材料的微观结构（MicrostructureofMaterials决定材料性质最为本质的内在因素：组成材料各元素原子结构原子间相互作用，相互结合，原子或分子在空间的排列，运动规律，以及原子集合体的形貌特征第一章原子结构和键合AtomicStructureandInteratomicBonding物质（Substance）是由原子（atom）组成在材料科学中，最为关心原子的电子结构原子的电子结构一原子间键合本质高分子决定材料分类：金属陶瓷力学材料性能：物化(AtomicStructure※1原子结构一、物质的组成（Substance Construction）物质由无数微粒（Particles）聚集而成保存物质化学特性分子（Molecule）：单独存在dH20=0. 2nmM(H)为2为百万M(protein）原子（Atom）化学变化中最小微粒
第一章原子结构和键合 Atomic Structure and Interatomic Bonding 物质(Substance)是由原子（atom）组成 在材料科学中，最为关心原子的电子结构 原子的电子结构—原子间键合本质 决定材料分类：金属 陶瓷 高分子 材料性能：物 化 力学 材料的微观结构（Microstructure of Materials） 决定材料性质最为本质的内在因素：组成材料各元素原子结构， 原子间相互作用，相互结合，原子或分子在空间的排列，运动规 律，以及原子集合体的形貌特征 ※1原子结构（Atomic Structure ） 一、物质的组成（Substance Construction） 物质由无数微粒（Particles）聚集而成 分子（Molecule）：单独存在 保存物质化学特性 dH2O =0.2nm M(H2 )为2 M（protein）为百万 原子（Atom）： 化学变化中最小微粒
尺寸大小的示意图AmillionnanometersBillionsofThepinhead sizedpatchnanometersof thisthumb(circled inAtwometertall maleThousandsofnanometersistwobillionblack)isamillionBiologicalcells,likethesenanometerstall.nanometersacross.redbloodcells,havediame-Nanometerters in therangeof thou-Ten shoulder-to-shoul-sands ofnanometers.derhydrogenatomsLess thana nanometer(blueballs)span1Individual atoms areupnanometer.DNAmole-toafewangstroms,orculesareabout 2.5uptoafewtenths ofananometerswide.nanometer,in diameter
尺寸大小的示意图
结构、工程材料科学固体物理核物理10-1610-1210010410-810-4cm尺寸范围
尺寸范围 10-16 10-12 10-8 10-4 100 104 cm 固体物理 材料科学 结构、工程 核物理
二、原子的结构1879年J.JThomson发现电子（electron），揭示了原子内部秘密1911年E.Rutherford提出原子结构有核模型1913年N.Bohr将M.Plank和A.Einstein量子论原子结构的量子理论原子有核模型RutherfordBohr atomic model(n=1无层L光层（#=2）原子（atom）11个货12个中子Org=3.7×10nmM亮层（n=3）rAi=1.43×10-nm图1.1钠（原子序数为11)原子结构中K,L和M量壳层的电子分布状况质子（proton）：正电荷m=1.6726×10-27kg原子核（nucleus）：位于原子中心、带正电中子（neutron）：电中性m=1.6748×10-27kg电子（electron）：核外高速旋转，带负电，按能量高低排列，如电子云（electroncloud）m=9.1095×10-31kg，约为质子的1/1836
二、原子的结构 ⚫ 1879年 J.J Thomson 发现电子（electron),揭示了原子内部秘密 ⚫ 1911年 E.Rutherford提出原子结构有核模型 ⚫ 1913年 N.Bohr将 ⚫ Bohr atomic model M.Plank和A.Einstein量子论 原子结构的量子理论 Rutherford 原子有核模型 -2 H -1 Al 原子（atom) r = 3.7 10 nm r = 1.43 10 nm -27 -27 -31 （proton） （neutron） 质子 ：正电荷m＝1.6726×10 kg 原子核（nucleus)：位于原子中心、带正电 中子 ：电中性m＝1.6748×10 kg 电子（electron）：核外高速旋转，带负电，按能量高低排列，如电子云（electron cloud） m＝9.1095 10 kg，约为质子的1/183 6
描述原子中一个电子的空间和能量，可用四个量子数(quantumnumbers）表示主量子数n：决定原子中电子能量和核间距离，即量子壳层，取正整数K、L、M、N、O、P、Qelectron shell轨道动量量子数l：与电子运动的角动量有关，取值为0，1，2，...n-1，s，p，d，fshape of the electron subshell磁量子数m．决定原子轨道或电子云在空间的伸展方向，取值为-1，-（1-1).·....-1.0,1spatial orientationof anelectroncloud自旋角动量量子数s：表示电子自旋（spinmoment）的方向，取值为+或-22核外电子的排布（electronconfiguration)规律能量最低原理（MinimumEnergyprinciple）电子总是占据能量最低的壳层1s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s-4d-5p-Pauli不相容原理（PauliExclusionprinciple)：2n?全充满Hund原则（HundRule）自旋方向相同半充满全空
⚫ 核外电子的排布（electron configuration)规律 i i i n l n 1, s p d f m − i 主量子数 ：决定原子中电子能量和核间距离，即量子壳层，取正整数K、L、M、N、O、P、Q electron shell 轨道动量量子数 ：与电子运动的角动量有关，取值为0，1，2， ， ， ， shape of the electron subshell 磁量子数 ：决定原子轨道或电子云在空间的伸展方向，取值为-l i 1), 1,0,1, spatial orientation of an electron cloud s − − ，-(l l i i 1 1 自旋角动量量子数 ：表示电子自旋（spin moment）的方向，取值为＋ 或- 2 2 ⚫ 描述原子中一个电子的空间和能量，可用四个量子数（quantum numbers）表示 2 全充满 半充满 全空 自旋方向相同 能量最低原理（Minimum Energy principle)电子总是占据能量最低的壳层 1s - 2s - 2p - 3s - 3p - 4s - 3d - 4p - 5s - 4d - 5p - Pauli不相容原理（Pauli Exclusion principle): 2n Hund原则（Hund' Rule)