大學(xué)化學(xué)_第8章_化學(xué)與材料(天津大學(xué))

1、 第8章 化學(xué)與材料 基本要求基本要求 1、掌握各區(qū)元素原子的結(jié)構(gòu)特征，并能從、掌握各區(qū)元素原子的結(jié)構(gòu)特征，并能從原子的電子層結(jié)構(gòu)了解常用工程材料在元原子的電子層結(jié)構(gòu)了解常用工程材料在元素周期系中的分布素周期系中的分布 2、了解近年來(lái)的新型材料、了解近年來(lái)的新型材料(高分子材料高分子材料, 陶陶瓷材料瓷材料, 納米材料納米材料, 復(fù)合材料復(fù)合材料, 液晶材料液晶材料)的的組成與性能組成與性能n8.1 常用工程材料在周期系中的分布常用工程材料在周期系中的分布n8.2 幾種新型材料幾種新型材料n8.2.1 金屬材料金屬材料n8.2.2 高分子材料高分子材料n8.2.3 陶瓷材料陶瓷材料n8.2.4

2、 復(fù)合材料復(fù)合材料n8.2.5 液晶材料液晶材料材料的分類材料的分類 1 1） 按按用途用途分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料 結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料：利用材料的力學(xué)和理、化性質(zhì)：利用材料的力學(xué)和理、化性質(zhì) 功能材料功能材料：利用材料的熱、光、電、磁等性能：利用材料的熱、光、電、磁等性能 2 2） 按按成分、特性成分、特性分為：分為： 金屬材料金屬材料 黑金屬：鐵、鉻、錳及合金黑金屬：鐵、鉻、錳及合金 有色金屬：除了黑金屬以外的金屬有色金屬：除了黑金屬以外的金屬 無(wú)機(jī)非金屬材料（陶瓷材料）無(wú)機(jī)非金屬材料（陶瓷材料）傳統(tǒng)陶瓷傳統(tǒng)陶瓷 精細(xì)陶瓷精細(xì)陶瓷 有機(jī)高分子材料有機(jī)高分子材料：塑料、纖維

3、、橡膠以及涂：塑料、纖維、橡膠以及涂 料、黏合劑等料、黏合劑等 復(fù)合材料復(fù)合材料：由以上三種材料復(fù)合而成：由以上三種材料復(fù)合而成按按化學(xué)活潑性化學(xué)活潑性分：分： 活潑活潑 中等活潑中等活潑 不活潑不活潑 s s 區(qū)區(qū) dsds區(qū)、區(qū)、p p區(qū)區(qū) d d區(qū)區(qū)3 3 Li-Li-密度最小的金屬密度最小的金屬,0.5gml,0.5gml-1-1He-He-熔點(diǎn)最低的單質(zhì)熔點(diǎn)最低的單質(zhì)Cr-Cr-硬度最大的金屬硬度最大的金屬(9)(9)W-W-熔點(diǎn)最高的金屬熔點(diǎn)最高的金屬(3410)(3410)Hg-Hg-熔點(diǎn)最低的金屬熔點(diǎn)最低的金屬1 1 金屬的性質(zhì)金屬的性質(zhì)物理性質(zhì)：物理性質(zhì)：光澤光澤：金屬晶體大

4、多呈銀白色，：金屬晶體大多呈銀白色， AuAu黃色黃色，BiBi淡紅淡紅，CuCu紫紅色紫紅色；4 4密度密度：按：按5g.cm5g.cm-3-3為標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn), ,分為輕金屬分為輕金屬 重金屬；重金屬； 熔點(diǎn)熔點(diǎn)：金屬熔點(diǎn)差別很大。：金屬熔點(diǎn)差別很大。 如：如：HgHg、W W； 磁性磁性：分鐵磁材料：分鐵磁材料(Fe(Fe、CoCo、Ni)Ni)； 順磁材料順磁材料(Mn(Mn、CrCr、MoMo、W W）；）； 逆磁材料逆磁材料(Cu(Cu、SnSn、PbPb、ZnZn）；）； 延、展性延、展性：即機(jī)械加工性能良好；：即機(jī)械加工性能良好； 熱脹冷縮熱脹冷縮( (但但Sb Sb 、BiBi相

