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第一篇 固体无机化学基础3

第1章 绪论3

1.1固体化学与固体无机化学3

1.1.1固体化学3

1.1.2固体无机化学的研究内容4

1.2固体无机化学与相关学科8

进一步阅读的参考书9

第2章 凝聚体系相图及其应用11

2.1相平衡与相律11

2.1.1相与相平衡12

2.1.2相律13

2.2单组分体系相图14

2.2.1压力-温度相图14

2.2.2两相平衡线的变化趋势16

2.3二组分凝聚体系相图16

2.3.1几种典型的无固溶体体系相图16

2.3.2几种典型的固溶体体系相图21

2.4二组分凝聚体系相图在材料化学中的应用26

2.4.1单晶的制备27

2.4.2多晶材料的制备29

2.4.3二元组成-温度相图的测定和新化合物的探索30

2.5三组分凝聚体系相图简介38

2.5.1概述38

2.5.2三组分凝聚体系相图40

2.5.3简单三组分凝聚体系相图类型45

2.5.4三组分体系相图的应用56

进一步阅读的参考书59

思考题60

习题60

第3章 晶体结构的对称性63

3.1晶体的特征63

3.1.1晶体的宏观特征63

3.1.2晶体的微观特征65

3.1.3晶面指标与晶面间距67

3.2对称操作、对称元素和晶体学点群70

3.2.1对称操作和对称元素70

3.2.2晶体学点群71

3.3晶系与晶体的空间点阵形式81

3.4晶体的微观对称元素和空间群84

3.4.1晶体的微观对称元素84

3.4.2螺旋旋转与滑移反映对称操作的矩阵表示88

3.4.3晶体的空间群90

3.5空间群的应用99

3.5.1在晶体结构测定中的应用99

3.5.2晶体结构的表征101

进一步阅读的参考书108

思考题109

习题110

第4章 结晶化学115

4.1晶体结构类型115

4.1.1定义115

4.1.2结构类型命名116

4.1.3结构类型分类［48］116

4.2晶体的结构化学式［48］118

4.2.1整体结构联结形式的表示118

4.2.2部分结构联结形式的表示119

4.2.3单个原子的配位环境120

4.3元素的晶体结构123

4.3.1金属元素结构123

4.3.2遵循8-N规则的元素结构124

4.4离子键与离子化合物124

4.4.1离子键124

4.4.2离子键化合物125

4.4.3离子的极化和键型变异128

4.4.4离子半径129

4.4.5 Pauling规则130

4.5共价键与固体共价化合物131

4.5.1共价键131

4.5.2正常价键化合物［51]132

4.5.3广义价键化合物［51］与Zintl化合物［52］133

4.5.4四面体结构化合物［54］138

4.6混合键型化合物141

4.6.1范德华键与分子晶体141

4.6.2氢键142

4.7金属键与金属间化合物145

4.7.1金属键145

4.7.2金属间化合物［56］146

4.7.3复杂金属间化合物［58］148

4.7.4结构的交叠生长［60］150

进一步阅读的参考书151

思考题152

习题153

第5章 固体相变155

5.1相变的热力学分类与序参量156

5.1.1相变的热力学分类156

5.1.2序参量160

5.1.3有序—无序相变的条件163

5.2相变热力学163

5.2.1相平衡及吉布斯自由能—组成曲线163

5.2.2吉布斯自由能—组成曲线的应用167

5.2.3其他相变理论介绍172

5.2.4材料性质与有序—无序相变176

5.3相变动力学178

5.3.1不连续相变和连续相变178

5.3.2新相核的形成和长大178

5.3.3固态相变动力学的特征187

5.3.4等温相变动力学方程187

5.3.5变温相变动力学介绍194

5.4相变晶体学195

5.4.1相变按原子迁动特征分类195

5.4.2有序—无序相转变的晶体结构199

5.4.3固体相变中的母群与子群的关系203

5.4.4马氏体相变207

5.5晶格振动与相变208

5.5.1晶格振动的基础知识208

5.5.2晶格振动与相变212

进一步阅读的参考书216

思考题216

习题217

第6章 固体材料电子结构的量子化学研究方法219

