材料化学绪论

材料化学Chapter1IntroductionMaterialsChemistry1Chapter1IntroductionChapter1

Introduction

绪论21.1 材料与化学1.2 材料的分类1.3 材料化学的在各个领域的应用1.4 材料化学的主要内容1.5本课程基本结构Chapter1Introduction本章内容3Materials：Substanceshavingpropertieswhichmakethemusefulinmachinery,structures,devicesandproducts.Chapter1Introduction1.1材料与化学

MaterialsandChemistry——connectedwithfunctionand,throughthatfunction,utilities.4Distinguishbetween

ChemicalsandMaterialsChemicals：theutilityliesprimarilyintheirconsumption.Materials:canbeusedrepeatedlyorcontinuouslyforanapplicationthatdoesnotirreversiblyconvertthemtosomethingelse.化学物质与材料Chapter1Introduction5Developmentofmaterials材料材料的发现、发展和应用是人类文明的标志。

材料的品种、质量和产量，是直接衡量一个国家的科技和经济发展水平的重要标志之一。Chapter1Introduction6①陶器制作：粘土及其它添加物，加热烧结成较硬实体；人类社会结构﹑生活形态的改变。②青铜器：金属产物的工具﹑武器﹑农具﹑礼器﹑祭器等取代泥制陶器；③金属使用：常温的刚强度，红热时可锻炼成形性，熔融后的铸造性。早期：三个时代Chapter1Introduction7丹麦考古学家ChristianJürgensenThomsen于1836年提出的三时代系统（Three-ageSystem）FigureofmaterialsdevelopmentChapter1Introduction8StoneAgeStoneageChapter1Introduction9距今约250万年－约1万年前猿人和直立人阶段始欧洲100万年前能人古董？MaterialsWoodStoneBonePotterythePaleolithicPeriodtheNeolithicAgeDistinguishbetweenthePaleolithicPeriodandtheNeolithicAge

DistinguishbetweenthePaleolithicPeriodandtheNeolithicAgeChapter1Introduction10Pottery→→Pottery新石器时期半山式菱形点纹壶新石器时期马家窑式水纹彩陶钵Chapter1Introduction11前1.8万年-5(2)000年新石器时代3大特征：1、开始制造和使用磨制石器；新石器时代彩陶罐2、发明了陶器；3、出现了原始农业、畜牧业和手工业。ChinaChina康熙黄釉盖罐

乾隆茶叶末六连瓶

Chapter1Introduction12唐三彩鸳鸯壶

一种低温铅釉的陶器，采用黄、绿、褐等色釉在器皿构成花朵、斑点或不规则的几何纹等，色彩斑斓的色釉装饰。虽称为三彩，实际上并不限于三种色彩，往往采用二次烧成法，第一次素烧，温度约在摄氏一千度左右，烧成坯胎；第二次在素胎上施釉，另行釉烧而温度八百度。Chapter1Introduction13→→Glass现代的水晶玻璃WarringStatesGlassEyeBeadsGlassChapter1Introduction14BronzeAgeChapter1Introduction15你知道有几种铜？公元前4000年含锡量1/6——韧性好——制造钟鼎含锡量2/5——硬度高——制造刀斧CuSnPbZn第一个合金材料：铜锡合金（青铜）

结构与性能的关系AlloyChapter1Introduction16铜黄铜白铜青铜中国古铜镜CoppermirrorsChapter1Introduction17海兽葡萄古铜镜唐打马球镜战国青铜编钟

Chapter1Introduction18(约公元前433年,1978年出土)IronAgeIronAgeChapter1Introduction19西周晚期(始，军)春秋时期(民)战国时秦汉(完全)Equations

炼铁过程的化学Chapter1Introduction20推动了人类文明的发展！铸铁锻铁钢铁依含碳量和杂质多少铁和碳的合金Alloysofiron&carbonChapter1Introduction21Chapter1Introduction22欧冶子铸剑鼻祖龙泉宝剑创始人(约公元前514年)七星龙渊剑伍子胥诚信高洁之剑第一把铁剑--龙渊干将莫邪箭挚情之剑干将莫邪早期：纯粹凭经验工艺。近现代：基本化学原理，物质微结构性能优良而价值更高的材料高性能碳钢和合金钢钢制品精炼工艺技术Chapter1Introduction23化学的发展往往导致材料技术的实质性进步。在新材料的研发和材料工艺的发展中，化学一直担当着关键的角色。无机化学（化学最古老的分支）有机化学物理化学分析化学高分子化学（二十世纪初）Chapter1Introduction24五个二级学科化学是在分子、原子层次上研究物质性质、组成、结构与变化规律；创造新物质的学科。MaterialsScience&Chemistry MaterialsScience+Chemistry

Atomic-molecularlevelinteractionMaterialsChemistry:Chemistryrelatedtostructure,properties,preparationandapplicationsofmaterials.

