化學(xué)與材料

材料(material)：經(jīng)過(guò)某種加工后具有一定組成，結(jié)構(gòu)和性能，適合于某種用途的物質(zhì)。

人類使用材料的歷史經(jīng)歷了七個(gè)年代：公元前10萬(wàn)年石器時(shí)代公元前3000年青銅器時(shí)代公元前1000年鐵器時(shí)代公元前0年水泥時(shí)代

1800年鋼時(shí)代

1950年硅時(shí)代

1990年新材料時(shí)代從性能上可分為：

結(jié)構(gòu)材料:具有一定強(qiáng)度、韌性和塑性等力學(xué)性能的材料。

功能材料:具有電、磁、光、聲和熱等特殊效應(yīng)和功能的材料。從組成上可分為：金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料等。5.1

化學(xué)與金屬材料5.1.1

金屬材料概論5.1.2合金5.1.3

稀土金屬5.1.4

新型金屬材料5.1.1

金屬材料概論

金屬材料(metallicmaterial):由金屬元素或以金屬元素為主的合金形成的具有金屬性質(zhì)的材料。

人類使用金屬已有5000多年的歷史。在已命名的109種化學(xué)元素中，有87種屬于金屬元素。

化學(xué)元素在地殼(地球表面下16km厚的巖石層)中的含量稱為豐度。豐度可用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，也可用原子分?jǐn)?shù)表示。地殼中某些元素的豐度元素OSiAlFeCaNaKMgw%47.227.68.805.13.62.642.602.10

我國(guó)鎢、鋅、銻、鋰、稀土元素等含量占世界首位，銅、錫、鉛、汞、鎳、鈦、鉬等儲(chǔ)量也居世界前列。金屬元素分類金屬黑色金屬：Fe，Cr，Mn有色金屬重有色金屬：Cu，Co，Ni，Pb，Zn，Cd，

Hg，Sn，Sb，Bi輕有色金屬：Al，Mg，Ca，Ba，K，Na貴金屬：Ag，Au，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt輕稀有金屬：Li，Be，Rb，Cs，Sr難熔金屬：Ti，Zr，Hf，V，Nb，Ta，

Mo，W，Re稀土金屬：Sc，Y，Ln（鑭系元素）稀散金屬：Ga，In，Tl，Ge放射性金屬：U，Ra，Ac，Th，Pa，Po稀有金屬

金屬的物理性質(zhì)

除汞以外,所有金屬都是固體,金屬的晶體結(jié)構(gòu)決定金屬具有以下共性:(1)具有金屬光澤;(2)具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性;(3)具有良好的延展性;(4)具有磁、光、熱等物理特性。金屬的化學(xué)性質(zhì)金屬容易與氧、水、酸、堿反應(yīng)，失去電子形成正離子或金屬氧化物,表現(xiàn)為還原性：

與氧作用

mM+

O2→MmOn(2)與水作用

M+nH2O→M(OH)n+

H2(g)

與酸作用金屬與酸的作用通常用金屬活動(dòng)序來(lái)判斷。易鈍化金屬如Al、Cr、Fe等在濃酸中也很穩(wěn)定。溶解W用HNO3—HF混合酸，溶解Pt、Au需用王水，Nb、Ta、Rh、Os、Ir等王水也不溶。與堿作用能與堿作用的金屬主要有Zn，Be，Al，Ga，In，Ge，Sn等,如:Zn+2OH-+2H2O→[Zn(OH)4]2-+H2

5.1.2合金

合金(alloy):由兩種或兩種以上金屬元素或金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬特征的物質(zhì)。合金可分為三種基本類型：

(1)固溶體合金(solidsolutionalloy);(2)金屬化合物合金(intermetallicalloy);(3)混合物合金(alloymixture)。1.固溶體合金

以一種金屬為溶劑,其他金屬或非金屬為溶質(zhì)溶入其中形成的均勻的固體溶液。

當(dāng)兩種金屬原子的半徑差別很小,可形成無(wú)限置換固溶體,如銅鎳合金,Ni、Co、Cr、V與Fe的合金。

當(dāng)兩種金屬原子的半徑相差15%以上，只能形成有限置換固溶體，如銅鋅合金、銅錫合金。

當(dāng)溶質(zhì)原子半徑很小，如C、H、N、B、O等非金屬原子，可形成間隙固溶體。2.金屬化合物合金當(dāng)形成合金的兩種金屬(非金屬)元素的電子層結(jié)構(gòu)、電負(fù)性和原子半徑差別較大時(shí)，容易形成金屬化合物(金屬互化物)。金屬化合物又可分為正常價(jià)化合物、電子化合物和間隙化合物三種類型。

正常價(jià)化合物的成分是固定的，符合氧化數(shù)規(guī)則。如Mg2Si，Mg2Pb，F(xiàn)eS等，是介于離子鍵和金屬鍵之間的金屬化合物，導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性比組分金屬低，而熔點(diǎn)、硬度和脆性卻很高。

大多數(shù)金屬化合物都是電子化合物，其成分在一定范圍內(nèi)變動(dòng)。這類化合物中，價(jià)電子數(shù)與原子數(shù)之比(稱為電子濃度)是一定的,如3/2、21/13或7/4等。這類化合物的晶體結(jié)構(gòu)決定于電子濃度，故稱電子化合物。

電子濃度為3/2是體心立方結(jié)構(gòu)，如CuZn，Cu3Al等；電子濃度為21/13是復(fù)雜立方結(jié)構(gòu)，如Cu5Zn8等；電子濃度為7/4是密集六方結(jié)構(gòu)，如CuZn3等。

電子化合物原子之間是金屬鍵，具有良好的導(dǎo)電性，較高的熔點(diǎn)和硬度。

間隙化合物通常是由C、N、B、H等原子半徑較小的非金屬元素溶入溶劑金屬的晶格間隙所形成的化合物。

當(dāng)溶質(zhì)與溶劑原子的半徑之比<0.59時(shí),形成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的間隙化合物,如TiC,ZrC,TiN,ZrH2等。具有高熔點(diǎn)、高硬度，是硬質(zhì)合金和高溫合金的重要組成。

當(dāng)溶質(zhì)與溶劑原子的半徑之比>0.59時(shí),則形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的間隙化合物,如Fe3C,Cr7C3,Cr23C6,Fe4W2C等。3.混合物合金混合物合金是兩種或多種金屬的機(jī)械混合物,顯微鏡下可觀察到各組分的晶體或他們的混合晶體。這種合金的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性與組分金屬不同，例如,純錫熔點(diǎn)為232℃,純鉛熔點(diǎn)為327.5℃,含錫63%的錫鉛合金(焊錫)的熔點(diǎn)只有181℃。

合金大多數(shù)是以固溶體為基體的，而金屬化合物是作為強(qiáng)化相出現(xiàn)的。所以在合金中金屬化合物一般所占的數(shù)量不多。絕大多數(shù)合金是通過(guò)熔化、精煉制成的，只有少數(shù)合金是固態(tài)下通過(guò)制粉、混合、壓制成型、燒結(jié)等工序制成。商代青銅器三星堆人頭

