新材料導(dǎo)論考試資料

1、1高分子材料特性有哪些？試舉例先進高分子材料在汽車上應(yīng)用定義：高分子材料是指以高分子為化合物為主要成分的所有材料，一般來說高分子化合物的分子量應(yīng)在1000以上。高分子材料的特性有：1、高分子材料的力學(xué)性能特點： 低強度和高比強度：高分子強度很低，但由于高分子材料密度很低，故其 比強度較高。高彈性和低彈性模量：高分子材料彈性模量很低，但具有很優(yōu)秀的彈性性能。粘彈性：高分子材料在外力作用下發(fā)生高彈性變形和粘性流動其變形與時間 有關(guān)。高耐磨性：高分子材料為大分子結(jié)構(gòu)，具有高耐磨性。2、高分子材料的其他其性能特點：高絕緣性：高分子材料內(nèi)部主要以共價鍵或分子鍵結(jié)合， 導(dǎo)電性能低。膨脹性：高分子材料中分子

2、鏈柔性大，其膨脹系數(shù)大。導(dǎo)熱性低：高分子材料是由分子鏈纏繞交聯(lián)形成，導(dǎo)熱性很差。熱穩(wěn)定性差：加熱時高分子的分子鏈易發(fā)生鏈段運動或整個鏈的移動。高化學(xué)穩(wěn)定性。高分子材料的老化：高分子材料長期受外力影響失去彈性。先進高分子材料在汽車上的應(yīng)用舉例：制造發(fā)動機罩，制造發(fā)動機活塞、缸體，制造汽車凸輪軸，制造汽車 油箱，擋風玻璃，電氣儀表，歧管接頭，減振橡膠，橡膠制品 ，如：輪胎、 膠管、密封圈，天然纖維、生物高分子和大豆油系聚氨醋已被開發(fā)用于汽 車內(nèi)飾件，包括儀表板、座椅、組裝槽和襯里。3材料和人類發(fā)展有怎樣的關(guān)系？材料是人類文明的基石，人類利用材料的歷史源遠流長。人們按照在使用中占 主導(dǎo)地位的材料劃分

3、歷史：石器時代石器時代-陶器陶器-青銅器青銅器-鐵器 鐵器-鋼鐵（資本主鋼鐵（資本主義大工業(yè)時期）合成材料（20世紀）復(fù)合材料（20世紀40年代）人類利用的材料的歷史，源遠流長。人類最早使用的工具-石器，就是一種最 早的天然陶瓷材料，大約在公元前 5000年，人類發(fā)明用粘土燒成陶器，同時在 燒陶過程中又還原出金屬銅和錫，創(chuàng)造了煉銅技術(shù)，從而進入青銅器時代，5000 年前發(fā)明煉銅技術(shù)。而現(xiàn)在被認為是材料的這一重要發(fā)展方展方向的復(fù)合材料， 其實在很久以前就已再出現(xiàn)，人類在 6000年前就知道用稻草和泥巴混合壘墻， 這是早期人工制備的復(fù)合材料；5000年前中東地區(qū)曾用產(chǎn)葦增強瀝青造船；我 國越王劍是

4、古代金屬基復(fù)合材料的代表， 它采用金屬包層復(fù)合材料，不僅光亮鋒 利，且韌性和耐蝕性優(yōu)異，在地下埋藏幾千年，出土?xí)r仍然寒光奪目，鋒利無比。如果說19世紀是機械世紀，20世紀是電子時代，那么21世紀將是光子時代。 也有人認為21世紀將是生物、信息和材料的世紀。材料是人類文明的基石，材料是社會進步的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類社會進步的里 程碑和劃時代的標志。材料和能源、信息被稱為人類社會的材料和能源、信息被 稱為人類社會的“三大支柱”。在高科技發(fā)展的今天，材料還重要嗎？在高科技發(fā)展的今天，材料還重要嗎？ 新材料是實現(xiàn)人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要保證。 材料的產(chǎn)值在我國GDF4占1/3 當歷史進入20世紀下半葉開始

