1、1材料化學導論材料化學導論 生化學院生化學院 郭為民郭為民 聯系方式：聯系方式：2 材料是社會經濟文化發展賴以存在物質基礎，而材料是社會經濟文化發展賴以存在物質基礎，而化學由于其是研究物質和創造新物質的科學，因之與化學由于其是研究物質和創造新物質的科學，因之與材料科學有著密不可分的關聯，于是就形成了材料化材料科學有著密不可分的關聯，于是就形成了材料化學科學。材料化學是研究材料的制備、組成、結構和學科學。材料化學是研究材料的制備、組成、結構和性能及其應用的一門學科。本課程是化學工程與工藝、性能及其應用的一門學科。本課程是化學工程與工藝、應用化學、生物化工、工業催化等專業

2、研究生的學位應用化學、生物化工、工業催化等專業研究生的學位課、專業課。通過該課程的學習，掌握材料的微觀結課、專業課。通過該課程的學習，掌握材料的微觀結構和轉變的規律以及它們與材料的各種物理、化學性構和轉變的規律以及它們與材料的各種物理、化學性能之間的關系，并運用這些規律改進材料性能、研制能之間的關系，并運用這些規律改進材料性能、研制新型材料的基礎理論；培養從基本理論出發進行材料新型材料的基礎理論；培養從基本理論出發進行材料設計、運用化學新概念進行材料制備及改性創新的能設計、運用化學新概念進行材料制備及改性創新的能力。力。課程簡介：課程簡介：31 1唐小真主編唐小真主編材料化學導論材料化學導論高

3、教出版社，高教出版社，199719972 2蘇勉曾蘇勉曾固體化學導論固體化學導論北京大學出版社，北京大學出版社，1996 1996 3 3申泮文等譯，申泮文等譯，WestWest著著固體化學及其應用固體化學及其應用高等教育出版高等教育出版 社，社，198919894 4丁馬太丁馬太材料化學導論材料化學導論廈門大學出版社，廈門大學出版社，1993 1993 5. 5. 張逢星張逢星 李李珺珺均均材料化學導論材料化學導論西北大學本科講義，西北大學本科講義，20012001主要參考書主要參考書4第一章第一章 緒論緒論第二章第二章 材料化學理論基礎材料化學理論基礎第三章第三章 材料結構的表征材料結構的

4、表征第四章第四章 材料制備化學材料制備化學第五章第五章 材料的結構與物理性能材料的結構與物理性能第六章第六章 新型結構材料新型結構材料第七章第七章 新型功能材料新型功能材料第八章第八章 功能轉換材料功能轉換材料目 錄5材料化學導論授課安排材料化學導論授課安排理論課：理論課：4848學時學時6第一章第一章 緒論緒論7一、材料的定義一、材料的定義1.1.材料：材料：是具有一定性能，可以用來制作器件、構是具有一定性能，可以用來制作器件、構件、工具、裝置等物品的物質件、工具、裝置等物品的物質 。2.2.原料與材料：原料與材料：人們把自然界經過開采而獲得的勞人們把自然界經過開采而獲得的勞動對象稱為原料，

5、動對象稱為原料，原料一般不是為獲得產品，而是原料一般不是為獲得產品，而是生產材料，往往伴隨化學變化。材料的特點往往是生產材料，往往伴隨化學變化。材料的特點往往是為獲得產品，一般從材料到產品的轉變過程不發生為獲得產品，一般從材料到產品的轉變過程不發生化學變化。化學變化。材料和原料合稱為材料和原料合稱為原材料原材料。3.3.材料與物質：材料與物質：材料可由一種或多種物質組成。同材料可由一種或多種物質組成。同一物質由于制備方法或加工方法不同可以得到用途一物質由于制備方法或加工方法不同可以得到用途各異、類型不同的材料。各異、類型不同的材料。4.4.新材料：新材料：主要是指最近發展或正在發展之中的具主要

6、是指最近發展或正在發展之中的具有比傳統材料性能更為優異的一類材料。有比傳統材料性能更為優異的一類材料。8二、材料在人類歷史進程中的巨大作用二、材料在人類歷史進程中的巨大作用我們從以下幾個方面來理解材料的重要作用：我們從以下幾個方面來理解材料的重要作用：1.1.材料材料是人類賴以生活和生產的物質基礎是人類賴以生活和生產的物質基礎 人類的衣、食、住、行都離不開材料。人類社會人類的衣、食、住、行都離不開材料。人類社會發展的歷史證明，材料是社會進步的物質基礎與先導；發展的歷史證明，材料是社會進步的物質基礎與先導；它是賴以生存和發展、征服自然和改造自然的物質基它是賴以生存和發展、征服自然和改造自然的物質