5.1.3稀土金屬

(鈧)釔和15種鑭系元素統(tǒng)稱為稀土元素(rareearthelement)。

除了钷為人造放射性金屬外,依據(jù)相對(duì)原子質(zhì)量等因素可將稀土金屬分為:

輕稀土金屬(鈰組):鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪；重稀土金屬(釔組)：釓、鋱、鏑、釔、鈥、鉺、銩、鐿、镥。稀土元素的一般性質(zhì)名稱符號(hào)外層電子構(gòu)型原子半徑/pm熔點(diǎn)/℃常見(jiàn)氧化值鈧Sc3d14s21611541+3

釔Y4d15s21801222+3

鑭La5d16s2188920+3

鈰Ce4f15d16s2182798+3,+4

鐠Pr4f36s2183931+3,+4

釹Nd4f46s21821010+3

钷

Pm4f56s21801080+3

釤Sm4f66s21801072+2,+3

銪Eu4f76s2204822+2,+3

釓Gd4f75d16s21801311+3

鋱Tb4f96s21781360+3,+4

鏑Dy4f106s21771409+3

鈥Ho4f116s21771470+3

鉺Er4f126s21761522+3

銩Tm4f136s21751545+3

鐿Yb4f146s2194824+2,+3

镥Lu4f145d16s21731656+3

摻釹釩酸釔晶體-Nd：YVO4釩酸釔晶體-YVO4鋱鏑鐵合金

鋁酸鑭單晶-LaAlO3氟碳鈰礦

釹鐵硼合金釤鈷磁鐵

稀土元素化學(xué)性質(zhì)十分相似，在自然界中它們往往共存于同一礦石中，分離和提純都相當(dāng)困難。

從1794年發(fā)現(xiàn)“釔”到1945年分離出最后一個(gè)稀土元素钷,經(jīng)歷了150多年。

實(shí)際上稀土元素既不稀也不土，在地殼中含量相當(dāng)豐富。我國(guó)的稀土金屬儲(chǔ)量和生產(chǎn)量都占世界首位。

稀土元素的單質(zhì)都是典型的金屬，化學(xué)性質(zhì)活潑，標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)在-1.99~-2.37V之間,介于鈣和鎂之間。與冷水反應(yīng)慢，但與熱水反應(yīng)劇烈。極易與H2、O2、N2、S作用，所以要保存在煤油里。

稀土金屬具有許多獨(dú)特的性能，最近三、四十年獲得迅速發(fā)展。

稀土金屬在冶金工業(yè)主要用作合金原料，用于脫氧、脫硫、提高鋼鐵質(zhì)量，延長(zhǎng)使用壽命。在化學(xué)工業(yè)大量稀土金屬用于催化劑等。在玻璃和陶瓷工業(yè)用于拋光、脫色與著色。在航空工業(yè)廣泛使用含稀土的耐熱鋁合金和高溫合金。在電子工業(yè)用稀土金屬制造激光材料、半導(dǎo)體材料、磁性材料和計(jì)算機(jī)元件等。

在原子能工業(yè)用稀土金屬作控制材料、結(jié)構(gòu)材料、核燃料和減速材料。目前，稀土元素在超導(dǎo)材料的研究中顯得十分活躍和重要。可作貯氫材料，用來(lái)生產(chǎn)氫氣儲(chǔ)存器、稀土貯氫電池等。

1.非晶態(tài)合金采用液相急冷法、氣相沉積法和注入法等可制備非晶態(tài)合金。非晶態(tài)合金在力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)及化學(xué)性能等方面都有獨(dú)特之處，如具有很高的強(qiáng)度和硬度，耐磨耐腐蝕等。易于磁化，是理想的軟磁材料。非晶態(tài)合金是一種有廣闊應(yīng)用前景的新材料。5.1.4

新型金屬材料

SP009A半自動(dòng)非晶態(tài)金屬條帶制備機(jī)2.貯氫材料

氫熱值高，燃燒產(chǎn)物是水，無(wú)污染，是未來(lái)人類最理想的新能源之一。若用氫作能源，就必需解決氫的制取和儲(chǔ)存兩大問(wèn)題。20世紀(jì)60年代中期，先后發(fā)現(xiàn)LaNi5和FeTi等金屬間化合物的可逆貯氫作用以來(lái)，使貯氫合金及其應(yīng)用的研究得以迅速發(fā)展。

貯氫合金是一種能在晶體的空隙中大量貯存氫原子的合金材料，并具有可逆吸放氫的神奇性質(zhì)。它可貯存相當(dāng)于合金自身體積上千倍的氫氣，其吸氫密度超過(guò)液態(tài)氫和固態(tài)氫的密度，輕便安全，使用也十分方便，引起人們極大關(guān)注。

金屬合金(M)在一定溫度和壓力條件下,與氫生成金屬氫化物(MHx):x2M+—H2→MHx

ΔH<0

上式為可逆反應(yīng)，常溫常壓下向右進(jìn)行，加熱或減壓反應(yīng)向左進(jìn)行。吸放氫反應(yīng)快，可逆性優(yōu)良的合金可作貯氫材料。吸氫時(shí)貯氫材料放熱，放氫時(shí)貯氫材料吸熱，可反復(fù)多次使用。

目前研究較多和已投入使用的貯氫材料主要有鎂系合金(如MgH2,Mg2Ni等)、稀土系合金(如LaNi5等)、鈦系合金(如TiFe,TiNi等)及鋯系合金(如ZrV2,ZrCr2等)。貯氫合金粉

影響貯氫材料產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化進(jìn)程的重要因素是價(jià)格，因此，開(kāi)發(fā)貯氫量大、價(jià)格低廉和性能優(yōu)越的貯氫材料是迫切需要解決的重大課題。

貯氫材料的應(yīng)用:鎳氫電池發(fā)展最快，是目前貯氫合金應(yīng)用方面最具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的突破。

以金屬氫化物電極為負(fù)極，Ni(OH)2電極為正極,KOH水溶液為電解質(zhì)組成Ni/MH電池的電極反應(yīng)如下:負(fù)極:MH

+OH-M+H2O+e-正極:NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-總反應(yīng):MH

+NiOOHM+Ni(OH)2放電充電1990年鎳氫二次電池商業(yè)化，之后得到迅速發(fā)展。

MMMMMMMMM

HHHHe-e-

陰極(負(fù)極)

陽(yáng)極(正極)Ni<OHOHH+H+H2OH2OOH-OH-Ni-MH電池的反應(yīng)機(jī)理

貯氫材料最基本的應(yīng)用是氫氣的貯存、運(yùn)輸、凈化和分離；用于氫能汽車；作催化劑；制成蓄熱裝置、熱泵、空調(diào)及氫氣壓縮機(jī)；

貯氫容器3.形狀記憶合金

形狀記憶效應(yīng)(ShapeMemoryEffect):一旦取消外力或改變溫度,使發(fā)生塑性變形后的合金又能恢復(fù)原來(lái)的形狀。形狀記憶效應(yīng)有三種形式:單向形狀記憶效應(yīng)、雙向形狀記憶效應(yīng)和全方位形狀記憶效應(yīng)。冷卻冷卻冷卻冷卻冷卻變形變形變形加熱加熱加熱高溫時(shí)形狀(a)(b)(c)