6.1量子化与原子轨道219

6.1.1波粒二象性的产生219

6.1.2量子化的产生222

6.1.3氢原子的电子轨道226

6.1.4电子的自旋及填充规律229

6.2从原子到分子231

6.2.1氢分子体系231

6.2.2成键三原则234

6.2.3电荷与成键235

6.3晶态固体材料的量子化学模型236

6.3.1四个氢原子组成的分子链236

6.3.2有限长链体系的处理239

6.4晶体材料的布里渊区和能带240

6.4.1理想晶体的结构特点240

6.4.2能带的产生241

6.4.3二维和三维晶体的能带与布里渊区245

6.4.4态密度和费米能级247

6.5原子轨道态密度及轨道相互作用248

6.5.1原子体系从有限到无穷248

6.5.2原子轨道在哪里—晶态材料中的轨道组成分析249

6.5.3单胞的选取与能带的关系251

6.5.4轨道间的相互作用253

6.5.5原子堆积方式与能量的稳定性254

6.6固体与表面254

6.6.1固体中的理论研究与分析［74］254

6.6.2固体的表面258

6.7导电性和磁性262

6.7.1导电性262

6.7.2固体中的磁性267

6.8计算程序和实例270

6.8.1固体量子化学计算程序的一般处理过程270

6.8.2一些常用程序的介绍273

进一步阅读的参考书285

第7章 固体中的缺陷与非化学计量化合物287

7.1实际晶体的点缺陷288

7.1.1点缺陷的分类与表示289

7.1.2点缺陷反应方程式的书写原则295

7.1.3点缺陷的局域能级296

7.1.4本征点缺陷的化学平衡302

7.1.5气氛对本征点缺陷浓度的影响304

7.1.6杂质对缺陷平衡的影响313

7.2固溶体化学321

7.2.1固溶体的特点321

7.2.2固溶体的分类322

7.2.3取代型固溶体的生成机理323

7.2.4固溶反应方程式的书写原则323

7.2.5影响取代型固溶体固溶度的因素325

7.3晶体中的线缺陷331

7.3.1刃位错332

7.3.2伯格斯矢量和螺型位错333

7.3.3晶体中的线缺陷334

7.4晶体中的面缺陷335

7.4.1晶体的表面335

7.4.2晶体的界面337

7.5非化学计量化合物及其缺陷结构339

7.5.1扩展缺陷339

7.5.2非化学计量化合物341

进一步阅读的参考书349

思考题349

习题350

第8章 非晶态固体353

8.1非晶态固体的一般特点354

8.1.1玻璃的形成特点354

8.1.2玻璃转变温度和黏度355

8.1.3玻璃的热历史和弛豫358

8.1.4玻璃态与液态的区别360

8.2非晶态固体的结构361

8.2.1玻璃态的近程有序（玻璃对于熔体结构的继承性）361

8.2.2经典的玻璃结构理论363

8.2.3其他非晶态固体的结构模型372

8.3非晶态固体的形成条件（玻璃化条件）374

8.3.1形成的动力学条件374

8.3.2形成的结晶化学条件377

8.4非晶态固体的晶化380

8.4.1成核理论380

8.4.2晶体的生长模型384

8.5玻璃态固体中的分相387

8.5.1分相的热力学理论388

8.5.2玻璃分相的动力学390

8.5.3玻璃分相的本质原因—结构因素393

8.5.4分相对于晶化的影响395

8.6非晶态固体材料简介396

8.6.1玻璃及有控制的晶化材料—微晶玻璃396

8.6.2非晶态金属399

进一步阅读的参考书401

思考题402

第9章 无机固体材料的合成与制备403

9.1概述403

9.1.1固态反应的类型403

9.1.2固态反应的机理406

9.2高温固相反应413

9.2.1成核和长大414

9.2.2影响固态反应的措施416

9.3软化学合成418

9.3.1前驱体类型与其化学反应419

9.3.2拓扑化学反应423

9.3.3水热与溶剂热合成428

9.3.4化学气相输运反应433

9.4特殊合成方法434

9.4.1微波辐射合成和烧结434

9.4.2燃烧合成437

9.4.3电化学合成439

9.5单晶的制备440

9.5.1制备单晶方法的分类440

9.5.2用化学气相输运法制备单晶442

9.5.3由溶液生长443

9.5.4由熔体生长446

