《材料科学》PPT课件.ppt

材 料 科 学,第一章 绪 论,前言材料与人类 教学内容简介 初步教学安排,在人类的生活和生产中，材料是必需的物质基础。新材料的使用对人类历史的发展起了重要的作用。20世纪70年代人们曾把材料、信息、能源归纳为现代文明的三大支柱，现在又预言新的技术革命即将来临，并且把信息技术、生物技术和新型材料作为这次革命的重要标志。,1 材料与人类,现代科技与现代文明,能 源,材 料,信 息,一、材料是人类社会进步的里程碑,材料是人类文明的物质基础 ，从远古的石器时代到青铜器时代，然后再进入铁器时代，每一种新材料的出现和使用，都伴随着生产力和科学技术的发展，标志着人类文明的进步。,公元前10万年左右，原始人采用天然的石、木、竹等材料作为工具。史称“旧石器时代”。 公元前6000年，人类发明了火，逐渐可以烧制陶器，后来又在制陶的基础上又发明了瓷器。 人类在大量烧制陶瓷的实践中，熟练地掌握了高温加工技术，利用这种技术烧炼矿石，逐渐冶炼出铜及其合金青铜，后来发展到炼铁。,绪论材料科学,石 斧,绪论材料科学,湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑,绪论材料科学,绪论材料科学,绪论材料科学,18世纪随着蒸气机的发明，欧洲爆发了产业革命，工业迅猛发展，推动和促进了以钢铁为中心的金属材料的大规模发展 第二次世界大战后各国致力于恢复经济，发展工农业生产，对材料提出了质量轻、强度高、价格低等一系列新的要求。具有优异性能的工程塑料部分代替了金属材料，合成纤维、合成橡胶、涂料和胶粘剂等都得到了相应的发展。,绪论材料科学,绪论材料科学,绪论材料科学,绪论材料科学,进入20世纪80年代以来，在世界范围内高新技术迅猛发展，各国展开激烈的竞争，都想在生物技术、信息技术、空间技术、能源、海洋开发等领域占有一席之地。发展高新技术的关键往往是材料，因此新型材料的开发本身就成为一种高新技术。在新材料领域，近年来相继在超导材料、生物材料、纳米材料等方面取得了较大突破。,“一箭双星”,“鑫诺二号”卫星,新型功能材料,杨利伟与神五返回舱,聂海胜和费俊龙,“神七” 实现太空行走,嫦娥一号,“探月工程”,欧洲的新款火星车,勇气和机遇号火星车传回的照片,材料又是社会现代化的物质基础与先导，特别是先进材料的研究、开发与应用反应着一个国家科学技术与工业水平。,二、先进材料是社会现代化的先导,电子技术的发展计算机,1906年，电子管发明； 1946年，ENIAC机诞生 1947年，发明晶体管；1949年，EDVAC诞生 1958年出现集成电路，不久又发明了微处理器 1970年，第一片RAM芯片由Intel推出，容量1KB 1978年，Intel推出8088微处理器，集成29000个晶体管。 1982年，80286发布，集成了13.4万个晶体管 1985年，80386推出，集成27.5万个晶体管 1989年，80486集成120万个晶体管。 1995年，Pentium Pro 发布 （550万） 1999年，Pentium （2800万，106mm2),莫尔定律,电子技术的发展电视机,电子技术的发展手机,在人类的生活和生产中，材料是必需的物质基础。人们的衣食住行，无一不与材料密切相关。材料的发展水平直接影响人们的生活。,三、材料与人们的日常生活密切相关,2004年 7月8日，发生在美国的一起指控，引起了北京乃至全国的关注。据央视报道，美国环境保护局7月8日表示，由于杜邦公司20多年来均未通报其制造特氟隆的一种关键原料可能会给人类健康带来潜在危害，准备对杜邦公司处以3亿美元的重罚。 择自新京报等 2004,1. 杜邦不沾锅事件,2004年 7月8日，发生在美国的一起指控，引起了北京乃至全国的关注。据央视报道，美国环境保护局7月8日表示，由于杜邦公司20多年来均未通报其制造特氟隆的一种关键原料可能会给人类健康带来潜在危害，准备对杜邦公司处以3亿美元的重罚。 择自新京报等 2004,1. 