5、反相反) )。5 5 導(dǎo)電、導(dǎo)熱導(dǎo)電、導(dǎo)熱：金屬越純，導(dǎo)電、熱性：金屬越純，導(dǎo)電、熱性 越好越好; ;輕質(zhì)合金輕質(zhì)合金以輕金屬為主要成分的合金。以輕金屬為主要成分的合金。 鋁合金鋁合金：密度小，強(qiáng)度高。：密度小，強(qiáng)度高?！坝蹭X硬鋁”耐蝕，耐蝕，可可 用于車(chē)，不用于船。用于車(chē)，不用于船。 鈦合金鈦合金：密度不大，強(qiáng)度很高，抗蝕性好，耐：密度不大，強(qiáng)度很高，抗蝕性好，耐 高、低溫（高、低溫（-200-500-200-500），用于飛機(jī)。），用于飛機(jī)。3434硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金以硬質(zhì)化合物為硬質(zhì)相，以合金以硬質(zhì)化合物為硬質(zhì)相，以合金 為黏結(jié)相的復(fù)合材料（為黏結(jié)相的復(fù)合材料（TiNTiN、AlNAlN、

6、 TiCTiC、WCWC、SiCSiC）具有高硬度、耐）具有高硬度、耐 磨、強(qiáng)度、韌性。磨、強(qiáng)度、韌性。 具有具有“記憶記憶”自己形狀特性的合自己形狀特性的合金。金。 如如Ti-NiTi-Ni（各（各50%50%）合金，在溫度）合金，在溫度T T發(fā)發(fā) 生晶格轉(zhuǎn)變：生晶格轉(zhuǎn)變：菱形晶格菱形晶格立方晶格立方晶格 晶格的變化，改變了合金形狀。晶格的變化，改變了合金形狀。3535記憶合金記憶合金貯氫合金貯氫合金兩種特定金屬的合金兩種特定金屬的合金: : 一種可大量吸收一種可大量吸收H H2 2的金屬（如的金屬（如RERE），）， 一種不吸收氫的金屬制成的合金。一種不吸收氫的金屬制成的合金。3636 使

7、氫可在其中使氫可在其中“移動(dòng)移動(dòng)”。是理想的氫。是理想的氫能源材料。能源材料。貯氫合金要求貯氫合金要求: :貯氫量大；貯氫量大；金屬氫化物容易形成，稍加熱又容金屬氫化物容易形成，稍加熱又容易分解；易分解；室溫下吸、放氫的速度快；室溫下吸、放氫的速度快；使用壽命長(zhǎng)；成本低。使用壽命長(zhǎng)；成本低。目前正在研究的貯氫合金主要有目前正在研究的貯氫合金主要有三大系列：三大系列：鎂系貯氫合金鎂系貯氫合金：MgHMgH2 2,Mg,Mg2 2NiNi稀土系貯氫合金稀土系貯氫合金：LaNiLaNi5 5,MnNiMn, ,MnNiMn, MnNiAl MnNiAl鈦系貯氫合金鈦系貯氫合金：TiHTiH4 4,T

8、iMn,TiMn1.1.5.8.3 8.3 陶瓷材料陶瓷材料( (Ceramics)Oxides Al2O3 (alumina) ZrO2 (zirconia) BeO (beryllia)Non oxides carbides SiC borides B4C, BN nitrides Si3N4 silicidesComposites combination of oxides and non-oxides. Each one of these classes can have unique material propertiesTypes of Ceramics一、幾種新型陶瓷材料1 1、

9、 光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維 從高純的二氧化硅或石英玻璃的熔從高純的二氧化硅或石英玻璃的熔融體中，拉出直徑約為融體中，拉出直徑約為100m100m的細(xì)絲，的細(xì)絲，稱為石英玻璃纖維。（玻璃可以透光，稱為石英玻璃纖維。（玻璃可以透光，但在傳播過(guò)程中光損耗較大，而用石英但在傳播過(guò)程中光損耗較大，而用石英玻璃纖維光損耗大為降低，故這種纖維玻璃纖維光損耗大為降低，故這種纖維稱為光導(dǎo)纖維。）稱為光導(dǎo)纖維。）皮料皮料低折射率的玻璃；低折射率的玻璃；4343光纖的組成：光纖的組成：芯料芯料高折射率，高透光度，不析晶高折射率，高透光度，不析晶 的玻璃；的玻璃； 多組分玻璃光纖；多組分玻璃光纖； 復(fù)合材料光纖；復(fù)合材料光纖

