第一篇 固体无机化学基础 3
第1章 绪论 3
1.1固体化学与固体无机化学 3
1.1.1固体化学 3
1.1.2固体无机化学的研究内容 4
1.2固体无机化学与相关学科 8
进一步阅读的参考书 9
第2章 凝聚体系相图及其应用 11
2.1相平衡与相律 11
2.1.1相与相平衡 12
2.1.2相律 13
2.2单组分体系相图 14
2.2.1压力-温度相图 14
2.2.2两相平衡线的变化趋势 16
2.3二组分凝聚体系相图 16
2.3.1几种典型的无固溶体体系相图 16
2.3.2几种典型的固溶体体系相图 21
2.4二组分凝聚体系相图在材料化学中的应用 26
2.4.1单晶的制备 27
2.4.2多晶材料的制备 29
2.4.3二元组成-温度相图的测定和新化合物的探索 30
2.5三组分凝聚体系相图简介 38
2.5.1概述 38
2.5.2三组分凝聚体系相图 40
2.5.3简单三组分凝聚体系相图类型 45
2.5.4三组分体系相图的应用 56
进一步阅读的参考书 59
思考题 60
习题 60
第3章 晶体结构的对称性 63
3.1晶体的特征 63
3.1.1晶体的宏观特征 63
3.1.2晶体的微观特征 65
3.1.3晶面指标与晶面间距 67
3.2对称操作、对称元素和晶体学点群 70
3.2.1对称操作和对称元素 70
3.2.2晶体学点群 71
3.3晶系与晶体的空间点阵形式 81
3.4晶体的微观对称元素和空间群 84
3.4.1晶体的微观对称元素 84
3.4.2螺旋旋转与滑移反映对称操作的矩阵表示 88
3.4.3晶体的空间群 90
3.5空间群的应用 99
3.5.1在晶体结构测定中的应用 99
3.5.2晶体结构的表征 101
进一步阅读的参考书 108
思考题 109
习题 110
第4章 结晶化学 115
4.1晶体结构类型 115
4.1.1定义 115
4.1.2结构类型命名 116
4.1.3结构类型分类［48］ 116
4.2晶体的结构化学式［48］ 118
4.2.1整体结构联结形式的表示 118
4.2.2部分结构联结形式的表示 119
4.2.3单个原子的配位环境 120
4.3元素的晶体结构 123
4.3.1金属元素结构 123
4.3.2遵循8-N规则的元素结构 124
4.4离子键与离子化合物 124
4.4.1离子键 124
4.4.2离子键化合物 125
4.4.3离子的极化和键型变异 128
4.4.4离子半径 129
4.4.5 Pauling规则 130
4.5共价键与固体共价化合物 131
4.5.1共价键 131
4.5.2正常价键化合物［51] 132
4.5.3广义价键化合物［51］与Zintl化合物［52］ 133
4.5.4四面体结构化合物［54］ 138
4.6混合键型化合物 141
4.6.1范德华键与分子晶体 141
4.6.2氢键 142
4.7金属键与金属间化合物 145
4.7.1金属键 145
4.7.2金属间化合物［56］ 146
4.7.3复杂金属间化合物［58］ 148
4.7.4结构的交叠生长［60］ 150
进一步阅读的参考书 151
思考题 152
习题 153
第5章 固体相变 155
5.1相变的热力学分类与序参量 156
5.1.1相变的热力学分类 156
5.1.2序参量 160
5.1.3有序—无序相变的条件 163
5.2相变热力学 163
5.2.1相平衡及吉布斯自由能—组成曲线 163
5.2.2吉布斯自由能—组成曲线的应用 167
5.2.3其他相变理论介绍 172
5.2.4材料性质与有序—无序相变 176
5.3相变动力学 178
5.3.1不连续相变和连续相变 178
5.3.2新相核的形成和长大 178
5.3.3固态相变动力学的特征 187
5.3.4等温相变动力学方程 187
5.3.5变温相变动力学介绍 194
5.4相变晶体学 195
5.4.1相变按原子迁动特征分类 195
5.4.2有序—无序相转变的晶体结构 199
5.4.3固体相变中的母群与子群的关系 203
5.4.4马氏体相变 207
5.5晶格振动与相变 208
5.5.1晶格振动的基础知识 208
5.5.2晶格振动与相变 212
进一步阅读的参考书 216
思考题 216
习题 217
第6章 固体材料电子结构的量子化学研究方法 219
6.1量子化与原子轨道 219
6.1.1波粒二象性的产生 219
