材料科學(xué)-1課件

材料科學(xué)第一章緒論材料科學(xué)

前言－材料與人類教學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)介初步教學(xué)安排

在人類的生活和生產(chǎn)中，材料是必需的物質(zhì)基礎(chǔ)。新材料的使用對(duì)人類歷史的發(fā)展起了重要的作用。20世紀(jì)70年代人們?cè)巡牧?、信息、能源歸納為現(xiàn)代文明的三大支柱，現(xiàn)在又預(yù)言新的技術(shù)革命即將來臨，并且把信息技術(shù)、生物技術(shù)和新型材料作為這次革命的重要標(biāo)志。§1材料與人類材料科學(xué)一、材料是人類社會(huì)進(jìn)步的里程碑

材料是人類文明的物質(zhì)基礎(chǔ)，從遠(yuǎn)古的石器時(shí)代到青銅器時(shí)代，然后再進(jìn)入鐵器時(shí)代，每一種新材料的出現(xiàn)和使用，都伴隨著生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，標(biāo)志著人類文明的進(jìn)步。材料科學(xué)公元前10萬年左右，原始人采用天然的石、木、竹等材料作為工具。史稱“舊石器時(shí)代”。公元前6000年，人類發(fā)明了火，逐漸可以燒制陶器，后來又在制陶的基礎(chǔ)上又發(fā)明了瓷器。人類在大量燒制陶瓷的實(shí)踐中，熟練地掌握了高溫加工技術(shù)，利用這種技術(shù)燒煉礦石，逐漸冶煉出銅及其合金青銅，后來發(fā)展到煉鐵。材料科學(xué)

緒論－材料科學(xué)石斧湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍緒論－材料科學(xué)湖南長(zhǎng)沙砂子塘戰(zhàn)國(guó)凹形鐵鋤緒論－材料科學(xué)緒論－材料科學(xué)18世紀(jì)隨著蒸氣機(jī)的發(fā)明，歐洲爆發(fā)了產(chǎn)業(yè)革命，工業(yè)迅猛發(fā)展，推動(dòng)和促進(jìn)了以鋼鐵為中心的金屬材料的大規(guī)模發(fā)展第二次世界大戰(zhàn)后各國(guó)致力于恢復(fù)經(jīng)濟(jì)，發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對(duì)材料提出了質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、價(jià)格低等一系列新的要求。具有優(yōu)異性能的工程塑料部分代替了金屬材料，合成纖維、合成橡膠、涂料和膠粘劑等都得到了相應(yīng)的發(fā)展。緒論－材料科學(xué)緒論－材料科學(xué)緒論－材料科學(xué)進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，在世界范圍內(nèi)高新技術(shù)迅猛發(fā)展，各國(guó)展開激烈的競(jìng)爭(zhēng)，都想在生物技術(shù)、信息技術(shù)、空間技術(shù)、能源、海洋開發(fā)等領(lǐng)域占有一席之地。發(fā)展高新技術(shù)的關(guān)鍵往往是材料，因此新型材料的開發(fā)本身就成為一種高新技術(shù)。在新材料領(lǐng)域，近年來相繼在超導(dǎo)材料、生物材料、納米材料等方面取得了較大突破。新型功能材料楊利偉與神五返回艙聶海勝和費(fèi)俊龍“神七”有望實(shí)現(xiàn)太空行走“神舟”5號(hào)發(fā)射嫦娥一號(hào)“探月工程”勇氣和機(jī)遇號(hào)火星車傳回的照片

材料又是社會(huì)現(xiàn)代化的物質(zhì)基礎(chǔ)與先導(dǎo)，特別是先進(jìn)材料的研究、開發(fā)與應(yīng)用反應(yīng)著一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)與工業(yè)水平。二、先進(jìn)材料是社會(huì)現(xiàn)代化的先導(dǎo)材料科學(xué)電子技術(shù)的發(fā)展——計(jì)算機(jī)材料科學(xué)莫爾定律電子技術(shù)的發(fā)展－電視機(jī)電子技術(shù)的發(fā)展－手機(jī)

