第二章第四节人类文明物质基础

1、自然科学基础之物质篇淄博师专数理系卢文淄博师专数理系卢文第四节人类文明的物质基础第四节人类文明的物质基础一、材料发展概况一、材料发展概况二、新金属材料二、新金属材料三、高性能的无机非金属材料三、高性能的无机非金属材料 四、新型有机高分子材料四、新型有机高分子材料五、五、特殊功能的复合材料特殊功能的复合材料六、纳米材料六、纳米材料七、新材料发展的方向七、新材料发展的方向第二章资源、能源的开发利用及其对人们生活的影响第二章资源、能源的开发利用及其对人们生活的影响一、材料发展概况一、材料发展概况【问题】【问题】1、什么是材料？说一说材料发展的历史。、什么是材料？说一说材料发展的历史。2、现代新材料技

2、术的特点有哪些？、现代新材料技术的特点有哪些？一、材料发展概况一、材料发展概况1、材料和新材料、材料和新材料人类能用来人类能用来制作有用制作有用物件的物质物件的物质最近发展和正在发最近发展和正在发展中的比现有材料展中的比现有材料的性能更为优良的的性能更为优良的材料，或是具有现材料，或是具有现有材料尚不具有的有材料尚不具有的某种优良性能的材某种优良性能的材料。料。新材料是有时间性的新材料是有时间性的2、材料发展史、材料发展史使用纯天然材料的初级阶段使用纯天然材料的初级阶段 人类单纯利用火制造材料的阶段人类单纯利用火制造材料的阶段 利用物理与化学原理合成材料的阶段利用物理与化学原理合成材料的阶段

3、材料的复合化阶段材料的复合化阶段 材料的智能化阶段材料的智能化阶段 3、现代新材料技术的特点、现代新材料技术的特点它是知识密集、资金密集的新兴产业；它是知识密集、资金密集的新兴产业；它是与高新技术发展关系密切，并相它是与高新技术发展关系密切，并相互促进、相互依赖；新材料是高新技互促进、相互依赖；新材料是高新技术发展的必要的物质基础，也是当代术发展的必要的物质基础，也是当代高新技术革命的先导；新材料技术是高新技术革命的先导；新材料技术是社会生产力发展水平和技术进步的标社会生产力发展水平和技术进步的标志。志。世界第一台电子计算机世界第一台电子计算机世界上第一台晶体管计算机世界上第一台晶体管计算机二

4、、新金属材料二、新金属材料（一（一)超导材料超导材料 (二二)稀土材料稀土材料(三三)形状记忆合金形状记忆合金(四四)贮氢合金贮氢合金(五五)非晶态合金非晶态合金二、新金属材料二、新金属材料（一）超导材料（一）超导材料 1、超导现象与超导材料、超导现象与超导材料超导体：超导体：28种元素、几千种合金和化合物。种元素、几千种合金和化合物。 在一定条在一定条件下，能件下，能导致导电导致导电材料的电材料的电阻趋近于阻趋近于零的现象零的现象能产生电能产生电阻趋近于阻趋近于零现象的零现象的材料材料2、基本临界参量、基本临界参量 临界温度临界温度 临界磁场临界电流临界磁场临界电流外磁场为零外磁场为零时超导

5、材料时超导材料由正常态转由正常态转变为超导态变为超导态(或相反或相反)的温的温度，以度，以Tc表表示示通过超导材通过超导材料的电流达料的电流达到一定数值到一定数值时也会使超时也会使超导态破态而导态破态而转变为正常转变为正常态，以态，以Ic表表示示使超导材料使超导材料的超导态破的超导态破坏而转变到坏而转变到正常态所需正常态所需的磁场强度，的磁场强度，以以Hc表示表示3、超导、超导材料分材料分类类超导元素超导元素合金材料合金材料超导化合物超导化合物超导陶瓷超导陶瓷(二二)稀土稀土材料材料稀土元素与稀土稀土元素与稀土材料材料稀土材料性能稀土材料性能稀土材料应用稀土材料应用稀土元素的分布稀土元素的分布

6、(二二)稀土材料稀土材料1、稀土元素与稀土材料、稀土元素与稀土材料化学元素周化学元素周期表中镧系期表中镧系元素，钪元素，钪（Sc）和钇）和钇（Y）共）共17种元素种元素这这17种元素中的种元素中的一种或几种元素，一种或几种元素，所形成的一类高所形成的一类高纯单质及其化合纯单质及其化合物材料物材料已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。能源、轻工、环境保护、农业等领域。(三三)形状形状记忆合金记忆合金定义定义合金有记忆的原合金有记忆的原因因应用应用马氏体马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将最初是在钢（中、高碳钢）中发