5、的新技術(shù)革命時代后，新材始的新技術(shù)革命時代 后，新材料已成為各個高科技領(lǐng)域發(fā)展的奠基石、推進器與突破口。的奠基石、 推進器與突破口。開發(fā)新材料，發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。材料科學(xué)技術(shù)為開發(fā)新產(chǎn)業(yè)。材料科學(xué)技 術(shù)為開發(fā)新材料，改進現(xiàn)有材料和合理使用材料服務(wù)。什么是材料？材料是人類用于制造物品、器件、構(gòu)件、機器材料是人類用于制造物品、器件、 構(gòu)件、機器或其它產(chǎn)品的物質(zhì)。材料的特性總是和一定的用途相聯(lián)系； 可以由可以由一種或若干種物質(zhì)構(gòu)成； 種 或若干種物質(zhì)構(gòu)成；在自然界中存在同素異構(gòu)，如金剛石和石墨都是碳組成，但 金剛石最硬、絕緣，石墨最軟的固態(tài)物質(zhì)、導(dǎo)電。材料的分類按物理、化學(xué)屬性分：金屬、非金屬、高分

6、子化合物、復(fù)合材料金屬(Metals ):金屬中含有大量可以自由移動的電子。因此金屬是熱和電的良導(dǎo)體。此外金屬具有良好的強度與延展性以及金屬光澤。陶瓷(Ceramics):陶瓷通常由金屬與非金屬元素化合而成，一般含有氧化物、氮化物與碳化物。 陶瓷一般都是絕緣體而且比較耐熱。高分子化合物(Polymers):通常是基于碳、氫的有機化合物。他們的分子結(jié)構(gòu)都非常巨大。通常密度較 低，在高溫下不穩(wěn)定。半導(dǎo)體(Semiconductors ):半導(dǎo)體在電學(xué)性能上有介于導(dǎo)體與半導(dǎo)體之間的性能。這些性能極大的取決于其中所摻的雜質(zhì)。復(fù)合材料(Composites):有多種材料復(fù)合而成。玻璃纖維，有玻璃與聚合體

7、組成，是一個例子?；炷?土和聚合板是另一些常見的復(fù)合材料。許多新材料包括陶瓷、光纖材料都是復(fù)合 材料。按組成與按組成與結(jié)構(gòu)劃分：金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料、復(fù)合材 料。按用途劃分：電子信息材料、航空航天材料、能源材料、生物醫(yī)用材料按性能劃分按性能劃分：結(jié)構(gòu)材料、功能材料按應(yīng)用與按應(yīng)用與發(fā)展劃分：傳統(tǒng)材料、新材料高分子材料的迅速發(fā)展1原因：原料豐富、性能優(yōu)異、能耗少、周期短、利潤高2類別：塑料(合成樹脂)：包括薄膜、棒管材、日用塑料、包裝容器、編 織品、合成橡膠、合成纖維、特殊性能高分子新材料技術(shù)發(fā)展的重點用新技術(shù)對現(xiàn)有材料的更新、改造依然是關(guān)注的重點；發(fā)展新材料技術(shù)及其 產(chǎn)業(yè)化將是2

8、1世紀經(jīng)濟發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)，并對其它高技術(shù)起先導(dǎo)、帶動作用； 重視材料制備、使用到廢棄整個壽命周期中，與資源、能源和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)性, 發(fā)展生態(tài)環(huán)境材料，實現(xiàn)材料的可持和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)性，發(fā)展生態(tài)環(huán)境材料， 實現(xiàn)材料的可持續(xù)發(fā)展。生態(tài)環(huán)境材料從材料的生產(chǎn)-使用-廢棄的過程來看，可以說是將大量的資源提取出來， 又將大量廢棄物回到自然環(huán)境的循環(huán)過程， 人類在創(chuàng)造社會文明的同時，也在不 斷的破壞人類賴以生存的環(huán)境空間。 傳統(tǒng)的材料研究、開發(fā)與生產(chǎn)往往過多的追 求良好的使用性能，而對材料的生產(chǎn)、使用和廢棄過程中需消耗大量的能源和資 源，并造成嚴重的環(huán)境污染，危害人類生存的嚴峻事實重視不夠。 生態(tài)環(huán)境材