7、基礎；是人類進步的里程碑。礎；是人類進步的里程碑。近代兩次工業革命都是以近代兩次工業革命都是以新材料的發現和應用為先導的。新材料的發現和應用為先導的。 例如，鋼鐵工業的發展，為例如，鋼鐵工業的發展，為1818世紀以蒸汽機的發世紀以蒸汽機的發明和應用為代表的第一次工業革命奠定了物質基礎。明和應用為代表的第一次工業革命奠定了物質基礎。 本世紀中葉以來，以電子技術，特別是微電子技本世紀中葉以來，以電子技術，特別是微電子技術的發明和應用為代表的第二次工業革命，硅單晶材術的發明和應用為代表的第二次工業革命，硅單晶材料則起著先導和核心作用料則起著先導和核心作用 92.2.材料是生產力發展的重要支柱材料是生

8、產力發展的重要支柱 縱觀人類利用材料的歷史，可以清楚地看到，每縱觀人類利用材料的歷史，可以清楚地看到，每一種重要的新材料的發現和應用，都把人類支配自然一種重要的新材料的發現和應用，都把人類支配自然的能力提高到一個新的水平。材料科學技術的每一次的能力提高到一個新的水平。材料科學技術的每一次重大突破都會引起生產技術的革命，大大加速社會發重大突破都會引起生產技術的革命，大大加速社會發展的進程，給社會生產和人們生活帶來巨大的變化，展的進程，給社會生產和人們生活帶來巨大的變化，把人類物質文明推向前進。把人類物質文明推向前進。 例如，沒有半導體材料就沒有計算機技術；沒有例如，沒有半導體材料就沒有計算機技術

9、；沒有耐高溫、高強度的特殊材料就沒有航天技術；沒有光耐高溫、高強度的特殊材料就沒有航天技術；沒有光導纖維就不會有現代通訊；沒有合成材料，今天的生導纖維就不會有現代通訊；沒有合成材料，今天的生活還會這么豐富多彩嗎？活還會這么豐富多彩嗎？103.3.材料的使用程度是人類社會發展的里程碑材料的使用程度是人類社會發展的里程碑石器時代石器時代陶器時代陶器時代銅器時代銅器時代鐵器時代鐵器時代復合材料復合材料 從人類社會發展來看，使用材料經歷了五大里程碑：從人類社會發展來看，使用材料經歷了五大里程碑：11（1 1）石器時代）石器時代 石頭是人類使用的第一種材料，因此人類歷史的最石頭是人類使用的第一種材料，因

10、此人類歷史的最早時期被命名為早時期被命名為“石器時代石器時代”。這個時代又進一步劃分為。這個時代又進一步劃分為舊石器時代舊石器時代( (公元前公元前2-32-3百萬年至約百萬年至約1 1萬年萬年) )，從原始部落，從原始部落到母系社會；中石器時代到母系社會；中石器時代( (公元前約公元前約1 1萬年至萬年至7-87-8千年千年) )新新石器時代石器時代( (公元前公元前7-87-8千年至千年至6 6千年千年) )三個不同的歷史時期。三個不同的歷史時期。1213（2 2）陶器時代）陶器時代 陶陶是人類制備的是人類制備的第一種人造材料第一種人造材料。 中國約在公元前中國約在公元前800080006

11、0006000年的新石器時代早期，年的新石器時代早期，開始制作陶器。開始制作陶器。新石器時期新石器時期馬家窯式水紋彩陶體。馬家窯式水紋彩陶體。新石器時期新石器時期半山式菱形點紋壺。半山式菱形點紋壺。 恩格斯對此給予高度評價，認為陶器的出現是人恩格斯對此給予高度評價，認為陶器的出現是人類從蒙味轉變為野蠻時代的標志。類從蒙味轉變為野蠻時代的標志。14（3 3）青銅時代）青銅時代 青銅青銅是人類制造出來的是人類制造出來的第二種人造材料第二種人造材料。也是。也是第第一種合金材料一種合金材料。青銅時代大約起始于公元前。青銅時代大約起始于公元前50005000年。年。即原始社會到奴隸社會初期；即原始社會到

