2014《材料科学基础》考试纲要

本课程考试要求学生了解并掌握材料的基本概念、材料科学的基础理论问题；了解和掌握包括金属材料、无机非金属材料以及半导体及功能材料在内的基础知识；掌握晶体结构、晶体的不完整性、固溶体、非晶态固体的基础知识与基本理论；掌握材料内的质点运动与电子运动的基本规律及基础理论。

一、考试内容

1．晶体结构

1.1晶体学基础：

(1)空间点阵：空间点阵的概念、晶胞、晶系、布拉菲点阵、晶体结构与空间点阵。

(2)晶向指数和晶面指数：晶向指数、晶面指数、六方晶系指数、晶带、晶面间距。

(3)晶体的对称性：对称要素、点群、单形及空间群

1.2晶体化学基本原理

(1) 电负性

(2)晶体中的键型：金属结合（金属键）、离子结合（离子键）、共价结合（共价键）、范德瓦耳斯结合（分子间键）、氢键

(3)结合能和结合力

(4)原子半径

1.3典型晶体结构

(1)金属晶体：晶体中的原子排列及典型金属晶体结构、晶体中原子间的间隙

(2)共价晶体

(3) 离子晶体：离子堆积与泡林规则、典型离子晶体结构分析

(4)硅酸盐晶体：硅酸盐的分类、硅酸盐矿物结构、岛状结构、环状结构、链状结构、层状结构、骨架状结构

(5)高分子晶体：高分子晶体的形成、高分子晶体的形态

2. 晶体的不完整性

2.1点缺陷

(1)点缺陷的类型：热缺陷、组成缺陷、电荷缺陷、非化学计量结构缺陷

(2)点缺陷的反应与浓度平衡：热缺陷、组成缺陷和电子缺陷、非化学计量缺陷与色心

2.2位错

(1)位错的结构类型：刃型位错、螺型位错、混合型位错、Burgers回路与位错的结构特征、位错密度

(2)位错的应力场：位错的应力场、位错的应变能与线张力、位错核心

(3)位错的运动：位错的滑移、位错攀移、位错的滑移、位错攀移

(4)位错与缺陷的相互作用：位错之间的相互作用、位错与点缺陷的相互作用。

(5)位错源与位错增殖：位错的来源、位错的增殖

2.3表面、界面结构及不完整性

(1)晶体的表面：表面力场、晶体表面状态、晶体表面的不均匀性

(2)晶界：晶界几何、小角度晶界、大角度晶界、晶界能、孪晶界、晶界的特性

3.固溶体

3.1影响固溶度的因素

(1)休姆-罗瑟里(Hume-Rothery)规律

(2) 尺寸因素

(3)电价因素

(4)电负性因素

3.2固溶体各论

(1)置换固溶体

(2)间隙固溶体

(3)有序固溶体：短程有序-微观不均匀性、长程有序

(4)固溶体的理论分析与计算

(5)中间相：电子化合物、间隙相、间隙化合物、拓扑密堆相

4.非晶态固体

4.1非晶态固体的特征与表述

(1)非晶态固体的结构特征

(2) 非晶态固体的结构表征函数：径向分布函数RDF、结构描述参数

(3)非晶态固体的短程序：化学短程序（CSRO）、几何短程序(GSRO)与局域结构参数

4.2非晶态半导体

(1) 非晶半导体的结构模型

(2)非晶半导体的微结构

4.3非晶态金属

(1) 非晶态金属和合金的结构模型

(2) 非晶态金属的微结构：几何微结构、化学微结构、磁各向异性与微结构

4.4玻璃

(1)玻璃结构理论：玻璃结构的无规网络学说、玻璃结构的微晶子学说、常见玻璃的微观结构

(2)玻璃的转变

(3) 玻璃化的条件：热力学与动力学条件、结晶化学条件

4.5非晶态高分子

(1)非晶态高分子的结构模型：无规线团模型、局部有序模型

(2)玻璃化转变

5.固体材料中的质点运动与迁移

5.1晶格中原子的运动与扩散

(1)热缺陷的运动、产生与复合

(2)基本扩散定律-菲克定律：稳态扩散-菲克第一定律的应用、非稳态扩散-菲克第（二）定律的应用

(3)扩散系数：自扩散系数、偏扩散系数、交互扩散系数

5.2扩散机制及影响扩散的因素

(1)扩散机制：置换扩散、间隙扩散、表面与晶界扩散、位错扩散。

(2)影响扩散的因素：温度的影响、扩散介质结构的影响、扩散物质的影响、第三组元的影响、位错和界面扩散的影响、外场作用的影响

6. 固体材料的晶格振动与电子运动

6.1晶格振动与热性质

(1)晶格的振动：一维原子链的振动、三维晶格的振动、晶格振动的长波分析

(2)晶格振动与热过程：爱因斯坦和德拜比热理论、晶格的热膨胀、晶格的热传导

6.2晶体中的电子运动与能带理论

(1)一维周期场中的电子运动与能带

(2)三维周期场中的电子运动与能带、

(3)电子运动的速度与加速度

(4)电子导电与能带模型

二、建议参考书：

材料科学基础，杜丕一，潘颐，中国建筑材料工业出版社，（2002），2004