MacroscopicperspectiveChapter1Introduction25材料科学是研究材料的组成结构、性质、生产流程和使用效能以及它们之间的相互关系，集物理学、化学、冶金学等于一体的科学。Chapter1Introduction26材料结构与性能材料物理材料化学无机材料功能材料材料科学材料制备与加工材料分析金属材料高分子材料复合材料电子材料能源材料涂料……固体物理无机化学治金学高分子陶瓷学…材料化学也是化学学科的一个次级学科。材料化学的特点

CharacteristicsofMaterialsChemistry跨学科性：既化学学科的一个次级学科，又材料科学的一个分支。新材料的发展，往往源于其它科学技术领域的需求，这导致材料化学与物理学、生物学、药物学等众多学科紧密相连。材料合成与加工技术的发展不断地对诸如生物技术、信息技术、纳米技术等新兴技术领域产生巨大影响。通过分子设计和特定的工艺，可以使材料具备各种特殊性质或功能，如高强度、特殊的光性能和电性能等，这些材料在现代技术中起着关键作用。Chapter1Introduction27材料化学是理论与实践相结合的产物，这是它与固体化学的主要区别所在。材料通过实验室的研究工作而得到深入的了解，从而指导材料的发展和合理使用。高性能、高质量及低成本的材料只有通过工艺的不断改进才能实现。材料变为器件或产品要解决一系列工程技术问题，这都需要理论和实践的结合，一方面用理论指导实践，另一方面通过大量实践使理论得到进一步发展。Chapter1Introduction28实践性：Chapter1IntroductionMetallicMaterialsInorganicMaterialsPolymersComposites按组成、结构特点分1.2材料的分类

ClassificationofMaterials29StructuralMaterials——主要利用材料的力学性能FunctionalMaterials——主要利用材料的物理和化学性能按使用性能分按用途分Classificationofmaterials导电材料、绝缘材料、生物医用材料、航空航天材料、能源材料、电子信息材料、感光材料等等Chapter1Introduction30金属材料（MetallicMaterials）金属材料通常由一种或多种金属元素组成，其特征是存在大量的离域电子，也就是说，这些电子并不键合在特定原子上。通常具有良好的导电导热性、抛光表面的反光性、金属光泽、延展性、塑性等。钢材：在建筑、桥梁、设备等广泛用作结构材料。铜材：常常作为导电材料使用。新型金属材料：如超塑性合金、形状记忆合金、储氢合金等。Chapter1Introduction31ExamplesChapter1Introduction32无机非金属材料（InorganicMaterials）无机材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。品种和名目极其繁多,没有统一分类法。无机化合物材料:陶瓷、玻璃、水泥等；单质材料:单晶硅、金刚石、石墨等。耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。用途各异,水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上，陶瓷在耐蚀、介电性能上，耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性。Chapter1Introduction33ArchitecturematerialsChapter1Introduction34高分子材料（Polymers）高分子是由碳、氢、氧、硅、硫等元素组成的分子量足够高的有机化合物。分子量大，分子量具有多分散性。天然高分子材料：木材、天然橡胶、棉花、动物皮毛等。合成高分子材料：塑料、合成橡胶和合成纤维。高分子材料独特的结构和易改性、易加工特点。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。在结构与功能材料方面有广泛应用。功能高分子材料有工程塑料、导电高分子、高分子半导体、光导电高分子、磁性高分子、光功能高分子、液晶高分子、高分子信息材料、生物医用高分子材料、反应性高分子、离子交换树脂、高分子分离膜、高分子催化剂及高分子试剂等。Chapter1Introduction35(3)ShoesChapter1Introduction36复合材料（Composites）复合材料：由两种或多种不同材料组合而成的材料。既保留原组分材料的特性，又具有原单一组分材料所无法获得的或更优异的特性。金属材料、无机非金属材料和高分子材料相互之间或同种材料之间均可复合形成复合材料。自然界的复合材料：例如树木和竹子为纤维素和木质素的复合体；动物骨骼则是由无机磷酸盐和蛋白质胶原复合而成。古老的复合材料：稻草增强粘土以及漆器（麻纤维和土漆复合而成）。传统的复合材料：钢筋混凝土，玻璃钢。Chapter1Introduction37(6)Spaceflightmaterials首架复合材料飞机Chapter1Introduction38航空材料的主要要求是耐高温、高比强、抗疲劳、耐腐蚀、长寿命和低成本。

多功能化、复合化、精细化、智能化Chapter1Introduction39Examples波音公司开发之机体与复合材料

JChapter1Introduction40生物相容性材料：例如设计特殊的金属合金和聚合物涂层，以保护人体组织不与人工骨头置换体或其他植入物相排斥;人造肾脏、血液氧合器、静脉过滤器以及诊断化验等;药物、蛋白质及基因的控制释放。Chapter1Introduction1.3材料化学的在各个领域的应用41生物医药领域芯片制造：光致抗蚀剂、化学气相沉积法、等离子体刻蚀;信息存储材料;光电