12、奴隸社會初期；“青銅青銅”時代約在我國商時代約在我國商周時代和私有制建立的前夜。周時代和私有制建立的前夜。青銅青銅銅錫合金銅錫合金含錫含錫1/6 1/6 韌性好韌性好制造鐘鼎制造鐘鼎含錫含錫2/5 2/5 硬度高硬度高制造刀斧制造刀斧1516湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍 我國的商、周時期，是使用青銅器的鼎盛時代，我國的商、周時期，是使用青銅器的鼎盛時代，春秋戰國時期的青銅兵器，留傳著許多動人的故事。春秋戰國時期的青銅兵器，留傳著許多動人的故事。越王勾踐和吳王夫差的寶劍，越王勾踐和吳王夫差的寶劍，雖在地下塵封千年雖在地下塵封千年, ,出土時依然鋒利無比出土時依然鋒利無

13、比 ，我國古代名劍大多出自吳越。，我國古代名劍大多出自吳越。17中國古銅鏡中國古銅鏡18戰國青銅編鐘戰國青銅編鐘19 巨型司母戊鼎巨型司母戊鼎（河南安陽晚商遺址）（河南安陽晚商遺址）20（4 4）鐵器時代）鐵器時代 鑄鐵鑄鐵人類制造和使用第人類制造和使用第3 3種人造材料，我國的鐵器種人造材料，我國的鐵器時代由何時開始，至今尚難斷言。至遲始于春秋，距時代由何時開始，至今尚難斷言。至遲始于春秋，距今今2700270022002200年前我國已經掌握了煉鐵技術，比歐洲年前我國已經掌握了煉鐵技術，比歐洲早早18001800年左右。年左右。2122湖南長沙砂子塘戰國凹形鐵鋤湖南長沙砂子塘戰國凹形鐵鋤2

14、3（5 5）高分子時代）高分子時代 隨著有機化學的發展，在隨著有機化學的發展，在2020世紀初出現世紀初出現合成塑料合成塑料、合成纖維合成纖維、合成橡膠合成橡膠等高分子材料，并被廣泛的用于等高分子材料，并被廣泛的用于生產和生活中。生產和生活中。24254.4.材料直接關系到國家的命脈材料直接關系到國家的命脈 在二次大戰中，前蘇聯在血與火的洗禮中切身體在二次大戰中，前蘇聯在血與火的洗禮中切身體會到材料對于國家存亡的至關重要性。會到材料對于國家存亡的至關重要性。19571957年世界上年世界上第一顆人造地球衛星第一顆人造地球衛星SputnikSputnik上天，震撼了整個世上天，震撼了整個世界，尤

15、其是美國。徹底改變了人們對材料重要性的認界，尤其是美國。徹底改變了人們對材料重要性的認識和對材料研究的態度。美國有識和對材料研究的態度。美國有2525的科技工作者致的科技工作者致力于材料研究，另有力于材料研究，另有2525的科技工作者從事與某些材的科技工作者從事與某些材料有關的研究工作。各先進國家投入巨大財力、人力料有關的研究工作。各先進國家投入巨大財力、人力和物力致力于材料研究，目的就是要發展國家實力。和物力致力于材料研究，目的就是要發展國家實力。26三、材料的發展過程三、材料的發展過程第一代為天然材料第一代為天然材料 在原始社會生產技術水平低下，在原始社會生產技術水平低下，人類使用的材料只

16、能是自然界的動物、植物和礦物，人類使用的材料只能是自然界的動物、植物和礦物，主要的工具是棍棒，用石料加工的磨制石器。主要的工具是棍棒，用石料加工的磨制石器。第二代為燒煉材料第二代為燒煉材料 燒煉材料是燒結材料和冶煉材燒煉材料是燒結材料和冶煉材料的總稱。人類用天然的礦土燒結磚瓦和陶瓷，制料的總稱。人類用天然的礦土燒結磚瓦和陶瓷，制出了出了玻璃和水泥玻璃和水泥，這些都屬于，這些都屬于燒結材料燒結材料；從各種天；從各種天然的礦石中提煉然的礦石中提煉銅、鐵銅、鐵等金屬，則屬于等金屬，則屬于冶煉材料冶煉材料；第三代材料為合成材料第三代材料為合成材料 在在2020世紀初期出現了化工世紀初期出現了化工合成產