如Ti-Ni(各50%)合金，在T發(fā)生晶形轉(zhuǎn)變： 菱形晶格立方晶格

晶格的變化，改變了材料形狀。因此，只要控制溫度就可以控制合金材料的形狀。

形狀記憶合金在一定條件下具有一定的金相結(jié)構(gòu)，一旦條件改變，金相結(jié)構(gòu)能發(fā)生可逆的轉(zhuǎn)變。目前發(fā)現(xiàn)許多形狀記憶合金,但商品化的只有少數(shù)幾個(gè),如：Ti-Ni-Fe合金，Ti-Ni合金，Cu-Zn-Al合金，Cu-Sn合金等。

形狀記憶合金應(yīng)用最多的是作連接件、緊固件。制成彈簧可做熱敏驅(qū)動(dòng)元件，具有雙向動(dòng)作功能。

通過(guò)形狀記憶合金模仿肌肉的收縮來(lái)實(shí)現(xiàn)人工肌肉的功能。用背部的金屬纖維振動(dòng)翅膀。雙程CuZnAl記憶合金花

采用CuZnAl記憶合金片，以熱水或熱風(fēng)為熱源，開(kāi)放溫度為65℃~85℃，閉合溫度為室溫。花蕾直徑80mm,展開(kāi)直徑200mm。動(dòng)作幅度為1800。另外，可據(jù)用戶要求訂做。

工業(yè)常用形狀記憶合金作開(kāi)關(guān)，用于火警探測(cè)系統(tǒng)等。由于生物相容性好，Ti-Ni合金是目前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域使用的唯一的形狀記憶合金。形狀記憶合金更多的潛在應(yīng)用是埋置在材料里組成智能復(fù)合材料。5.2

化學(xué)與無(wú)機(jī)非金屬材料5.2.1無(wú)機(jī)非金屬材料概論5.2.2硅酸鹽材料5.2.3半導(dǎo)體材料5.2.4新型無(wú)機(jī)非金屬材料5.2.1無(wú)機(jī)非金屬材料概論

無(wú)機(jī)非金屬材料(inorganicnon-metallic

material)簡(jiǎn)稱無(wú)機(jī)材料。可分為：

硅酸鹽材料：陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷等以天然硅酸鹽為原料的制品。

新型無(wú)機(jī)材料：用人工合成方法制成的不含硅或少含SiO2的材料，如一些氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、鹵化物、硫化物和碳素材料等。

無(wú)機(jī)材料的特點(diǎn)：耐高溫、抗氧化、耐磨、耐腐蝕和硬度大。而脆性差：經(jīng)不起碰撞摔打，即抗機(jī)械沖擊性能差；經(jīng)不起冷熱沖擊，即抗熱震動(dòng)性能差。其中的無(wú)機(jī)工程結(jié)構(gòu)材料主要是利用其強(qiáng)度，特別是耐高溫強(qiáng)度。而無(wú)機(jī)功能材料還有諸如熱、聲、光、電、磁學(xué)等方面的特殊性能，已成為許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵性材料。5.2.2硅酸鹽材料

1.天然硅酸鹽(silicate)正長(zhǎng)石K2O.Al2O3.6SiO2或K2Al2Si6O16白云母K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O或K2H4Al6(SiO4)6高嶺土Al2O3.2SiO2.2H2O或Al2H4Si2O9石棉CaO.3MgO.4SiO2或Mg3Ca(SiO3)4滑石3MgO.4SiO2.H2O或Mg3H2(SiO3)4泡沸石Na2O.Al2O3.2SiO2.nH2O

或Na2Al2(SiO4)2.nH2O

天然硅酸鹽在自然界中分布很廣,是構(gòu)成地殼的主要組分。其化學(xué)式很復(fù)雜，可看成是二氧化硅和金屬氧化物的復(fù)合氧化物。石棉片黃玉正長(zhǎng)石水晶白云母滑石粘土

天然硅酸鹽不論組成多么復(fù)雜，在其晶體內(nèi)部，基本結(jié)構(gòu)單元都是SiO4四面體。硅占據(jù)四面體的中心，4個(gè)氧則占據(jù)4個(gè)頂角。

天然硅酸鹽的用途很廣，是工業(yè)上的重要材料，也是制造陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等的原料。OSi

2.水泥(cement)

按組成可分為硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥等。硅酸鹽水泥又稱波特蘭(Portland)水泥，是由粘土和石灰石按比例在旋轉(zhuǎn)窯中于1450℃以上溫度煅燒成熟料，再混入少量石膏，磨粉后制成。硅酸鹽水泥熟料的礦物組成及含量

組分化學(xué)式符號(hào)質(zhì)量分?jǐn)?shù)硅酸三鈣3CaO.SiO2C3S0.37～0.60硅酸二鈣2CaO.SiO2C2S0.15～0.37鋁酸三鈣3CaO.Al2O3C3A

0.07～0.15鐵鋁酸四鈣4CaO.Al2O3.Fe2O3C4AF0.10～0.18符號(hào)C表示CaO，S表示SiO2

，A表示Al2O3

，

F表示Fe2O3。3.玻璃(glass)(2)有色玻璃在玻璃原料中加入某些金屬氧化物,可制成有色玻璃。如加入CoO，玻璃呈藍(lán)色；加入Mn2O3，呈紫色；加入Cu2O，呈紅色；加入Cr2O3，呈綠色。(1)普通玻璃(鈉玻璃)

是用石英砂、純堿和石灰石共熔而制得的一種無(wú)色透明的熔體：

Na2CO3+CaCO3+6SiO2=Na2O.CaO.6SiO2+2CO2(3)微晶玻璃在玻璃中加入晶核形成劑(如金、銀、銅的鹽類)，經(jīng)過(guò)熱處理，可制成各種性能的微晶玻璃(又稱玻璃陶瓷)。(4)鋼化玻璃將玻璃進(jìn)行淬火處理或用化學(xué)方法處理可制成鋼化玻璃。它的抗彎強(qiáng)度比普通玻璃大5~7倍，只有受到強(qiáng)烈沖擊時(shí)才會(huì)破壞，而且碎片棱角圓滑，不易飛濺，不易傷人，是很好的安全玻璃。4.