6.1.2量子化的产生 222
6.1.3氢原子的电子轨道 226
6.1.4电子的自旋及填充规律 229
6.2从原子到分子 231
6.2.1氢分子体系 231
6.2.2成键三原则 234
6.2.3电荷与成键 235
6.3晶态固体材料的量子化学模型 236
6.3.1四个氢原子组成的分子链 236
6.3.2有限长链体系的处理 239
6.4晶体材料的布里渊区和能带 240
6.4.1理想晶体的结构特点 240
6.4.2能带的产生 241
6.4.3二维和三维晶体的能带与布里渊区 245
6.4.4态密度和费米能级 247
6.5原子轨道态密度及轨道相互作用 248
6.5.1原子体系从有限到无穷 248
6.5.2原子轨道在哪里—晶态材料中的轨道组成分析 249
6.5.3单胞的选取与能带的关系 251
6.5.4轨道间的相互作用 253
6.5.5原子堆积方式与能量的稳定性 254
6.6固体与表面 254
6.6.1固体中的理论研究与分析［74］ 254
6.6.2固体的表面 258
6.7导电性和磁性 262
6.7.1导电性 262
6.7.2固体中的磁性 267
6.8计算程序和实例 270
6.8.1固体量子化学计算程序的一般处理过程 270
6.8.2一些常用程序的介绍 273
进一步阅读的参考书 285
第7章 固体中的缺陷与非化学计量化合物 287
7.1实际晶体的点缺陷 288
7.1.1点缺陷的分类与表示 289
7.1.2点缺陷反应方程式的书写原则 295
7.1.3点缺陷的局域能级 296
7.1.4本征点缺陷的化学平衡 302
7.1.5气氛对本征点缺陷浓度的影响 304
7.1.6杂质对缺陷平衡的影响 313
7.2固溶体化学 321
7.2.1固溶体的特点 321
7.2.2固溶体的分类 322
7.2.3取代型固溶体的生成机理 323
7.2.4固溶反应方程式的书写原则 323
7.2.5影响取代型固溶体固溶度的因素 325
7.3晶体中的线缺陷 331
7.3.1刃位错 332
7.3.2伯格斯矢量和螺型位错 333
7.3.3晶体中的线缺陷 334
7.4晶体中的面缺陷 335
7.4.1晶体的表面 335
7.4.2晶体的界面 337
7.5非化学计量化合物及其缺陷结构 339
7.5.1扩展缺陷 339
7.5.2非化学计量化合物 341
进一步阅读的参考书 349
思考题 349
习题 350
第8章 非晶态固体 353
8.1非晶态固体的一般特点 354
8.1.1玻璃的形成特点 354
8.1.2玻璃转变温度和黏度 355
8.1.3玻璃的热历史和弛豫 358
8.1.4玻璃态与液态的区别 360
8.2非晶态固体的结构 361
8.2.1玻璃态的近程有序（玻璃对于熔体结构的继承性） 361
8.2.2经典的玻璃结构理论 363
8.2.3其他非晶态固体的结构模型 372
8.3非晶态固体的形成条件（玻璃化条件） 374
8.3.1形成的动力学条件 374
8.3.2形成的结晶化学条件 377
8.4非晶态固体的晶化 380
8.4.1成核理论 380
8.4.2晶体的生长模型 384
8.5玻璃态固体中的分相 387
8.5.1分相的热力学理论 388
8.5.2玻璃分相的动力学 390
8.5.3玻璃分相的本质原因—结构因素 393
8.5.4分相对于晶化的影响 395
8.6非晶态固体材料简介 396
8.6.1玻璃及有控制的晶化材料—微晶玻璃 396
8.6.2非晶态金属 399
进一步阅读的参考书 401
思考题 402
第9章 无机固体材料的合成与制备 403
9.1概述 403
9.1.1固态反应的类型 403
9.1.2固态反应的机理 406
9.2高温固相反应 413
9.2.1成核和长大 414
9.2.2影响固态反应的措施 416
9.3软化学合成 418
9.3.1前驱体类型与其化学反应 419
9.3.2拓扑化学反应 423
9.3.3水热与溶剂热合成 428
9.3.4化学气相输运反应 433
9.4特殊合成方法 434
9.4.1微波辐射合成和烧结 434
9.4.2燃烧合成 437
9.4.3电化学合成 439
9.5单晶的制备 440
9.5.1制备单晶方法的分类 440
9.5.2用化学气相输运法制备单晶 442
9.5.3由溶液生长 443
9.5.4由熔体生长 446
9.6材料的制备 448