10、； 石英光纖（高純度或摻雜）。石英光纖（高純度或摻雜）。 光在芯料和皮料光在芯料和皮料界面上全反射，入射界面上全反射，入射光封閉在芯料內(nèi)，經(jīng)光封閉在芯料內(nèi)，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次全反射，鋸過(guò)無(wú)數(shù)次全反射，鋸齒狀傳播。齒狀傳播。4444通信原理：通信原理：光纖材料：光纖材料：光纜結(jié)構(gòu)圖光纜結(jié)構(gòu)圖n 利用光導(dǎo)纖維可以進(jìn)行光纖通訊，用最利用光導(dǎo)纖維可以進(jìn)行光纖通訊，用最新的氟玻璃制成的光導(dǎo)纖維，可以把光信號(hào)新的氟玻璃制成的光導(dǎo)纖維，可以把光信號(hào)傳輸?shù)教窖蟊税抖恍枰魏沃欣^站。傳輸?shù)教窖蟊税抖恍枰魏沃欣^站。n 光損耗較大光導(dǎo)纖維可以在短距離使用，光損耗較大光導(dǎo)纖維可以在短距離使用，特別適合做人體內(nèi)窺鏡，

11、如：胃鏡、膀胱鏡、特別適合做人體內(nèi)窺鏡，如：胃鏡、膀胱鏡、直腸鏡、子宮鏡等。直腸鏡、子宮鏡等。 2 2、超導(dǎo)陶瓷、超導(dǎo)陶瓷n19111911年荷蘭物理學(xué)家年荷蘭物理學(xué)家OnnesOnnes發(fā)現(xiàn)汞（水銀）發(fā)現(xiàn)汞（水銀）在在4.2K4.2K附近電阻突然下降為零附近電阻突然下降為零. .n超導(dǎo)電性：零電阻現(xiàn)象超導(dǎo)電性：零電阻現(xiàn)象n超導(dǎo)臨界溫度：電阻突然消失的溫度超導(dǎo)臨界溫度：電阻突然消失的溫度n超導(dǎo)體：在一定溫度下具有超導(dǎo)電性的超導(dǎo)體：在一定溫度下具有超導(dǎo)電性的物體物體superconductors (超導(dǎo)體) no resistance to flow of electricityn superc

12、onducting behavior starts below the superconducting transition temp, Tcn Hg(l) 4.2 KSuperconducting Transition Temperatures Not all metals have superconducting properties. Al, Ti, Zn Ga, Zr, Mo, Tc, Ru, Cd, In, Sn La, Hf, Ta, WRe, Os, Ir, Hg, Tl, Pb, Th, Pa and U can superconduct at atmospheric pres

13、sure.MetalTemp (K)Aluminum1.175Gallium1.10Tin3.72Mercury4.15Lanthanum (La)4.9Lead7.2metals highest Tc is 23K (Nb-Ge compound) 19871987年年 趙宗賢等趙宗賢等ceramic YBa2Cu3O7 Tc is 95K. 19931993年年 中中- -瑞合作瑞合作 Hg-Ba-Cu-O (Tc=133.5K) Want room temp (298K)77K (liquid nitrogen)n應(yīng)用：應(yīng)用：n1 1） 用超導(dǎo)材料輸電用超導(dǎo)材料輸電n2 2） 超導(dǎo)發(fā)電機(jī)

14、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)n3 3） 磁力懸浮高速列車(chē)磁力懸浮高速列車(chē)n4 4） 可控?zé)岷司圩兛煽責(zé)岷司圩僴Meissner effect magnets levitate (float) over superconductors3 3、納米陶瓷、納米陶瓷 從陶瓷材料的發(fā)展史上看，經(jīng)歷了三次從陶瓷材料的發(fā)展史上看，經(jīng)歷了三次飛躍飛躍 從陶器到瓷器從陶器到瓷器-第一次飛躍第一次飛躍 從傳統(tǒng)陶瓷到精細(xì)陶瓷從傳統(tǒng)陶瓷到精細(xì)陶瓷-第二次飛躍第二次飛躍 從精細(xì)陶瓷到納米陶瓷從精細(xì)陶瓷到納米陶瓷-第三次飛躍第三次飛躍 （超韌性陶瓷）（超韌性陶瓷）n納米材料：粒徑為納米材料：粒徑為1-1001-100納米，納米材料納米，納