耐火材料(refractorymaterial)

耐火材料是指耐火溫度不低于1580℃,并在高溫下能耐氣體、熔融金屬、熔融爐渣等物質(zhì)侵蝕，而且有一定機(jī)械強(qiáng)度的無(wú)機(jī)非金屬材料。

常用耐火材料的主要組分是一些高熔點(diǎn)氧化物，按其化學(xué)性質(zhì)可分為酸性、堿性和中性。酸性耐火材料的主要組分是SiO2等，如硅磚；堿性耐火材料的主要組分是MgO、CaO等，如鎂磚；中性耐火材料的主要組分是Al2O3、Cr2O3等，如高鋁磚。硅磚鎂磚高鋁磚5.分子篩(molecularsieves)

分子篩是一種人工合成的泡沸石型水合鋁硅酸鹽晶體。它是由SiO4和AlO4四面體結(jié)構(gòu)單元組成的多孔性晶體，空隙排列整齊，空徑均勻，有極大的內(nèi)表面。是一種新型高效能、高選擇性的吸附劑、干燥劑、分離劑和催化劑。其組成為：

M2/xO.Al2O3.mSiO2.nH2O

式中x是金屬元素M(一般為Na、K或Ca)的氧化值。

分子篩中m=2的稱為A型，A型中又有3A、4A、5A等，其孔徑分別為0.30、0.42、0.50nm;m=2.2~3.0的稱為X型,有10X、13X等,其孔徑分別為0.50、0.80nm;m=3.1~5.0的稱為Y型,其孔徑約為1.00nm。

分子篩具有篩分大小不同的分子的能力。5.2.3半導(dǎo)體材料

半導(dǎo)體材料(semiconductivematerial)指電阻率介于金屬導(dǎo)體(10-5~10-6Ω·cm)和絕緣體(1010~1015Ω·cm)之間的材料。主要用途是制成各種特殊功能的元器件,如晶體管,集成電路,太陽(yáng)能電池,各種微波器件,整流器和可控整流器等。目前應(yīng)用最多的半導(dǎo)體材料是摻雜的硅、鍺和砷化鎵。

發(fā)光二極管是特殊的半導(dǎo)體二極管，將電流直接轉(zhuǎn)換成光線。發(fā)光二極管只會(huì)放射出單色的光線，而光線的顏色可由采用的基本原料及金屬元素而定。它所采用的典型半導(dǎo)體物料有：紅色光線的GaAs、綠色光線GaP、藍(lán)色光線的GaNi或含有氧化鋅的GaAs1.光導(dǎo)纖維

光導(dǎo)纖維(opticalwaveguidefibre)，簡(jiǎn)稱光纖，是用來(lái)傳遞光線和圖象的纖維。制造光導(dǎo)纖維用的光學(xué)材料，必須高度純凈、成分均勻。一般無(wú)水石英（SiO2）是常用的光導(dǎo)纖維材料。光導(dǎo)纖維的用途：近年來(lái)，光導(dǎo)纖維用于光通信的技術(shù)迅速發(fā)展。此外，在農(nóng)業(yè)、國(guó)防、醫(yī)療、電視、傳真、電話、科研等方面都有廣泛的用途。5.2.4新型無(wú)機(jī)非金屬材料

光導(dǎo)纖維傳遞每個(gè)發(fā)光二極管所發(fā)出的光線，分顏色及將每一點(diǎn)印在相紙上，從而聚合成一幅完整的影像。此種玻璃導(dǎo)管誕生于20世紀(jì)70年代，其內(nèi)部核心光纖由高折射率玻璃組成，而外層用低折射率的玻璃導(dǎo)管包裹，兩種物料之間所產(chǎn)生的反射能防止光線流失，保證光線透過(guò)核心光纖傳送時(shí)，光纖末端的光線不會(huì)失真。2.新型陶瓷材料

習(xí)慣上把陶瓷(ceramics)分為傳統(tǒng)陶瓷和特種陶瓷.

傳統(tǒng)陶瓷是以粘土、長(zhǎng)石、石英等天然礦物為原料經(jīng)燒結(jié)而成的。特種陶瓷是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超細(xì)微粒為原料特制而成。又稱精細(xì)陶瓷、精密陶瓷。

氧化鋁陶瓷又叫高鋁陶瓷，主要成分是Al2O3和SiO2。Al2O3含量越高則性能越好，但工藝更復(fù)雜，成本更高。用途：它的硬度高，耐磨性好，很早就用于制造刀具、模具、軸承。耐腐蝕性很強(qiáng)，可制作化工零件，如化工用泵的密封滑環(huán)，機(jī)軸套、葉輪等。(1)氧化鋁陶瓷

氮化硅（Si3N4）是由共價(jià)鍵形成的原子晶體。用途：硬度高、耐磨系數(shù)低、有自潤(rùn)滑作用，所以是優(yōu)良的耐磨材料。熱強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性高，熱膨脹系數(shù)小，是優(yōu)良的高溫結(jié)構(gòu)材料。耐腐蝕，可作高溫軸承、轉(zhuǎn)子、葉片、燃燒室噴嘴等高溫零件以及高溫下使用的模具和夾具。(2)氮化硅陶瓷

碳化硅（金剛砂）和氮化硅一樣，是穩(wěn)定的原子晶體。具有高的熱傳導(dǎo)能力、硬度大、熔點(diǎn)高、比重小，有較高的強(qiáng)度和較好的熱穩(wěn)定性，與各種酸都不起作用，其抗氧化性能在高達(dá)1550OC時(shí)仍很優(yōu)良。用途：制造磨料、模具、特種耐火材料制品；用于制造電阻發(fā)熱元件。(3)碳化硅陶瓷

功能陶瓷(functionalceramics)材料是以特定的性能或通過(guò)各種物理因素（如聲、光、電、磁）作用而顯示出獨(dú)特功能的材料。(4)功能陶瓷

TiO2、

ZrO2、LaCrO3等高溫電子陶瓷，用于制造電容器和電子工業(yè)中的高溫高頻器件。如BaTiO3類陶瓷用于制造溫度傳感材料；CdS、PbTiO3系陶瓷用于制造光敏傳感材料；ZnO系陶瓷，SiC、BaTiO3系陶瓷用于制造壓力和振動(dòng)傳感材料等。功能陶瓷的用途：

生物陶瓷是用于人體器官替換、修補(bǔ)，及外科矯形的陶瓷材料。主要包括羥基磷灰石、氧化鋁、生物活性玻璃陶瓷等。(5)生物陶瓷材料

羥基磷灰石（Ca10(PO4)6(OH)2）陶瓷的用途：它具有良好的生物活性，能與人骨緊密結(jié)合。主要用于不承載的小型種植體（如耳骨），用金屬支撐加強(qiáng)的牙科種植體。

生物陶瓷人工聽(tīng)小骨假體由羥基磷灰石(HA)陶瓷制成，表面具有微孔，可使患者聽(tīng)力平均高20~30dB，適用于慢性化膿性中耳炎患者作聽(tīng)小骨置換和鼓臘修復(fù)手術(shù)。自1989年以來(lái)已臨床應(yīng)用800多例，通過(guò)省級(jí)鑒定。3.超導(dǎo)材料

某些材料在臨界溫度以下，會(huì)產(chǎn)生零電阻和排斥磁場(chǎng)(邁斯納效應(yīng))的現(xiàn)象稱超導(dǎo)性。具有超導(dǎo)性的材料稱為超導(dǎo)材料。將電阻突然降為零的溫度稱為臨界溫度，用符號(hào)Tc表示。

零電阻效應(yīng)和邁斯納效應(yīng)是超導(dǎo)體的兩個(gè)獨(dú)立的基本屬性，一種材料只有同時(shí)具備這兩種效應(yīng)時(shí)才具有超導(dǎo)性。臨界磁場(chǎng)Hc—

