材料化学第2版作者曾兆华、杨建文编著省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件

材料化学Chapter1IntroductionMaterialsChemistry11/75Chapter1IntroductionChapter1

Introduction

绪论22/751.1 材料与化学1.2 材料分类1.3 材料化学特点1.4 材料化学在各个领域应用1.5 材料化学主要内容Chapter1Introduction本章内容33/75生活中材料4/75鲨鱼皮泳衣鲨鱼皮肤上有一层极为细小突起状，相当于小型水囊，能在流动时有序地引导周围水向同一方向流动，使鲨鱼更舒畅、省力地在水中游弋。鲨鱼皮泳衣是对采取仿生学原理制造出竞技用游泳衣形象称呼。它依据鲨鱼皮特征制作出来，主要是性能是减小有用过程中水阻力。5/75鲨鱼皮泳衣发展历史第一代鲨鱼皮（）采取纤维模仿鲨鱼皮肤结构，能引导周围水流，降低水阻力并提升游进速度3%～7.5%。作为鲨鱼皮代表，这款泳装在悉尼奥运会上风靡全球，有83%参赛选手选择身穿鲨鱼皮参加比赛。6/75第二代鲨鱼皮（）在第1代基础上，在面料表面加上颗粒状小点，目标是降低30%水阻整体功效比第1代提升7.5%。年雅典奥运会取得奖牌运动员中有47人就是穿着这款泳衣登上领奖台。二代7/75第三代鲨鱼皮（）由防氧弹性纱和特细尼龙纱组成。它弹性比同类产品高15%，能够降低肌肉振动和能量损耗。在年1年时间里，帮助世界各国运动员先后21次打破世界纪录。8/75第四代鲨鱼皮（）第4代由极轻、低阻、防水和快干性能LZRPulse面料组成，是全球首套以高科技熔接生产无皱褶比赛泳装。在近1个月内产生16项新世界纪录中，有14项是由选手穿着这款泳衣创造。9/75美国海军用0.5马力陶瓷发动机广州新电视塔摩天轮16个“水晶”观光球舱，壳体采取新型高分子材料，晶莹剔透，能确保舱内游客对塔外景色一览无余。美国最新型隐身战斗机F-22使用吸波材料和吸波涂层10/75Materials：Substanceshavingpropertieswhichmakethemusefulinmachinery,structures,devicesandproducts.Chapter1Introduction1.1材料与化学

MaterialsandChemistry——connectedwithfunctionand,throughthatfunction,utilities.1111/75Distinguishbetween

ChemicalsandMaterialsChemicals：theutilityliesprimarilyintheirconsumption.Materials:canbeusedrepeatedlyorcontinuouslyforanapplicationthatdoesnotirreversiblyconvertthemtosomethingelse.Chapter1Introduction1212/75MaterialsScience&Chemistry MaterialsScienceandChemistry

Atomic-molecularlevelinteractionMaterialsChemistry:Chemistryrelatedtostructure,properties,preparationandapplicationsofmaterials.

MacroscopicperspectiveChapter1Introduction1313/75材料发展化学与材料亲密接触历史人类第一个化学上发觉是火，这是公元前50万年左右事情。而人类第一次真正有意识地创造创造自然界并不存在“新材料”

陶器就是在火帮助下制造出来。在烧制陶器过程中人类又还原出了金属铜和锡，创造了炼铜技术，从而把历史推进了青铜器时代。14/75我国四大创造中最少有两项是化学和材料结合体经过蒸煮草木灰把植物中纤维物质提炼出来制成了纸浆；一硝二磺三木炭组合则生成了火药。2KNO3+3C+S=N2↑+3CO2↑+K2S+169千卡15/75“一硝二磺三木炭”原理在抗日战争事情也发挥了巨大作用。16/7518世纪末分析化学发展使得人们第一次认识到钢中存在有碳原子，而且碳原子在决定钢性质方面起着十分关键作用，从而促使人们开始从材料组成角度来研究材料。20世纪初开始出现合成材料就是在有机化学发展基础上诞生。元素周期表发觉及其对材料科学影响进入到近代后，化学开始有意识地向材料靠拢，而且逐步地在了解材料结构和性能方面发挥着越来越主要作用。17/75当代材料科学就是一个“炼金术”，它能变魔术般地以90各种元素为原料，从理论研究、应用，到制造成即使不是金子不过却有可能比金子更为人类所需、更有价值、愈加宝贵新物质。化学家们经过几百年努力，开发出了许多存在于自然界天然化合物，同时也制备出了大量自然界所不存在合成化合物，二者总和超出了

