材料科學(xué)基礎(chǔ)第一章

材料科學(xué)基礎(chǔ)TheFundamentals(Elements,Principles)ofMaterialsScienceAnIntroductionto

MaterialsScience主講盛紹頂博士聯(lián)系電話言

Introduction材料(Materials)是國民經(jīng)濟(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)。廣義的材料包括人們的思想意識之外的所有物質(zhì)(substance)材料無處不在，無處不有我國材料的歷史進(jìn)程

(Historicalperspective)漫長而又曲折的歷程：石斧

湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍中國古代鐵器的金相組織湖南長沙砂子塘戰(zhàn)國凹形鐵鋤古代科技名著：“考工記”（先秦）、“夢溪筆談”（宋代沈括）、

“天工開物”（明代宋應(yīng)星）明代后：封建統(tǒng)治、帝國主義侵略束縛了材料的發(fā)展停滯狀態(tài)解放后：材料科學(xué)受到重視和發(fā)展，被列為現(xiàn)代技術(shù)三大支柱之一。一整套材料體系門類全齊數(shù)量質(zhì)量鋼鐵突破億噸大關(guān)世界第一原子彈、氫彈、人造衛(wèi)星、火箭長征三號運(yùn)載火箭在發(fā)射架上的圖片寶鋼高爐材料分類(ClassificationofMaterials)材料科學(xué)基礎(chǔ)是研究材料的成分、組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系原子的結(jié)構(gòu)與鍵合、固體結(jié)構(gòu)晶體缺陷、材料的變形與再結(jié)晶擴(kuò)散、合金凝固、相圖材料物理、化學(xué)性能二、原子的結(jié)構(gòu)1879年J.JThomson發(fā)現(xiàn)電子（electron),揭示了原子內(nèi)部秘密1911年E.Rutherford提出原子結(jié)構(gòu)有核模型1913年N.Bohr將Bohratomicmodel

薛定諤方程核外電子的排布（electronconfiguration)規(guī)律描述原子中一個電子的空間和能量，可用四個量子數(shù)（quantumnumbers）表示三、元素周期表（periodicTableoftheElements)元素（Element）：具有相同核電荷的同一類原子總稱，共116種，核電荷數(shù)是劃分元素的依據(jù)同位素（Isotope）：具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的同一元素的原子

元素有兩種存在狀態(tài)：游離態(tài)和化合態(tài)（FreeState&CombinedForm)7個橫行（Horizontalrows)周期（period）按原子序數(shù)（AtomicNumber)遞增的順序從左至右排列18個縱行（column）16族（Group），7個主族、7個副族、1個Ⅷ族、1個零族（InertGases）最外層的電子數(shù)相同，按電子殼層數(shù)遞增的順序從上而下排列。原子序數(shù)＝核電荷數(shù)周期序數(shù)＝電子殼層數(shù)主族序數(shù)＝最外層電子數(shù)零族元素最外層電子數(shù)為8（氦為2）價電子數(shù)（Valenceelectron）※2原子間的鍵合

(Bondingtypewithotheratom)一、金屬鍵（Metallicbonding）典型金屬原子結(jié)構(gòu)：最外層電子數(shù)很少，即價電子（valenceelectron）極易掙脫原子核之束縛而成為自由電子（Freeelectron），形成電子云（electroncloud）金屬中自由電子與金屬正離子之間構(gòu)成鍵合稱為金屬鍵特點(diǎn)：電子共有化，既無飽和性又無方向性，形成低能量密堆結(jié)構(gòu)性質(zhì)：良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，延展性好二、離子鍵（Ionicbonding)多數(shù)鹽類、堿類和金屬氧化物特點(diǎn)：以離子而不是以原子為結(jié)合單元，要求正負(fù)離子相間排列，且無方向性，無飽和性性質(zhì)：熔點(diǎn)和硬度均較高，良好電絕緣體三、共價鍵（covalentbonding）亞金屬（C、Si、Sn、Ge），聚合物和無機(jī)非金屬材料實質(zhì)：由二個或多個電負(fù)性差不大的原子間通過共用電子對而成

特點(diǎn)：飽和性配位數(shù)較小，方向性（s電子除外）性質(zhì)：熔點(diǎn)高、質(zhì)硬脆、導(dǎo)電能力差實質(zhì)：金屬原子帶正電的正離子（Cation）非金屬原子帶負(fù)電的負(fù)離子（anion）e四、范德華力（Vanderwaalsbonding)包括：靜電力(electrostatic)、誘導(dǎo)力(induction)和色散力(dispersiveforce)屬物理鍵，系次價鍵，不如化學(xué)鍵強(qiáng)大，但能很大程度改變材料性質(zhì)

五、氫鍵（Hydrogenbonding）

極性分子鍵存在于HF、H2O、NH3中，在高分子中占重要地位，氫原子中唯一的電子被其它原子所共有（共價鍵結(jié)合），裸露原子核將與近鄰分子的負(fù)端相互吸引——?dú)錁蚪橛诨瘜W(xué)鍵與物理鍵之間，具有飽和性※3高分子鏈（HighpolymerChain)近程結(jié)構(gòu)（short-rangeStructure)一、結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成（theChemistryofmerunito)1.碳鏈高分子聚乙烯主鏈以C原子間共價鍵相聯(lián)結(jié)加聚反應(yīng)制得如聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚甲基丙稀酸甲酯，聚丙烯雜鏈高分子