在人類的生活和生產(chǎn)中，材料是必需的物質(zhì)基礎(chǔ)。人們的衣食住行，無一不與材料密切相關(guān)。材料的發(fā)展水平直接影響人們的生活。三、材料與人們的日常生活密切相關(guān)

2004年

7月8日，發(fā)生在美國(guó)的一起指控，引起了北京乃至全國(guó)的關(guān)注。據(jù)央視報(bào)道，美國(guó)環(huán)境保護(hù)局7月8日表示，由于杜邦公司20多年來均未通報(bào)其制造特氟隆的一種關(guān)鍵原料可能會(huì)給人類健康帶來潛在危害，準(zhǔn)備對(duì)杜邦公司處以3億美元的重罰。

擇自?新京報(bào)?等20041.杜邦不沾鍋事件

2004年

7月8日，發(fā)生在美國(guó)的一起指控，引起了北京乃至全國(guó)的關(guān)注。據(jù)央視報(bào)道，美國(guó)環(huán)境保護(hù)局7月8日表示，由于杜邦公司20多年來均未通報(bào)其制造特氟隆的一種關(guān)鍵原料可能會(huì)給人類健康帶來潛在危害，準(zhǔn)備對(duì)杜邦公司處以3億美元的重罰。

擇自?新京報(bào)?等20041.杜邦不沾鍋事件·南京：銷售明顯趨冷

·廣州：仍然賣得歡

·上海：銷售出現(xiàn)零紀(jì)錄

·北京：部分撤下貨架

·重慶：多數(shù)大商場(chǎng)停售

·香港：港府跟進(jìn)

·成都：開始撤柜

·西安：未引注意仍熱銷

·濟(jì)南：依然有賣

·南寧：消費(fèi)者多不知情

·沈陽(yáng)：銷量開始下降

·浙江：企業(yè)商議對(duì)策

·長(zhǎng)沙：銷售減少三成

·蘭州：密切關(guān)注

·武漢：賣不動(dòng)

·太原：銷售如常

·哈爾濱：部分商家撤柜

·杭州：部分商家撤柜

·青島：遭“涼水”

國(guó)內(nèi)不粘鍋銷售行業(yè)的反應(yīng)股市“蘇泊爾標(biāo)本”

當(dāng)時(shí)網(wǎng)上新聞標(biāo)題：

美環(huán)保署未處罰

杜邦中國(guó)公司稱產(chǎn)品無任何危害國(guó)家質(zhì)檢總局組織專家對(duì)“特富龍”危害進(jìn)行論證不沾鍋特富龍涂層疑含毒北京商家顧客尚不知情杜邦不沾鍋涂層疑含致癌物中國(guó)杜邦今將作答復(fù)

所謂特氟隆，是美國(guó)杜邦公司對(duì)其研發(fā)的所有含氟碳?xì)錁渲目偡Q，包括聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯及各種共聚物。由于其獨(dú)特優(yōu)異的耐熱、耐低溫、自潤(rùn)滑性及化學(xué)穩(wěn)定性能等，而被稱為“拒腐蝕、永不粘的特氟隆”。它帶給人們的便利，最常見的就是不粘鍋，其他如衣物、家居、醫(yī)療甚至宇航產(chǎn)品中也有廣泛應(yīng)用。特氟隆（Teflon）

因?yàn)槿了徜@有8個(gè)碳原子組成，所以在杜邦內(nèi)部被稱作C-8，美國(guó)環(huán)保署的指控正是圍繞這8個(gè)碳原子展開。而并不是國(guó)內(nèi)普遍報(bào)道的針對(duì)特富龍或者不粘鍋。盡管美國(guó)食品藥物管理局和美國(guó)消費(fèi)者產(chǎn)品安全委員都拒絕對(duì)特富龍進(jìn)行調(diào)查，但是美國(guó)國(guó)家環(huán)保署還是盯上了全氟辛酸銨。