15、米材料具有具有表面效應(yīng)、界面效應(yīng)、量子尺寸效表面效應(yīng)、界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)應(yīng)。但目前為止，這些效應(yīng)無(wú)法檢測(cè)。但目前為止，這些效應(yīng)無(wú)法檢測(cè)。 棉、麻、絲、毛、角、膠、塑料、棉、麻、絲、毛、角、膠、塑料、橡膠、纖維橡膠、纖維它們是人們?cè)絹?lái)越熟悉它們是人們?cè)絹?lái)越熟悉的有機(jī)高分子材料。無(wú)論是天然的或的有機(jī)高分子材料。無(wú)論是天然的或合成的這類材料，在人們的生活和工合成的這類材料，在人們的生活和工程技術(shù)中都占有越來(lái)越重要的地位。程技術(shù)中都占有越來(lái)越重要的地位。8.4 8.4 高分子材料高分子材料n高分子化合物：由一種或幾種低分子高分子化合物：由一種或幾種低分子 化合物聚合而成的相化合物聚合而成的相 對(duì)分

16、子量較高的化合對(duì)分子量較高的化合 物（也稱高聚物）物（也稱高聚物）CH2CH2CH2CH2n n 單體單體 鏈節(jié)鏈節(jié)聚合度聚合度Polymers (Polymers (聚合物) )nmolecules of very high molecular massncomposed of a string of monomers ( (單體單體) ), which are molecules with low molecular massnpolymers also: macromolecules ( (高分子高分子) )njoining together process: polymerizatio

17、n ( (聚聚合反應(yīng)合反應(yīng)) )2 types of polymerization reactions:addition polymerization （加聚反應(yīng)）condensation polymerization （縮聚反應(yīng)）單體單體：形成高聚物的低分子量化合物。：形成高聚物的低分子量化合物。鏈節(jié)鏈節(jié)：高分子化合物中重復(fù)的結(jié)構(gòu)單：高分子化合物中重復(fù)的結(jié)構(gòu)單 元。元。聚合度聚合度：高分子化合物化學(xué)式中鏈節(jié)的：高分子化合物化學(xué)式中鏈節(jié)的 個(gè)數(shù)。個(gè)數(shù)。1 1 高分子化合物的組成：高分子化合物的組成： 特定結(jié)構(gòu)單元多次重復(fù)而成特定結(jié)構(gòu)單元多次重復(fù)而成: : 聚合度聚合度CHCH2 2CHCH2

18、22 2 相對(duì)分子質(zhì)量相對(duì)分子質(zhì)量: : 高分子化合物的相對(duì)分子質(zhì)量應(yīng)為：高分子化合物的相對(duì)分子質(zhì)量應(yīng)為：M = M = 鏈節(jié)化學(xué)式量鏈節(jié)化學(xué)式量n n但，同種高聚物，其聚合度并不相同。但，同種高聚物，其聚合度并不相同。3 3聚乙烯聚乙烯鏈節(jié)鏈節(jié)n n 因此，每一個(gè)大分子的相對(duì)分子質(zhì)量因此，每一個(gè)大分子的相對(duì)分子質(zhì)量 都不相同都不相同。 高聚物的相對(duì)分子質(zhì)量只有平均意義。高聚物的相對(duì)分子質(zhì)量只有平均意義。 由于聚合度不同引起的高聚物相對(duì)分子質(zhì)由于聚合度不同引起的高聚物相對(duì)分子質(zhì) 量各不相同的現(xiàn)象量各不相同的現(xiàn)象高聚物相對(duì)分子質(zhì)量高聚物相對(duì)分子質(zhì)量 的多分散性的多分散性 高聚物高聚物鏈節(jié)相同而聚

19、合度不同的混合物。鏈節(jié)相同而聚合度不同的混合物。4 43 3 高分子化合物的幾何形狀高分子化合物的幾何形狀線型結(jié)構(gòu)線型結(jié)構(gòu) 分子易蜷曲，制品有彈性分子易蜷曲，制品有彈性( (熱塑性熱塑性) )； 大分子被化學(xué)鍵交聯(lián)起大分子被化學(xué)鍵交聯(lián)起來(lái)，不易蜷曲，制品無(wú)彈來(lái)，不易蜷曲，制品無(wú)彈性和塑性（熱固性）。性和塑性（熱固性）。5 5體型體型( (網(wǎng)狀網(wǎng)狀) )結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)（ cross-linking (交聯(lián)) ）4 高分子化合物的制備高分子化合物的制備Addition polymerization） 由一種或幾種有不飽和鍵的單體通過(guò)加成反由一種或幾種有不飽和鍵的單體通過(guò)加成反應(yīng)結(jié)合成高分子化合物的反應(yīng)

