晶體中的電負(fù)性標(biāo)度及其應(yīng)用.pdf

1、電負(fù)性概念1932年由著名化學(xué)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(xué)科之間的相互交叉與滲透，電負(fù)性如今已成為在化學(xué)、物理和材料科學(xué)等領(lǐng)域均具有廣泛應(yīng)用的基本原子參數(shù)。電負(fù)性與材料的超導(dǎo)性、磁性、光學(xué)等多種性能之間存在著密切的內(nèi)在聯(lián)系，它能夠把復(fù)雜的分子現(xiàn)象以及材料的物理化學(xué)特性簡(jiǎn)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(jì)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(fù)性概念進(jìn)行了拓展，進(jìn)而將其應(yīng)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(jì)。具體工作如下： 基于離子的有效靜電勢(shì)，提出了離子電負(fù)性模型，確定了周期表中82種元素不同價(jià)態(tài)、配位數(shù)和自旋態(tài)的電負(fù)性值，是迄今為止最為全面的電負(fù)性標(biāo)度。由于精確地考慮了離子周圍實(shí)際的化學(xué)環(huán)境，這些電負(fù)性值恰當(dāng)?shù)胤从沉穗x子吸引電子的能力。該電負(fù)性標(biāo)度不但能夠合理地估算離子的Lewis酸強(qiáng)度、水合自由能等一些有用的物理化學(xué)參量，而且能夠預(yù)測(cè)三價(jià)鑭離子在

3、無機(jī)晶體中的電荷轉(zhuǎn)移能，對(duì)于新材料的設(shè)計(jì)工作具有重要的指導(dǎo)意義。 基于共價(jià)晶體中元素的靜電勢(shì)，提出了適用于共價(jià)晶體中元素的電負(fù)性模型，確定了周期表中58種元素在共價(jià)晶體中具有不同成鍵電子數(shù)和配位數(shù)的電負(fù)性值，在預(yù)測(cè)共價(jià)晶體的彈性模量、電子極化率等性質(zhì)時(shí)得到了較為理想的應(yīng)用。該電負(fù)性標(biāo)度是對(duì)上述離子電負(fù)性標(biāo)度的重要補(bǔ)充和完善，對(duì)于研究共價(jià)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(fù)性均衡原理，提出了鍵電負(fù)

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(gè)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(xué)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(fù)性和晶體結(jié)構(gòu)就能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)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(duì)于人們?cè)O(shè)計(jì)新型超硬材料具有重要的理論指導(dǎo)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)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)