破壞超導(dǎo)態(tài)的最小磁場(chǎng)強(qiáng)度。臨界電流Hc—

超導(dǎo)態(tài)時(shí)超導(dǎo)體內(nèi)允許流動(dòng)的最大電流。IIcHHcTTc

必須將條件控制在三個(gè)臨界參數(shù)Tc、Hc、Ic之下，才能使物體處于超導(dǎo)態(tài)。三個(gè)臨界參數(shù)的關(guān)系

已發(fā)現(xiàn)有28種金屬元素和數(shù)以千計(jì)的合金及化合物具有超導(dǎo)性。目前研究最多的是YBaCuO，BiSrCaCuO和TiBaCaCuO三個(gè)超導(dǎo)體系；此外還有LaBaCuO，LaSrCuO和PbBaBiO等體系。

超導(dǎo)材料的用途：可用于超導(dǎo)輸電，超導(dǎo)磁體用于發(fā)電機(jī)，大大提高發(fā)電機(jī)輸出功率。也可用于制造最快速的計(jì)算機(jī)。功率為兩萬(wàn)千瓦的超導(dǎo)發(fā)電機(jī)用于醫(yī)學(xué)核磁共振成像裝置(MRI)核磁共振斷層掃描儀與人體斷層掃描儀圖制造高速磁懸浮列車5.3.1有機(jī)高分子化合物概論5.3.2高分子化合物的結(jié)構(gòu)和性能5.3.3重要的高分子材料5.3

化學(xué)與有機(jī)高分子材料

高分子化合物(polymer;macromolecular

compound)是由許多原子彼此以共價(jià)鍵聚合而成的大分子化合物，所以高分子化合物又稱為聚合物或高聚物。

如：聚氯乙烯分子量5~15萬(wàn)聚苯乙烯1~30萬(wàn)纖維素5~40萬(wàn)蛋白質(zhì)0.5~幾百萬(wàn)5.3.1有機(jī)高分子化合物概論

高分子化合物分子量很大,但組成簡(jiǎn)單,如聚氯乙烯的結(jié)構(gòu)式為:

它是由結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接而成，這種結(jié)構(gòu)單元又稱鏈節(jié)(chainunit)。一個(gè)分子中鏈節(jié)的數(shù)目以符號(hào)n表示，稱為高分子化合物的聚合度(degreeofpolymerization)。

用來(lái)聚合成高分子化合物的原料稱為單體(monomer)。如聚氯乙烯的單體就是氯乙烯

CH2=CH聚氯乙烯分子的結(jié)構(gòu)式可簡(jiǎn)寫(xiě)為:當(dāng)n=320時(shí)，聚氯乙烯的分子量為2萬(wàn)。實(shí)際上高分子化合物是由許多鏈節(jié)相同而聚合度不同的分子所組成的混合物。nCl?聚合反應(yīng)分為：(1)

加成聚合

（簡(jiǎn)稱加聚）（簡(jiǎn)稱縮聚）(2)

縮合聚合

由一種或多種具有不飽和鍵的單體或環(huán)狀化合物，在一定條件下，打開(kāi)不飽和鍵或開(kāi)環(huán)相互連結(jié)成聚合物的反應(yīng)稱為加聚反應(yīng)。

在加聚反應(yīng)中沒(méi)有副產(chǎn)物，所生成的聚合物與單體具有相同的組成。1.加聚反應(yīng)

例如：乙烯類單體：

在光、熱或引發(fā)劑作用下，雙鍵中的

鍵被打開(kāi)。發(fā)生加聚反應(yīng)。加成聚合

由一種或多種單體相互作用生成聚合物，同時(shí)還有低分子化合物如H2O、NH3

等生成的一類反應(yīng)稱為縮聚反應(yīng)。例如:己二酸與己二胺縮聚成聚酰胺(尼龍-66)縮合聚合

nH2N(CH2)6NH2+nHOOC(CH2)4COOH—————

H[-NH(CH2)6NHOC(CH2)4CO-]nOH+(2n-1)H2O2.縮聚反應(yīng)3.有機(jī)高分子化合物的命名與分類

由一種單體聚合而成的高聚物在單體的名稱前面冠以“聚”字。例如：聚乙烯、聚氯乙烯等。由兩種以上單體聚合得到的聚合物常用習(xí)慣命名或采用商品名，如：苯酚與甲醛的聚合物稱酚醛樹(shù)脂，聚酰胺稱錦綸-66或尼龍-66，也有用符號(hào)表示，如PE表示聚乙烯，PVC表示聚氯乙烯。

國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）曾提出以結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)命名法，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，但較繁瑣，目前一直沒(méi)得到普遍采用。4.有機(jī)高分子化合物的分類

高分子化合物的分類方法很多，常見(jiàn)有：(1)按分子的形狀分類：線型和體型；

(2)按合成方法分類：加聚高聚物和縮聚高聚物:

(3)按材料的性能分類：塑料、橡膠、纖維等;

(4)按熱性能有：熱固性高聚物和熱塑性高聚物；(5)按高聚物分子的化學(xué)組成有：碳鏈、雜鏈、元素有機(jī)高聚物和無(wú)機(jī)高聚物。

線型結(jié)構(gòu)：分子是由許多鏈節(jié)連成一個(gè)長(zhǎng)鏈形大分子，其特點(diǎn)是：長(zhǎng)度通常是直徑的幾萬(wàn)倍。整個(gè)大分子易卷曲呈不規(guī)則的線團(tuán)狀。

體型結(jié)構(gòu)：是分子鏈與分子鏈之間被許多鏈節(jié)“交聯(lián)”而形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。5.3.2

高分子化合物的結(jié)構(gòu)和性能

C1

C2C3C4xyz

單鍵旋轉(zhuǎn)示意圖

線性高分子化合物除了分子鏈可以運(yùn)動(dòng)外，分子鏈中的每個(gè)鏈節(jié)以單鍵相連可自由旋轉(zhuǎn)，從而使一個(gè)分子鏈的空間形狀不是固定的，而是不斷變化的。

高分子鏈中單鍵能自由旋轉(zhuǎn)從而使高分子鏈具有強(qiáng)烈卷曲傾向的性質(zhì)，稱為鏈節(jié)的柔順性。

非晶體高分子化合物沒(méi)有一定的熔點(diǎn)，在不同的溫度下，可呈現(xiàn)出三種不同的物理形態(tài)，即玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)。

玻璃態(tài)(vitreousstate)：溫度較低時(shí)，分子的能量很小，高分子化合物呈現(xiàn)出象玻璃狀的形態(tài)。常溫下的塑料就是處于這種狀態(tài)。1.彈性和塑性

高彈態(tài)(entropicelasticity)：溫度較高時(shí)，分子能量增加，鏈節(jié)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，但整個(gè)分子還是不能移動(dòng)。這時(shí)高分子化合物在外力作用下產(chǎn)生可逆性變形，從而表現(xiàn)出具有很高的彈性。室溫下橡膠就是處于這種狀態(tài)。