万种，其中一部分已经成为了各种各样材料，组成了当代文明社会物质基础。当前全世界化学家们平均天天研究出7000各种新化合物，为材料选择提供了丰富起源。18/75Developmentofmaterials材料发展几个阶段材料发觉、发展和应用是人类文明标志。

材料品种、质量和产量，是直接衡量一个国家科技和经济发展水平主要标志之一。Chapter1Introduction1919/75①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﹑生活形态改变。②青铜器：金属产物工具﹑武器﹑农具﹑礼器﹑祭器等取代泥制陶器；③金属使用：常温刚强度，红热时可锻炼成形性，熔融后铸造性。早期：三个时代Chapter1Introduction2020/75Pottery→→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Chapter1Introduction2121/75ChinaChina康熙黄釉盖罐

乾隆茶叶末六连瓶

Chapter1Introduction2222/75唐三彩鸳鸯壶

一个低温铅釉陶器，采取黄、绿、褐等色釉在器皿组成花朵、斑点或不规则几何纹等，色彩斑斓色釉装饰。虽称为三彩，实际上并不限于三种色彩，往往采取二次烧成法，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baidu。Chapter1Introduction2323/75明掐丝珐琅葫芦式扁瓶

橘皮釉

Chapter1Introduction2424/75→→Glass当代水晶玻璃WarringStatesGlassEyeBeadsGlassChapter1Introduction2525/75FigureofmaterialsdevelopmentChapter1Introduction2626/75StoneAgeStoneageChapter1Introduction2727/75MaterialsWoodStoneBonePotterythePaleolithicPeriod

theNeolithicAge

Table1-1DistinguishbetweenthePaleolithicPeriodandtheNeolithicAge

DistinguishbetweenthePaleolithicPeriodandtheNeolithicAgeChapter1Introduction2828/75BronzeAgeBronzeageChapter1Introduction2929/75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）

结构与性能关系AlloyChapter1Introduction3030/75中国古铜镜CoppermirrorsChapter1Introduction3131/75Coppermusicalinstrument战国青铜编钟

Chapter1Introduction3232/75IronAgeIronAgeChapter1Introduction3333/75Equations

炼铁过程化学Chapter1Introduction3434/75铸铁锻铁钢铁依含碳量和杂质多少铁和碳合金Alloysofiron&carbonChapter1Introduction3535/75第八世纪"Carolingian"剑东方曲剑"Persian"土耳其"Damascus"剑日本剑锋口部份SwordsChapter1Introduction3636/75早期：纯粹凭经验工艺。近当代：

基本化学原理

物质微结构性能优良而价值更高材料高性能碳钢和合金钢钢制品精炼工艺技术Chapter1Introduction3737/75钢硅塑料合成材料半导体精密陶瓷复合材料纳米材料……我们现在所处时代应该称为何时代？38/75Chapter1IntroductionMetallicMaterialsInorganicMaterialsPolymersComposites按组成、结构特点分1.2材料分类

ClassificationofMaterials3939/75StructuralMaterials——主要利用材料力学性能FunctionalMaterials——主要利用材料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Chapter1Introduction4040/75金属材料（MetallicMaterials）金属材料通常由一个或各种金属元素组成，其特征是存在大量离域电子，也就是说，这些电子并不键合在特定原子上。通常含有良好导电导热性、抛光表面反光性、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：经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。Chapter1Introduction4141/75ExamplesChapter1Introduction4242/75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。Chapter1Introduction4343/75ArchitecturematerialsChapter1Introduction4444/75高分子材料（Polymers）高分子是由碳、氢、氧、硅、硫等元素组成分子量足够高有机化合物。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。功效高分子材料：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、光功效高分子、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。Chapter1Introduction4545/75(3)ShoesChapter1Introduction4646/75复合材料（Composites）复合材料：由两种或各种不一样材料组合而成材料。既保留原组分材料特征，又含有原单一组分材料所无法取得或更优异特征。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。自然界复合材料：比如树木和竹子为纤维素和木质素复合体；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）。传统复合材料：钢筋混凝土，玻璃钢。Chapter1Introduction4747/75(6)Spaceflightmaterials首架复合材料飞机Chapter1Introduction4848/75航空材料主要要求是耐高温、高比强、抗疲劳、耐腐蚀、长寿命和低成本。

