Содержание. 2 структура кристаллов 5

1. Введение 4

2 Структура кристаллов 5

2.1. Механизм кристаллизации. 10

2.2. Термодинамика кристаллизации. 12

2.3. Правило фаз Гиббса, фазовые диаграммы. 13

2.4. Процессы структурообразования. 14

2.4.1. Эпитаксия. 17

2.5 Надмолекулярная структура полимеров. 18

2.5.1. Структура и свойства ориентированных полимеров. 20

3. Фазовое равновесие в системе полимер – растворитель. 23

3.1. Фазовая структура в смесях полимеров. 27

3.2. Истинные и коллоидные растворы смесей полимеров. 30

3.2.1. Влияние растворителя на структуру плёнок смеси

полимеров. 32

3.3. Структура твёрдых растворов полимеров. 33

3.4. Механизм смешения несовместимых полимеров. 34

3.5 Типы фазовых структур в смесях несовместимых полимеров.34

3.6 Коллоидно-химическая структура смесей несовместимых

полимеров. 35

3.6.1. Межфазный слой. 36

3.7. Особенности физико-химических свойств смесей полимеров. 37

4. Структура полимерных композиционных материалов. 38

4.1. ПКМ с дисперсным газообразным наполнителем. 39

4.2. ПКМ с жидким дисперсным наполнителем. 40

4.3. ПКМ с твёрдым дисперсным наполнителем. 40

4.4. ПКМ с волокнистыми наполнителями. 43

4.4.1. Особенности граничного слоя в системе волокно –

полимерная матрица. 46

4.4.2. Волокна, используемые для создания ПКМ. 47

5. Микрокапсулы 53

6. Структура неорганического стекла 53 7. Контрольные вопросы 54

8. Литература. 55

1. Введение.

Целью изучения дисциплины является специальная базовая подготовка студентов, обучающихся по специальности 071000 «Материаловедение и технология новых материалов», в области физики и химии металлических, неметаллических неорганических, углеродных и органических (полимерных) материалов и покрытий. Будем изучать структуру материалов и связь структуры с физическими и химическими свойствами материалов, фазовые равновесия, гетерогенные структуры, теплофизические, механические, электрические, магнитные свойства материалов и покрытий.

Чтобы воспринимать материал этой дисциплины, нужны знания предыдущих дисциплин – математики, физики, химии, функциональные материалы материаловедения, физики полимеров.

Начнём со структуры. Что это такое?

Структура – это латинское слово, в переводе обозначает строение, устройство. Поскольку любое вещество, любой материал состоит из атомов, которые тем или иным образом взаимодействуют с себе подобными или с другими атомами, образуя, например, молекулы, при этом эти атомы или молекулы, конденсируясь, образуют твёрдые или жидкие фазы и всё это имеет своё устройство, свою структуру, постольку существует много структурных уровней. Мы, слава богу, не будем рассматривать структуру атомных ядер, но структуру электронных оболочек атомов необходимо знать – без этого многие физические и химические свойства материалов будут не поняты.

Атомы могут непосредственно создавать материалы, когда, конденсируясь, образуют жидкие или твёрдые тела. Взаиморасположение атомов в этих телах – следующий структурный уровень. Если твёрдые тела находятся в кристаллическом состоянии, то в этом случае изучению подлежит структура кристаллов. Если атомы образуют химические соединения, то здесь появляется ещё один структурный уровень – структура молекулы, т.е. порядок соединения и пространственного расположения атомов в молекуле. Структура кристаллов, структура аморфных материалов, структура слоёв на границе раздела фаз в гетерогенных материалах и т.п. – всё это будет предметом рассмотрения и изучения в этом курсе.

Студенты из предыдущих дисциплин обязаны знать основные положения о структуре атомов и молекул, что химические свойства атомов определяются строением (структурой) их электронных оболочек, т.е. количеством и состоянием (спаренные – не спаренные) электронов на энергетических уровнях. Структуру электронных оболочек можно легко определить исходя из положения атома в Периодической системе элементов Д.И.Менделеева, а это, в свою очередь, позволяет прогнозировать возможные валентные состояния атомов. Периодическая система элементов даёт представление об изменении свойств атомов по мере увеличения их массы или, если говорить точнее, в зависимости от величины заряда ядер атомов. (Понятие «электронное облако», электронные формулы, форма s-, p-, d-облаков).

Атомы могут объединяться в молекулы посредством образования химической связи. Виды химических связей: ковалентная (неполярная и полярная), ионная, металлическая. Ковалентная s- и p-связи, плотность перекрывания электронных облаков.

Межмолекулярные взаимодействия – силы Ван-дер-Ваальса (ориентационное, индукционное, дисперсионное), водородная связь.

Для иллюстрации влияния водородных связей на свойства веществ можно привести температуры плавления и кипения халькогенидов водорода.

Халькогенид	Тпл оС	Ткип оС
Н2О	0 (экстраполяция = -120оС)	+100 (экстраполяция = - 90оС)
Н2S	-85,6	-60,7
Н2Se	-64	-42
Н2Те	-48	-1,8

Если бы в воде не было водородных связей, то можно было бы ожидать плавление воды при – 120^оС и кипение при -100^оС, т.е. в наших условиях вода была бы в газообразном состоянии.

В первом приближении структурные уровни можно представить в виде этакой пирамиды.