Fizyka ciała stałego
Dla kierunku In\
ynieria Materiałowa
Wprowadzenie
Barbara Wandelt
Katedra Fizyki Molekularnej
PA

Co to jest ciało stałe?
Wielka liczba atomów (~ 1023 /cm3) związanych
chemicznie lub fizycznie tworzy stałe skupisko.
Makroskopowo  stabilność kształtów
Mikroskopowo  sieć atomów drgających wokół
poło\
enia równowagi
Postać ciała stałego
- krystaliczna
- bezpostaciowa (amorficzna)
Przejście od cieczy do ciała stałego
Wszystkie substancje zestalają się w temperaturze
> 0oK
Niektóre ciała zestalają się do stanu
bezpostaciowego (np. siarka) a następnie
samorzutnie (w długim okresie czasu)
przechodzą do postaci krystalicznej
Przykłady:
- matowienie szkła (400 lat)
-  scukrzanie  wykrystalizowanie cukru w mocno
słodzonych przetworach
Wniosek:
bezpostaciowość to stan niezrównowa\
ony
termodynamicznie, metatrwały, przypomina ciecz lepką.
Ró\
nice między ciałami krystalicznymi
i bezpostaciowymi
Krystaliczne (gr. krystallos)
 uporządkowany układ jonów lub atomów,
periodyczność budowy.
-du\
a liczba jednakowych komórek elementarnych
tworzy monokryształ.
Bezpostaciowe (gr. amorphos)
 nie ma uporządkowania
Proces krzepnięcia równomiernie
oziębionego metalu
A
B C D
Rozró\
niamy:
- Materiały krystaliczne - monokryształy
- Materiały polikrystaliczne
Przykłady monokryształów
Ró\
nice między ciałami krystalicznymi
i bezpostaciowymi
Kiedy materiał jest anizotropowy ?
Co to anizotropia?
- monokryształy wykazują anizotropię
- powolne oziębianie daje mo\
liwość powstania
monokryształu
- je\
eli drobne kryształy nie są orientowane
to polikryształ jest izotropowy.
- praktycznie uporządkowanie kryształków
następuje podczas obróbki metalu np.
walcowanie, ciągnienie
- ró\
ne własności fizyczne dla ró\
nych kierunków
w krysztale, liczbowo mogą się ró\
nić o kilka rzędów
np. mika: wiązanie warstw krystalicznych jest bardzo
słabe.
Przykłady alotropowych struktur węgla
diament
grafit
C60 fulleren
przezroczysty
czarny
czarny
twardy
miękki
miękki
izolator
przewodnik
półprzewodnik
Co to jest anizotropia ?
Materiał wykazuje ró\
ne własności fizyczne dla
ró\
nych kierunków w krysztale,
-często liczbowo ró\
nica jest o kilka rzędów
wielkości
-np. mika i jej własności mechaniczne,
-np. własności elektryczne dla ró\
nych
strukturalnie postaci węgla.
Przyczyny anizotropii
- Związek między budową sieci krystalicznej,
budową komórki elementarnej
a własnościami fizycznymi materiału.
- W materiałach bezpostaciowych (polimery)
oraz polikrystalicznych: anizotropię
mo\
na wywołać przez obróbkę materiału.
Przyczyna anizotropii kryształów:
ró\
nice w gęstości atomów le\
ących na
ró\
nych płaszczyznach kryształu
Zró\
nicowana anizotropia
np. kryształ soli kuchennej
-izotropowość dla przenikalności dielektrycznej,
współczynnika załamania światła
-anizotropowość dla rozpuszczalności,
wł. mechanicznych
Wnioski
- Związek między budową sieci krystalicznej
(budową komórki elementarnej)
a własnościami fizycznymi materiału, anizotropia.
Siły wiązania atomów
Modele mechaniczne