17、品，其中合成塑料、合成橡膠和合成纖維已合成產品，其中合成塑料、合成橡膠和合成纖維已廣泛地是用于生產和生活中。從廣泛地是用于生產和生活中。從19071907年第一個小型年第一個小型酚醛樹脂廠建立，到酚醛樹脂廠建立，到19271927年第一個熱塑性聚氯乙烯年第一個熱塑性聚氯乙烯27塑料的生產實現商品化，塑料的生產實現商品化，19301930年建立了聚合物概念年建立了聚合物概念后，聚合物工業迅猛發展起來，這一領域的進展經后，聚合物工業迅猛發展起來，這一領域的進展經歷了新型塑料和合成纖維的深入研究歷了新型塑料和合成纖維的深入研究(1950-1970(1950-1970年年) )、工程塑料、聚合物合金、

18、功能聚合物材料的工業化工程塑料、聚合物合金、功能聚合物材料的工業化(1970-1980(1970-1980年年) )、分子設計、高性能、高功能聚合、分子設計、高性能、高功能聚合物的合成（物的合成（19901990年）等幾個發展進程；年）等幾個發展進程；第四代為可設計的材料第四代為可設計的材料 近代出現了根據實際需要近代出現了根據實際需要去設計特殊性能的材料，去設計特殊性能的材料，金屬陶瓷金屬陶瓷、鋁塑薄膜鋁塑薄膜等復等復合材料屬于這一類。合材料屬于這一類。第五代為智能材料第五代為智能材料 智能材料是近三四十年來研制智能材料是近三四十年來研制的一類新型功能材料，它們隨時間、環境的變化改的一類新型

19、功能材料，它們隨時間、環境的變化改變自己的性能或形狀，好像具有智能。例如變自己的性能或形狀，好像具有智能。例如形狀記形狀記憶合金憶合金就屬于這一類。就屬于這一類。28 新材料的每次使用都引起人類社會的巨大變革和新材料的每次使用都引起人類社會的巨大變革和生產力革命。生產力革命。1818世紀以來世界范圍內的生產力變革和世紀以來世界范圍內的生產力變革和技術革命都以新材料使用為龍頭：技術革命都以新材料使用為龍頭： 第一次技術革命第一次技術革命產業革命：產業革命：始于始于1818世紀的英世紀的英國產業革命，使得以手工技術為基礎的資本主義工場國產業革命，使得以手工技術為基礎的資本主義工場手工業過渡到采用機

20、器大生產的資本主義工廠制度。手工業過渡到采用機器大生產的資本主義工廠制度。這場工業革命的物質基礎是鋼鐵材料，而伴隨的新技這場工業革命的物質基礎是鋼鐵材料，而伴隨的新技術則是蒸汽機的發明；術則是蒸汽機的發明； 第二次技術革命第二次技術革命電氣革命：電氣革命：18791879年愛迪生發明年愛迪生發明了電燈，把電力革命的曙光帶給了人類，一系列電氣了電燈，把電力革命的曙光帶給了人類，一系列電氣材料相繼誕生與廣泛應用，產生了巨大的生產力變革；材料相繼誕生與廣泛應用，產生了巨大的生產力變革；四、材料與新技術革命四、材料與新技術革命29第三次技術革命第三次技術革命電子革命：電子革命：2020世紀中葉，新導世

21、紀中葉，新導電、導磁材料和半導體材料的發明和應用，使大規電、導磁材料和半導體材料的發明和應用，使大規模集成塊問世，帶來了計算機的廣泛應用，以及原模集成塊問世，帶來了計算機的廣泛應用，以及原子能的利用，大大發展了生產力和科學技術；子能的利用，大大發展了生產力和科學技術；第四次技術革命第四次技術革命有人說目前正處在第四次技術有人說目前正處在第四次技術革命的前夜。這次技術革命以信息技術、新材料技革命的前夜。這次技術革命以信息技術、新材料技術、新能源技術和生物工程技術為基礎。亦有人把術、新能源技術和生物工程技術為基礎。亦有人把材料、能源和信息科學看作是現代科學技術的三大材料、能源和信息科學看作是現代科