20、。應(yīng)結(jié)合成高分子化合物的反應(yīng)。如：如： 6 6ethyleneCCHHHH,CCCCC,HHHHHHHHHHCCHHHHCCHHHHpolyethylene,Ethylene乙烯Polyethylene聚乙烯Addition PolymersPolyethylene (PE)(HDPE and LDPE)Polypropylene (PP)Polystyrene (PS)Polyvinyl chloride (PVC)C H2C H2n C H2C HC H3n CH2CHCln CH2CHn 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1）參與加聚反應(yīng)的單體具有不飽和鍵）參與加聚反應(yīng)的單體具有不飽和鍵; ;2 2）沒(méi)有

21、小分子物質(zhì)產(chǎn)生，高聚物化學(xué)組）沒(méi)有小分子物質(zhì)產(chǎn)生，高聚物化學(xué)組 成與單體相同成與單體相同; ;3 3） 加聚反應(yīng)快，副產(chǎn)物較少加聚反應(yīng)快，副產(chǎn)物較少. . 加聚反應(yīng)可分為：加聚反應(yīng)可分為：均聚，共聚均聚，共聚（又分（又分接枝、鑲嵌共聚）。接枝、鑲嵌共聚）。Condensation Polymerization 7 7 具有兩個(gè)或兩個(gè)以上官能團(tuán)的一種具有兩個(gè)或兩個(gè)以上官能團(tuán)的一種或幾種單體縮合成高聚物，同時(shí)析出低或幾種單體縮合成高聚物，同時(shí)析出低子物質(zhì)（如：水、氨、醇、鹵化物等）子物質(zhì)（如：水、氨、醇、鹵化物等）的反應(yīng)。的反應(yīng)。NHHHOCO+NHCOHOH+amine NH2 carboxyl

22、ic acid COOHN H2R1NH2+OO HR2COOHN HCOR2R1NH2OO H+H2OCondensation PolymersPolyurethane (PU)Polyethylene terephthalate (PETE, PET) Nylon 6,6 OCH2CH2OCOCOn NHCH2NHCCH2COO64n CONHRNHCOOR On 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1）單體必須含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的官能團(tuán)；）單體必須含有兩個(gè)或兩個(gè)以上的官能團(tuán)；2 2）有小分子副產(chǎn)物生成，高聚物化學(xué)組成與）有小分子副產(chǎn)物生成，高聚物化學(xué)組成與單體不同。單體不同。縮聚反應(yīng)可分為：縮聚反應(yīng)可分為：

23、 （按產(chǎn)物）體型縮聚，線型縮聚；（按產(chǎn)物）體型縮聚，線型縮聚； （按單體）均縮，混縮，共縮。（按單體）均縮，混縮，共縮。plastics (塑料) materials that can be formed into shapes by application of heat and pressurethermoplastics (熱塑性的) can be reshaped by heat and pressurethermosetting (熱固性的) cannot be reshaped by heat and pressure5 5 高聚物的結(jié)構(gòu)和性能高聚物的結(jié)構(gòu)和性能 高聚物的相對(duì)分子質(zhì)

24、高聚物的相對(duì)分子質(zhì)量很大，所以，分子間量很大，所以，分子間力很強(qiáng)。因此，高聚物力很強(qiáng)。因此，高聚物無(wú)氣態(tài)，機(jī)械強(qiáng)度較高。無(wú)氣態(tài)，機(jī)械強(qiáng)度較高。9 9 高分子鏈中有許多高分子鏈中有許多C-CC-C鍵，此單鍵可按鍵角自鍵，此單鍵可按鍵角自由旋轉(zhuǎn)。由旋轉(zhuǎn)。因此，高分子的形狀便有無(wú)數(shù)可能（構(gòu)象）因此，高分子的形狀便有無(wú)數(shù)可能（構(gòu)象）高分子鏈的柔順性。高分子鏈的柔順性。高聚物的聚集態(tài)有：高聚物的聚集態(tài)有： 晶晶 態(tài)態(tài)大分子排列有序；大分子排列有序；1010 非晶態(tài)非晶態(tài)大分子大分子 排列無(wú)序；排列無(wú)序； 高聚物整體無(wú)序，但在小區(qū)域內(nèi)有不高聚物整體無(wú)序，但在小區(qū)域內(nèi)有不同狀態(tài)：晶區(qū)和非晶區(qū)。同狀態(tài)：晶區(qū)和

