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材料科学物质的形态与晶体基础介绍
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物质的形态 就目前的科学水平，认为世界上所有的物质都可以初步归纳为两种基本的存在形态： “实物”和“场”。 “实物”具有的共同特点是：质量集中在某一空间，一般有比较确定的界面（例如水，岩石等，空气虽然界面模糊，但它是由很多个质量集中，界面确定的微观粒子构成的，因此空气也是实物）。 “场”是一种看不见摸不着的物质，它可以充满全部空间，它具有“可入性”。例如电磁波，力场等。可以概括地说，“场”是实物之间进行相互作用的物质形态。 晶体：构成物质的原子或分子，在空间中按一定规律周期性排列，间隔一定的距离会重复出现，这种原子或分子的排列宏观上构成了物质的晶体。具有三维空间的周期性和对称性，这是晶体结构中最基本的特征。 实物的基本形态分类 常见和熟知的实物形态有固态、液态和气态三种，随着近年科学的发现，实物形态还包括非晶态，液晶态，超固态，超流态，等离子态，中子态等等。 实物这种形态的分类是按照其构成的分子或原子的集合形式来划分的，并且随着研究的深入，人们逐渐发现这些形态之间并没有非常明确的界限，他们之间都有一个过渡阶段，在每一个过渡带里面容易获得新的发现，并且被科学家们总结为新的物质形态，而常见的固态、液态、气态只是所有这些形态中，比较宽泛的过渡比较明显的三种分类。 什么是实物的晶体形态 晶体形态属于固态范畴，是物质在固态下其分子原子的一种结合与凝聚形式。 在晶体形态下物质，其原子或分子在空间中按一定规律周期性重复排列。因此晶体的结构在微观上具有三维空间的周期性和对称性，这种周期性和对称规律是晶体结构中最基本的特征。由于微观的规则与对称性，晶体在宏观下也容易体现出一些对称和平整规则的几何形状，例如食盐颗粒，蓝宝石等，我们分别称之为氯化钠晶体，Al2O3晶体。 晶体、非晶与液晶的区别 晶体的原子排列具有严格的平移周期性和对称性。材料科学领域称之为长程有序结构，就是指在整个宏观晶体范围内都按照相同的周期对称排列规律进行排列，体现了物质整体结构上的高度有序。 非晶态严格上说，可以理解为一种极度粘稠的液体，最常见的非晶是玻璃，石蜡。其结构特点在材料科学领域称之为短程有序，长程无序。这是指在很小的范围内原子排列与晶体类似具有一定周期对称特点，称为晶区，但是整体结构上不体现周期性和对称性。每个晶区之间大多通过范德华力或者其他复杂的相互作用而结合在一起。常见的非晶态例如玻璃，与晶态相比，他们标志性的区别就是非晶态物质没有固定熔点，而晶态物质有固定的熔点。可以理解为因为非晶态物质的熔化是不同晶区和非晶区结构转变相互协调的一个过程，相比于晶态的只有一个晶区而已，其过程要漫长和复杂的多。 液晶态是一种处于结晶态和液态之间的形态。它除了兼有液体和晶体的某些性质（如流动性、各向异性等）外，还有其独特的性质例如光学特性，电磁场敏感特性等。日常适当浓度的肥皂水溶液就是一种液晶。液晶可分为两大类：只存在于某一温度范围内的液晶相称为热致液晶；某些化合物溶解于水或有机溶剂后而呈现的液晶相称为溶致液晶。液晶的分子有盘状、碗状等形状，但多为细长棒状。 |
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