材料化學緒論

材料化學Chapter1IntroductionMaterialsChemistry1Chapter1IntroductionChapter1

Introduction

緒論21.1 材料與化學1.2 材料的分類1.3 材料化學的在各個領域的應用1.4 材料化學的主要內(nèi)容1.5本課程基本結構Chapter1Introduction本章內(nèi)容3Materials：Substanceshavingpropertieswhichmakethemusefulinmachinery,structures,devicesandproducts.Chapter1Introduction1.1材料與化學

MaterialsandChemistry——connectedwithfunctionand,throughthatfunction,utilities.4Distinguishbetween

ChemicalsandMaterialsChemicals：theutilityliesprimarilyintheirconsumption.Materials:canbeusedrepeatedlyorcontinuouslyforanapplicationthatdoesnotirreversiblyconvertthemtosomethingelse.化學物質(zhì)與材料Chapter1Introduction5Developmentofmaterials材料材料的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展和應用是人類文明的標志。

材料的品種、質(zhì)量和產(chǎn)量，是直接衡量一個國家的科技和經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標志之一。Chapter1Introduction6①陶器制作：粘土及其它添加物，加熱燒結成較硬實體；人類社會結構﹑生活形態(tài)的改變。②青銅器：金屬產(chǎn)物的工具﹑武器﹑農(nóng)具﹑禮器﹑祭器等取代泥制陶器；③金屬使用：常溫的剛強度，紅熱時可鍛煉成形性，熔融后的鑄造性。早期：三個時代Chapter1Introduction7丹麥考古學家ChristianJürgensenThomsen于1836年提出的三時代系統(tǒng)（Three-ageSystem）FigureofmaterialsdevelopmentChapter1Introduction8StoneAgeStoneageChapter1Introduction9距今約250萬年－約1萬年前猿人和直立人階段始歐洲100萬年前能人古董？MaterialsWoodStoneBonePotterythePaleolithicPeriodtheNeolithicAgeDistinguishbetweenthePaleolithicPeriodandtheNeolithicAge

DistinguishbetweenthePaleolithicPeriodandtheNeolithicAgeChapter1Introduction10Pottery→→Pottery新石器時期半山式菱形點紋壺新石器時期馬家窯式水紋彩陶缽Chapter1Introduction11前1.8萬年-5(2)000年新石器時代3大特征：1、開始制造和使用磨制石器；新石器時代彩陶罐2、發(fā)明了陶器；3、出現(xiàn)了原始農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)和手工業(yè)。ChinaChina康熙黃釉蓋罐

乾隆茶葉末六連瓶

Chapter1Introduction12唐三彩鴛鴦壺

一種低溫鉛釉的陶器，采用黃、綠、褐等色釉在器皿構成花朵、斑點或不規(guī)則的幾何紋等，色彩斑斕的色釉裝飾。雖稱為三彩，實際上并不限于三種色彩，往往采用二次燒成法，第一次素燒，溫度約在攝氏一千度左右，燒成坯胎；第二次在素胎上施釉，另行釉燒而溫度八百度。Chapter1Introduction13→→Glass現(xiàn)代的水晶玻璃WarringStatesGlassEyeBeadsGlassChapter1Introduction14BronzeAgeChapter1Introduction15你知道有幾種銅？公元前4000年含錫量1/6——韌性好——制造鐘鼎含錫量2/5——硬度高——制造刀斧CuSnPbZn第一個合金材料：銅錫合金（青銅）

結構與性能的關系AlloyChapter1Introduction16銅黃銅白銅青銅中國古銅鏡CoppermirrorsChapter1Introduction17海獸葡萄古銅鏡唐打馬球鏡戰(zhàn)國青銅編鐘

Chapter1Introduction18(約公元前433年,1978年出土)IronAgeIronAgeChapter1Introduction19西周晚期(始，軍)春秋時期(民)戰(zhàn)國時秦漢(完全)Equations

煉鐵過程的化學Chapter1Introduction20推動了人類文明的發(fā)展！鑄鐵鍛鐵鋼鐵依含碳量和雜質(zhì)多少鐵和碳的合金Alloysofiron&carbonChapter1Introduction21Chapter1Introduction22歐冶子鑄劍鼻祖龍泉寶劍創(chuàng)始人(約公元前514年)七星龍淵劍伍子胥誠信高潔之劍第一把鐵劍--龍淵干將莫邪箭摯情之劍干將莫邪早期：純粹憑經(jīng)驗工藝。近現(xiàn)代：基本化學原理，物質(zhì)微結構性能優(yōu)良而價值更高的材料高性能碳鋼和合金鋼鋼制品精煉工藝技術Chapter1Introduction23化學的發(fā)展往往導致材料技術的實質(zhì)性進步。在新材料的研發(fā)和材料工藝的發(fā)展中，化學一直擔當著關鍵的角色。無機化學（化學最古老的分支）有機化學物理化學分析化學高分子化學（二十世紀初）Chapter1Introduction24五個二級學科化學是在分子、原子層次上研究物質(zhì)性質(zhì)、組成、結構與變化規(guī)律；創(chuàng)造新物質(zhì)的學科。MaterialsScience&Chemistry MaterialsScience+Chemistry

Atomic-molecularlevelinteractionMaterialsChemistry:Chemistryrelatedtostructure,properties,preparationandapplicationsofmaterials.