全氟辛酸銨

《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》雜志受美國(guó)環(huán)保署的資助，自去年以來組織專家學(xué)者，對(duì)來自美國(guó)、哥倫比亞、巴西、比利時(shí)、意大利、波蘭、印度、馬來西亞和韓國(guó)的473名志愿者進(jìn)行了抽血化驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些志愿者的血液中無一例外地都含有全氟辛酸殘留物。其中，美國(guó)和波蘭的志愿者血液中的全氟辛酸含量最高，平均超過30ng／ml，韓國(guó)、比利時(shí)、馬來西亞、巴西、意大利和哥倫比亞次之，介于3ng／ml與29ng／ml之間，印度最低，不到3ng／ml。

●

美國(guó)國(guó)家環(huán)保署EPA宣稱的杜邦公司沒有遵守“有毒物質(zhì)控制法（TSCA）”和“資源修復(fù)法（RCRA）”，對(duì)全氟辛酸銨進(jìn)行技術(shù)報(bào)告的問題，杜邦公司稱已完全遵守了通報(bào)制度的規(guī)定，并反對(duì)任何有關(guān)全氟辛酸銨有害人體健康或環(huán)境的說法，杜邦公司將提出法律交涉正式否認(rèn)美國(guó)國(guó)家環(huán)保署的這一指摘；杜邦公司的三點(diǎn)聲明：

●有人懷疑涂有特富龍涂層的不沾鍋等炊具因含有全氟辛酸銨而易致癌，其實(shí)全氟辛酸銨是一種加工助劑，這種加工助劑隨著產(chǎn)品的完成，已從制造過程中除去，涂有特富龍涂層的不沾鍋等炊具不含該助劑；

●全氟辛酸銨也不是一種致癌物質(zhì)，2003年4月，當(dāng)美國(guó)國(guó)家環(huán)保署（EPA）宣布將對(duì)全氟辛酸銨進(jìn)行審查時(shí)，EPA指出，它不認(rèn)為消費(fèi)者有任何理由在其調(diào)查過程中需要停止使用任何與全氟辛酸銨有關(guān)的民用和工業(yè)產(chǎn)品。

●國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局2004年10月13日宣布，市場(chǎng)上銷售的主要使用特富龍涂料的不粘鍋產(chǎn)品中，均未檢出PFOA(全氟辛酸及其鹽類)殘留。這一結(jié)論來自中國(guó)檢驗(yàn)檢疫科學(xué)院組織實(shí)施的抽樣檢測(cè)結(jié)果。

●美國(guó)巡回法官日前批準(zhǔn)了杜邦公司不沾鍋特富龍材料C8污染水質(zhì)的集體訴訟和解方案。根據(jù)和解協(xié)議，杜邦公司同意支付至少1.76億美元和解金。此外，杜邦公司還將負(fù)擔(dān)那些提起訴訟的居民2260萬美元的訴訟開支，并可能被迫花費(fèi)另外2.35億美元用于一項(xiàng)監(jiān)控當(dāng)?shù)厥蹸8物質(zhì)影響的居民健康狀況的醫(yī)療計(jì)劃。根據(jù)和解協(xié)議，在科學(xué)研究今后證明C8物質(zhì)對(duì)人體健康有害的情況下，受C8物質(zhì)影響的當(dāng)?shù)鼐用駬碛羞M(jìn)一步提出訴訟的權(quán)力。（2005年3月1日）后續(xù)進(jìn)展

●2005年7月1日，美國(guó)環(huán)保署公布了“科學(xué)咨詢委員會(huì)”的一份調(diào)查報(bào)告，稱通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，C8能引發(fā)一系列腫瘤疾病，具有致癌的“啟發(fā)性證據(jù)”。因此報(bào)告結(jié)論“不排除具有致癌的可能性”。