22、學技術的三大支柱，而材料科學技術成為三大科學技術支柱之首支柱，而材料科學技術成為三大科學技術支柱之首。30五、材料的分類五、材料的分類1.1.按組成、結構特點分按組成、結構特點分金屬材料金屬材料由金屬及合金構成的材料。由金屬及合金構成的材料。黑色金屬黑色金屬：如鋼鐵、錳、鉻及其合金；：如鋼鐵、錳、鉻及其合金；有色金屬有色金屬：黑色金屬以外的各種金屬及其合金。：黑色金屬以外的各種金屬及其合金。無機非金屬材無機非金屬材由非金屬單質或金屬與非金屬組由非金屬單質或金屬與非金屬組成化合物所構成的材料。成化合物所構成的材料。傳統無機非金屬材料：傳統無機非金屬材料：水泥、玻璃、陶瓷等水泥、玻璃、陶瓷等 新型

23、無機非金屬材料：新型無機非金屬材料：高溫結構陶瓷、光導纖維等高溫結構陶瓷、光導纖維等如水晶如水晶(SiO(SiO2 2) )、金剛石、金剛石(C)(C)、剛玉、剛玉(Al(Al2 2O O3 3) )、新型陶、新型陶瓷材料或精細陶瓷，我國材料界習慣上稱之為新型瓷材料或精細陶瓷，我國材料界習慣上稱之為新型無機材料。無機材料。金屬材料金屬材料 金屬材料是由金屬材料是由金屬元素金屬元素組成組成的材料。可分為由的材料?？煞譃橛梢环N一種金屬元素金屬元素構成的單質（構成的單質（純金屬純金屬）；由）；由兩種兩種或兩種以上或兩種以上的金屬元素或金屬與的金屬元素或金屬與非金屬元素構成的非金屬元素構成的合金合金。

24、合金又。合金又可分為可分為固溶體固溶體和和金屬間化合物金屬間化合物。無機非金屬材料無機非金屬材料 無機非金屬材料是由無機非金屬材料是由硅酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、磷酸硅酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽鹽、鍺酸鹽等原料和（或）等原料和（或）氧化物、氮化物、碳化物、硼氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、鹵化物化物、硫化物、硅化物、鹵化物等原料經一定的工藝制備等原料經一定的工藝制備而成的材料。是除金屬材料、高分子材料以外所有材料的而成的材料。是除金屬材料、高分子材料以外所有材料的總稱。無機非金屬材料種類繁多，用途各異，目前還沒有總稱。無機非金屬材料種類繁多，用途各異，目前還沒有統一完善的

25、分類方法。一般將其分為統一完善的分類方法。一般將其分為傳統的（普通的）和傳統的（普通的）和新型的（先進的）新型的（先進的）無機非金屬材料兩大類。無機非金屬材料兩大類。 傳統的傳統的無機非金屬材料主無機非金屬材料主要是指由要是指由SiO2及其硅酸鹽及其硅酸鹽化合物化合物為主要成分制成的材料，包括為主要成分制成的材料，包括陶陶瓷、玻璃、水泥瓷、玻璃、水泥和和耐火材料耐火材料等。等。此外，搪瓷、磨料、鑄石（輝綠此外，搪瓷、磨料、鑄石（輝綠巖、玄武巖等）、碳素材料、非巖、玄武巖等）、碳素材料、非金屬礦（石棉、云母、金屬礦（石棉、云母、大理石大理石等）等）也屬于傳統的無機非金屬材料。也屬于傳統的無機非金

26、屬材料。先進（或新型）先進（或新型）無機非金屬材料是用無機非金屬材料是用氧化物、氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各以及各種無機非金屬化合物經特殊的先進工藝制成的材料。種無機非金屬化合物經特殊的先進工藝制成的材料。陶瓷按其概念和用途不同，陶瓷按其概念和用途不同，可分為兩大類，即可分為兩大類，即普通陶瓷普通陶瓷和和特特種陶瓷種陶瓷。傳統的無機非金屬材料傳統的無機非金屬材料 之一：陶瓷之一：陶瓷n普通陶瓷普通陶瓷即傳統陶瓷，是指以即傳統陶瓷，是指以粘土粘土為主要原料與其它為主要原料與其它天然礦物天然礦物原料經過粉碎混練、成型、煅燒等過程而制原料