多功效化、复合化、精细化、智能化Chapter1Introduction4949/75Examples波音企业开发之机体与复合材料

JChapter1Introduction5050/751.3材料化学特点

CharacteristicsofMaterialsChemistry跨学科性：既是化学学科一个次级学科，又是材料科学一个分支。新材料发展，往往源于其它科学技术领域需求，这造成材料化学与物理学、生物学、药品学等众多学科紧密相连。材料合成与加工技术发展不停地对诸如生物技术、信息技术、纳米技术等新兴技术领域产生巨大影响。经过分子设计和特定工艺，能够使材料具备各种特殊性质或功效，如高强度、特殊光性能和电性能等，这些材料在当代技术中起着关键作用。Chapter1Introduction5151/75材料化学是理论与实践相结合产物，这是它与固体化学主要区分所在。材料经过试验室研究工作而得到深入了解，从而指导材料发展和合理使用。高性能、高质量及低成本材料只有经过工艺不停改进才能实现。材料变为器件或产品要处理一系列工程技术问题，这都需要理论和实践结合，首先用理论指导实践，另首先经过大量实践使理论得到深入发展。Chapter1Introduction52实践性：52/75生物医药领域生物相容性材料：比如设计特殊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它植入物相排斥;人造肾脏、血液氧合器、静脉过滤器以及诊疗化验等;药品、蛋白质及基因控制释放。Chapter1Introduction1.4材料化学在各个领域应用5353/75芯片制造：光致抗蚀剂、化学气相沉积法、等离子体刻蚀;信息存放材料;光电子材料;光子晶体。Chapter1Introduction54电子信息领域54/75

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：含有防腐、保护、美化或其它用途，可在结构材料上使用；智能化结构材料：由各种含有不一样功效或性能材料组合而成Chapter1Introduction5555/75新材料在高技术中应用几个实例56/751982年日本首次研制出了陶瓷发动机小汽车。它出现使发动机重量减轻，提升燃烧度和节约燃料愿望成为现实。1988年前苏联一架以液氢为燃料中型运输机首次试飞成功。液氢沸点为

253C，携储液氢需要高效率绝热材料。液氢发动机使用，则意味着低温极限技术已到达实用化程度。1989年日本一艘潜水调查船下潜到6500米深海区，打破了美国、前苏联和德国下潜纪录。这艘潜水艇耐水舱使用是一个高强度钛合金，观察窗使用是一个新型有机玻璃。57/75美国在海湾战争中使用隐身战斗机所以能隐身，就是使用了一个吸波材料和吸波涂层。所谓隐形是指不易被雷达或红外线、可见光、声探测等传感器发觉。隐形飞机之所以能够隐形，主要是综合采取了隐身外形技术、隐身材料技术、红外线抑制和干扰技术、声波隐身技术以及微电子技术等，含有降低其在雷达屏幕上特征、压制噪声、减弱飞机红外图像特征、抑制无线电信号传输等性能。隐形飞机与材料

58/75隐形武器因为其科技含量高，对材料要求苛刻，研制费用异常高。美国F-117A隐形飞机单价为1.1亿美元，B-2隐形轰炸机单价更高达5.3亿美元，比与机体等重量黄金价值还要高。最近，美国又以4000亿美元天价，开始研制一个集“隐形、灵敏、高速”为一体F-35新型隐形战机。59/75F-117A战斗机周身几乎全由直线组成，机体表面使用了6种不一样雷达吸波涂层材料，大大降低了雷达探测度。经科学家测试，雷达在距离F-117A飞机600米时，就已完全接收不到它发出信号。60/75在美国航天史上发生过三起巨大灾难1967年1月27日：阿波罗号飞船升空时爆炸，三名宇航员遇难1986年1月28日：挑战者号航天飞机升空时爆炸，包含一名女教师在内宇航员全部遇难