9、料 是在人類認識到生態(tài)環(huán)境保護的重要戰(zhàn)略意義和世界各國紛紛走可持續(xù)發(fā)展道 路的背景下提出來的，是國內(nèi)外材料科學(xué)與工程研究發(fā)展的必然趨勢。 生態(tài)環(huán)境 材料是由日本學(xué)者山本良一教授于 20世紀90年代初提出的一個新的概念，它代 表了 21世紀材料科學(xué)的一個新的發(fā)展方向。生態(tài)環(huán)境材料是指那些具有良好的 使用性能和優(yōu)良的環(huán)境協(xié)調(diào)性的材料。良好的環(huán)境協(xié)調(diào)性是指資源、能源消耗少， 環(huán)境污染小，再生循環(huán)利用率高。生態(tài)環(huán)境材料是人類主動考慮材料對生態(tài)環(huán)境 的影響而開發(fā)的材料，是充分考慮人類、社會、自然三者相互關(guān)系的前提下提出 的新概念，這一概念符合人與自然和諧發(fā)展的基本要求， 是材料產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展 的必由之路

10、。海水淡化材料：他們利用超細鈦粉燒結(jié)成骨架，在其表面電解形成致密性包覆層，以小分子 模板將有機高分子材料復(fù)合在其表面， 形成多孔不對稱介孔通道，通過技術(shù)手段 除去多余的不飽和單體、自由基聚合，形成原位聚合的鈦合金基反滲透分離膜。 方法主要分3步，首先以超細鈦粉燒結(jié)制備多孔的金屬粉基材（骨架）；然后在多 孔的鈦粉基材表面改性，形成無機多孔陶瓷膜；最后在該無機多孔陶瓷膜上原位 聚合有機高分子形成有機高分子活性層。 這種骨架和分離層一體化的海水淡化技 術(shù)在世界范圍內(nèi)屬首創(chuàng)。新材料的發(fā)展趨勢.注重注重多學(xué)科交叉多學(xué)科交叉，綜合利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)最新成就， 促進，綜 合利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)最新成就，促進材料科

11、學(xué)與材料工程、各大類材料之間的交 叉、借鑒、互補，充實和完善以成分與結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、合成與加工、使用補，充實 和完善以成分與結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、合成與加工、使用性能為核心知識，能指導(dǎo)各類材 料研究與開發(fā)的材料科學(xué)與工程學(xué)科。與工程學(xué)科。.整體向著高性能化、多功能化、復(fù)合化、智能化和經(jīng)濟實用化方向發(fā)展。.結(jié)構(gòu)材料仍然是研究與開發(fā)的主體，高技術(shù)新材料研究與開發(fā)與現(xiàn)有材料提升 改造并重，以滿足工業(yè)經(jīng)濟和國防安全的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的需求；防安全的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的 需求；功能材料是21世紀新材料研究與開發(fā)的熱點，其動力主要來自于高技術(shù)需求和 有關(guān)材料行為深層次的認識和控制來自于高技術(shù)需求和有關(guān)材料行為深層次的 認識和控制的科學(xué)進

12、展。.重視基礎(chǔ)性研究，實現(xiàn)在微觀、介觀和宏觀不同層次上，在分子、原子、電子 層次上按預(yù)定同層次上，在分子、原子、電子層次上按預(yù)定性能設(shè)計和制備新材 料。.高度重視材料及其制品和生態(tài)環(huán)境與資源的協(xié)高度重視材料及其制品和生態(tài) 環(huán)境與資源的協(xié)調(diào)性。.新材料的合成與加工技術(shù)（制備技術(shù)）和表征評價技術(shù)及其裝備的研究與開發(fā) 是新材料發(fā)展的重要基礎(chǔ)，倍受重視。信息時代的信息功能材料仍是最活躍的領(lǐng)域以硅為基礎(chǔ)的微電子技術(shù)繼續(xù)占有重要位置。不同檔次的硅芯片在21世紀仍將大量存在，并將有新的發(fā)展。單晶硅的直徑不斷增加，從目前 8英寸（20毫米） 到2010年要達到18英寸（450毫米）,而且對晶片質(zhì)量要求愈來愈高