27、經過粉碎混練、成型、煅燒等過程而制成的各種制品。成的各種制品。n特種陶瓷特種陶瓷是用于各種現代工業及尖端科學技術領域是用于各種現代工業及尖端科學技術領域的陶瓷制品。包括結構陶瓷和功能陶瓷。結構陶瓷的陶瓷制品。包括結構陶瓷和功能陶瓷。結構陶瓷主要用于主要用于耐磨損、高強度、耐高溫耐磨損、高強度、耐高溫等場所。功能陶等場所。功能陶瓷主要包括瓷主要包括電磁功能、光學功能電磁功能、光學功能及其它功能的陶瓷及其它功能的陶瓷材料。材料。傳統的無機非金屬材料傳統的無機非金屬材料 之二：玻璃之二：玻璃玻璃是由熔體過冷所制得的玻璃是由熔體過冷所制得的非晶態材料非晶態材料。根據其形成。根據其形成網絡的組分不同可分

28、為網絡的組分不同可分為硅酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、磷酸鹽玻硅酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃璃等，其網絡形成劑分為等，其網絡形成劑分為SiO2、B2O3和和P2O5。傳統的無機非金屬材料傳統的無機非金屬材料 之三：水泥之三：水泥水泥是指加入適量水后水泥是指加入適量水后可成塑性漿體，既能在空氣可成塑性漿體，既能在空氣中硬化又能在水中硬化，并中硬化又能在水中硬化，并能夠將砂、石等材料牢固地能夠將砂、石等材料牢固地膠結在一起的細粉狀水硬性膠結在一起的細粉狀水硬性材料。材料。傳統的無機非金屬材料傳統的無機非金屬材料 之四：耐火材料之四：耐火材料耐火材料是指耐火度耐火材料是指耐火度不低于不低于1580的無機

29、非金屬材料。的無機非金屬材料。它是為高溫技術服務的基礎材料。耐火材料是用作高溫窯爐它是為高溫技術服務的基礎材料。耐火材料是用作高溫窯爐等熱工設備的結構材料，以及用作工業高溫容器和部件的材等熱工設備的結構材料，以及用作工業高溫容器和部件的材料，并能承受相應的物理化學變化及機械作用。料，并能承受相應的物理化學變化及機械作用。大部分耐火材料是大部分耐火材料是以天然礦石（如耐火粘土、硅石、以天然礦石（如耐火粘土、硅石、菱鎂礦、白云母等）菱鎂礦、白云母等）為原料制造的。為原料制造的。 41高分子材料高分子材料以脂肪族或芳香族的以脂肪族或芳香族的C-C C-C 共價鍵為基礎共價鍵為基礎結構的大分子組成。結

30、構的大分子組成。天然高分子材料：天然高分子材料：木材木材, ,天然橡膠天然橡膠, ,棉花棉花, ,動物皮毛等動物皮毛等。合成高分子材料：合成高分子材料：塑料塑料, ,合成橡膠合成橡膠, ,合成纖維和粘合劑等合成纖維和粘合劑等。復合材料復合材料金屬、無機非金屬和有機高分子材料有機金屬、無機非金屬和有機高分子材料有機結合，可以在性能上起到協同作用，從而獲得全新性結合，可以在性能上起到協同作用，從而獲得全新性能的一類材料。如碳纖維、超細銀粉、銅粉在涂料中能的一類材料。如碳纖維、超細銀粉、銅粉在涂料中制成導電涂料等。制成導電涂料等。有機高分子材料（高聚物） 高聚物是由一種或幾種簡單高聚物是由一種或幾種

31、簡單低分子化合物經聚合而組成的分低分子化合物經聚合而組成的分子量很大的化合物。高聚物的種子量很大的化合物。高聚物的種類繁多，性能各異，其分類的方類繁多，性能各異，其分類的方法多種多樣。按高分子材料法多種多樣。按高分子材料來源來源分為分為天然天然高分子材料和高分子材料和合成合成高分高分子材料；按材料的子材料；按材料的性能和用途性能和用途可可將高聚物分為將高聚物分為橡膠、纖維、塑料橡膠、纖維、塑料和膠粘劑和膠粘劑等。等。 n橡膠橡膠的特點是室溫的特點是室溫彈性高彈性高，即使在，即使在很小很小的的外力外力作用下，也能產生作用下，也能產生很大的形變很大的形變（可達（可達1000%），），外力去除外力去