●2006年1月25日，在美國(guó)環(huán)境保護(hù)署的倡導(dǎo)下，包括杜邦在內(nèi)的8家美國(guó)公司1月25日同意分階段停止使用全氟辛酸銨這種制造“特富龍(Teflon)”不粘鍋涂料所需的化學(xué)原料，并于2015年前在所有產(chǎn)品中全面禁用全氟辛酸銨。這是美國(guó)工業(yè)界應(yīng)對(duì)這種“可疑致癌物”的最新環(huán)保舉措。

●美國(guó)《巴爾的摩太陽(yáng)報(bào)》近日?qǐng)?bào)道，美國(guó)約翰斯·霍普金斯醫(yī)院研究人員連續(xù)5個(gè)月抽取了300名新生兒的臍血，結(jié)果在298名寶寶體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了工業(yè)用化學(xué)物質(zhì)全氟辛酸銨的蹤跡。這項(xiàng)研究受到美國(guó)政府支持，專門研究全氟辛酸銨對(duì)新生兒的影響。

●2006年1月15日，美國(guó)環(huán)保署“科學(xué)咨詢委員會(huì)”全票通過將C8的危險(xiǎn)性上調(diào)一個(gè)等級(jí)，為“對(duì)人類很可能致癌”。值得注意的是：除不粘鍋外，C8還會(huì)在糖果包裝紙、比薩盒、微波爆米花包裝袋。2005年10月13日，某媒體刊出《全球禁用日韓致癌保鮮膜轉(zhuǎn)道中國(guó)》文章，矛頭直指日韓在華保鮮膜生產(chǎn)企業(yè)，稱PVC食品保鮮膜對(duì)人體有比較大的危害。10月14日，報(bào)道進(jìn)一步深入，媒體稱致癌保鮮膜在中國(guó)大擴(kuò)散，其中80％為日韓產(chǎn)品。10月17～20日，衛(wèi)生部及質(zhì)檢部門加大力度檢查保鮮膜的生產(chǎn)和銷售，同時(shí)表示我國(guó)的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)未過時(shí)。2、保鮮膜風(fēng)波第一種：聚乙烯，簡(jiǎn)稱PE。這種材料主要用于食品的包裝，目前我國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上銷售的家庭用食品保鮮膜大多采用安全的聚乙烯。

第二種：氯乙烯，簡(jiǎn)稱PVC。這種材料也可以用于食品包裝，但它對(duì)人體的安全性有一定的影響

。一些超市生鮮產(chǎn)品如蔬菜、水果及熟食包裝卻大量采用PVC保鮮膜第三種：聚偏二氯乙烯，簡(jiǎn)稱PVDC。用于熟食火腿等產(chǎn)品的包裝。保鮮膜及其分類：PVC膜中有兩種物質(zhì)具致癌可能性，一是VCM【氯乙烯單體】，一是DEHA【二（2－乙基己基）己二酸酯】。如果VCM的成分在1PPM(度量單位：百萬分之一)的范圍內(nèi)是無毒的，如果超標(biāo)就有致癌的可能性。DEHA會(huì)慢慢往外滲，當(dāng)PVC保鮮膜遇上熟食的油脂，其中的增塑劑更容易釋放出來，并滲入食物之中。