粘流態(tài)(viscousstate)：溫度很高時(shí)，使整個(gè)分子都可以自由運(yùn)動(dòng)，這時(shí)高分子化合物變成能流動(dòng)的粘液。室溫下粘合劑就是處于這種狀態(tài)。形變玻璃態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)溫度TgTf高分子化合物的三態(tài)

Tg為玻璃化溫度：由玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度。

Tf

為粘流化溫度：由高彈態(tài)向粘流態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度。

習(xí)慣上，人們把Tg在室溫以上的高分子化合物稱為塑料；把Tg在室溫以下的高分子化合物稱為橡膠。

對(duì)塑料來(lái)說(shuō)，

Tg越高越好。為加工方便，

Tf越低越好，Tg和Tf

的差值越小越好。

對(duì)橡膠來(lái)說(shuō)，

Tg越低越好，而Tf越高越好，Tg和Tf

的差值越大越好。

高分子化合物的固體形態(tài)分晶體和非晶體(無(wú)定形體)兩種。晶體高分子化合物在結(jié)晶時(shí)，分子的長(zhǎng)鏈完全定向規(guī)則排列是非常困難的，因此是部分結(jié)晶，即一部分為結(jié)晶區(qū)，一部分為非結(jié)晶區(qū)。可見(jiàn)，晶體高分子化合物兼有晶體和非晶體兩種形態(tài)。結(jié)晶區(qū)所占的百分?jǐn)?shù)稱為高分子化合物的結(jié)晶度(crystallinity)。一般高分子化合物的結(jié)晶度只有50%左右。2.結(jié)晶性

分子的對(duì)稱性越好，結(jié)晶性就越好。如聚乙烯的結(jié)晶度可達(dá)95%。

分子鏈含有極性基團(tuán)-OH、-COOH、-CONH2，極性越大，分子間力越大，結(jié)晶程度越好。生產(chǎn)中常用機(jī)械拉伸的方法提高結(jié)晶度。

高分子化合物的結(jié)晶度越大，其機(jī)械強(qiáng)度就越大，熔點(diǎn)越高。

高分子化合物的力學(xué)性能主要決定于它的平均聚合度、結(jié)晶度及分子間力等因素。

在一定范圍，聚合度越大，力學(xué)性能越強(qiáng)。一般來(lái)說(shuō)，結(jié)晶度越高或分子間力越大，力學(xué)性能越好。

高分子化合物的機(jī)械性能又稱為力學(xué)性能。主要指高分子化合物具有抗擠壓、抗拉伸、抗沖擊、抗彎曲和高硬度等性能。3.力學(xué)性能

由于高聚物內(nèi)部一般沒(méi)有自由電子和離子，對(duì)于直流電,絕大多數(shù)具有良好的電絕緣性。

對(duì)于交流電,極性高聚物分子中的極性基團(tuán)或極性鏈節(jié)會(huì)隨著電場(chǎng)方向作周期性取向而導(dǎo)電。

高分子化合物的極性按其結(jié)構(gòu)對(duì)稱性劃分：分子鏈中鏈節(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)稱的稱非極性高分子化合物,如聚乙烯、聚四氟乙烯等；鏈節(jié)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的稱極性高分子化合物，如聚氯乙烯、聚酰胺等。4.電絕緣性

強(qiáng)極性：酚醛樹(shù)脂、脲醛樹(shù)脂等，作低頻絕緣材料；極性：聚氯乙烯、有機(jī)玻璃等，作中頻絕緣材料；弱極性：聚苯乙烯、天然橡膠等，作中頻絕緣材料；非極性：聚乙烯、聚四氟乙烯等，作高頻絕緣材料。

高分子化合物電絕緣性能好，也有其不利的一面，如用高分子化合物制成紡織品或薄膜時(shí)，由于摩擦起電傳導(dǎo)不出去而逐漸積累，使紡織品易吸附灰塵，甚至引起靜電放電產(chǎn)生火花。

一般來(lái)說(shuō)，高分子化合物的化學(xué)性質(zhì)都比較穩(wěn)定。能耐酸堿，不怕化學(xué)腐蝕，也不會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

但有些高分子化合物在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，受到光、熱、輻射線、水、氧、酸、堿等的作用，可發(fā)生鏈的交聯(lián)或鏈的裂解反應(yīng)，使得高聚物的性能變脆、硬或變粘、軟，失去原有的彈性或機(jī)械強(qiáng)度，這種現(xiàn)象稱為老化(ageing)。5.化學(xué)穩(wěn)定性

產(chǎn)生老化的交聯(lián)或裂解這兩種反應(yīng)，有時(shí)單獨(dú)進(jìn)行，有時(shí)是同時(shí)進(jìn)行的。天然橡膠的老化主要是降解(degradation)引起的，而合成橡膠的老化主要是交聯(lián)(cross-link)引起的。

防止和減慢高分子化合物的老化，對(duì)延長(zhǎng)高分子化合物的使用壽命來(lái)說(shuō)是非常重要的。

目前，采取的防老化措施大致有以下幾種：

(1).改性

(2).添加防老劑

(3).表面處理

防老化措施：

凡是有機(jī)高分子化合物在一定條件下可塑制成型，而在常溫常壓下能保持被塑形狀的稱為塑料。塑料可分為熱塑性塑料(thermoplastic

plastic)和熱固性塑料(thermosetplastic)。塑料的主要成分是合成樹(shù)脂，約占總重量的40~100%，對(duì)塑料的性能起決定性作用。為改進(jìn)塑料的某些性能，常加入其他組分，如填充劑、固化劑、著色劑、增塑劑、潤(rùn)滑劑、穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑等。

5.3.3重要的高分子材料

工程塑料(engineeringplastic)是指具有較高機(jī)械強(qiáng)度和其他特殊性能、能代替金屬在工程上使用的塑料。

1.工程塑料

聚酰胺的商品名稱叫尼龍（PA），是脂肪族二元酸和二元胺的縮合物。分子鏈中含有酰胺基() 聚酰胺的用途：聚酰胺類塑料具有良好的韌性、自潤(rùn)滑、抗霉、無(wú)毒等特點(diǎn)，可用于制造軸承、齒輪、泵葉輪、輸油管及其它零件等。(1)聚酰胺

ABS是丙烯腈（A），丁二烯（B），苯乙烯（S）進(jìn)行三元共聚而制得的。其結(jié)構(gòu)式為：(2)ABS

ABS的用途：樹(shù)脂不僅性能良好、加工容易，而且價(jià)格低廉，所以在工業(yè)上獲得極其廣泛的應(yīng)用。常用于制造一般的機(jī)械零件及減摩、耐磨的傳動(dòng)件。

聚碳酸酯（PC）是用碳酸二苯酯與雙酚基丙烷的酯進(jìn)行反應(yīng)而制得的，其結(jié)構(gòu)式為(3)聚碳酸酯

聚碳酸酯的用途：它有良好的機(jī)械性能，有良好的耐熱性，透明、無(wú)毒，可以代替各種金屬、玻璃、特種合金等。所以在機(jī)械、儀表、電訊、照明工程中廣泛應(yīng)用；而且是宇宙、航空工程中不可缺少的材料。

