晶體中的電負性標度及其應用.pdf

1、電負性概念1932年由著名化學家Pauling提出，它表示分子中的原子將電子吸引向自身的能力。隨著新材料的發(fā)展以及各學科之間的相互交叉與滲透，電負性如今已成為在化學、物理和材料科學等領(lǐng)域均具有廣泛應用的基本原子參數(shù)。電負性與材料的超導性、磁性、光學等多種性能之間存在著密切的內(nèi)在聯(lián)系，它能夠把復雜的分子現(xiàn)象以及材料的物理化學特性簡單地參數(shù)化為由原子的一些性質(zhì)來表示的定量關(guān)系，為新材料設(shè)計提供了理論依據(jù)。本論文考慮了原子在晶體中具體的成鍵環(huán)

2、境將電負性概念進行了拓展，進而將其應用于材料的結(jié)構(gòu)一性質(zhì)關(guān)系研究以及超硬材料設(shè)計。具體工作如下： 基于離子的有效靜電勢，提出了離子電負性模型，確定了周期表中82種元素不同價態(tài)、配位數(shù)和自旋態(tài)的電負性值，是迄今為止最為全面的電負性標度。由于精確地考慮了離子周圍實際的化學環(huán)境，這些電負性值恰當?shù)胤从沉穗x子吸引電子的能力。該電負性標度不但能夠合理地估算離子的Lewis酸強度、水合自由能等一些有用的物理化學參量，而且能夠預測三價鑭離子在

3、無機晶體中的電荷轉(zhuǎn)移能，對于新材料的設(shè)計工作具有重要的指導意義。 基于共價晶體中元素的靜電勢，提出了適用于共價晶體中元素的電負性模型，確定了周期表中58種元素在共價晶體中具有不同成鍵電子數(shù)和配位數(shù)的電負性值，在預測共價晶體的彈性模量、電子極化率等性質(zhì)時得到了較為理想的應用。該電負性標度是對上述離子電負性標度的重要補充和完善，對于研究共價材料的結(jié)構(gòu)一性質(zhì)關(guān)系具有重要意義。 根據(jù)Sanderson電負性均衡原理，提出了鍵電負

4、性定義?；趩挝惑w積的抓電子能，定義了原子硬度、離子硬度和鍵硬度，在這三個微觀層次上研究了材料硬度的本質(zhì)：材料的硬度本質(zhì)上取決于其單位體積組成化學鍵的抓電子能，并由此建立了鑒別材料硬度的微觀模型。該理論模型僅僅通過材料組成原子的電負性和晶體結(jié)構(gòu)就能準確預測各種材料的硬度，并且將能形成超硬材料的原子組合挑選出來，對于人們設(shè)計新型超硬材料具有重要的理論指導意義和實際應用價值。根據(jù)該模型，又系統(tǒng)地研究了第IVA和IVB族氮化物各種相的硬度，發(fā)