年2月1日：“哥伦比亚号”航天飞机在完成16天太空研究任务后，在返回大气层时突然发生解体，机上7名宇航员全部遇难61/75“哥伦比亚号”是航天飞机第一次在即将着陆时发生灾难。空难发生后，由美国宇航局（NASA）组成了由材料和工艺工程师及科学家组成调查组对飞机残骸进行了重组、残骸材料冶金分析以及模拟试验，分析了航天飞机爆炸原因。“哥伦比亚号”航天飞机爆炸，震惊了世人，同时也引发了人们对材料关注，材料分析揭开了哥伦比亚空难之谜。哥伦比亚空难与材料

62/75这张照片是在哥伦比亚号返回地球11天前拍摄并传回，经过哥伦比亚号上随机安装一架摄影机拍摄。升空时，从燃料箱脚架处掉下一块隔热泡沫砸到左翼碳／碳复合材料面板下半部附近造成裂缝。而后高温热离子流穿过此处，使机翼铝合金、铁基合金、钠基合金结构熔化，造成航天飞机失控、机翼破坏和机体解体。63/75Chapter1Introduction结构

材料结构是指组成原子、分子在不一样层次上彼此结合形式、状态和空间分布，包含原子与电子结构、分子结构、晶体结构，相结构、晶粒结构、表面与晶界结构、缺点结构等；在尺度上则包含纳米以下、纳米、微米、毫米及更宏观结构层次。全部这些层次都影响产品最终行为。单个原子结构原子空间排列相态结构材料化学是关于材料结构、性能、制备和应用化学1.5材料化学主要内容6464/75性能

性能是材料在一定条件下对外部作用反应定量表述。力学性能：材料强度、延性和刚度。物理性能：电、磁、光、热等。Chapter1Introduction制备

材料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一系列连续过程。合成与制备是提升材料质量、降低生产成本和提升经济效益关键，也是开发新材料、新器件中心步骤。6565/75教学用书：曾兆华，杨建文编著.材料化学.北京：化学工业出版社.主要参考书目：杨兴钰.材料化学导论.武汉：湖北科学技术出版社，刘光华编著.当代材料化学.上海：上海科学技术出版社，周达飞主编.材料概论.北京：化学工业出版社，BrianS.Mitchell.AnIntroductiontoMaterialsEngineeringandScience.USA,JohnWiley&Sons,.WilliamD,CallisterJ.Materialsscienceandengineering:Anintroduction.5thEd.,USA,JohnWiley&Sons,1999SmithWF.Foundationsofmaterialsscienceandengineering.NewYork,McGraw-HillBookCo.,1992BradleyD.Fahlman.MaterialsChemistry.German,Springer,Chapter1Introduction6666/75思索题什么是材料化学？其主要特点是什么？新石器时代标志是什么？材料与试剂主要区分是什么？观察一只灯泡，列举出制造灯泡所需要材料。材料按其组成和结构能够分为哪几类？简述材料化学主要内容。Chapter1Introduction6767/75第一章绪论第二章材料结构第三章材料性能第四章材料化学热力学第五章材料制备第六章金属材料第七章无机非金属材料第八章高分子材料第九章复合材料第十章纳米材料基础部分应用部分本课程结构Chapter1Introduction6868/75材料化学（再版目录）第一章绪论1.1材料与化学 11.2材料分类 31.3材料化学特点 41.4材料化学在各个领域应用 51.5材料化学主要内容 6第二章材料结构2.1元素和化学键 92.2晶体学基本概念 162.3晶体缺点 222.4金属材料结构 312.5无机非金属材料结构 382.6高分子材料结构 54Chapter1Introduction6969/75第三章材料性能3.1化学性能 633.2力学性能

673.3热性能 723.4电性能 763.5磁性 803.6光学性能 83第四章材料化学热力学4.1化学