同素异构体（同素异构转变）

同素异构体，原文标题：同素异构#材料科学#。

有些固体在不同的温度和压力下有不同的晶体结构，也就是说具有多晶型性（polymorphism），而转变的产物就称为同素异构体。

同素异构的概念

同素异构的概念是在我们学习了晶体结构之后引入的，对于我们未来学习相图——这个材料学中的重要工具有很大帮助，也有利于我们后面去理解钢铁的热处理工艺。

两本常用材料科学基础教材中相关内容章节示意

1851年的德国，那年冬天非常寒冷，有个风琴演奏家在雪地里准备给观众表演节目。节目还没开始，风琴就演奏不出声音了。这到底是怎么回事呢？

原来风琴是用锡制作的，而锡有什么特点呢？

锡在低温下，会由“白锡”变为“灰锡”，这两者的晶体结构不同，在变化过程中，会发生体积的膨胀。实际效果就是本来好好的一个风琴，在低温环境下，突然就不能演奏了。

白锡和灰锡就是典型的同素异构体。

锡的同素异构转变

锡的这个同素异构转变给过去的人们带来了很多麻烦，因此被称作“锡病”或“锡灾/锡疫”。

很多人认为“锡疫”的问题已经彻底解决了。因为商用的锡材料中含有多种杂质，能减缓甚至阻止这种转变。但是近年来，欧洲有关部门严格限制有害物质的生产、使用，这要求研究人员能够研发出95%～99%纯度的无铅锡材料。由于这类材料将应用于寒冷条件下的电路焊接，因此多晶型结构之间的相互转变问题再次成为研究重点。不过也不用担心，根据现有的研究结果，这些新型的无铅锡材料只要按照操作规程来进行焊接操作，还是可以长时间在低温环境下安全使用的。但是这个“长时间”到底是多久，受限于研究方法，可能还无法给出很好的答案。

参考文献：

[1] Callister W D, Rethwisch D G. Material Science and Engineering – An Introduction. Wiley, 2018.

[2]胡赓祥等. 材料科学基础[M]. 上海交通大学出版社, 2010.

[3]周公度等. 晶体和准晶体的衍射[M]. 北京大学出版社, 2013.

[4]大卫·I.A.米勒. 极端条件下的含能材料[M]. 四川大学出版社, 2017.

[5] Cornelius B, Treivish S, Rosenthal Y, et al. The phenomenon of tin pest: A review[J]. Microelectronics Reliability, 2017, 79:175-192.

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