杜邦不沾锅事件,南京：销售明显趋冷 广州：仍然卖得欢 上海：销售出现零纪录 北京：部分撤下货架 重庆：多数大商场停售 香港：港府跟进 成都：开始撤柜 西安：未引注意仍热销 济南：依然有卖 南宁：消费者多不知情 沈阳：销量开始下降,浙江：企业商议对策 长沙：销售减少三成 兰州：密切关注 武汉：卖不动 太原：销售如常 哈尔滨：部分商家撤柜 杭州：部分商家撤柜 青岛：遭“凉水”,国内不粘锅销售行业的反应,股市“苏泊尔标本”,当时网上新闻标题：,美环保署未处罚 杜邦中国公司称产品无任何危害 国家质检总局组织专家对“特富龙”危害进行论证 不沾锅特富龙涂层疑含毒 北京商家顾客尚不知情 杜邦不沾锅涂层疑含致癌物 中国杜邦今将作答复,所谓特氟隆，是美国杜邦公司对其研发的所有含氟碳氢树脂的总称，包括聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯及各种共聚物。由于其独特优异的耐热、耐低温、自润滑性及化学稳定性能等，而被称为“拒腐蚀、永不粘的特氟隆”。它带给人们的便利，最常见的就是不粘锅，其他如衣物、家居、医疗甚至宇航产品中也有广泛应用。,特氟隆（Teflon）,因为全氟辛酸铵有8个碳原子组成，所以在杜邦内部被称作C-8，美国环保署的指控正是围绕这8个碳原子展开。而并不是国内普遍报道的针对特富龙或者不粘锅。 尽管美国食品药物管理局和美国消费者产品安全委员都拒绝对特富龙进行调查，但是美国国家环保署还是盯上了全氟辛酸铵。,全氟辛酸铵,环境科学与技术杂志受美国环保署的资助，自去年以来组织专家学者，对来自美国、哥伦比亚、巴西、比利时、意大利、波兰、印度、马来西亚和韩国的473名志愿者进行了抽血化验，结果发现这些志愿者的血液中无一例外地都含有全氟辛酸残留物。 其中，美国和波兰的志愿者血液中的全氟辛酸含量最高，平均超过30ngml，韩国、比利时、马来西亚、巴西、意大利和哥伦比亚次之，介于3ngml与29ngml之间，印度最低，不到3ngml。, 美国国家环保署EPA宣称的杜邦公司没有遵守“有毒物质控制法（TSCA）”和“资源修复法（RCRA）”，对全氟辛酸铵进行技术报告的问题，杜邦公司称已完全遵守了通报制度的规定，并反对任何有关全氟辛酸铵有害人体健康或环境的说法，杜邦公司将提出法律交涉正式否认美国国家环保署的这一指摘；,杜邦公司的三点声明：,有人怀疑涂有特富龙涂层的不沾锅等炊具因含有全氟辛酸铵而易致癌，其实全氟辛酸铵是一种加工助剂，这种加工助剂随着产品的完成，已从制造过程中除去，涂有特富龙涂层的不沾锅等炊具不含该助剂； 全氟辛酸铵也不是一种致癌物质，2003年4月，当美国国家环保署（EPA）宣布将对全氟辛酸铵进行审查时，EPA指出，它不认为消费者有任何理由在其调查过程中需要停止使用任何与全氟辛酸铵有关的民用和工业产品。,国家质量监督检验检疫总局2004年10月13日宣布，市场上销售的主要使用特富龙涂料的不粘锅产品中，均未检出PFOA(全氟辛酸及其盐类)残留。这一结论来自中国检验检疫科学院组织实施的抽样检测结果。 美国巡回法官日前批准了杜邦公司不沾锅特富龙材料C8污染水质的集体诉讼和解方案。根据和解协议，杜邦公司同意支付至少1.76亿美元和解金。此外，杜邦公司还将负担那些提起诉讼的居民2260万美元的诉讼开支，并可能被迫花费另外2.35亿美元用于一项监控当地受C8物质影响的居民健康状况的医疗计划。根据和解协议，在科学研究今后证明C8物质对人体健康有害的情况下，受C8物质影响的当地居民拥有进一步提出诉讼的权力。（2005年3月1日）,后续进展, 2005年7月1日，美国环保署公布了“科学咨询委员会”的一份调查报告，称通过动物实验发现，C8能引发一系列肿瘤疾病，具有致癌的“启发性证据”。因此报告结论“不排除具有致癌的可能性”。 2006年1月25日，在美国环境保护署的倡导下，包括杜邦在内的8家美国公司1月25日同意分阶段停止使用全氟辛酸铵这种制造“特富龙(Teflon)”不粘锅涂料所需的化学原料，并于2015年前在所有产品中全面禁用全氟辛酸铵。这是美国工业界应对这种“可疑致癌物”的最新环保举措。,美国巴尔的摩太阳报近日报道，美国约翰斯霍普金斯医院研究人员连续5个月抽取了300名新生儿的脐血，结果在298名宝宝体内发现了工业用化学物质全氟辛酸铵的踪迹。这项研究受到美国政府支持，专门研究全氟辛酸铵对新生儿的影响。 