聚甲醛的原料是甲醛。它的機(jī)械性能與銅、鋅極其相似，耐磨性與自潤(rùn)滑性優(yōu)越，又有良好的耐油、耐過(guò)氧化物的性能。但不耐酸和強(qiáng)堿，不耐日光、紫外線的輻射。聚甲醛的用途：可以代替各種有色金屬和合金制造某些零件，如齒輪、凸輪閥門、管道、泵葉輪等。(4)聚甲醛(5)聚四氟乙烯

聚四氟乙烯（PTFE）是目前塑料中綜合性能最突出，應(yīng)用最廣的一種。聚四氟乙烯的C-F鍵鍵能高，鏈節(jié)結(jié)構(gòu)高度對(duì)稱，結(jié)晶度高達(dá)90%以上，對(duì)任何酸、堿、王水和溶劑都具有卓越的耐腐蝕性。并耐熱耐寒，可在-200~250℃的溫度范圍內(nèi)使用。聚四氟乙烯電絕緣性十分優(yōu)異。此外摩擦系數(shù)低耐磨損。缺點(diǎn)是剛性不夠，有時(shí)影響零件尺寸的穩(wěn)定性。2.合成橡膠

橡膠(rubber)是指具有顯著高彈性的一類高分子化合物。一般橡膠在-40

C~80C的很寬溫度范圍內(nèi)具有彈性。

合成橡膠在性能和數(shù)量上已超過(guò)天然橡膠，主要品種有：

丁苯橡膠是以1,3-丁二烯和苯乙烯為原料進(jìn)行催化共聚而成，其分子結(jié)構(gòu)式為：(1)丁苯橡膠

丁苯橡膠的用途：其性能與天然橡膠相近，耐熱、耐磨、耐老化性比天然橡膠好。主要用于制造輪胎、膠管、密封配件、電絕緣材料。

氯丁橡膠是由氯丁二烯單體在乳液狀態(tài)下聚合而成的。其分子結(jié)構(gòu)為：(2)氯丁橡膠

氯丁橡膠的用途：氯丁橡膠具有耐熱、耐氧化、耐老化、耐燃燒等性能。其缺點(diǎn)是耐寒性差、比重大、絕緣性不好。氯丁橡膠主要用于制造各種模型制品、膠布制品和膠粘劑。

丁腈橡膠是由1,3-丁二烯和丙烯腈共聚而成，其分子結(jié)構(gòu)式為：(3)丁腈橡膠

丁腈橡膠的用途：由于分子中帶有極性基團(tuán)—CN，此種橡膠耐油性高、耐熱、耐磨、耐老化、耐腐蝕性能超過(guò)天然橡膠和其它合成橡膠。主要用于制造耐油制品.(4).硅橡膠

硅橡膠是由純二甲基二氯硅烷水解后縮聚而成。其特點(diǎn)是既耐低溫又耐高溫，能在--65℃~250℃之間保持彈性，且耐油防水，化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性能也很好。缺點(diǎn)是力學(xué)性能較差，耐酸堿性較差。

硅橡膠可作高溫高壓設(shè)備的襯墊、油管襯里、密封件以及各種高溫電線、電纜的絕緣材料。各式各樣硅橡膠雜件3.合成纖維

凡能保持長(zhǎng)度比本身直徑大100倍以上的均勻、線條狀或絲狀的高分子材料都稱為纖維(fiber)。合成纖維的品種很多，也各因其分子結(jié)構(gòu)的不同而具有各自獨(dú)特的性能。幾種常用的合成纖維性質(zhì)與用途

名稱單體重要性質(zhì)主要用途

滌綸(的確良對(duì)苯二甲酸強(qiáng)度好、電絕緣性強(qiáng)、成做電絕緣材料、耐酸濾或聚酯纖維)乙二醇脂型后形狀穩(wěn)定、不皺、耐布、高空降落傘等酸、耐光，但吸水率低、染色性差腈綸(人造羊丙烯腈質(zhì)輕、強(qiáng)度大、保暖性好、做幕布、帳篷、軍用帆毛或聚丙烯耐光、耐熱、耐濕、耐化布、炮衣、濾布、防酸腈纖維)學(xué)藥品、不怕蟲(chóng)蛀，耐磨布，與毛混紡做衣料、性差、染色難、易吸灰塵毛線、毛毯等維綸(維尼龍乙烯醇吸濕性好、強(qiáng)度大、耐酸、做工業(yè)濾布、工作服、或聚乙烯醇縮甲醛耐堿、耐光、易洗、易干、輪胎簾子線、漁網(wǎng)，代纖維)不會(huì)霉蛀，但不如滌綸挺替棉花做衣料括

名稱單體重要性質(zhì)主要用途錦綸-66(尼龍己二酸強(qiáng)度大、質(zhì)輕軟、耐磨、做輪胎簾子線、傳動(dòng)帶、-66或聚酰胺己二胺有彈性、不會(huì)霉蛀、耐油、繩索、漁網(wǎng)、降落傘、潛纖維)耐海水，但不耐酸、不耐水衣以及織物、襪子等光、透氣性差丙綸(聚丙烯)丙烯強(qiáng)度大、耐磨性僅次于錦做纜繩、濾布、漁網(wǎng)、工綸、耐腐蝕性好，但耐光作服等性和染色性差氯綸(聚氯乙氯乙烯耐化學(xué)腐蝕性好、保暖性做濾布、工作服、地毯、烯)強(qiáng)、難燃、耐曬、耐磨，衣料等但耐熱性差、難染色4.功能高分子材料

通過(guò)高分子的化學(xué)反應(yīng)，將適當(dāng)?shù)墓倌軋F(tuán)引進(jìn)高分子中，用這種方法生成的聚合物常具有某些特定功能，如導(dǎo)電性、光敏性、催化性、生物特性等。這類高分子稱為功能高分子。

導(dǎo)電高分子材料可分為兩類：一類是復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料，是指高分子與各種導(dǎo)電性物質(zhì)通過(guò)復(fù)合以及表面導(dǎo)電膜等方式構(gòu)成的材料。(1)導(dǎo)電高分子

另一類是結(jié)構(gòu)導(dǎo)電高分子，是指高分子本身結(jié)構(gòu)或經(jīng)過(guò)摻雜之后具有導(dǎo)電功能的高分子化合物。1977年第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)能導(dǎo)電的高分子是聚乙烯。

感光性高分子又稱光敏性高分子，它是指在光的作用下能迅速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起材料的物理和化學(xué)性質(zhì)變化的一類高聚物。

應(yīng)用：印刷、電子、涂料等工業(yè)。例如：感光樹(shù)脂印刷版、制作大規(guī)模集成電路的光刻膠、電子束膠、計(jì)算機(jī)上用做記憶因子、開(kāi)閉訊號(hào)的記錄材料等。(2)感光性高分子

