成为可能。同样，桌式液晶显示器虽然在体积成为可能。同样，桌式液晶显示器虽然

34、在体积以及重量上要比手提电脑的都要大一些，但是，以及重量上要比手提电脑的都要大一些，但是，相对那又笨又重的相对那又笨又重的CRT显示器来说就是小巫显示器来说就是小巫见大巫了。以见大巫了。以15英寸的显示器比较，英寸的显示器比较，CRT显显示器的深度一般接近示器的深度一般接近50厘米，而大白鲨最新推厘米，而大白鲨最新推出的液晶显示器出的液晶显示器NF-1500MA的深度却不到的深度却不到5厘厘米！米！3、保护眼睛，保护眼睛，强光线下清晰度高强光线下清晰度高液晶本身不发光，属于受光型显示器件，只是液晶本身不发光，属于受光型显示器件，只是反射环境光，显示画面稳定而不闪烁，反射环境光，显示画面稳定而不

35、闪烁，有利于有利于长时间的使用电脑，且长时间的使用电脑，且强光线下反射的图像反强光线下反射的图像反而更清晰。而而更清晰。而CRT属于主动发光型显示器件，属于主动发光型显示器件，萤光粉只在电子束轰击下才发光，即使以萤光粉只在电子束轰击下才发光，即使以85HZ的频率轰击萤光粉，在长时间盯着荧屏仍然会的频率轰击萤光粉，在长时间盯着荧屏仍然会因为萤光粉的闪烁而导致眼睛疲劳。因为萤光粉的闪烁而导致眼睛疲劳。塑晶塑晶像液体的像液体的固体固体一类具有一类具有塑性塑性的固态的固态晶体晶体。其特殊宏观性质。其特殊宏观性质与形态起源于，在一定温度条件下，晶体内与形态起源于，在一定温度条件下，晶体内分子间的排列虽仍

36、基本保持与三维点阵对应分子间的排列虽仍基本保持与三维点阵对应的周期性而得以维持晶体的基本特征的周期性而得以维持晶体的基本特征，但基，但基于其分子旋转势垒较低的特殊性，分子在平于其分子旋转势垒较低的特殊性，分子在平衡位置产生与旋转对应的取向无序的状态，衡位置产生与旋转对应的取向无序的状态，从而使从而使分子间较易产生滑动分子间较易产生滑动而导致晶体呈现而导致晶体呈现一定塑性。一定塑性。1984年，美国在市场上推出一种塑晶家庭取暖材料。年，美国在市场上推出一种塑晶家庭取暖材料。它和液晶相似，它和液晶相似，有晶体的三维周期性，但力学性质象有晶体的三维周期性，但力学性质象塑料。塑料。它能在恒定温度下通过

37、塑晶分子构型发生固它能在恒定温度下通过塑晶分子构型发生固-固固相变贮热、放热。塑晶在恒温相变贮热、放热。塑晶在恒温44时，白天吸收太阳时，白天吸收太阳能而贮存热能，晚上则放出白天贮存的热能。另外将能而贮存热能，晚上则放出白天贮存的热能。另外将塑晶熔化到玻璃和有机纤维墙板中可用于贮热，将调塑晶熔化到玻璃和有机纤维墙板中可用于贮热，将调整配比后的塑晶加入玻璃和纤维制成的墙板中，能制整配比后的塑晶加入玻璃和纤维制成的墙板中，能制冷降温。我国对塑晶也开展了一些实验研究，但尚未冷降温。我国对塑晶也开展了一些实验研究，但尚未实际应用。实际应用。塑晶贮热塑晶贮热稳稳 态：态：体系自由能最低的平衡状态。体系自

38、由能最低的平衡状态。亚稳态：亚稳态：体系高于平衡态时自由能的状态的一种非平衡。体系高于平衡态时自由能的状态的一种非平衡。同一化学成分的材料，其亚稳态时的性能不同于平同一化学成分的材料，其亚稳态时的性能不同于平衡态时的性能，而且亚稳态可因形成条件的不同而呈衡态时的性能，而且亚稳态可因形成条件的不同而呈多种形式，它们所表现的性能迥异，在很多情况下，多种形式，它们所表现的性能迥异，在很多情况下，亚稳态材料的某些性能会优于其处于平衡态时的性能，亚稳态材料的某些性能会优于其处于平衡态时的性能，甚至出现特殊的性能。因此，对材料亚稳态的研究不甚至出现特殊的性能。因此，对材料亚稳态的研究不仅有理论上的意义，更

39、具有重要的实用价值仅有理论上的意义，更具有重要的实用价值。纳米晶材料（纳米结构材料）是由（至纳米晶材料（纳米结构材料）是由（至少在一个方向上）尺寸为几个纳米的结少在一个方向上）尺寸为几个纳米的结构单元（主要是晶体）所构成。纳米晶构单元（主要是晶体）所构成。纳米晶材料是一种材料是一种非平衡态非平衡态的结构，其中的结构，其中存在存在大量的晶体缺陷大量的晶体缺陷。纳米材料也可由非晶。纳米材料也可由非晶物质组成。物质组成。由不同化学成分物相所组成的纳米晶材由不同化学成分物相所组成的纳米晶材料，通常称为纳米复合材料。料，通常称为纳米复合材料。2物理性能物理性能 非晶合金一般具有高的电阻率和小的电阻温非晶

