材料化学概述课件

材料化学概述材料化学概述1§1.1材料与化学的关系？Materials(材料)：Substanceshavingpropertieswhichmakethemusefulinmachinery,structures,devicesandproducts.Chemistry(Latinized:chem(kēme),meaning"earth")isthescienceconcernedwiththecomposition,behavior,structure,andpropertiesofmatter,aswellasthechangesitundergoesduringchemicalreactions.Itisaphysicalscienceforstudiesofvariousatoms,molecules,crystalsandotheraggregatesofmatterwhetherinisolationorcombination,whichincorporatestheconceptsofenergyandentropyinrelationtothespontaneityofchemicalprocesses.Modernchemistryevolvedoutofalchemyandbegantodevelopintoitsmodernformthroughthe10thCenturyArabworldandfollowingthechemicalrevolution(1773).§1.1材料与化学的关系？Materials(材料)：C2MaterialsScience&Chemistry人类的历史中“材料”的印记MaterialsScience&Chemistry人3Developmentofmaterials材料的发展材料的发现、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。Chapter1Introduction4Developmentofmaterials材料的发展材4①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Chapter1Introduction5①陶器制作：粘土及其它添加物，早期：三个时代Chapter5Pottery→→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Chapter1Introduction6Pottery→→Pottery新石器时期新石器时期Chap66000多年前新石器时代的祖先留给我们的礼物----人面鱼纹盆6000多年前新石器时代的祖先留给我们的礼物----人面鱼纹7ChinaChina康熙黄釉盖罐

乾隆茶叶末六连瓶

Chapter1Introduction8ChinaChina康熙黄釉盖罐乾隆茶叶末六连瓶Ch8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。Chapter1Introduction9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9西安历史博物馆展品------西安历史博物馆展品------10西安历史博物馆展品-----西安历史博物馆展品-----11西安历史博物馆展品------西安历史博物馆展品------12材料化学概述课件13明掐丝珐琅葫芦式扁瓶

橘皮釉

Chapter1Introduction14明掐丝珐琅橘皮釉Chapter1Introductio14→→Glass现代的水晶玻璃WarringStatesGlassEyeBeadsGlassChapter1Introduction15→→Glass现代的水晶玻璃WarringStatesGl15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含锡量1/6——韧性好——制造钟鼎含锡量2/5——16MaterialsScience&Chemistry MaterialsScienceandChemistry

Atomic-molecularlevelinteractionMaterialsChemistry:Chemistryrelatedtostructure,properties,preparationandapplicationsofmaterials.

MacroscopicperspectiveChapter1Introduction17MaterialsScience&Chemistry 17Chapter1IntroductionMetallicMaterialsInorganicMaterialsPolymersComposites按组成、结构特点分§1.2材料的分类

ClassificationofMaterials18Chapter1IntroductionMetallic18StructuralMaterials——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Chapter1Introduction19StructuralMaterials按使用性能分按用19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。Chapter1Introduction20金属材料（MetallicMaterials）金属材料通常20ExamplesChapter1Introduction21ExamplesChapter1Introduction221TitaniumNickelSteelAluminiumCompositesMaterialsusedinagas-turbineaeroengineTitaniumMaterialsusedinaga22无机非金属材料（InorganicMaterials）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。以陶瓷为主。可用作结构材料、光学材料、电子材料等。半导体材料：单晶硅、砷化镓、磷化铟、磷化镓等。用于制造集成电路、固态激光器、发光二极管、晶体管等。Chapter1Introduction23无机非金属材料（InorganicMaterials）无机23ArchitecturematerialsChapter1Introduction24ArchitecturematerialsChapter124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。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。功能高分子材料：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。Chapter1Introduction25高分子材料（Polymers）高分子是由碳、氢、氧、硅、硫等25(3)ShoesChapter1Introduction26(3)ShoesChapter1Introduction26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。Chapter1Introduction27复合材料（Composites）复合材料：由两种或多种不同材27(6)Spaceflightmaterials首架复合材料飞机Chapter1Introduction28(6)Spaceflightmaterials首架复合材28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Chapter1Introduction29航空材料的主要要求是多功能化、复合化、精细化、智能化Cha29Examples波音公司开发之机体与复合材料

JChapter1Introduction30Examples波音公司开发之机体与复合材料JChapte30WehavecoveredonlythetipoftheicebergintheselecturesWehavecoveredonlythetipo311.3材料化学的特点

CharacteristicsofMaterialsChemistry跨学科性：既是化学学科的一个次级学科，又是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。Chapter1Introduction321.3材料化学的特点

Characteristicso32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。Chapter1Introduction33实践性：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33生物医药领域生物相容性材料：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。Chapter1Introduction1.4材料化学的在各个领域的应用34生物医药领域Chapter1Introduction1.434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;光电子材料;光子晶体。Chapter1Introduction35电子信息领域芯片制造：光致抗蚀剂、化学气相沉积法、等离子体刻蚀;Chap35

环境和能源领域清洁能源：光伏电池、太阳能电池、燃料电池等；可回收和可生物降解材料；环境友好材料结构材料领域汽车和飞机：比以前更安全、轻便和省油；特种涂料：具有防腐、保护、美化或其它用途，可在结构材料上使用；智能化的结构材料：由各种具有不同功能或性能的材料组合而成Chapter1Introduction36环境和能源领域Chapter1Introduction336Chapter1Introduction结构 材料的结构是指组成原子、分子在不同层次上彼此结合的形式、状态和空间分布，包括原子与电子结构、分子结构、晶体结构，相结构、晶粒结构、表面与晶界结构、缺陷结构等；在尺度上则包括纳米以下、纳米、微米、毫米及更宏观的结构层次。所有这些层次都影响产品的最终行为。单个原子结构原子的空间排列相态结构

材料化学是关于材料的结构、性能、制备和应用的化学.

无机材料化学是研究无机材料的设计、制备、组成、结构、表征、性质和应用的一门科学1.5材料化学的主要内容37Chapter1Introduction结构单个原子结构原37性能 性能是材料在一定的条件下对外部作用的反应的定量表述。力学性能：材料的强度、延性和刚度。物理性能：电、磁、光、热等。Chapter1Introduction制备 材料的合成与制备就是将原子、分子聚合起来并最终转变为有用产品的一系列连续过程。合成与制备是提高材料质量、降低生产成本和提高经济效益的关键，也是开发新材料、新器件的中心环节。38性能力学性能：材料的强度、延性和刚度。物理性能：电、磁、光、38无机材料化学主要研究下述五个方面的问题一、无机材料的制备原理粉末、单晶和薄膜的制备，水热法、溶胶–凝胶法、微波法等制作技术，都是常见的无机材料化学研究的内容

。二、无机材料的成键本质和结构

无机固体材料的成键本质与固体材料的结构和性质密切相关。其中能带理论占有突出的地位，它涉及许多固体物理方面的内容。关于无机材料结构的研究所涉及的层次，是许多学者探讨过的问题。（1）晶体结构（2）晶态固体亚微观结构

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