9.6.1烧结过程 448
9.6.2薄膜的制备 453
9.6.3纳米粉体制备 454
进一步阅读的参考书 455
思考题 456
第二篇 无机新材料的设计合成 459
第10章 热收缩化合物与超低膨胀材料 459
10.1热膨胀性质的物理基础 461
10.1.1热膨胀系数 461
10.1.2热力学格林艾森函数 462
10.1.3非立方晶系的格林艾森函数 463
10.1.4晶格热振动的准一谐振近似 464
10.2固体的热收缩机理 465
10.2.1键长 465
10.2.2热收缩机理 466
10.3复杂结构的热振动模型 473
10.3.1刚性单元振动模型和准刚性单元振动模型 473
10.3.2最大体积模型 475
10.3.3结构块的耦合旋转模型 476
10.3.4铁电—顺电相变模型 477
10.4重要热收缩化合物结构及热膨胀性质的调制 479
10.4.1 ZrW2O8热收缩化合物及其相似结构［154］ 479
10.4.2立方AM2O7（A=Th，Zr，Hf，Sn；M=P，V）［169］ 483
10.4.3 Sc2（WO4）3及其相似结构的晶体 484
10.4.4硅酸盐结构及其固溶体 486
10.4.5磷酸盐及其固溶体 487
10.4.6钙钛矿结构铁电材料 487
10.5其他热收缩效应 488
进一步阅读的参考书 489
第11章 热电材料的设计合成 491
11.1热电材料简介 491
11.1.1热电设备及热电材料 491
11.1.2导电材料的热电效应 492
11.1.3热电性能指数 494
11.2热电材料的现状与发展 495
11.2.1典型热电材料的研究与改性 495
11.2.2纳米及薄膜热电材料 498
11.2.3新颖热电材料的设计与改性 504
11.3理论研究对热电材料的指导作用 505
11.3.1热电性质计算的理论基础 505
11.3.2当前理论研究的缺点或应用的困难 510
11.3.3能从理论上的计算中得到什么 512
第12章 无机二阶非线性光学材料的研究进展 517
12.1非线性光学简介 517
12.2非中心对称结构与晶体材料的物理性质 518
12.3一些典型的无机二阶非线性光学材料 519
12.4新型无机非线性光学晶体的结构设计 523
12.4.1硼酸盐体系的拓展 523
12.4.2金属亚硒（碲）酸盐类非线性光学材料 525
12.4.3金属碘酸盐类非线性光学材料 528
12.5总结与展望 533
思考题 534
第13章 透明陶瓷与发光材料 535
13.1透明陶瓷 535
13.1.1透光率的影响因素 536
13.1.2透明陶瓷的制备方法 537
13.1.3各种透明陶瓷的制备 538
13.2发光陶瓷材料 540
13.2.1闪烁光学材料的设计合成 540
13.2.2透明闪烁陶瓷 551
13.2.3透明激光陶瓷 555
13.3频率转换发光玻璃陶瓷复合材料 560
13.3.1影响玻璃陶瓷透光性的主要因素 561
13.3.2透明玻璃陶瓷的制备技术 561
13.3.3几种重要的光功能透明玻璃陶瓷 562
进一步阅读的参考书 567
第14章 锂离子电池正极材料的设计合成 569
14.1锉离子电池概述 570
14.1.1锂离子电池的发展史 570
14.1.2锉离子电池的构造 571
14.1.3正极材料的种类 574
14.2层状岩盐型氧化物的正极材料 576
14.2.1 LiCoO2 576
14.2.2 LiNiO2 577
14.2.3 Ni-Co-Mn三元系 579
14.3锰酸锂正极材料—尖晶石型锰酸锂 580
14.4橄榄石型正极材料 582
进一步阅读的参考书 584
思考题 584
第15章 多孔材料催化剂的合成与制备 585
15.1引言 585
15.2微孔分子筛的制备及催化性质 586
15.2.1微孔分子筛的制备 587
15.2.2微孔分子筛的催化性质 591
15.3介孔分子筛的制备及催化性质 594
15.3.1介孔分子筛的制备 595
15.3.2介孔分子筛的催化性质 597
15.4小结 598
进一步阅读的参考书 598
附录 601
附录1 晶体中点对称元素的部分基本点对称操作的矩阵表示 601
附录2 32个晶体学点群的极射赤平投影图 603
附录3 230种晶体学空间群的符号 605
附录4 有效离子半径 608
附录5 物理化学常数 613
索引 615