13、。m-V族化 合物是第二代半導(dǎo)體材料，是移動電話的主要材料，又是光纖通訊所必需。現(xiàn)已 廣泛得到應(yīng)用。第三代半導(dǎo)體材料是禁帶更寬的 Sic及金剛石，它們可用于高溫。 光電子材料在21世紀將得到更大發(fā)展。中繼距離由目前的幾十公里提高到幾千 公里。材料科學(xué)與工程的內(nèi)涵材料科學(xué)與工程是關(guān)于材料制備與加工工藝、組成與結(jié)構(gòu)、材料性能和使用性能 之間相互關(guān)系的知識成與結(jié)構(gòu)、材料性能和使用性能之間相互關(guān)系的知識和應(yīng)用 科學(xué)。材料科學(xué)和材料工程是一個整體，不可分割；它們之間的差異主要表現(xiàn)在學(xué)科的 側(cè)重點不同。們之間的差異主要表現(xiàn)在學(xué)科的側(cè)重點不同。 材料科學(xué)側(cè)重于發(fā)現(xiàn) 和揭示四個要素之間的關(guān)系，提出新概念、新理

14、論。提出新概念、新理論。材料 工程側(cè)重于尋求新手段實現(xiàn)新材料的設(shè)計思想并使之投入應(yīng)用，二者相輔相成。想并使之投入應(yīng)用，二者相輔相成。汽車材料：價廉，易成形，長壽，高可靠 性，低油耗，低污染，便于回收。小結(jié)人類社會的發(fā)展與材料的發(fā)展密切相關(guān)， 人類對材料的使用從簡單到復(fù)雜，從 以經(jīng)驗為主到以科學(xué)知識為基礎(chǔ)，逐步形成了材料科學(xué)。成了材料科學(xué)。材料是 人類從事生產(chǎn)和生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類文明的重要支柱，材料的進步取決于社 會生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的進步，支柱，材料的進步取決于社會生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的 進步，同時材料的發(fā)展又會推動社會經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，因此材料對于人類和社會的進步具有極為重要的地位。高分子

15、材料及其應(yīng)用高分子材料及其應(yīng)用高分子材料是以高分子化合物為主要組分的材料。常稱聚合物或高聚物。從化學(xué)角度來定義，高分子是由分子量很大的長鏈分子所組成， 而每個分子 鏈都是由共價鍵聯(lián)結(jié)的成百上千的共價鍵聯(lián)結(jié)的成百上千的一種或多種小分子 構(gòu)造而成種或多種小分子構(gòu)造而成。高分子的分類有多種分類方式：按來源可分為：天然高分子、天然高分子衍生物、合成高分子三大類；根據(jù) 用途則可分為結(jié)構(gòu)高分子和功能高分子；另外根據(jù)工業(yè)產(chǎn)量和價格還可分為： 通用高分子、中間高分子、工程塑料以 及特種高分子等等。高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是指高分子鏈之間的排列和堆砌結(jié)構(gòu)，也稱為超分子結(jié)構(gòu)。高分子的鏈的結(jié)構(gòu)是決定高聚物基本性質(zhì)的主要因

16、素, 而高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是決定高分子材料本體性質(zhì)的主要因素。 固態(tài)高聚物分為 晶態(tài)和非晶態(tài)兩大類，晶態(tài)為分子鏈排列規(guī)則的部分，而排列不規(guī)則的部分為非 晶態(tài)。一個大分子鏈可以穿過幾個晶區(qū)和非晶區(qū)。 晶區(qū)熔點、密度、強度、硬度、 剛性、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性高，而彈性、塑性、沖擊強度下降。構(gòu)造影響高分子材料性能高分子材料性能構(gòu)造是決定高分子材料性能最基本的因素之一。構(gòu)造是決定高分子材料性能最基 本的因素之一。種類均不同，種類均不同，所以材料性能有很大的差別。結(jié)構(gòu)單 元化學(xué)組成和取代基種類相同，而聯(lián)接順序不同，結(jié)構(gòu)單元化學(xué)組成和取代基種 類相同，而聯(lián)接順序不同，性能也會存在差異。三、高聚物的基本性能及