40、合金一般具有高的电阻率和小的电阻温度系数前非晶合金最令人注目的是其优良的磁度系数前非晶合金最令人注目的是其优良的磁学性能，包括软磁性能和硬磁性能。此外，使学性能，包括软磁性能和硬磁性能。此外，使非晶合金部分晶化后可获得非晶合金部分晶化后可获得1020nm尺度的尺度的极细晶粒，因而细化磁畴，产生更好的高频软极细晶粒，因而细化磁畴，产生更好的高频软磁性能。有些非晶合金具有很好的硬磁性能，磁性能。有些非晶合金具有很好的硬磁性能，其磁化强度、剩磁、矫顽力、磁能积都很高，其磁化强度、剩磁、矫顽力、磁能积都很高，例如例如 NdFeB非晶合金经部分晶化处理后非晶合金经部分晶化处理后（1450nm尺寸晶粒）达

41、到目前永磁合金的尺寸晶粒）达到目前永磁合金的最高磁能积值，是重要的永磁材料。最高磁能积值，是重要的永磁材料。3化学性能化学性能 许多非晶态合金具有极佳的抗腐蚀性，许多非晶态合金具有极佳的抗腐蚀性，这是由于其结构的均匀性，不存在晶界、这是由于其结构的均匀性，不存在晶界、位错、沉淀相。以及在凝固结晶过程产位错、沉淀相。以及在凝固结晶过程产生的成分偏析等能导致局部电化学腐蚀生的成分偏析等能导致局部电化学腐蚀的因素。的因素。准晶的结构准晶的结构化学成份比较复杂化学成份比较复杂公认的：无规则网络学说公认的：无规则网络学说结构单元都是结构单元都是SiO44-四面四面体，即一个体，即一个Si原子被四原子被四

42、个个O原子所包围，这种原子所包围，这种四面体互相联结四面体互相联结,或由其或由其他金属离子沿顶角键合他金属离子沿顶角键合构成不规则的三维空间构成不规则的三维空间网络，缺乏长程有序性。网络，缺乏长程有序性。无固定熔点，无固定形态：无固定熔点，无固定形态：玻璃玻璃在一定温度范围内逐在一定温度范围内逐渐变软。在软化状态，可渐变软。在软化状态，可被吹制加工成各种不同的被吹制加工成各种不同的外形。外形。在在x射线衍射中表现为非晶态射线衍射中表现为非晶态熔融态的玻璃向固态玻璃体的转变，是在相当宽的温度范围内熔融态的玻璃向固态玻璃体的转变，是在相当宽的温度范围内逐渐完成的，随着温度的下降，玻璃熔融体愈变愈粘

43、，最后成逐渐完成的，随着温度的下降，玻璃熔融体愈变愈粘，最后成为机械固体，但始终没有新相出现，并且自由度不发生变化。为机械固体，但始终没有新相出现，并且自由度不发生变化。只与强碱反应只与强碱反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O易被易被HF酸腐蚀生成气体酸腐蚀生成气体SiF4：SiO2+4HF=SiF4+2H2O 化学性质稳定化学性质稳定。各向同性各向同性非晶体的玻璃，经过相当长的时间后，在它里面生成非晶体的玻璃，经过相当长的时间后，在它里面生成了微小的晶体了微小的晶体，形成透明性减弱的模糊斑点。这说明，形成透明性减弱的模糊斑点。这说明非晶体经过一定时间会自动变成晶体。非晶体经过一定

44、时间会自动变成晶体。内能高内能高没有晶界没有晶界性能可调控性能可调控 (组分调变，表面处理等技术组分调变，表面处理等技术)即在玻璃体内任何方向测得的热膨胀系数、导即在玻璃体内任何方向测得的热膨胀系数、导热系数、导电性、折光率以及机械性能等物理热系数、导电性、折光率以及机械性能等物理性质参数都是一致的，而晶体则是各向异性的。性质参数都是一致的，而晶体则是各向异性的。结构结构透明易碎透明易碎黑色类，它吸收了大部分的光子，但它不黑色类，它吸收了大部分的光子，但它不释放或释放少量光子。光的能量它以热能释放或释放少量光子。光的能量它以热能或其他能量形式储存起来或慢慢释放出来。或其他能量形式储存起来或慢慢

45、释放出来。玻璃一般都是由二氧化硅和硅酸盐所组成，这些分子玻璃一般都是由二氧化硅和硅酸盐所组成，这些分子对于光的吸收比较弱，所以光波很容易在玻璃体中穿对于光的吸收比较弱，所以光波很容易在玻璃体中穿过，我们看起来就是透明的了。过，我们看起来就是透明的了。透明透明小新，知道小新，知道什么是毛玻什么是毛玻璃么？璃么？就是长满毛就是长满毛的玻璃的玻璃毛玻璃就是毛玻璃就是表面凸凹不表面凸凹不平的玻璃平的玻璃当光线到达当光线到达这凸凹不平这凸凹不平的表面时的表面时光线就会发生光线就会发生凌乱的折射凌乱的折射这时人们就只这时人们就只看见光看见光当毛玻璃润当毛玻璃润湿后湿后表面的凸凹不表面的凸凹不平就消失而变平

