Программа дисциплины "Химия твердого тела"

 

ПРОГРАММА

дисциплины

"ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА"

Аннотация программы

Курс "Химия твердого тела" является специальным курсом для студентов, специализирующихся по магистерской программе «Химия твердого тела».

Программа дисциплины направлена на изучение студентами природы твердых тел (типы химических взаимодействий в твердых телах), препаративные методы синтеза твердых веществ, исследования строения твердых тел: ближний и дальний порядок, изменение энергии кристаллических решеток при переходе от ближнего к дальнему порядку. Наноструктурные единицы.

В программе рассматриваются проблемы нарушения структуры твердых тел: совершенные и несовершенные кристаллы, нестехиометрия, типы дефектов в твердом теле, движение дефектов, их взаимодействие, миграция атомов и дефектов в твердых телах, виды и механизмы диффузии.

 

1. Введение

Предмет химии твердого тела.

2. Природа твердых тел

Химическая связь в твердых телах. Классификация твердых тел по типу химической связи. Межатомные силы. Ионная, кова­лентная, металлическая, молекулярная, водородная связи, супрамолекулярная связь. Со­поставление различных типов связей. Особая роль обменного взаимодействия в образовании кристаллических структур.

Энергия кристаллической решетки. Теоретическая модель Борна. Экспериментальное определение энергии кристаллической решетки. Цикл Борна-Габера.

Строение твердых тел. Ближний и дальний порядок. Изменение энергии кристаллических решеток при переходе от ближнего к дальнему порядку. Наноструктурные единицы. Прин­ципы описания кристаллических структур. Кристаллографические классы. Примеры наиболее распространенных структур. Полимор­физм и изоморфизм. Кристаллические и аморфные твердые тела. Полимеры. Фазовые переходы. Термодинамическая классификация фазовых переходов. Экспериментальные методы определения структуры кристаллов.

 

3. Препаративные методы получения твердофазных соединений

Твердофазные реакции. Кристаллизация из растворов, расплавов и гелей. Транспортные реакции. Гидротермальный синтез. Методы "мягкой химии" - молекулярное наслаивание, атомная послойная эпитаксия, ионное наслаивание из раствора. Топохимические процессы. Механохимические реакции. Криохими­ческая технология синтеза твердофазных материалов. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез.

4. Дефекты в твердом теле

Совершенные и несовершенные кристаллы. Типы дефектов. Точечные дефекты. Дефекты Шоттки и Френкеля. Центры окраски. Статистико-термодинамический подход описания точечных дефек­тов. Взаимодействие дефектов. Облако Дебая-Хюккеля. Класте­ры, агрегаты дефектов, антиструктурные дефекты, переход "по­рядок-беспорядок". Протяженные дефекты, структуры кристал­лографического сдвига, дефекты упаковки. Границы блоков, ан­тифазные домены. Дислокации, движение дислокаций. Поверхнос­ти раздела и объемные дефекты. Нестехиометрия и дефекты.

5. Твердые растворы

Твердые растворы замещения, внедрения, вычитания. Непрерывные и ограниченные твердые растворы. Более сложные механизмы образования твердых растворов с генерированием анионных и катионных вакансий и внедрением катионов и анио­нов. Общие замечания об условиях образования твердых раство­ров. Правило Вегарда и случаи отклонения от него. Правила Юм-Розери, графики растворимости Даркена и Гурри.

6. Миграция атомов и дефектов в твердых телах

Теория атомной диффузии. Первый и второй законы Фика. Механизмы диффузии. Обмен атомов местами, механизмы прямого и непрямого перемещения междоузельной конфигурации. Крауди­онный и вакансионный механизмы, релаксационный и др. Зависи­мость диффузии от температуры и давления. Активационные объ­емы образования и подвижности дефектов. Методы определения коэффициентов диффузии. Корреляционные эффекты. Обобщенное уравнение Нернста-Эйнштейна. Изотопные эффекты диффузии. Термодиффузия (эффект Сорэ). Термо-ЭДС (эффект Киркендала). Электропроводность твердых тел. Электрические свойства ме­таллов, полупроводников и диэлектриков в кристаллическом, стеклообразном и тонкопленочном состоянии. Теория ионной проводимости в крис­таллах, суперионные проводники. Высокотемпературные сверх­проводники.

7. Керамические материалы

с уникальными функциональными свойствами

Электрофизические, магнитные, оптические и механические свойства твердофазных материалов. Твердые вещества с полифункциональными свойствами.

Литература

1. Химия твердого тела. Теория и практика: В 2 ч. М.: Мир, 1988.

2. Введение в физику твердого тела. М.: Мир, 1978.

3. Блейклор Дж. Физика твердого тела. М.: Мир, 1988.

4. Химия твердого тела. М.: Мир, 1971.

5. Алесковский твердых веществ. М.: Высш. шк., 1978.

6. Третьяков реакции. М.: Химия, 1978.

7. Чеботин химия твердого тела. М.: Химия, 1982.

8. , Хунджуа по физике твердого те­ла: принципы строения, реальная структура, фазовые превраще­ния. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1988.

9. Мурин несовершенных ионных кристаллов. Л.: Изд-во

Ленинград. ун-та, 1975.

10., Химия и технология твердофаз­ных

материалов. М.: Изд-во Моск.ун-та, 1985.

11. Козик твердых неорганических веществ. Томск. ТГУ.

1985.

12. , , Петрашевский и

матрично- изолированные структуры. СПб. Изд. СПбГУ. 1995.

13. Реакции в твердых телах и на поверхности. М.: ИЛ.

1962.

14. Губин кластеров. М.: Наука. 1987.

15. Корольков строение и свойства непереходных

элементов. СПб. Химия. 1992.

Составил д.х.н., профессор