17、特點.重量輕.高彈性.強度低.韌性.粘彈性.斷裂及其影響因素7,減摩，耐磨性.絕緣性好，低導(dǎo)熱性.耐熱性.耐蝕性好.化學(xué)穩(wěn)定性.老化工程塑料工程塑料與金屬材料相比工程塑料有許多優(yōu)點容易加工容易加工、生產(chǎn)效率高、節(jié)約能源、絕緣性能；質(zhì)量輕，比重約質(zhì)量輕 比重約1.01.4,比鋁輕一半，比鋼輕，比鋁輕一半，比鋼輕 3/43,比強度高; 具有突出耐磨、耐腐蝕性等 是良好的工程機械更新?lián)Q代產(chǎn)品是良好的工程機械更新?lián)Q 代產(chǎn)品。高分子材料的應(yīng)用進展高分子材料因具有從可流動的高分子材料因具有從可流動的凝膠體凝膠體到到柔軟彈性體現(xiàn)在，以塑料、合成橡柔軟彈性體再到再到剛性固體的極寬的力學(xué)狀態(tài)而獲得了廣泛應(yīng)用。膠

18、和合成纖維為代表的三大合成材料的體積已經(jīng)超過了所有金屬材料的總和，并繼續(xù)高速發(fā)展。生物高分子在汽車上應(yīng)用呈增長態(tài)勢在汽車上應(yīng)用呈增長態(tài)勢汽車廠越來越多地采用生態(tài)友好的生物高分子汽車廠越來越多地采用生態(tài)友好的生物高分子及其復(fù)合材料和其他創(chuàng)新技術(shù)。及其復(fù)合材料和其他創(chuàng)新技術(shù)。天然纖維、生物高分子和大豆油系聚氨醋天然纖維、生物高分子和大豆油系聚氨醋已被已被開發(fā)用于汽車內(nèi)飾件，包括儀表板、座椅、組裝槽和襯里。預(yù)計通過選擇更好的農(nóng)作物、天然纖維及其加工技術(shù)和相 容劑，可進一步提高進一步提高天然纖維復(fù)合材料天然纖維復(fù)合材料的功能性。新材料改變我們的生活方式新材料改變我們的生活方式先進陶瓷材料及其應(yīng)用先進陶

19、瓷材料及其應(yīng)用一.什么是陶瓷材料？.先進陶瓷在工程上如何發(fā)揮作用？陶瓷是人類最早使用的材料之一，傳統(tǒng)意義上的陶瓷是指陶器和瓷器 包括玻璃、 搪瓷、耐火材料、磚瓦、水泥、石膏等。陶瓷材料是除金屬和高聚物以外的無機 非金屬材料通稱。陶瓷一是用天然或人工合成的的粉狀化合物粉狀化合物，經(jīng)過成型和高溫燒結(jié)制成的，是由無機化合物構(gòu)成的多相固體材料。陶瓷材料的相組成特點：通常由三種不同的相組成：晶相、氣相、玻璃相 陶瓷材料的性能硬度是各類材料中最高的。（高聚物20HV,淬火鋼 500-800HV ,陶瓷1000-5000HV） 剛度：是各類材料中最高的。（塑料1380 MN/m ,鋼207000 MN/m）