46、就消失而变得平滑了得平滑了而水和玻璃的而水和玻璃的折射率相近折射率相近光线在凸凹的光线在凸凹的玻璃面上的折玻璃面上的折射度减小，而射度减小，而会保持原来的会保持原来的规则规则所以就能看清玻璃对面的图像了所以就能看清玻璃对面的图像了易碎易碎由于结构内部缺少能发由于结构内部缺少能发生滑动的平面，缺少可生滑动的平面，缺少可变形性。变形性。玻璃的分类及应用玻璃的分类及应用分类分类氧化物玻璃氧化物玻璃金属玻璃金属玻璃半导体玻璃半导体玻璃特种玻璃特种玻璃硅酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等磷酸盐玻璃等 氧化物玻璃（传统统称的玻璃）氧化物玻璃（传统统称的玻璃）在熔融时能形成连续网络结

47、构的在熔融时能形成连续网络结构的氧化物氧化物，如，如氧化硅、氧化硅、氧化硼氧化硼、氧化氧化磷等，其熔融体在冷却磷等，其熔融体在冷却过程过程中中粘度粘度逐渐增大并逐渐增大并硬化硬化而不而不结晶结晶，都能成，都能成为玻璃体。为玻璃体。硅酸盐玻璃硅酸盐玻璃硅酸盐玻璃指基本成分硅酸盐玻璃指基本成分为为SiO2的玻璃，其品种的玻璃，其品种多多，用途广。，用途广。用途：用途：化学仪器化学仪器；高压水银灯、紫外灯等的灯高压水银灯、紫外灯等的灯壳；壳；光导纤维光导纤维等。等。钠钙玻璃系。以钠钙玻璃系。以SiO2含量为主，还含有含量为主，还含有15的的Na2O和和16的的CaO，其成本低廉，其成本低廉，易成型，

48、适宜大规模生产，其产量占实易成型，适宜大规模生产，其产量占实用玻璃的用玻璃的90。可生产玻璃瓶罐、平板。可生产玻璃瓶罐、平板玻璃、器皿、灯泡等。玻璃、器皿、灯泡等。膨胀系数小、耐酸碱、强度大、滤光膨胀系数小、耐酸碱、强度大、滤光 SiO2含量大于含量大于99.5 石英玻璃石英玻璃硼酸盐玻璃以硼酸盐玻璃以 B2O3为主要成分，熔融温为主要成分，熔融温度低，可抵抗钠蒸气腐蚀。度低，可抵抗钠蒸气腐蚀。磷酸盐玻璃以磷酸盐玻璃以 P2O5为主要成分，折射率为主要成分，折射率低、色散低，用于光学仪器中。低、色散低，用于光学仪器中。以以 SiO2和和B2O3为主要成分，具有良好的耐热性为主要成分，具有良好的

49、耐热性和化学稳定性，用以制造烹饪器具、实验室仪和化学稳定性，用以制造烹饪器具、实验室仪器、金属焊封玻璃等。器、金属焊封玻璃等。硼硅酸盐玻璃硼硅酸盐玻璃以以SiO2和和Al2O3为主要成分，软化变形温度高，为主要成分，软化变形温度高，用于制作放电灯泡、高温玻璃温度计、化学燃用于制作放电灯泡、高温玻璃温度计、化学燃烧管和玻璃纤维等。烧管和玻璃纤维等。铝硅酸盐玻璃铝硅酸盐玻璃二元硅酸盐玻璃二元硅酸盐玻璃:金属玻璃金属玻璃一般由熔融的金属迅速冷却而制得一般由熔融的金属迅速冷却而制得 由于突然冷却，液体来不及结晶，于是原子便由于突然冷却，液体来不及结晶，于是原子便成无序排列状态了。要生产出成无序排列状态

50、了。要生产出“金属玻璃金属玻璃”，冷却的速度需要很快。纯金属：冷却的速度需要很快。纯金属：10001000度度/秒秒 对科学家来讲，玻璃是任何能从液体冷却成固体对科学家来讲，玻璃是任何能从液体冷却成固体而无结晶的材料。而无结晶的材料。金属玻璃金属玻璃既有金属和玻璃的优点既有金属和玻璃的优点,又克服了它又克服了它们各自的弊病如玻璃易碎们各自的弊病如玻璃易碎,没有延展性金没有延展性金属玻璃的强度却高于钢属玻璃的强度却高于钢,硬度超过高硬工具钢硬度超过高硬工具钢,且具有一定的韧性和刚性且具有一定的韧性和刚性,所以所以,人们赞扬金人们赞扬金属玻璃为属玻璃为“敲不碎、砸不烂敲不碎、砸不烂”的的“玻璃之玻