25、非晶區(qū)。1111 一個(gè)大分子可穿過(guò)幾個(gè)不同的區(qū)域。一個(gè)大分子可穿過(guò)幾個(gè)不同的區(qū)域。高聚物中晶區(qū)多稱結(jié)晶度大，力學(xué)性高聚物中晶區(qū)多稱結(jié)晶度大，力學(xué)性能強(qiáng)。能強(qiáng)。 玻璃態(tài)：玻璃態(tài)：TTTTTTTg g ， 分子動(dòng)能不大，大分子不動(dòng)，鏈段可分子動(dòng)能不大，大分子不動(dòng)，鏈段可動(dòng)。受外力，大分子或蜷曲或伸展；除動(dòng)。受外力，大分子或蜷曲或伸展；除去外力，分子復(fù)原，屬高彈形變。高聚去外力，分子復(fù)原，屬高彈形變。高聚物柔軟，有彈性。是橡膠的使用狀態(tài)物柔軟，有彈性。是橡膠的使用狀態(tài). . 分子動(dòng)能大。大分子可運(yùn)動(dòng)，具有流動(dòng)性分子動(dòng)能大。大分子可運(yùn)動(dòng)，具有流動(dòng)性和可塑性，不會(huì)復(fù)原。是高聚物的工藝狀態(tài)；和可塑性，不會(huì)

26、復(fù)原。是高聚物的工藝狀態(tài)；1313粘流態(tài)：粘流態(tài)：TTTTf f， 玻璃態(tài)（對(duì)塑料）、高彈態(tài)（對(duì)橡膠）玻璃態(tài)（對(duì)塑料）、高彈態(tài)（對(duì)橡膠） 是使用狀態(tài)，粘流態(tài)是工藝狀態(tài)。是使用狀態(tài)，粘流態(tài)是工藝狀態(tài)。 塑料的塑料的T Tg g應(yīng)高于室溫。應(yīng)高于室溫。 T Tg g是塑料使用的最高溫度；是塑料使用的最高溫度； 橡膠的橡膠的T Tg g應(yīng)低于室溫。應(yīng)低于室溫。 T Tg g是橡膠使用的最低溫度。是橡膠使用的最低溫度。 為便于加工，為便于加工，T Tf f應(yīng)低些。應(yīng)低些。 如塑料，如塑料，T Tf f-T-Tg g差應(yīng)小差應(yīng)小; ; 為利于使用，為利于使用，T Tf f應(yīng)高些。如橡膠。應(yīng)高些。如橡膠。

27、1414討論討論討論題：討論題：以下三種溫度以下三種溫度- -形變曲線，各對(duì)形變曲線，各對(duì)應(yīng)于何種高分子材料？應(yīng)于何種高分子材料？ 對(duì)應(yīng)于塑料。使用狀態(tài)是玻璃態(tài)，處對(duì)應(yīng)于塑料。使用狀態(tài)是玻璃態(tài)，處于室溫；于室溫；T Tg g-T-Tf f差值?。徊钪敌?；對(duì)應(yīng)于橡膠。使用狀態(tài)是高彈態(tài)，處對(duì)應(yīng)于橡膠。使用狀態(tài)是高彈態(tài)，處于室溫；于室溫；T Tg g-T-Tf f差值大；差值大；1515討論：討論：對(duì)應(yīng)于纖維。使用狀態(tài)是玻璃態(tài)，處對(duì)應(yīng)于纖維。使用狀態(tài)是玻璃態(tài)，處于室溫；于室溫；T Tg g-T-Tf f差值較大。差值較大?；拘阅芑拘阅埽嘿|(zhì)輕，有彈性，塑性，：質(zhì)輕，有彈性，塑性， 絕緣，耐腐蝕。絕

28、緣，耐腐蝕。機(jī)械性能機(jī)械性能：聚合度：聚合度n n大，分子間力大，大，分子間力大， 強(qiáng)度大（結(jié)晶度，極性基強(qiáng)度大（結(jié)晶度，極性基 團(tuán)都能增強(qiáng)分子間力）。團(tuán)都能增強(qiáng)分子間力）。1616 高聚物無(wú)電子、離子，多是絕緣高聚物無(wú)電子、離子，多是絕緣體。但極性基團(tuán)在電場(chǎng)中會(huì)周期性取體。但極性基團(tuán)在電場(chǎng)中會(huì)周期性取向，產(chǎn)生位移電流，使其具有導(dǎo)電性。向，產(chǎn)生位移電流，使其具有導(dǎo)電性。 高聚物經(jīng)摩擦而帶靜電，因絕緣而高聚物經(jīng)摩擦而帶靜電，因絕緣而 不易消除。不易消除。 符合符合“相似相溶相似相溶”原理，但不同于低原理，但不同于低 分子，其溶解過(guò)程分為：分子，其溶解過(guò)程分為：1717電性能：電性能：溶解性：溶解