20、（3）強度：理論強度很高；由于晶界的存在，實際強度比理論值低的多。耐壓（抗 壓強度高），抗彎（抗彎強度高），不耐拉（抗拉強度很低，比抗壓強度低一個數(shù) 量級）較高的高溫強度。（4）塑性低：在室溫幾乎沒有塑性。（5）韌性差，脆性大。是陶瓷的最大缺點。（6）熱膨脹性低導(dǎo)熱性差，多為較好的絕熱材料（入=10-210-5w/m . K）（7）熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性一抗熱振性（在不同溫度范圍波動時的壽命）急冷到水中不破裂抗熱振性（在不同溫度范圍波動時的壽命）急冷到水中不破裂，所能承受的最高溫度。陶瓷的抗熱振性很低(比金屬低的多，日用陶瓷220C)(8)化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性：耐高溫，耐火，不可燃燒，抗蝕(抗液體金

21、屬、酸、 堿、鹽)：耐高溫，耐火，不可燃燒，抗蝕(抗液體金屬、酸、堿、鹽)(9)導(dǎo)電性一大多數(shù)是良好的絕緣體，同時也有不少半導(dǎo)體( NiO, Fe O等) (10)其它其它：不可燃燒，高耐熱，不老化，溫度急變抗力低。：不可燃燒，高 耐熱，不老化，溫度急變抗力低。納米陶瓷的應(yīng)用1、應(yīng)用于提高陶瓷材料的機械強度2、應(yīng)用于提高陶瓷材料的超塑性3、應(yīng)用于制備電子(功能)陶瓷4、應(yīng)用于制備陶瓷工具刀5、應(yīng)用于制備生物陶瓷6、應(yīng)用于制備功能性陶瓷纖維復(fù)合材料應(yīng)用與展望復(fù)合材料應(yīng)用與展望什么是復(fù)合材料？定義：國際標準化組織定義為“由兩種以上物理和化學(xué)上不同的物質(zhì)組合起來 而得到的一種多相體系”。有人認為“兩

22、種或兩種以上不同化學(xué)性質(zhì)或不同組織 相的物體，以微觀或宏觀形式組合而成的材料均可以稱為復(fù)合材料復(fù)合材料” 復(fù)合材料兩點特征：多相體系：由兩種或兩種以上的不同物質(zhì)組成復(fù)合效果， 復(fù)合材料比單一組成的 材料具有更好的綜合性能的綜合性能。復(fù)合材料分類復(fù)合材料分類(1)有機纖維增強復(fù)合材料芳綸纖維增強環(huán)氧樹脂，尼龍絲增強樹脂，超高分子量聚乙烯纖維增強樹脂等 有機纖維主要用于聚合物基復(fù)合材料合材料。(2)無機非金屬增強復(fù)合材料(3)金屬增強復(fù)合材料5.復(fù)合材料的特性(1)比強度、比模量高(2)抗疲勞性能好(3)減振性能好(4)使用安全性高(5)耐熱性能好(6)性能具有可設(shè)計性汽車工業(yè)汽車的輕量化輕質(zhì)高強

23、、加工方便，汽車工業(yè)作為發(fā)達國家支柱產(chǎn)業(yè) ，一直把輕質(zhì)高強、加工 方便的復(fù)合材料視為汽車表面覆蓋件和內(nèi)部結(jié)構(gòu)理想材料，以推動汽車的輕量化、低油耗、高安全性，并減少環(huán)境污染和降低汽車的制造與使用綜合成本。從節(jié)約能源的角度來解決混合動力汽車。 采用輕質(zhì)材料，如碳復(fù)合材料取代鋼鐵 汽車能減輕重量一半以上，碳纖維汽車在碰撞后應(yīng)該能保護乘客， 因為材料會破 碎成很小的碎片，從而減緩了撞擊，這也是減輕汽車重量的好處之一。新型汽車材料應(yīng)丁汽車發(fā)展對材料的要求除滿足強度和使用壽命的要求外，還應(yīng)滿足性能、外觀、安全、價格還應(yīng)滿足 性能、外觀、安全、價格、環(huán)保、節(jié)能等方面的需要。節(jié)能、減污染減輕汽車自重提高燃燒效率采用無污染能源排放凈化汽車材料研究發(fā)展方向滿足減輕汽車自重、提高燃燒效率的要求燒效率的要求研究