7、现的：将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。组织。1895年法国人奥斯蒙（年法国人奥斯蒙（F.Osmond）为纪）为纪念德国冶金学家马滕斯（念德国冶金学家马滕斯（A.Martens）,把这种组把这种组织命名为马氏体织命名为马氏体(Martensite)。人们最早只把钢。人们最早只把钢中由奥氏体转变为马氏体的相变称为马氏体相变。中由奥氏体转变为马氏体的相变称为马氏体相变。20世纪以来，又相继发现在某些纯金属和合金中世纪以来，又相继发现在某些纯金属和合金中也具有

8、马氏体相变也具有马氏体相变,目前广泛地把基本特征属马氏目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体，马氏体相变体相变型的相变产物统称为马氏体，马氏体相变具有可逆性。具有可逆性。 马氏体马氏体3、应用、应用记忆合金在航空航天领域内的应用有很多成功记忆合金在航空航天领域内的应用有很多成功的范例。的范例。 记忆合金在临床医疗领域内有着广泛的应用记忆合金在临床医疗领域内有着广泛的应用 记忆合金同我们的日常生活也同样休戚相关记忆合金同我们的日常生活也同样休戚相关 机器蝙蝠机器蝙蝠(四四)贮氢合金贮氢合金【问题】【问题】1、什么是贮氢合金？贮氢合金吸附氢气、什么是贮氢合金？贮氢合金吸附氢气的原

9、因。的原因。2、贮氢合金有哪些用途？、贮氢合金有哪些用途？(五五)非晶非晶态合金态合金定义定义制备方法制备方法应用应用性能性能镀层镀层非晶合金变压器非晶合金变压器应用应用非晶态催化剂非晶态催化剂非晶态磁性材料非晶态磁性材料(一一)新型陶瓷新型陶瓷(二二)特种无机涂层材料特种无机涂层材料 三、高性能的无机非金属材料三、高性能的无机非金属材料高温结构陶瓷高温结构陶瓷半导体陶瓷半导体陶瓷生物相溶性陶瓷生物相溶性陶瓷保护涂层保护涂层装饰涂层装饰涂层功能涂层功能涂层奥迪奥迪a8g开始装新型陶瓷制动刹车开始装新型陶瓷制动刹车瓷刀系列瓷刀系列新型陶瓷应用新型陶瓷应用新型陶瓷产品新型陶瓷产品新型陶瓷仿古砖新型

10、陶瓷仿古砖新型陶瓷花瓶新型陶瓷花瓶新型陶瓷加热圈新型陶瓷加热圈新型陶瓷纤维纸新型陶瓷纤维纸新型陶瓷轴新型陶瓷轴(二二)特种无机涂层材料特种无机涂层材料 【问题】特种无机涂层材料有哪些优良性能【问题】特种无机涂层材料有哪些优良性能和用途。和用途。优良性能：具有高温防热、耐磨、耐腐蚀、优良性能：具有高温防热、耐磨、耐腐蚀、催化、红外辐射、导电等多种功能，广泛催化、红外辐射、导电等多种功能，广泛应用于业和国防事业。应用于业和国防事业。四、新四、新型有机型有机高分子高分子材料材料高性能塑料高性能塑料特种纤维特种纤维特种橡胶特种橡胶其他功能高分子其他功能高分子材料材料(一一)高性能塑料高性能塑料1、工程

11、塑料、工程塑料定义：定义：一般指能承受一定的外力作用，并有良好的一般指能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。优良性能，可以作为工程结构件的塑料。性能：性能：热性质：热变形温度高；长期使用温度热性质：热变形温度高；长期使用温度高；使用温度范围大；热膨胀系数小。高；使用温度范围大；热膨胀系数小。 机械性质：高强度、高机械模数、低潜变机械性质：高强度、高机械模数、低潜变性、强耐磨损及耐疲劳性。性、强耐磨损及耐疲劳性。 其它：耐化学药品性、抗电性、耐燃性、其它：耐化学药品性、抗电性、耐