32、除后，能迅速后，能迅速恢復原狀恢復原狀。常用的橡膠有。常用的橡膠有天然橡膠（異戊橡膠）、丁苯橡膠、順丁橡膠天然橡膠（異戊橡膠）、丁苯橡膠、順丁橡膠（聚丁二烯）、乙丙橡膠（聚丁二烯）、乙丙橡膠和和硅橡膠硅橡膠等。等。n纖維受力時，形變不超過百分之二十纖維受力時，形變不超過百分之二十。纖維大分。纖維大分子子沿軸向作規則排列沿軸向作規則排列，其長徑比較大，在較廣的，其長徑比較大，在較廣的溫度范圍（溫度范圍（-50150）內，機械性能變化不大。）內，機械性能變化不大。常用的合成纖維有常用的合成纖維有尼龍、滌綸、晴綸尼龍、滌綸、晴綸和和維尼綸維尼綸等。等。 n塑料塑料的彈性介于橡膠和纖維之間。的彈性介于

33、橡膠和纖維之間。溫度稍高些，受力形溫度稍高些，受力形變可達百分之幾至幾百變可達百分之幾至幾百。有些塑料的形變是可逆的，有。有些塑料的形變是可逆的，有些塑料的形變是永久的。些塑料的形變是永久的。根據塑料受熱時行為的不同，分為根據塑料受熱時行為的不同，分為熱塑性熱塑性和和熱固性熱固性塑料塑料兩類。前者兩類。前者受熱時可以塑化和軟化，冷卻時則凝固成形，受熱時可以塑化和軟化，冷卻時則凝固成形，再加熱又可塑化軟化再加熱又可塑化軟化。聚乙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯聚乙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯等等都屬于此類；后者在都屬于此類；后者在受熱時可塑化和軟化，并通過化學受熱時可塑化和軟化，并通過化學反應，使之固定成型，但

34、冷卻后不能再加熱軟化反應，使之固定成型，但冷卻后不能再加熱軟化，酚醛酚醛塑料和脲醛塑料塑料和脲醛塑料就屬此類。就屬此類。 n膠粘劑膠粘劑是指在常溫下處于粘流態，當受到外力作用時，是指在常溫下處于粘流態，當受到外力作用時，會產生永久變形，外力撤去后又不能恢復原狀的高聚會產生永久變形，外力撤去后又不能恢復原狀的高聚物。物。復合材料復合材料 復合材料是由復合材料是由兩種或兩種以上兩種或兩種以上化學性質或組織結構不化學性質或組織結構不同的材料組合而成。同的材料組合而成。復合材料是多相材料，主要包括基本相復合材料是多相材料，主要包括基本相和增強相。和增強相?；w相是一種基體相是一種連續相連續相材料，它把

35、改善性能的增強材料，它把改善性能的增強相材料相材料固結固結成一體的作用；增強相起成一體的作用；增強相起承受應力承受應力（結構復合材（結構復合材料）和料）和顯示功能顯示功能（功能復合材料）的作用。復合材料既能保（功能復合材料）的作用。復合材料既能保持原組成材料的重要特色，又通過復合效應使各組分的性能持原組成材料的重要特色，又通過復合效應使各組分的性能互相補充，獲得原組分不具備的許多優良性能?；ハ嘌a充，獲得原組分不具備的許多優良性能。 復合材料的種類繁多，目前還沒有統一的分類方法，復合材料的種類繁多，目前還沒有統一的分類方法，下面根據復合材料的三要素來分類。按下面根據復合材料的三要素來分類。按基體

36、材料基體材料分類，有分類，有金屬基復合材料，陶瓷基復合材料，混凝土基復合材料，金屬基復合材料，陶瓷基復合材料，混凝土基復合材料，塑料基復合材料，橡膠基復合材料塑料基復合材料，橡膠基復合材料等；按等；按增強劑形狀增強劑形狀可分可分為為粒子、纖維粒子、纖維及及層狀復合材料層狀復合材料；依據復合材料的；依據復合材料的性能性能可分可分為為結構復合材料結構復合材料和和功能復合材料功能復合材料。502.2.按使用性能分按使用性能分 任何材料在使用過程中都能提供可資利用的某種任何材料在使用過程中都能提供可資利用的某種或某些功能。根據這些性能可以將材料分為兩大類：或某些功能。根據這些性能可以將材料分為兩大類：

