Ôn tập Cơ sở khoa học vật liệu - ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh

Ôn tập Cơ sở khoa học vật liệu - ThS. Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh cung cấp cho học viên những kiến thức về các khái niệm, cấu trúc tinh thể, chất rắn vô định hình, biểu đồ pha và ứng dụng, ứng xử cơ học của vật liệu, tính chất vật liệu, vật liệu composite,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

CƠ SỞ KHOA HỌC VẬT LIỆU ThS Nguyễn Ngọc Trí Huỳnh 5/2016 Ý NGHĨA – MỤC TIÊU Lý thuyết Thực nghiệm Tại sao? Làm nào? Làm gì? Ý NGHĨA – MỤC TIÊU Lý thuyết Chứng minh Thực nghiệm Các lý thuyết chứng minh NỘI DUNG CHÍNH • Các khái niệm • Cấu trúc tinh thể • Chất rắn vơ định hình • Biểu đồ pha ứng dụng • Ứng xử học vật liệu • Tính chất vật liệu • Vật liệu composite NỘI DUNG CHÍNH • Các khái niệm • Cấu trúc tinh thể • Chất rắn vơ định hình • Biểu đồ pha ứng dụng • Ứng xử học vật liệu • Tính chất vật liệu • Vật liệu composite NỘI DUNG CHÍNH CẤU TRÚC TINH THỂ HÌNH HỌC TINH THỂ • Đối xứng • Nút, phương, mặt, số Miller • Nhiễu xạ tia X HĨA HỌC TINH THỂ • Bán kính ngun tử, bán kính ion • Mật độ • Lỗ trống • Số phối trí, đa diện phối trí • Sai sót cấu trúc, mơ hình mạng phẳng HĨA LÝ TINH THỂ • Nhiệt động học kết tinh HÌNH HỌC TINH THỂ Hệ tinh thể Dạng ô mạng sở Ba nghiêng P Đặc tính ô mạng sở abc       900 Một nghiêng P, C abc  =  = 900   900 Trực thoi P, C, I, F abc  =  =  = 900 Ba phương P a=b=c  =  =   900 Sáu phương P a=bc  =  = 900  =1200 Bốn phương P, I a=bc  =  =  = 900 Lập phương P, I, F a=b=c  =  =  = 900 HÌNH HỌC TINH THỂ Hệ tinh thể nghiêng nghiêng Trực thoi Yếu tố đối xứng trục bậc 2/1 mặt gương trục quay bậc 2/1 trục quay bậc mặt gương phương trục quay bậc phương trục quay bậc phương trục quay bậc trục quay bậc Lập phương trục quay bậc Tổng Nhóm cấu Nhóm Mạng trúc không điểm Bravais gian 2 3 13 59 5 68 18 32 14 27 36 230 HÌNH HỌC TINH THỂ • Có 14 dạng mạng không gian (ô mạng Bravais) chia thành hệ tinh thể • Cấu trúc tinh thể phép đối xứng chất điểm 32 phép đối xứng không gian 14 mạng Bravais 230 nhóm khơng gian tinh thể HÌNH HỌC TINH THỂ ĐỐI XỨNG HĨA LÝ TINH THỂ • Giả sử tinh thể silic lý tưởng gồm nguyên tử silic vị trí cân • Nếu tinh thể có lỗ trống vị trí nguyên tử silic tạp chất As thay vào lỗ trống • Mơ tả q trình hệ thống ký hiệu Krưger – Vink HĨA LÝ TINH THỂ • Theo hệ thống ký hiệu Krưger – Vink, ta có mơ tả sau: Ngun tử Si vị trí cân Lỗ trống vị trí ngun tử Si, có điện tích hiệu dụng +4 Tạp chất As thay vào lỗ trống mạng tinh thể silic Electron tự SiSix VSi AsSi/ e • Q trình mơ tả sau: As  VSi  AsSi/  AsSi  e • Kết nguyên tử As thay vào nút mạng silic, làm dư electron tự HÓA LÝ TINH THỂ • Một q trình tinh thể kẽm oxit mơ tả qua phương trình “giả hóa học” hệ thống ký hiệu Krưger – Vink • Giải thích q trình Zn xZn 1 x   O  O2 +Zn i  O2 +Zn  +2e i 2 x O HÓA LÝ TINH THỂ Zn xZn 1 x   O  O2 +Zn i  O2 +Zn  +2e i 2 x O • Với kích thích đó, nguyên tử khí oxy tạo ra, tách khỏi mạng • ngun tử kẽm vào vị trí mạng tinh thể Nguyên tử kẽm sau tạo thành ngun tử kẽm mạng có điện tích hiệu dụng +2 hai electron tự • Quá trình q trình tạo sai sót mạng tinh thể kẽm oxit HÓA LÝ TINH THỂ • Một q trình tinh thể AgCl mơ tả qua phương trình “giả hóa học” hệ thống ký hiệu Krưger – Vink • Giải thích q trình x / Ag Ag  Vix  Ag i +VAg HĨA LÝ TINH THỂ Khi bị kích thích (tác dụng nhiệt): • Một phần bạc chuyển vào vị trí nút mạng • Tạo tâm cho electron, lỗ trống vị trí nút Ag mang điện tích hiệu dụng -1 HÓA LÝ TINH THỂ HÓA LÝ TINH THỂ Nhiệt động học kết tinh HĨA LÝ TINH THỂ • Nếu đồng có nhiệt độ nóng chảy 1085oC biết nhiệt nóng chảy sức căng bề mặt đồng -1,77x109J/m3 0,2J/m2 • Giả thuyết đồng tạo mầm kết tinh 849oC, tính kích thước chuẩn số nguyên tử đồng mầm • Cho biết đồng cấu trúc lập phương tâm mặt (FCC) bán kính ngun tử 0,128nm HĨA LÝ TINH THỂ • Giả thuyết mầm đồng dạng hình cầu, ta có: 2 r  G *  Tm    r      H f  Tm  T    0,  (1085  273)    * r    1085  849   1, 77  10    *  1,3 109 m  1,3nm HÓA LÝ TINH THỂ • Giả sử nguyên tử đồng đồng dạng hình cầu, ta tích ngun tử đồng: 4 VCu  R    0,128   8, 785 103 nm3 3 • Trong cấu trúc FCC, tỷ số xếp chặt 0,74 • Số nguyên tử đồng mầm: N Cu   r *  0, 74  VCu 1,33  0, 74   775nguyeân tử / mầm 3 8, 785 10 HĨA LÝ TINH THỂ • Tính kích thước chuẩn lượng tự hoạt hóa sắt q trình tạo mầm đồng thể (mức nhiệt lạnh 295oC) • Biết nhiệt nóng chảy (ở 1538oC) sức căng bề mặt sắt -1,85x109J/m3 0,204J/m2 • Xác định số nguyên tử mầm tinh thể có kích thước chuẩn, biết sắt trường hợp có cấu trúc lập phương tâm khối (BCC) với thơng số mạng 0,292nm HĨA LÝ TINH THỂ • Giả thuyết mầm đồng dạng hình cầu, ta có: 2 r  G *  Tm    r      H f  Tm  T    0, 204  (1538  273)    * r    295   1,85  10    *  1,35 109 m  1,35nm HĨA LÝ TINH THỂ • Ta có lượng ΔG*:   16  32    * G    2     G v    16  Tm  *  G   2   H  f   Tm  T  16 0, 2043  1538  273      *    G   2     295    1,85  10      G*  1,57 1018 J HÓA LÝ TINH THỂ • Sắt có cấu trúc BCC, thể tích sở a3 • Ta có số sở mầm: 4 * r  1,353 N uc  3 3 a 0, 292  N uc  414ôcơ sở • Trong sở BCC, có ngun tử Fe • Suy tổng số nguyên tử Fe mầm: N Fe  N uc   828nguyên tử “Hãy theo đuổi ưu tú, thành công theo đuổi bạn” ... xử học vật liệu • Tính chất vật liệu • Vật liệu composite NỘI DUNG CHÍNH • Các khái niệm • Cấu trúc tinh thể • Chất rắn vơ định hình • Biểu đồ pha ứng dụng • Ứng xử học vật liệu • Tính chất vật. .. Nghịch đảo Khử mẫu x -1 /3 -3 -3 y -1 /2 -2 -2 z 1/2 2 Chỉ số Miller mặt (A) (322) HÌNH HỌC TINH THỂ z 1/2 1/2 1/2 x (B) Giao điểm Nghịch đảo Khử mẫu x 1/2 2 1/2 y ∞ 0 y z -1 /2 -2 -2 Chỉ số Miller... Gốc vector Hiệu Khử mẫu x 1 y 1/2 -1 /2 -1 z 1/2 -1 /2 -1 Chỉ số phương