12、燃性、耐候性、尺寸安定性佳。耐候性、尺寸安定性佳。常见的工程塑料：常见的工程塑料：聚碳酸酯（聚碳酸酯（PC）、聚酰胺）、聚酰胺（尼龙（尼龙PA）、聚甲醛（）、聚甲醛（POM）、变性聚苯醚）、变性聚苯醚（变性（变性PPE）、聚酯（）、聚酯（PET，PBT）等。）等。工程塑料应用于船舶引擎工程塑料应用于船舶引擎拖链可耐拖链可耐850度高温碎屑度高温碎屑透明透明ABS板板塑料沼气池塑料沼气池工程塑料的应用工程塑料的应用2、特种塑料、特种塑料定义：定义：具有特别功能的塑料。具有特别功能的塑料。(价格昂贵，但增价格昂贵，但增长的速度很快。长的速度很快。)性能：性能：耐高温、耐腐蚀、自润滑、高强度、高耐高

13、温、耐腐蚀、自润滑、高强度、高缓冲性等。缓冲性等。类型：类型：聚四氟乙烯聚四氟乙烯(PTEE)、聚酰亚胺、聚酰亚胺(PI)、聚、聚醚醚酮醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚、聚苯硫醚(PPS)、聚醚砜、聚醚砜(PSF)、和液晶聚合物和液晶聚合物(LCP)等。等。应用：应用：可用于航空、航天、冷冻化工、医疗等特可用于航空、航天、冷冻化工、医疗等特殊应用领域的塑料。殊应用领域的塑料。 德国特种塑料棒板材德国特种塑料棒板材聚醚醚酮聚醚醚酮(PEEK)增强阻燃特种塑料增强阻燃特种塑料特种塑料特种塑料机器零件机器零件(二二)特种纤维特种纤维特种纤维：特种纤维：一般是指具有高强度高模量并且耐高一般是指具有高强度高

14、模量并且耐高温的纤维。温的纤维。 类型：类型：芳纶（聚对苯二甲酰对苯二胺，芳纶（聚对苯二甲酰对苯二胺， PPTA）,碳纤维，超高分子量聚乙烯（碳纤维，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维，）纤维，聚苯并噻唑聚苯并噻唑(PBT)纤维纤维,芳香族聚酯纤维等。芳香族聚酯纤维等。芳纶纤维性能：芳纶纤维性能：重量轻、耐腐蚀、强度高、寿重量轻、耐腐蚀、强度高、寿命长、绝缘性好、耐辐射、加工方便等。命长、绝缘性好、耐辐射、加工方便等。用途：用途：芳纶纤维主要应用于飞机、火箭、导芳纶纤维主要应用于飞机、火箭、导弹等航空、航天等器具中使用的复合材料，弹等航空、航天等器具中使用的复合材料，此外还用于汽车、船舶、防

15、弹衣、滑雪板等此外还用于汽车、船舶、防弹衣、滑雪板等应用领域的复合材料，以及绳缆，耐高温过应用领域的复合材料，以及绳缆，耐高温过滤材料等。防火纤维滤材料等。防火纤维芳纶芳纶1313；防弹纤；防弹纤维维芳纶芳纶1414。(四四)其他功能高分子材料其他功能高分子材料功能高分子材料：功能高分子材料：由于其特殊的化学或物理结构，由于其特殊的化学或物理结构，在化学活性、光敏性、导电性、选择分离功能、在化学活性、光敏性、导电性、选择分离功能、生物医学活性等方面，具有特殊功能的高分子材生物医学活性等方面，具有特殊功能的高分子材料。料。类型：类型：医用功能高分子材料医用功能高分子材料 、液晶材料、液晶材料 、

16、导、导电高分子材料电高分子材料 、离子交换树脂材料、高分子、离子交换树脂材料、高分子分离膜、光敏高分子材料、高分子催化剂材料分离膜、光敏高分子材料、高分子催化剂材料等。等。五、特殊功能的复合材料五、特殊功能的复合材料1、定义与性能、定义与性能以一种材料以一种材料为基体，另为基体，另一种材料为一种材料为增强体组合增强体组合而成的材料而成的材料比重小、比强度和比比重小、比强度和比模量大。还具有优良模量大。还具有优良的化学稳定性、减磨的化学稳定性、减磨耐磨、自润滑、耐热、耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。声、电绝缘等性能。2、应用：、应用：航空航天领域。航空航天领域。汽车工业汽车工业化工、纺织和机械制造领域。化工、纺织和机械制造领域。 医学领域。医学领域。六、纳米材料六、纳米材料【问题】什么是纳米？纳米材料有哪些优点？【问题】什么是纳米？纳米材料有哪些优点？1、纳米与纳米材料、纳米与纳米材料纳米纳米是一个是一个长度单位，长度单位，1nm=10-9m用超微粒材料用超微粒材料（颗粒尺寸在（颗粒尺寸在纳米纳米的微粒）制造的的微粒）制造的材料材料2、纳米、纳米材料分材料分类类纳米粉