1、材料化學第一章上 緒論 聯系方式： 郵件地址： 11.1 材料科學發展概況1.1.1 材料發展簡史： 材料的發現、發展和應用是人類文明的標志。 材料的品種、質量和產量，是直接衡量一個國家的科技和經濟發展水平的重要標志之一。 23 石器時代：4新石器時期 馬家窯式水紋彩陶缽新石器時期 半山式菱形點紋壺Pottery5Table 1-1 Distinguish between the Paleolithic Period and the Neolithic Age Materials Wood Stone Bone Pottery the Paleolithic Period the Neolit

2、hic Age 6 青銅時代 7Cu Sn Pb Zn 含錫量2/5 硬度高 制造刀斧 第一個合金材料：銅錫合金（青銅） 含錫量1/6 韌性好 制造鐘鼎 結構與性能的關系 8中國古銅鏡 9戰國青銅編鐘 10Iron Age 11煉鐵過程的化學 12依含碳量 和雜質多少鐵和碳的合金 鑄鐵 鍛鐵 鋼鐵 13 信息時代：14航天材料151.1.2 材料發展過程材料定義：是指那些在一定工作條件下滿足其使用要求的形態和物理性能的物質。材料的發展在一定程度上帶來生產關系的變革16 第一代 天然材料 石頭是人類采用的第一種材料，人類歷史的最早時期因此而被命名為“石器時代”。公元前10萬年前左右，原始人采用天

3、然的石、木、竹、骨等材料作為漁獵工具。由于生產技術水平很低，人類使用的材料只能是石頭、樹木、竹、草、甲骨、羽毛、獸皮、泥土等天然材料。17 第二代 燒煉材料火的發現熟食、照明、取暖等制陶高溫加工技術：銅器、鐵器等蒸汽機產業革命鋼鐵為中心的金屬材料18 第三代 合成材料二戰后，材料的要求：質量輕、強度高、價格低等。具有優異性能的工程塑料、合成纖維、合成橡膠應運而生，涂料和膠粘劑等合成材料都得到相應的發展和應用。合成高分子材料：l907年第一個小型酚醛樹脂廠建立。1927年左右第一個熱塑性聚氯乙烯塑料的生產實現了商品化。1940年到1957年先后研究成功合成橡膠(丁苯、丁脯、氯丁橡膠等)、合成纖維

4、(尼龍66、衷丙烯臘、衷酯等)以及低壓聚乙烯、聚四氛乙烯(塑料王)等。合成高分子材料的生產和應用，是材料發展中的重大突破。從此，以金屬材料、陶瓷材料和合成高分子材料為主體，建立了完整的材料體系，形成了材料科學。1970一1980年工程塑料、高分子合金、功能高分子材料大規模地生產和應用，使材料科學進一步發展。19 第四代 設計型材料所謂設計型材料，即化學家和材料科學家采用新的物理、化學方法，根據實際需要設計出具有特殊性能的材料例如近代出現的金屬陶瓷、鋁塑薄膜等高強度、高模量、耐高溫、低密度的先進復合材料。通過材料設計或分子設計得到的先進復合材料促進了航空、航天等高技術的發展，被公認為是當代科學技

5、術中的重大關鍵技術。進入20世紀80年代以后，各國在在生物技術、信息技術、空間技術、能源技術、海洋技術等領域展開競爭。新材料的開發本身就成為一種高技術，可稱為新材料技術，其標志是材料設計或分子設計。20 第五代 智能材料 智能材料，其性能隨著時間和空間條件的變化而變化。它能適應環境，接受外界環境的調節，而且不需要通過計算機和電子技術，僅依靠材料自身的性質來實現自我調節、自我診斷、自我復原。這顯然是按照嶄新概念制造出來的材料，例如變色鏡、PTC(正溫度系數)熱敏陶瓷、加熱電阻和形狀記憶合金等都屬于智能材料。 在材料發展過程中，上述“五代材料”，并非新舊交替的，而是長期并存的，它們共同在生產、生活

