1、2.7 固態相變本節僅了解固態相變的主要類型和基本節僅了解固態相變的主要類型和基本特點。本特點。 n固態相變：固態物質在溫度、壓力、電場、磁固態相變：固態物質在溫度、壓力、電場、磁場改變時，從一種組織結構轉變成另一種組織場改變時，從一種組織結構轉變成另一種組織結構。結構。n固態相變中的變化：晶體結構，化學成分，有固態相變中的變化：晶體結構，化學成分，有序程度序程度n固態相變驅動力：新相與母相的自由能差固態相變驅動力：新相與母相的自由能差一、相變的類型一、相變的類型n1、按照、按照熱力學的觀點熱力學的觀點分類，可分為：分類，可分為：（1）一階相變）一階相變：相變時兩相的化學勢相等（相變時兩相的化

2、學勢相等（1 = 2），），但化學勢對溫度及壓力的一階偏微分（但化學勢對溫度及壓力的一階偏微分（S、V）不等。）不等。21SS 21VV 故一級相變時，故一級相變時，熵熵及及體積體積會發生會發生不連續的變化，不連續的變化，即有即有相變潛熱相變潛熱和和體積體積的改變。的改變。 （2）二階相變）二階相變：相變時兩相的化學位相等（相變時兩相的化學位相等（1 = 2），），化學位的一階偏微分也相等化學位的一階偏微分也相等（S1=S2 ,V1=V2） ，但二但二階偏微分不相等階偏微分不相等（Cp1Cp2，K1K2，a1a2） 。TCTHTTSTPPPP)(1)()(22（CP為熱容）為熱容）KVPVPT

3、T)()(22（K為等溫壓縮系數）為等溫壓縮系數）aVTVPTP)()(2a 為等壓壓縮系數為等壓壓縮系數STP)(VPT)(已知已知二級相變時，二級相變時，沒有相變潛熱和體積改變沒有相變潛熱和體積改變，只有比熱只有比熱容、壓縮系數、膨脹系數變化容、壓縮系數、膨脹系數變化。磁性轉變、有序無序轉變、超導轉變等屬于此類。磁性轉變、有序無序轉變、超導轉變等屬于此類。n2、從動力學的觀點（原子遷移），可分為：從動力學的觀點（原子遷移），可分為：n重建型相變重建型相變：原子重新形成點陣，相變前后化學：原子重新形成點陣，相變前后化學鍵的類型或配位數發生變化。鍵的類型或配位數發生變化。如石墨轉變為金剛石，由

4、原來如石墨轉變為金剛石，由原來3 3配位的六邊形平配位的六邊形平面層結構，轉變為面層結構，轉變為4 4配位的三維網絡配位的三維網絡 。n位移型相變位移型相變 ：原子僅作微小的位移。不需要斷開原子僅作微小的位移。不需要斷開和重建化學鍵，僅發生鍵角的扭曲和晶格的畸變和重建化學鍵，僅發生鍵角的扭曲和晶格的畸變 。硅氧四面體的結合方式：硅氧四面體的結合方式：(a)方石英，方石英，(b)鱗石英，鱗石英， (c)石英石英 若要使若要使方石英轉變為方石英轉變為鱗石英，必須使鱗石英，必須使方石英中的方石英中的SiO4繞著對稱軸相對于另一個四面體旋轉一個繞著對稱軸相對于另一個四面體旋轉一個的角度，的角度，涉及到

5、鍵的斷開和生成，發生重構型相變。涉及到鍵的斷開和生成，發生重構型相變。-方石英和低溫型-石英的不同僅在于Si-O-Si鍵角的不同。-石英的Si-O-Si鍵角為2/3，如果把它拉直，則與-方石英的鍵角相同。不需要斷開和重建化學鍵，僅發生鍵角的扭曲和晶格的畸變，屬于位移式轉變。1、相變阻力大，固態相變困難、相變阻力大，固態相變困難界面能增加界面能增加兩相比體積差較大時，新相晶核出現將引起較兩相比體積差較大時，新相晶核出現將引起較大應力，抑制相變。大應力，抑制相變。 擴散困難（新、舊相化學成分不同時）擴散困難（新、舊相化學成分不同時）存在過冷現象：存在過冷現象：結晶時，實際結晶溫度低于理結晶時，實際

6、結晶溫度低于理論結晶溫度的現象。論結晶溫度的現象。 二、固態相變的特點二、固態相變的特點2、新相晶核與母相之間存在一定的、新相晶核與母相之間存在一定的晶體學位向關系晶體學位向關系新相的某一晶面和晶向分別與母相的某一晶面、晶向平新相的某一晶面和晶向分別與母相的某一晶面、晶向平行。（原子排列和面間距相似的晶向和晶面）行。（原子排列和面間距相似的晶向和晶面） 最佳匹配形成共格、半共格界面，降低界面能。最佳匹配形成共格、半共格界面，降低界面能。3 、慣習現象、慣習現象 * 新相沿新相沿特定的晶向特定的晶向在在母相母相特定晶面特定晶面上形成。上形成。母相中慣于析出新相的這種特定晶面稱為母相中慣于析出新相

7、的這種特定晶面稱為“慣慣習面習面”。 原因：沿應變能最小的方向和界面能最低的界原因：沿應變能最小的方向和界面能最低的界面發展。面發展。n4 、母相晶體缺陷促進相變、母相晶體缺陷促進相變 缺陷類型：點、線、面缺陷類型：點、線、面 原因：晶格畸變、自由能高，促進形核及相變。原因：晶格畸變、自由能高，促進形核及相變。n 5、易出現過渡相、易出現過渡相固態相變阻力大，直接轉變困難，出現協調性中間固態相變阻力大，直接轉變困難，出現協調性中間產物（過渡相）產物（過渡相）母相母相較不穩定的過渡相較不穩定的過渡相較穩定的過渡相較穩定的過渡相穩定相穩定相例如例如LiIO3的的 相變系列里，相變系列里，是過渡相。是過渡相。 2.8聚合物的結構特征2.8.1聚合物的微觀結構2.8.2聚合物材料的聚集狀態2.8.3聚合物中的分子運動Tg： 玻璃化溫度，代表鏈段能夠運動或主鏈中價鍵能夠扭轉的溫度Tm：熔點，代表整個大分子能夠分離的溫度當溫度升到足夠高當溫度升到足夠高時，聚合物完全變時，聚合物完全變為粘性流體，其形為