生物醫(yī)用高分子材料，是和醫(yī)學(xué)、生物學(xué)發(fā)展相關(guān)聯(lián)材料的總稱，因其與醫(yī)學(xué)相關(guān)，功能高分子材料在生命科學(xué)，在未來(lái)高科技材料中占有甚為重要的地位。(3)生物醫(yī)用高分子5.4.1復(fù)合材料概論5.4.2復(fù)合材料的技術(shù)性能5.4.3重要的復(fù)合材料5.4化學(xué)與復(fù)合材料5.4.4納米材料

復(fù)合材料(compositematerial)是有機(jī)高分子、無(wú)機(jī)非金屬或金屬等幾種不同材料，通過(guò)復(fù)合工藝組合而成的新型材料。或者說(shuō)是由兩種或兩種以上化學(xué)性質(zhì)或組織結(jié)構(gòu)不同的材料組合而成的多相固體材料。5.4.1

復(fù)合材料概論

復(fù)合材料由兩部分組成：基體相(連續(xù)相)和增強(qiáng)相(分散相)。基體相是連續(xù)相材料，把改善性能的增強(qiáng)相材料粘結(jié)在一起，起粘結(jié)劑的作用。增強(qiáng)相大部分是高強(qiáng)物質(zhì)，起提高強(qiáng)度或韌性的作用。

復(fù)合材料按增強(qiáng)相形狀可分為三類：

1纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

2層合增強(qiáng)復(fù)合材料

3顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料按基體相材料類型可分為三類：

1樹(shù)脂基復(fù)合材料

2金屬基復(fù)合材料

3陶瓷基復(fù)合材料

1.比強(qiáng)度和比模量高比強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度與密度之比）和比模量(彈性模量與密度之比)高，說(shuō)明材料輕而且剛性大。

2.良好的抗疲勞性能

疲勞是材料在循環(huán)應(yīng)力作用下的性質(zhì)。復(fù)合材料能有效地阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展。5.4.2復(fù)合材料的技術(shù)性能

3.減振性能好在工作過(guò)程中振動(dòng)問(wèn)題十分突出，復(fù)合材料為多相系統(tǒng)，大量的界面對(duì)振動(dòng)有反射吸收作用。且自振動(dòng)頻率高，不易產(chǎn)生共振。

4.高溫性能好復(fù)合材料在高溫下強(qiáng)度和模量基本不變。

以樹(shù)脂為基體，玻璃纖維為增強(qiáng)材料制成的復(fù)合材料。玻璃纖維是由熔融的玻璃經(jīng)快速拉伸,冷卻所形成的纖維。玻璃纖維增強(qiáng)工程塑料即玻璃鋼。(1)

玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料1.纖維增強(qiáng)復(fù)合材料5.4.3重要的復(fù)合材料

由于玻璃鋼比重小、強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐燃且成型性能好，現(xiàn)已廣泛用于汽車車身、氧氣瓶、輕型船體及石油化工的管道、閥門等。缺點(diǎn)是剛性差，易變形，耐熱性能差，易老化。

碳纖維增強(qiáng)材料與樹(shù)脂基體組成的材料稱為碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。這類材料保持了玻璃鋼的許多優(yōu)點(diǎn)，而且性能優(yōu)于玻璃鋼。因此可作宇宙飛行器的外層材料，人造衛(wèi)星和火箭的機(jī)架、殼體等。(2)

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

硼纖維是一種強(qiáng)度、剛度均比碳纖維高的纖維。硼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是硼纖維增強(qiáng)材料與樹(shù)脂基體組成的復(fù)合材料。用作高溫材料，但因?yàn)閮r(jià)格昂貴，應(yīng)用受到限制。主要用于航空工業(yè)。(3)硼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

雙層金屬?gòu)?fù)合材料是將特性不同的兩種金屬，用膠合或者熔合鑄造、熱壓、焊接、噴涂等方法復(fù)合在一起以滿足某種性能要求的材料。(1)

雙層金屬?gòu)?fù)合材料2.層合增強(qiáng)復(fù)合材料

夾層復(fù)合材料是性質(zhì)完全不同的表面材料與芯材復(fù)合而成的一種材料。(2)

夾層復(fù)合材料

顆粒復(fù)合材料是一種或多種材料的顆粒均勻分散在基體材料內(nèi)所組成的材料。3.顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料尼龍6/粘土納米復(fù)合材料5.4.4納米材料

根據(jù)人類的需要，逐個(gè)操縱原子來(lái)制造產(chǎn)品，這是人類關(guān)于納米技術(shù)最早的夢(mèng)想。

1981年，掃描隧道顯微鏡(ScanningTunnelingMicroscope)的發(fā)明，向人類揭示了一個(gè)可見(jiàn)的原子世界，極大的促進(jìn)和推動(dòng)了納米技術(shù)的快速發(fā)展。1990年7月，第一屆國(guó)際納米科學(xué)技術(shù)(NanoScienceandTechnology,簡(jiǎn)稱NST)會(huì)議在美國(guó)巴爾的摩召開(kāi)，標(biāo)志著納米科學(xué)技術(shù)的正式誕生。

最初納米材料(Nano

material)是指粒徑為1100nm的超細(xì)顆粒和由超細(xì)顆粒構(gòu)成的薄膜和固體。現(xiàn)在，廣義地納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。

納米材料既不同于宏觀物體，又不同于微觀粒子，正好處于中間地帶。具有納米尺度的物質(zhì)由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，使納米材料具有許多特殊的性能。碳納米管(1)小尺寸效應(yīng)：當(dāng)顆粒尺寸減小到納米量級(jí)時(shí)，一定條件下導(dǎo)致材料宏觀物理、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。由于比表面積大大增加，使納米材料具有極強(qiáng)的吸附能力。如光吸收顯著增強(qiáng)；納米陶瓷可以被彎曲，其塑性變形可達(dá)100%；納米微粒的熔點(diǎn)低于塊狀金屬，如塊狀金熔點(diǎn)為1337K，而2nm的金微粒的熔點(diǎn)只有600K。1.納米材料的性能(2)表面效應(yīng)：指納米粒子表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比，隨粒徑的變小而急劇增大后所引起性質(zhì)上的變化。例如，5nm的粒子，表面原子占50%；而2nm的粒子，表面原子占80%。

表面原子增加，使表面能增高，大大增強(qiáng)了納米粒子的化學(xué)活性，使其在催化、吸附等方面具有常規(guī)材料無(wú)法比擬的優(yōu)越性。

(3)量子尺寸效應(yīng)：隨著粒子由宏觀尺寸進(jìn)入納米范圍，準(zhǔn)連續(xù)能帶將分裂為分立的能級(jí)，能級(jí)間的距離隨粒子尺寸減小而增大，這種能級(jí)能隙變寬的現(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)。這種量子尺寸效應(yīng)導(dǎo)致納米粒子具有與宏觀物質(zhì)截然不同的反常特性。例如，粒徑為20nm的銀微粒在溫度為1K時(shí)出現(xiàn)由導(dǎo)體變?yōu)榻^緣體的現(xiàn)象。(4)宏觀量子隧道效應(yīng)：微觀粒子具有貫穿勢(shì)壘的能力稱為隧道效應(yīng)。納米粒子的磁化強(qiáng)度，量子相干器件中的磁通量等也具有隧