29、性： 溶脹溶脹溶劑分子進(jìn)入高分子鏈，使溶劑分子進(jìn)入高分子鏈，使 鏈距增大，體積增大；鏈距增大，體積增大；1818 溶解溶解溶脹到使高分子鏈彼此分離，溶脹到使高分子鏈彼此分離， 分子進(jìn)入溶劑。分子進(jìn)入溶劑。體型高分子只溶脹不溶解。體型高分子只溶脹不溶解。 特點(diǎn)特點(diǎn)：“強(qiáng)而韌強(qiáng)而韌”，耐磨性最好的纖，耐磨性最好的纖 維。柔順性好。維。柔順性好。 用途用途：繩索，簾子線，漁網(wǎng)，飛行：繩索，簾子線，漁網(wǎng)，飛行 服，運(yùn)輸帶，降落傘，襪子。服，運(yùn)輸帶，降落傘，襪子。3737 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：8.5 8.5 復(fù)合材料復(fù)合材料1 1 定義：定義：由兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物由兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物 質(zhì)

30、組合起來(lái)得到的一種多相固體材料質(zhì)組合起來(lái)得到的一種多相固體材料。 （combination of two or more materials to obtain new material that has properties from both components）2 2 組成：組成：基體材料基體材料 Matrix （金屬或高聚物）；（金屬或高聚物）； 增強(qiáng)材料增強(qiáng)材料 Reinforcements （纖維、粒子）。（纖維、粒子）。4040Composites 3 3 類型類型： 纖維（纖維（ fiber ）增強(qiáng)復(fù)合材料（增強(qiáng)材料）增強(qiáng)復(fù)合材料（增強(qiáng)材料 是纖維）是纖維） strength

31、 of the composite depends on the amount, arrangement and type of fiber reinforcement in the matrix. 粒子（粒子（ particulate ）改性復(fù)合材料）改性復(fù)合材料( (增強(qiáng)材料是粒增強(qiáng)材料是粒 子子) ) 夾層夾層( (laminate)復(fù)合材料（芯、面料間以膠粘劑復(fù)合材料（芯、面料間以膠粘劑 adhesive結(jié)合）結(jié)合）4141 包括：包括：玻璃纖維，陶瓷纖維，合成纖維，金屬絲玻璃纖維，陶瓷纖維，合成纖維，金屬絲 包括：包括：SiOSiO2 2、CaCOCaCO3 3、CaSOCaSO4

32、4 、石棉、碳黑、陶土；、石棉、碳黑、陶土； 4242 纖維增強(qiáng)材料纖維增強(qiáng)材料 粒子增強(qiáng)材料粒子增強(qiáng)材料作用：作用：承受載荷，傳遞和分散應(yīng)力，提高強(qiáng)度。承受載荷，傳遞和分散應(yīng)力，提高強(qiáng)度。作用：阻止基體位錯(cuò)，提高強(qiáng)度，降低成本。作用：阻止基體位錯(cuò)，提高強(qiáng)度，降低成本。 包括：機(jī)械力（釘、鉤、鉚），分子包括：機(jī)械力（釘、鉤、鉚），分子 間力，氫鍵，化學(xué)鍵。間力，氫鍵，化學(xué)鍵。 組成組成：以樹(shù)脂為基體（環(huán)氧樹(shù)脂，酚醛樹(shù)：以樹(shù)脂為基體（環(huán)氧樹(shù)脂，酚醛樹(shù) 脂，不飽和聚酯樹(shù)脂，有機(jī)硅）。脂，不飽和聚酯樹(shù)脂，有機(jī)硅）。 以玻璃纖維為增強(qiáng)材料。以玻璃纖維為增強(qiáng)材料。4343 復(fù)合材料界面結(jié)合力復(fù)合材料界面

