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[交流] 材料科學(xué)物質(zhì)的形態(tài)與晶體基礎(chǔ)介紹

物質(zhì)的形態(tài)
就目前的科學(xué)水平，認(rèn)為世界上所有的物質(zhì)都可以初步歸納為兩種基本的存在形態(tài)： “實物”和“場”。
“實物”具有的共同特點是：質(zhì)量集中在某一空間，一般有比較確定的界面（例如水，巖石等，空氣雖然界面模糊，但它是由很多個質(zhì)量集中，界面確定的微觀粒子構(gòu)成的，因此空氣也是實物）。
“場”是一種看不見摸不著的物質(zhì)，它可以充滿全部空間，它具有“可入性”。例如電磁波，力場等。可以概括地說，“場”是實物之間進行相互作用的物質(zhì)形態(tài)。
晶體：構(gòu)成物質(zhì)的原子或分子，在空間中按一定規(guī)律周期性排列，間隔一定的距離會重復(fù)出現(xiàn)，這種原子或分子的排列宏觀上構(gòu)成了物質(zhì)的晶體。具有三維空間的周期性和對稱性，這是晶體結(jié)構(gòu)中最基本的特征。
實物的基本形態(tài)分類
常見和熟知的實物形態(tài)有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種，隨著近年科學(xué)的發(fā)現(xiàn)，實物形態(tài)還包括非晶態(tài)，液晶態(tài)，超固態(tài)，超流態(tài)，等離子態(tài)，中子態(tài)等等。
實物這種形態(tài)的分類是按照其構(gòu)成的分子或原子的集合形式來劃分的，并且隨著研究的深入，人們逐漸發(fā)現(xiàn)這些形態(tài)之間并沒有非常明確的界限，他們之間都有一個過渡階段，在每一個過渡帶里面容易獲得新的發(fā)現(xiàn)，并且被科學(xué)家們總結(jié)為新的物質(zhì)形態(tài)，而常見的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)只是所有這些形態(tài)中，比較寬泛的過渡比較明顯的三種分類。
什么是實物的晶體形態(tài)
晶體形態(tài)屬于固態(tài)范疇，是物質(zhì)在固態(tài)下其分子原子的一種結(jié)合與凝聚形式。
在晶體形態(tài)下物質(zhì)，其原子或分子在空間中按一定規(guī)律周期性重復(fù)排列。因此晶體的結(jié)構(gòu)在微觀上具有三維空間的周期性和對稱性，這種周期性和對稱規(guī)律是晶體結(jié)構(gòu)中最基本的特征。由于微觀的規(guī)則與對稱性，晶體在宏觀下也容易體現(xiàn)出一些對稱和平整規(guī)則的幾何形狀，例如食鹽顆粒，藍(lán)寶石等，我們分別稱之為氯化鈉晶體，Al2O3晶體。
晶體、非晶與液晶的區(qū)別
晶體的原子排列具有嚴(yán)格的平移周期性和對稱性。材料科學(xué)領(lǐng)域稱之為長程有序結(jié)構(gòu)，就是指在整個宏觀晶體范圍內(nèi)都按照相同的周期對稱排列規(guī)律進行排列，體現(xiàn)了物質(zhì)整體結(jié)構(gòu)上的高度有序。
非晶態(tài)嚴(yán)格上說，可以理解為一種極度粘稠的液體，最常見的非晶是玻璃，石蠟。其結(jié)構(gòu)特點在材料科學(xué)領(lǐng)域稱之為短程有序，長程無序。這是指在很小的范圍內(nèi)原子排列與晶體類似具有一定周期對稱特點，稱為晶區(qū)，但是整體結(jié)構(gòu)上不體現(xiàn)周期性和對稱性。每個晶區(qū)之間大多通過范德華力或者其他復(fù)雜的相互作用而結(jié)合在一起。常見的非晶態(tài)例如玻璃，與晶態(tài)相比，他們標(biāo)志性的區(qū)別就是非晶態(tài)物質(zhì)沒有固定熔點，而晶態(tài)物質(zhì)有固定的熔點�？梢岳斫鉃橐驗榉蔷B(tài)物質(zhì)的熔化是不同晶區(qū)和非晶區(qū)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變相互協(xié)調(diào)的一個過程，相比于晶態(tài)的只有一個晶區(qū)而已，其過程要漫長和復(fù)雜的多。
液晶態(tài)是一種處于結(jié)晶態(tài)和液態(tài)之間的形態(tài)。它除了兼有液體和晶體的某些性質(zhì)（如流動性、各向異性等）外，還有其獨特的性質(zhì)例如光學(xué)特性，電磁場敏感特性等。日常適當(dāng)濃度的肥皂水溶液就是一種液晶。液晶可分為兩大類：只存在于某一溫度范圍內(nèi)的液晶相稱為熱致液晶；某些化合物溶解于水或有機溶劑后而呈現(xiàn)的液晶相稱為溶致液晶。液晶的分子有盤狀、碗狀等形狀，但多為細(xì)長棒狀。

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