Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu: Chương 1 - PGS. TS. Nguyễn Ngọc Hà

Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu: Chương 1 gồm các nội dung chính sau Các dạng tồn tại của vật chất; hàm thế nhiệt động-cân bằng; khái niệm về vật liệu, khoa học vật liệu – công nghệ vật liệu. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Cơ sở khoa học vật liệu: Chương 1 - PGS. TS. Nguyễn Ngọc Hà CHƯƠNG 1MỘT SỐ KHÁI NIỆM PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 1 VIẾT TẮT• CR: Chất rắn• VL: Vật liệu• KHVL: Khoa học vật liệu• CNVL: Công nghệ vật liệu• NT: Nguyên tử• PT: Phân tử• HCHH: Hợp chất hóa học• T: Nhiệt độ PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 21. CÁC DẠNG TỒN TẠI CỦA VẬT CHẤT 1.1. NGUYÊN TỬNguyên tử là một hệ thống gồm:- Hạt nhân: mang điện tích dương- Các electron: mang điện tích âm chuyển động xung quanhHạt nhân cấu tạo từ:- Hạt neutron: không mang điện- Proton: mang điện tích dương có điện tích bằng điện tích electronỞ trạng thái bình thường: NT trung hòa điện PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 3PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 4 1.2. CHẤT HÓA HỌCCác nguyên tử liên kết nhau tạo nên một phân tử với hóa tính và lý tính đặc trưng: chất hóa họcChất hóa học được đặc trưng bởi 2 tính chất:• Đồng nhất toàn khối• Thành phần cố định PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 5 1.3. CÁC TRẠNG THÁI CỦA VẬT CHẤTỞ T xác định, các phần tử của chất rắn dao động quanh vị trí cân bằng với biên độ xác địnhT tăng → Biên độ dao động tăngKhi dao động đủ lớn → liên kết giữa chúng trở nên yếu → chất rắn không còn giữ được hình dạng của mình → chuyển sang trạng thái lỏng → khí (hoặc rắn → khí): chuyển pha PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 6 1.3.1. Trạng thái khí Các phần tử cấu tạo liên kết nhau rất yếu, có thể chuyển động tự do trong không gian Trạng thái tồn tại của khí phụ thuộc: T, P, V Khí lý tưởng: các phần tử không tương tác lẫn nhau, tuân theo định luật khí lí tưởng: PV= nRT Khí thực: có sự tương tác lẫn nhau, không tuân theo định luật khí lí tưởng PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 7 1.3.2. Trạng thái lỏngCác phần tử liên kết nhau bền vững hơn ở trạng thái khíĐộ bền liên kết không đủ lớn: các lớp dễ trượt với nhau, biến dạng với tác dụng trọng lựcLấy hình dạng của bình chứa PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 8 1.3.3. Trạng thái rắnCác phần tử liên kết nhau rất chặt chẽ, tự chúng có hình dạng xác định PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 9 a. Chất rắn tinh thể Quy ước: nguyên tử, ion, phân tử: chất điểm Chất rắn tinh thể:- Có các phần tử cấu tạo phân bố có trật tự, đối xứng, tuần hoàn trong không gian- Có T nóng chảy xác định Theo hướng bất kz, tính đối xứng, tuần hoàn của các phần tử xảy ra trong toàn bộ không gian: có trật tự xa PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 10PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 11 Đơn tinh thểNhững phần tử tạo nên chất rắn như một tinh thể duy nhất (a)Có tính chất dị hướng PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 12 Đa tinh thểChất rắn tinh thể được tạo thành từ nhiều tinh thể rất nhỏ định hướng khác nhauCó tính đẳng hướng giả PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 13 b. Chất rắn vô định hình (Thủy tinh) Các phần tử cấu trúc không đủ độ linh hoạt để sắp xếp lại khi chuyển pha L R  CR tạo thành không có cấu trúc tinh thể: CR vô định hình Các phần tử cấu trúc không tuân theo qui luật, không đối xứng, không tuần hoàn trong không gian Không có T nóng chảy cố định, chuyển R → L xảy ra trong một khoảng T PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 14PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 15 Rắn/Lỏng?Dùng khái niệm độ nhớt để phân biệt trạng thái rắn và lỏng của vật chất≥ 1012 pa.s: vật chất được coi là ở trạng thái rắnNhiệt độ ứng với = 1012 pa.s: T đóng rắn PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 16 c. Chất lỏng tinh thểPhần lớn các chất có cấu trúc tinh thể là chất rắn trừ tinh thể lỏngTinh thể lỏng: chất lỏng hữu cơ nhưng có trật tự cấu trúc, chiếm vị trí trung gian giữa chất rắn và lỏngCó sắp xếp theo trật tự nhất định nhưng có độ linh động như chất lỏng PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 17 Lưu ýPhổ nhiễu xạ tia X (XRD):• Chất rắn tinh thể: có các đỉnh (peak) đặc trưng• Chất rắn vô định hình: không có• Tinh thể lỏng: có các đỉnh PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 18 Trạng thái khi chuyển Lỏng → RắnPhụ thuộc tốc độ nguội v:• v > vth: chất rắn vô định hình• v < vth: chất rắn tinh thể vth: tốc độ nguội tới hạn, đặc trưng cho từng chất vth kim loại  106 – 1012 K/s vth oxit  1 – 10 K/s PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 19PGS. TS. NGUYỄN NGỌC HÀ 20 ...