DEHA食用后會(huì)干擾人體內(nèi)分泌，引起婦女乳癌、新生兒先天缺陷、男性精蟲數(shù)減低，甚至精神疾病等。。PVC膜致癌可能性分析：

歐盟、俄羅斯政府呼吁民眾不要購(gòu)買中國(guó)生產(chǎn)的塑料玩具，原因在于塑料中加入了一種有致癌作用的增塑劑——鄰苯二甲酸酯類。這類物質(zhì)也常在一些其它的塑料制品，如聚苯乙烯、聚氯乙烯中存在。玩具風(fēng)波3、家庭裝修4、風(fēng)險(xiǎn)防范5、體育競(jìng)技§2本課程的內(nèi)容（一）能源材料能源材料是指那些正在發(fā)展的，可能支撐新能源體系的建立，滿足各種新能源及節(jié)能新技術(shù)所要求的一類材料。按使用目的可分為：新能源材料、節(jié)能材料和儲(chǔ)能材料。如太陽(yáng)能電池材料、儲(chǔ)氫材料、固體氧化物燃料電池材料等。

（二）光電子信息材料

光電子材料是指光電子技術(shù)中所用的材料，它對(duì)于滿足計(jì)算機(jī)、通訊、航天工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用至關(guān)重要。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中，電子學(xué)和光子學(xué)已形成交叉共生的發(fā)展關(guān)系。光電子技術(shù)是現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，信息的傳遞可由光子負(fù)擔(dān)，而信息的產(chǎn)生、處理、檢測(cè)、存儲(chǔ)和顯示等功能，則由光子和電子聯(lián)合完成。光電子信息系統(tǒng)包括光載波源、光控制和信號(hào)加載、光信號(hào)傳輸、處理和接受（檢測(cè)和顯示），所需要的光電子器件材料多種多樣，從無機(jī)物到有機(jī)物，從單晶到非晶態(tài)，從半導(dǎo)體到絕緣體，可達(dá)幾十種之多。半導(dǎo)體材料磁信息儲(chǔ)存材料信息傳輸材料敏感元器件材料光纖通訊材料光電顯示材料（三）生態(tài)環(huán)境材料生態(tài)環(huán)境材料是指那些具有良好的使用性能或功能，并且能夠和環(huán)境相協(xié)調(diào)的材料。生態(tài)環(huán)境材料是90年代在國(guó)際高技術(shù)新材料研究中形成的一個(gè)新領(lǐng)域。這類材料消耗的資源和能源少，對(duì)生態(tài)和環(huán)境污染小，再生利用率高。從材料的制造、使用、廢棄直至再生循環(huán)利用的整個(gè)壽命過程，都與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)。因此生態(tài)環(huán)境材料不是指某一具體的新材料，而是指那些考慮到資源和環(huán)境問題的新材料的總稱。

生態(tài)環(huán)境材料研究的主要內(nèi)容：1.直接面臨的與環(huán)境問題相關(guān)的材料技術(shù)，如生物可降解材料、環(huán)境污染修復(fù)材料、廢物的再資源化技術(shù)等；2.開發(fā)能使經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境協(xié)調(diào)性材料，如仿生材料、環(huán)境保護(hù)材料等、氟利昂等有害物質(zhì)的替代材料，綠色新材料等；3.材料的環(huán)境協(xié)同性評(píng)價(jià)，主要采用壽命全程評(píng)價(jià)（LCA）法。（四）生物材料作為生物體部分功能或形態(tài)修復(fù)的材料稱為生物醫(yī)用材料，簡(jiǎn)稱生物材料（Biomaterials）。生物醫(yī)用材料主要包括三個(gè)部分：一是硬組織的替代材料，如人工骨、人工牙齒等；二是埋入生物體內(nèi)部的植入材料，如人工血管、人工腎等；三是作為藥物定位的載體，控制藥物的釋放，使之長(zhǎng)效平和。按照材料的組成，生物醫(yī)用材料可分為四類：醫(yī)用金屬和合金；醫(yī)用生物陶瓷；醫(yī)用高分子材料；醫(yī)用復(fù)合生物材料。（五）納米材料

納米材料及其最新進(jìn)展納米材料在電子信息領(lǐng)域的應(yīng)用納米材料在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用納米材料在環(huán)保和能源領(lǐng)域的應(yīng)用納米材料在生物醫(yī)藥利用的應(yīng)用納米技術(shù)與