37、結構材料：結構材料：主要利用材料的力學性能主要利用材料的力學性能。如受力形變、。如受力形變、脆性斷裂和強度等作為應用性能，如制造工具、機器、脆性斷裂和強度等作為應用性能，如制造工具、機器、車輛用的鋼鐵材料，建筑房屋、橋梁和鐵路用的混凝車輛用的鋼鐵材料，建筑房屋、橋梁和鐵路用的混凝土材料。這些材料都具有抵抗外力作用而保持自己的土材料。這些材料都具有抵抗外力作用而保持自己的形狀、結構不變的優良力學性能。形狀、結構不變的優良力學性能。功能材料：功能材料：主要利用材料的物理和化學性能主要利用材料的物理和化學性能。其定義。其定義是，具有優良的電學、磁學、光學、熱學、聲學、力是，具有優良的電學、磁學、光學

38、、熱學、聲學、力學、化學和生物學功能及相互轉化的性能，被用于非學、化學和生物學功能及相互轉化的性能，被用于非結構目的的高技術材料。例如：結構目的的高技術材料。例如：51熱學性能熱學性能熱容、熱傳導、熱穩定；熱容、熱傳導、熱穩定；光學性能光學性能與光的作用、吸光、發光和透光性；與光的作用、吸光、發光和透光性；電學性能電學性能導電、介電和壓電性等；導電、介電和壓電性等；磁學性能磁學性能永磁、硬磁、軟磁等；永磁、硬磁、軟磁等；化學性能化學性能反應性、催化等；反應性、催化等；生物功能生物功能人造器官、骨骼和牙齒等。人造器官、骨骼和牙齒等。524.4.按材料的用途分按材料的用途分 建筑材料、電工材料、電

39、子材料、航空航天材料、建筑材料、電工材料、電子材料、航空航天材料、通訊材料、包裝材料、光學材料、感光材料、防火材料、通訊材料、包裝材料、光學材料、感光材料、防火材料、防水材料、耐火材料、耐酸材料、醫用材料等等。防水材料、耐火材料、耐酸材料、醫用材料等等。3.3.按聚集狀態分按聚集狀態分 單晶材料、多晶材料、微晶材料、非晶材料和單晶材料、多晶材料、微晶材料、非晶材料和液晶材料等。液晶材料等。53六、材料科學與材料化學六、材料科學與材料化學 材料，包括結構材料和功能材料，絕大多數屬材料，包括結構材料和功能材料，絕大多數屬于固體狀態，因而材料科學也就是固體科學。它是于固體狀態，因而材料科學也就是固體

40、科學。它是研究材料的成分、結構、加工成型和性能及其相互研究材料的成分、結構、加工成型和性能及其相互影響和轉化關系的一門科學。材料的推出過程如下：影響和轉化關系的一門科學。材料的推出過程如下： 從材料的推出過程可以看到，新材料的研制和從材料的推出過程可以看到，新材料的研制和商品化涉及到許多科學門類，其中最基礎的學科有商品化涉及到許多科學門類，其中最基礎的學科有3 3個：個：54固體物理學：固體物理學：研究構成材料的固體的原子、離子及研究構成材料的固體的原子、離子及電子運動和相互作用的一般共性規律，提出各種模電子運動和相互作用的一般共性規律，提出各種模型和理論，以型和理論，以闡明固體的結構和性能之

41、間的關系闡明固體的結構和性能之間的關系；固體化學：固體化學：研究固體材料中具體的各類研究固體材料中具體的各類固體物質的固體物質的合成方法、結構和表征、性質測定合成方法、結構和表征、性質測定和應用及其相互和應用及其相互關聯；關聯；材料工程學：材料工程學：解決如何將固體物質制成可以使用的解決如何將固體物質制成可以使用的結構材料和器件，使之具有指定的形態（如纖維、結構材料和器件，使之具有指定的形態（如纖維、薄膜、陶瓷體、集成塊等）和薄膜、陶瓷體、集成塊等）和規定各種結構和性能，規定各種結構和性能，如具有特定的熱、力、光、電、聲、磁、化（學）如具有特定的熱、力、光、電、聲、磁、化（學）和生（物）功能和生（物）功能。55 從新材料研制過程涉及的從新材料研制過程涉及的3 3門科學的研究對象可門科學的研究對象可以看出，以看出，固體化學或材料化學是新材料誕生的搖籃，固體化學或材料化學是新材料