MacroscopicperspectiveChapter1Introduction25材料科學是研究材料的組成結構、性質(zhì)、生產(chǎn)流程和使用效能以及它們之間的相互關系，集物理學、化學、冶金學等于一體的科學。Chapter1Introduction26材料結構與性能材料物理材料化學無機材料功能材料材料科學材料制備與加工材料分析金屬材料高分子材料復合材料電子材料能源材料涂料……固體物理無機化學治金學高分子陶瓷學…材料化學也是化學學科的一個次級學科。材料化學的特點

CharacteristicsofMaterialsChemistry跨學科性：既化學學科的一個次級學科，又材料科學的一個分支。新材料的發(fā)展，往往源于其它科學技術領域的需求，這導致材料化學與物理學、生物學、藥物學等眾多學科緊密相連。材料合成與加工技術的發(fā)展不斷地對諸如生物技術、信息技術、納米技術等新興技術領域產(chǎn)生巨大影響。通過分子設計和特定的工藝，可以使材料具備各種特殊性質(zhì)或功能，如高強度、特殊的光性能和電性能等，這些材料在現(xiàn)代技術中起著關鍵作用。Chapter1Introduction27材料化學是理論與實踐相結合的產(chǎn)物，這是它與固體化學的主要區(qū)別所在。材料通過實驗室的研究工作而得到深入的了解，從而指導材料的發(fā)展和合理使用。高性能、高質(zhì)量及低成本的材料只有通過工藝的不斷改進才能實現(xiàn)。材料變?yōu)槠骷虍a(chǎn)品要解決一系列工程技術問題，這都需要理論和實踐的結合，一方面用理論指導實踐，另一方面通過大量實踐使理論得到進一步發(fā)展。Chapter1Introduction28實踐性：Chapter1IntroductionMetallicMaterialsInorganicMaterialsPolymersComposites按組成、結構特點分1.2材料的分類

ClassificationofMaterials29StructuralMaterials——主要利用材料的力學性能FunctionalMaterials——主要利用材料的物理和化學性能按使用性能分按用途分Classificationofmaterials導電材料、絕緣材料、生物醫(yī)用材料、航空航天材料、能源材料、電子信息材料、感光材料等等Chapter1Introduction30金屬材料（MetallicMaterials）金屬材料通常由一種或多種金屬元素組成，其特征是存在大量的離域電子，也就是說，這些電子并不鍵合在特定原子上。通常具有良好的導電導熱性、拋光表面的反光性、金屬光澤、延展性、塑性等。鋼材：在建筑、橋梁、設備等廣泛用作結構材料。銅材：常常作為導電材料使用。新型金屬材料：如超塑性合金、形狀記憶合金、儲氫合金等。Chapter1Introduction31ExamplesChapter1Introduction32無機非金屬材料（InorganicMaterials）無機材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質(zhì)組成的材料。品種和名目極其繁多,沒有統(tǒng)一分類法。無機化合物材料:陶瓷、玻璃、水泥等；單質(zhì)材料:單晶硅、金剛石、石墨等。耐壓強度高、硬度大、耐高溫、抗腐蝕。但與金屬材料相比，它抗斷強度低、缺少延展性，屬于脆性材料。與高分子材料相比，密度較大，制造工藝較復雜。用途各異,水泥在膠凝性能上，玻璃在光學性能上，陶瓷在耐蝕、介電性能上，耐火材料在防熱隔熱性能上都有其優(yōu)異的特性。Chapter1Introduction33ArchitecturematerialsChapter1Introduction34高分子材料（Polymers）高分子是由碳、氫、氧、硅、硫等元素組成的分子量足夠高的有機化合物。分子量大，分子量具有多分散性。天然高分子材料：木材、天然橡膠、棉花、動物皮毛等。合成高分子材料：塑料、合成橡膠和合成纖維。高分子材料獨特的結構和易改性、易加工特點。所有的生命體都可以看作是高分子的集合。在結構與功能材料方面有廣泛應用。功能高分子材料有工程塑料、導電高分子、高分子半導體、光導電高分子、磁性高分子、光功能高分子、液晶高分子、高分子信息材料、生物醫(yī)用高分子材料、反應性高分子、離子交換樹脂、高分子分離膜、高分子催化劑及高分子試劑等。Chapter1Introduction35(3)ShoesChapter1Introduction36復合材料（Composites）復合材料：由兩種或多種不同材料組合而成的材料。既保留原組分材料的特性，又具有原單一組分材料所無法獲得的或更優(yōu)異的特性。金屬材料、無機非金屬材料和高分子材料相互之間或同種材料之間均可復合形成復合材料。自然界的復合材料：例如樹木和竹子為纖維素和木質(zhì)素的復合體；動物骨骼則是由無機磷酸鹽和蛋白質(zhì)膠原復合而成。古老的復合材料：稻草增強粘土以及漆器（麻纖維和土漆復合而成）。傳統(tǒng)的復合材料：鋼筋混凝土，玻璃鋼。Chapter1Introduction37(6)Spaceflightmaterials首架復合材料飛機Chapter1Introduction38航空材料的主要要求是耐高溫、高比強、抗疲勞、耐腐蝕、長壽命和低成本。

多功能化、復合化、精細化、智能化Chapter1Introduction39Examples波音公司開發(fā)之機體與復合材料

JChapter1Introduction40生物相容性材料：例如設計特殊的金屬合金和聚合物涂層，以保護人體組織不與人工骨頭置換體或其他植入物相排斥;人造腎臟、血液氧合器、靜脈過濾器以及診斷化驗等;藥物、蛋白質(zhì)及基因的控制釋放。Chapter1Introduction1.3材料化學的在各個領域的應用41生物醫(yī)藥領域芯片制造：光致抗蝕劑、化學氣相沉積法、等離子體刻蝕;信息存儲材料;光電