2006年1月15日，美国环保署 “科学咨询委员会”全票通过将C8的危险性上调一个等级，为“对人类很可能致癌”。值得注意的是：除不粘锅外，C8还会在糖果包装纸、比萨盒、微波爆米花包装袋。,2005年10月13日，某媒体刊出全球禁用日韩致癌保鲜膜转道中国文章，矛头直指日韩在华保鲜膜生产企业 ，称PVC食品保鲜膜对人体有比较大的危害。 10月14日，报道进一步深入，媒体称致癌保鲜膜在中国大扩散，其中80为日韩产品。 10月1720日，卫生部及质检部门加大力度检查保鲜膜的生产和销售，同时表示我国的生产标准未过时。,2、保鲜膜风波,第一种：聚乙烯，简称PE。这种材料主要用于食品的包装，目前我国国内市场上销售的家庭用食品保鲜膜大多采用安全的聚乙烯。 第二种：氯乙烯，简称PVC。这种材料也可以用于食品包装，但它对人体的安全性有一定的影响 。一些超市生鲜产品如蔬菜、水果及熟食包装却大量采用PVC保鲜膜 第三种：聚偏二氯乙烯，简称PVDC。用于熟食火腿等产品的包装。,保鲜膜及其分类：,PVC膜中有两种物质具致癌可能性，一是VCM【氯乙烯单体】，一是DEHA【二（2乙基己基）己二酸酯 】。 如果VCM的成分在1PPM(度量单位：百万分之一)的范围内是无毒的，如果超标就有致癌的可能性。 DEHA会慢慢往外渗，当PVC保鲜膜遇上熟食的油脂，其中的增塑剂更容易释放出来，并渗入食物之中。 DEHA食用后会干扰人体内分泌，引起妇女乳癌、新生儿先天缺陷、男性精虫数减低，甚至精神疾病等。,PVC膜致癌可能性分析：,欧盟、俄罗斯政府呼吁民众不要购买中国生产 的塑料玩具，原因在于塑料中加入了一种有致癌作 用的增塑剂邻苯二甲酸酯类。 这类物质也常在一些其它的塑料制品，如聚苯 乙烯、聚氯乙烯中存在。,玩具风波,3、家庭装修,4、风险防范,5、体育竞技,2 本课程的内容,（一） 能源材料,能源材料是指那些正在发展的，可能支撑新能 源体系的建立，满足各种新能源及节能新技术所 要求的一类材料。按使用目的可分为：新能源材 料、节能材料和储能材料。如太阳能电池材料、 储氢材料、固体氧化物燃料电池材料等。,（二） 光电子信息材料,光电子材料是指光电子技术中所用的材料，它对于满 足计算机、通讯、航天工业等领域的应用至关重要。在 现代科学技术的发展中，电子学和光子学已形成交叉共 生的发展关系。光电子技术是现代信息科学技术的重要 组成部分，信息的传递可由光子负担，而信息的产生、 处理、检测、存储和显示等功能，则由光子和电子联合 完成。光电子信息系统包括光载波源、光控制和信号加 载、光信号传输、处理和接受（检测和显示），所需要 的光电子器件材料多种多样，从无机物到有机物，从单 晶到非晶态，从半导体到绝缘体，可达几十种之多。,半导体材料 磁信息储存材料 信息传输材料 敏感元器件材料 光纤通讯材料 光电显示材料,（三） 生态环境材料,生态环境材料是指那些具有良好的使用性能或功能， 并且能够和环境相协调的材料。生态环境材料是90年代 在国际高技术新材料研究中形成的一个新领域。这类材 料消耗的资源和能源少，对生态和环境污染小，再生利 用率高。从材料的制造、使用、废弃直至再生循环利用 的整个寿命过程，都与生态环境相协调。因此生态环境 材料不是指某一具体的新材料，而是指那些考虑到资源 和环境问题的新材料的总称。,生态环境材料研究的主要内容：1. 直接面临的与环境 问题相关的材料技术，如生物可降解材料、环境污染修 复材料、废物的再资源化技术等； 2. 开发能使经济可 持续发展的环境协调性材料，如仿生材料、环境保护材 料等、氟利昂等有害物质的替代材料，绿色新材料等； 3. 材料的环境协同性评价，主要采用寿命全程评价 （LCA）法。,（四） 生物材料,作为生物体部分功能或形态修复的材料称为生物医用材料，简称生物材料（Biomaterials）。 生物医用材料主要包括三个部分：一是硬组织的替代材料，如人工骨、人工牙齿等；二是埋入生物体内部的植入材料，如人工血管、人工肾等；三是作为药物定位的载体，控制药物的释放，使之长效平和。 按照材料的组成，生物医用材料可分为四类：医用金属和合金；医用生物陶瓷；医用高分子材料；医用复合生物材料。,（五） 纳米材料,纳米材料及其最新