9.6材料的制备448

9.6.1烧结过程448

9.6.2薄膜的制备453

9.6.3纳米粉体制备454

进一步阅读的参考书455

思考题456

第二篇 无机新材料的设计合成459

第10章 热收缩化合物与超低膨胀材料459

10.1热膨胀性质的物理基础461

10.1.1热膨胀系数461

10.1.2热力学格林艾森函数462

10.1.3非立方晶系的格林艾森函数463

10.1.4晶格热振动的准一谐振近似464

10.2固体的热收缩机理465

10.2.1键长465

10.2.2热收缩机理466

10.3复杂结构的热振动模型473

10.3.1刚性单元振动模型和准刚性单元振动模型473

10.3.2最大体积模型475

10.3.3结构块的耦合旋转模型476

10.3.4铁电—顺电相变模型477

10.4重要热收缩化合物结构及热膨胀性质的调制479

10.4.1 ZrW2O8热收缩化合物及其相似结构［154］479

10.4.2立方AM2O7（A=Th，Zr，Hf，Sn；M=P，V）［169］483

10.4.3 Sc2（WO4）3及其相似结构的晶体484

10.4.4硅酸盐结构及其固溶体486

10.4.5磷酸盐及其固溶体487

10.4.6钙钛矿结构铁电材料487

10.5其他热收缩效应488

进一步阅读的参考书489

第11章 热电材料的设计合成491

11.1热电材料简介491

11.1.1热电设备及热电材料491

11.1.2导电材料的热电效应492

11.1.3热电性能指数494

11.2热电材料的现状与发展495

11.2.1典型热电材料的研究与改性495

11.2.2纳米及薄膜热电材料498

11.2.3新颖热电材料的设计与改性504

11.3理论研究对热电材料的指导作用505

11.3.1热电性质计算的理论基础505

11.3.2当前理论研究的缺点或应用的困难510

11.3.3能从理论上的计算中得到什么512

第12章 无机二阶非线性光学材料的研究进展517

12.1非线性光学简介517

12.2非中心对称结构与晶体材料的物理性质518

12.3一些典型的无机二阶非线性光学材料519

12.4新型无机非线性光学晶体的结构设计523

12.4.1硼酸盐体系的拓展523

12.4.2金属亚硒（碲）酸盐类非线性光学材料525

12.4.3金属碘酸盐类非线性光学材料528

12.5总结与展望533

思考题534

第13章 透明陶瓷与发光材料535

13.1透明陶瓷535

13.1.1透光率的影响因素536

13.1.2透明陶瓷的制备方法537

13.1.3各种透明陶瓷的制备538

13.2发光陶瓷材料540

13.2.1闪烁光学材料的设计合成540

13.2.2透明闪烁陶瓷551

13.2.3透明激光陶瓷555

13.3频率转换发光玻璃陶瓷复合材料560

13.3.1影响玻璃陶瓷透光性的主要因素561

13.3.2透明玻璃陶瓷的制备技术561

13.3.3几种重要的光功能透明玻璃陶瓷562

进一步阅读的参考书567

第14章 锂离子电池正极材料的设计合成569

14.1锉离子电池概述570

14.1.1锂离子电池的发展史570

14.1.2锉离子电池的构造571

14.1.3正极材料的种类574

14.2层状岩盐型氧化物的正极材料576

14.2.1 LiCoO2576

14.2.2 LiNiO2577

14.2.3 Ni-Co-Mn三元系579

14.3锰酸锂正极材料—尖晶石型锰酸锂580

14.4橄榄石型正极材料582

进一步阅读的参考书584

思考题584

第15章 多孔材料催化剂的合成与制备585

15.1引言585

15.2微孔分子筛的制备及催化性质586

15.2.1微孔分子筛的制备587

15.2.2微孔分子筛的催化性质591

15.3介孔分子筛的制备及催化性质594

15.3.1介孔分子筛的制备595

15.3.2介孔分子筛的催化性质597

15.4小结598

进一步阅读的参考书598

附录601

附录1 晶体中点对称元素的部分基本点对称操作的矩阵表示601

附录2 32个晶体学点群的极射赤平投影图603

附录3 230种晶体学空间群的符号605

附录4 有效离子半径608

附录5 物理化学常数613

索引615