Химическая физика твердого тела: учеб. для студентов, обучающихся по направлению 511700 "Химия, физика и механика материалов"

Description

Предисловие От автора Введение Глава 1. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ КРИСТАЛЛОВ 1.1. Основные кристаллические структуры 1.2. Потенциальная энергия кристаллов 1.2.1. Потенциал отталкивания и притяжения 1.2.2. Решеточная сумма 1.2.3. Энергия кристаллической решетки 1.2.4. Расчет кристалла аргона 1.3. Энергия ионных кристаллов 1.3.1. Постоянная Маделунга 1.3.2. Энергия кристаллической решетки ICC1 1.3.3. Цикл Борна 1.3.4. Поверхностная энергия ионного кристалла 1.3.5. Оценка ширины запрещенной зоны 1.3.6. Особенности строения ионных кристаллов 1.4. Заключение Глава 2. УПРУГОСТЬ, ПЛАСТИЧНОСТЬ И ПРОЧНОСТЬ КРИСТАЛЛОВ 2.1. Основные определения 2.2. Упругость 2.2.1. Закон Гука 2.2.2. Деформации всестороннего сжатия и одноосного растяжения 2.2.3. Модуль всестороннего сжатия 2.3. Неупругость (высокоэластическая деформация) 2.3.1. Деформация каучука 2.3.2. Уравнение состояния деформированной каучуковой сетки 2.3.3. Химическая релаксация напряжений 2.3.4. Кинетика релаксации напряжений 2.3.4.1. Модель Максвелла 2.3.4.2. Релаксация напряжений в неоднородных системах 2.3.4.3. Спектр времен релаксации 2.4. Пластичность 2.4.1. Дислокации 2.4.2. Энергия дислокации 2.4.3. Скорость скольжения дислокаций 2.4.4. Источник размножения дислокаций Франка-Рида 2.4.5. Дислокации и деформационное упрочнение 2.5. Деформация при больших напряжениях 2.5.1. Разрушение 2.5.1.1. Теоретическая прочность 2.5.1.2. Критерий Гриффитса и эффект Ребиндера 2.5.1.3. Долговременная прочность 2.5.2. Ударное сжатие 2.6. Заключение Глава 3. ТЕПЛОВОЕ ДВИЖЕНИЕ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ 3.1. Колебания атомов в кристаллах 3.1.1. Теплоемкость 3.1.2. Тепловое расширение кристаллов 3.1.3. Теплопроводность твердых тел 3.2. Молекулярная подвижность 3.2.1. Пластические кристаллы 3.2.2. Жидкие кристаллы 3.2.3. Тепловое движение в полимерах 3.3. Заключение Глава 4. СТРУКТУРНЫЕ ДЕФЕКТЫ В КРИСТАЛЛАХ 4.1. Точечные дефекты 4.1.1. Термодинамика образования точечных дефектов 4.1.2. Свойства кристаллов с дефектами 4.1.2.1. Энтропия, энтальпия и равновесная концентрация точечных дефектов 4.1.2.2. Роль давления 4.1.2.3. Релаксация структуры в окрестности дефектов 4.1.2.4. Термическое расширение кристалла с дефектами 4.1.2.5. Теплоемкость кристалла с дефектами 4.1.2.6. Ассоциация точечных дефектов 4.1.3. Точечные дефекты в бинарных кристаллах 4.1.3.1. Точечные дефекты в диоксиде кремния 4.1.3.2. Дефекты в ионных кристаллах 4.1.4. Ионизация точечных дефектов 4.1.4.1. Ионные кристаллы 4.1.4.2. Полупроводники 4.1.5. Заключение 4.2. Дислокации 4.2.1. Термодинамика дислокаций 4.2.2. Дислокации и точечные дефекты 4.2.3. Электрические заряды на дислокациях 4.3. Межзеренные границы и поверхность кристаллов 4.3.1. Дислокационные границы зерен 4.3.2. Поверхность твердого тела 4.3.2.1. Поверхностная энергия 4.3.2.2. Поверхностные электронные состояния (уровни Тамма) 4.4. Заключение Глава 5. НАНОКРИСТАЛЛЫ 5.1. Введение 5.2. Рост кристаллов 5.3. Внутренняя энергия 5.4. Структурные дефекты 5.5. Механические свойства 5.6. Электронное возбуждение 5.7. Магнитные свойства 5.8. Реакционная способность 5.9. Кластеры 5.10. Заключение Глава 6. НЕУПОРЯДОЧЕННЫЕ ТВЕРДЫЕ ТЕЛА 6.1. Классификация 6.2. Ячеистый беспорядок . 