6、、科研的各個領域發揮著各自的作用，并不斷發展。211.1.3 材料研究開發進展 所謂新材料，主要是指最近發展或正在發展之中的具有比傳統材料性能更優異的一類材料。新材料的發展與一個國家的經濟活力、軍事實力和科技水平都有著十分密切的。 高分子材料（結構高分子、功能高分子） 陶瓷材料 高溫材料（如氮化硅）、電子材料（各種鐵電和鐵彈性 材料）、超導體（銅酸鹽）、玻璃、玻璃陶瓷。 電子材料（半導體材料、超導體、電子學方面的分子材料。 催化劑和吸附劑 其他新型材料 超硬材料（金剛石）、金剛石膜、傳感器材料、新結合劑。221.2 材料的分類塑料、橡膠纖維、膠黏劑等材料按化學屬性分類按結構分類單晶材料多晶材料

7、非晶材料復合材料金屬材料無機非金屬材料有機合成材料復合材料按功能分類結構材料功能材料按應用領域分類電子材料、耐火材料醫用材料、耐蝕材料建筑材料23 按化學屬性分類金屬材料黑色金屬 Fe、Mn及合金-用于結構材料有色金屬 除黑色金屬以外的-用于功能材料無機非金屬材料無機非金屬單質（單晶硅Si、 金剛石C)金屬和非金屬元素組成的化合物（陶瓷）有機合成材料C-C鍵為基礎的有機高分子材料復合材料樹脂基復合材料金屬基復合材料陶瓷基復合材料復合材料是指由兩種或兩種以上的材料按一定方式組合而成的，具有單一材料所不能獲得的優良特性或功能的材料。24 功能材料的分類 （1）力學性能 （2）化學功能 （3）物理化

8、學功能 （4）生物化學材料 分離功能材料 反應功能材料 生物功能材料 電學功能材料 光學功能材料 能量轉換材料 醫用功能材料 功能性藥物 生物降解材料25261.3 材料化學與材料科學（1）材料的物理性質內稟性外賦性決定于材料的組成，與晶體結構和制備過程無關。不僅決定于材料的組成和晶體結構，還與材料中晶體尺寸、缺陷、雜質、合成制備和加熱過程有關。27（2）材料科學的發展材料科學的四個基本要素： a. 組成與結構 b. 合成與制備 c. 性質 d. 功能材料科學的三個重要特性： 學科交叉 密切聯系實際 正在發展中的科學28（3）材料化學的興起和內涵材料化學的學科內容包括： 采用新技術和工藝方法制

9、備新材料 材料組成和微觀結構的表征 材料性能的測試材料化學是應用化學的重要分支，也是材料學的重要分支。29（4）新材料研究特點和發展趨勢特點： 設計與合成 少污染 節能 長壽命 再生發展趨勢： 有機無機復合 結構材料功能化目前我國在材料領域的成果： 人工晶體 超導材料 儲氫材料 稀土材料30第一章下 無機材料的結構和性質結構性質用途312.1 概述2.2 晶體與非晶體2.3 晶體的結構與性能2.4 晶體缺陷及其對性能的影響2.5 非晶態材料的結構與性能2.6 材料結構的表征322.1 概述組成材料最基本、獨立的物質材料中具有同一化學成分且結構相同的均勻部分材料內部的亞微觀、微觀形貌相組元組織3

10、334352.2 晶體與非晶體2.2.1 結構和特點-2.2.1.1晶體和非晶體的結構特點晶體和非晶體結構示意圖36（1）晶體原子或原子團、離子或分子在空間按一定規律成周期性排列構成長程有序長程無序短程有序（2）非晶體原子、離子或分子在空間無規則堆積在一起所形成37晶體和非晶體比較-XRD圖比較X-射線衍射圖（XRD）晶體的XRD峰較窄，非晶態的XRD峰逐漸寬化38晶體和非晶體比較-形態變化tT晶體非晶體此方法可區別晶體與非晶體392.2.1.2單晶和多晶體比較40晶界41 小角度晶界-相鄰晶粒的位向差小于10的晶界；亞晶界均屬小角度晶界，一般小于2 大角度晶界-相鄰晶粒的位向差大于10的晶界，多晶體中90以上的晶界屬于此類。42晶界的特點 晶界處點陣畸變大，存在晶界能。 晶界處原子排列不規則，在常溫下晶界的存在會對位錯的運動起阻礙作用，致使塑性變形抗力提高，宏觀表現為晶界較晶內具有較高的強度和硬度。 晶界處原子偏離平衡位置，具有較高的動能，并且晶界處存在較多的缺陷如空穴、雜質原子和位錯等，故晶界處原子的擴散速度比在晶內快得多。 在固態相變過程中,由于晶界能量較高且原子活動能力較大,所以新相易于在