33、結(jié)合力1 1 玻璃纖維增強(qiáng)塑料玻璃纖維增強(qiáng)塑料玻璃鋼玻璃鋼 特點(diǎn)特點(diǎn)：質(zhì)輕，耐熱，耐蝕，耐老化，：質(zhì)輕，耐熱，耐蝕，耐老化， 絕緣，加工性好。剛度不及絕緣，加工性好。剛度不及 金屬。金屬。 組成組成：以樹(shù)脂（環(huán)氧：以樹(shù)脂（環(huán)氧 酚醛酚醛 F-4F-4）為）為 基體，以碳纖維（有機(jī)纖維，基體，以碳纖維（有機(jī)纖維， 絕氧碳化）為增強(qiáng)材料。絕氧碳化）為增強(qiáng)材料。4444 應(yīng)用應(yīng)用：車(chē)體，船體，罐，管，泵，：車(chē)體，船體，罐，管，泵， 塔，零部件。塔，零部件。 碳纖維增強(qiáng)塑料碳纖維增強(qiáng)塑料 特點(diǎn)特點(diǎn)：質(zhì)輕、耐熱、導(dǎo)熱、強(qiáng)度高。：質(zhì)輕、耐熱、導(dǎo)熱、強(qiáng)度高。 母材：銅、鋼、不銹鋼。母材：銅、鋼、不銹鋼。 被

34、復(fù)材料：被復(fù)材料：AlAl、CuCu、AgAg、AuAu、ZnZn、SnSn、NiNi等。等。 方法：電鍍，熱鍍，浸鍍，噴涂，冷壓，熱壓。方法：電鍍，熱鍍，浸鍍，噴涂，冷壓，熱壓。4545 以物理、化學(xué)方法將不同金屬組合在一起以物理、化學(xué)方法將不同金屬組合在一起 的材料。的材料。 金屬包層復(fù)合材料金屬包層復(fù)合材料 應(yīng)用應(yīng)用：航天器等高技術(shù)領(lǐng)域。：航天器等高技術(shù)領(lǐng)域。Almost anything that can be made with traditional materials such as metals, can be manufactured from composites. Ben

35、efits of composite nHigh StrengthnLight weight highest strength to weight ratio known to man.nCorrosion (腐蝕) ResistancenDesign FlexibilitynDurabledisadvantage: often more expensive than conventional materials. n液晶:既具有液體的流動(dòng)性,又具有晶體的各向異性的一類物質(zhì)。8.6 8.6 液晶液晶 如：膽甾醇苯酸脂加熱熔化：如：膽甾醇苯酸脂加熱熔化： 137 167137 167 固態(tài)固態(tài)

36、混濁液態(tài)混濁液態(tài) 清澈狀態(tài)清澈狀態(tài)（各向異性）（各向異性介晶態(tài)）（各向異性）（各向異性介晶態(tài)） （各向同性）（各向同性）Crystal cloudy liquid clearintermediate liquid-crystalline phase partially ordered properties between solid and liquidn液晶的分子結(jié)構(gòu)：n具有液晶特性的有機(jī)物，一般具有細(xì)長(zhǎng)棒狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)大多數(shù)是2個(gè)或3個(gè)苯環(huán)直線狀結(jié)合的對(duì)位取代化合物。 long rigid, rodlike molecules nA,B-亞甲胺基 X,Y-烷基n 偶氮基 烷氧基n 氧化偶氮基

37、 酸基n 脂基 氰基n液晶的分類液晶的分類 液晶是各種特定分子排列的聚液晶是各種特定分子排列的聚集體，一般可以分為三類：集體，一般可以分為三類： 近晶相液晶近晶相液晶：分子排列方向一致：分子排列方向一致 且呈層狀結(jié)構(gòu)且呈層狀結(jié)構(gòu) 向列相液晶向列相液晶：僅排列方向一致：僅排列方向一致 膽甾相液晶膽甾相液晶：呈螺旋結(jié)構(gòu)：呈螺旋結(jié)構(gòu)nematic向列型液晶smectic 近晶型液晶層列型液晶twisted nematicCholesteric liquid crystal膽甾醇型液晶液晶的特性與用途液晶的特性與用途 液晶是一類具有各向異性的流體，其液晶是一類具有各向異性的流體，其 結(jié)構(gòu)會(huì)隨外場(chǎng)（電、熱、磁、力等）的變結(jié)構(gòu)會(huì)隨外場(chǎng)（電、熱、磁、力等）的變化而變化，從而導(dǎo)致其各向異性性質(zhì)的變化而變化，從而導(dǎo)致其各向異性性質(zhì)的變化。其中，光電效應(yīng)是液晶材料最有用