6.2.1. Ледовый беспорядок 6.2.2. Описание ячеистого беспорядка: модель Изинга 6.2.2.1. Параметры ближнего и дальнего порядка 6.2.2.2. Внутренняя энергия 6.2.3. Переход порядок-беспорядок 6.2.4. Влияние упругих напряжений на переход порядок-беспорядок 6.3. Топологический беспорядок 6.3.1. Образование стекол 6.3.2. Модель жестких невзаимодействующих шаров 6.3.3. Поликластерная модель аморфных тел 6.4. Заключение Глава 7. ДИФФУЗИЯ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ 7.1. Прыжковая диффузия вакансий 7.1.1. Частота перескоков 7.1.2. Коэффициент Прыжковой диффузии 7.1.3. Газ вакансий 7.2. Самодиффузия атомов в кристаллах 7.2.1. Механизмы миграции атомов 7.2.2. Частота перескоков и корреляционный 7.2.3. Коэффициент прыжковой диффузии атомов в кристаллах 7.2.4. Соотношение между ED и Тпл 7.3. Диффузия в поле внешних сил 7.3.1. Движущие силы диффузии 7.3.2. Соотношение Эйнштейна-Нернста 7.3.3. Описание явлений переноса заряда и массы 7.3.4. Ионная проводимость кристаллов 7.3.5. Диффузионное течение кристаллов 7.4. Взаимная диффузия 7.4.1. Эффект Френкеля 7.4.2. Эффект Киркендалла 7.4.3. Коэффициент взаимной диффузии 7.5. Диффузия по ускоренным путям Глава 8. ОСОБЕННОСТИ КИНЕТИКИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ 8.1. Концентрации реагирующих частиц 8.2. Статические реакции 8.2.1. Распределения по константам скорости 8.2.2. Приближенный анализ по Рогинскому-Алфрею 8.2.3. Гиперболическое распределение по константам скорости 8.3. Диффузионно-контролируемые реакции 8.3.1. Приближенное решение 8.3.2. Стационарный режим 8.3.3. Нестационарные условия 8.4. Химическая миграция 8.4.1. Примеры 8.4.2. Химическое перемешивание распределений 8.5. Температурный коэффициент химических реакций в твердых телах 8.5.1. Соотношение Гольданского 8.5.2. Роль структурных, превращений 8.6. Зарождение и рост кристаллов новой фазы 8.6.1. Термодинамика образования новой фазы 8.6.2. Скорость гомогенного образования зародышей 8.6.3. Гетерогенное образование зародышей 8.6.4. Рост кристаллов 8.7. Гетерогенные (топохимические) реакции 8.8. Заключение Глава 9. ТВЕРДЫЕ ТЕЛА ПРИ ИНТЕНСИВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ 9.1. Основные определения 9.1.1. Поглощенная энергия (доза) 9.1.2. Энергетические выходы 9.1.3. Работа образования структурных дефектов 9.1.4. Релаксационные явления 9.1.5. Заключительные замечания 9.2. Действие ионизирующего излучения 9.2.1. Ударный механизм образования дефектов 9.2.2. Образование дефектов при распаде экситонов 9.2.3. Радиационная диффузия и радиационная ползучесть 9.2.4. Радиационная хемосорбция и радиационный катализ 9.2.5. Радиолиз органических соединений 9.2.6. Заключение 9.3. Механохимия твердых тел 9.3.1. Структурные и химические аспекты деформации 9.3.1.1. Упругая деформация и разрывы межатомных связей 9.3.1.2. Атомная структура и реакционная способность твердых тел 9.3.2. Механохимический синтез 9.3.2.1. Формально-кинетическое описание механохимического синтеза 9.3.2.2 Баланс энергии и режим реакции 9.4. Заключение