《材料化學(xué)》課件-第一章 緒論

2022材料化學(xué)——緒論教材：曾兆華，楊建文

編著，《材料化學(xué)》

化學(xué)工業(yè)出版社參考書：1.李奇，陳光巨

編著，

《材料化學(xué)》

高等教育出版社2.朱光明，秦華宇

編著

，《材料化學(xué)》機(jī)械工業(yè)出版社人類社會(huì)發(fā)展進(jìn)程簡(jiǎn)圖材料的重要地位——青銅時(shí)代第一個(gè)合金材料：銅錫合金（青銅）含錫量1/6

——

韌性好

——

制造鐘鼎Alloy含錫量2/5

——

硬度高

——

制造刀斧結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系材料的重要地位——鐵器時(shí)代3FeFeFe2O3+11C??→2Fe3C+

9CO2O3+

3C??→2Fe

+

3CO3C+

FeO

??→4Fe

+

CO鐵和碳的合金生活方面：Lycra：

萊卡是美國(guó)Dopont公司生產(chǎn)的

一種人造彈力纖維，其非凡的伸展與回復(fù)性能令所有織物大為增色。萊卡是一種比頭發(fā)絲還要細(xì)的氨綸彈力纖維，其主要成分是聚氨基甲酸酯。光導(dǎo)纖維通常用來傳遞無線電、電話、電視和電子計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)由此我們可以說，沒有鋼鐵材料的發(fā)展就沒有現(xiàn)代汽車工業(yè)；沒有有色金屬材料和先進(jìn)復(fù)合材料的發(fā)展，就沒有現(xiàn)代航空、航天事業(yè)。新材料使新技術(shù)得以產(chǎn)生和應(yīng)用，而新技術(shù)又促使新工業(yè)出現(xiàn)與發(fā)展，從而促進(jìn)人類社會(huì)文明的進(jìn)步。1.1

材料的發(fā)展過程1.2

材料的分類1.3材料化學(xué)的內(nèi)容1.1

材料的發(fā)展過程按材料的發(fā)展水平大致可分為五代：第一代：天然材料第二代：燒煉材料第三代：合成材料第四代：可設(shè)計(jì)材料第五代：智能材料第一代：天然材料。自然界的動(dòng)物、植物和礦物，如：獸皮、甲骨、樹木、草葉、石塊、泥土等。云南省文物考古研究所古人類研究部拍攝的距今約80萬年的人類舊石器時(shí)代的石器新石器時(shí)代帶孔石斧和石鏃第二代：燒煉材料。是燒結(jié)材料和冶煉材料的總稱。陶瓷越王勾踐劍（春秋）通高55.7厘米，寬4.6厘米，柄長(zhǎng)8.4厘米,1965年湖北省江陵縣望山1號(hào)墓出土,現(xiàn)藏湖北省博物館.第三代：合成材料第四代：可設(shè)計(jì)材料（復(fù)合材料）特點(diǎn)一：最新型的復(fù)合桿頭(COMPOSITE)特點(diǎn)二：超輕量碳纖維桿身(SUPER

LIGHT)船舶制造業(yè)：漁船、游艇、艦艇；體育用品：

雪橇、沖浪板等；建筑用型料：高跨度橫梁、板材、管道；汽車制造：車身、保險(xiǎn)杠等；風(fēng)力發(fā)電：風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片；航空航天：結(jié)構(gòu)復(fù)合材料；涂膠布：帳篷、機(jī)庫、燈箱廣告等；建筑物的修補(bǔ)：碳纖維的縫編織物用于大型建筑的修補(bǔ)。第五代：智能材料能隨著環(huán)境、時(shí)間的變化改變自己的性能或形狀，好像具有智能。(c)

加熱后恢復(fù)(a)

原始形狀(b)

拉

直美國(guó)宇航局的月面天線計(jì)劃：在室溫下用形狀記憶合金制成拋物面天線，然后把它揉成直徑5厘米以下的小團(tuán)，放入阿波羅11號(hào)的艙內(nèi)，在月面上經(jīng)太陽光的照射加熱使它恢復(fù)到原來的拋物面形狀。這樣就能用空間有限的火箭艙運(yùn)送體積龐大的天線了。冷卻變形將天線揉成團(tuán)用形狀記憶合金絲制成的天線在加熱時(shí)形狀開始恢復(fù)形狀完全恢復(fù)（a）預(yù)壓縮b）受熱擴(kuò)張后（c）植入腔道內(nèi)效果（1.2

材料的分類性能功能化學(xué)組成?

高強(qiáng)材料?

超硬材料?

高溫材料?

超導(dǎo)材料?

磁性材料?

光學(xué)材料?

結(jié)構(gòu)材料?

金屬材料?

功能材料?

無機(jī)非金屬材料?

功能轉(zhuǎn)化材料?

高分子材料?

復(fù)合材料材料的分類——功能結(jié)構(gòu)材料功能材料功能轉(zhuǎn)化材料?

高強(qiáng)材料?

超硬材料?

高溫材料?

儲(chǔ)能材料?

導(dǎo)電材料?

磁性能材料?

光學(xué)材料?

熱電材料?

光電材料?

壓電材料?

磁光材料?

電光材料1.2.1

金屬材料?

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(dǎo)電導(dǎo)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(shè)備等廣泛用作結(jié)構(gòu)材料。?

銅材：常常作為導(dǎo)電材料使用。?

新型金屬材料：如超塑性合金、形狀記憶合金、儲(chǔ)氫合金等。金屬材料包括黑色金屬和有色金屬兩大類，黑色金屬是指鐵、錳、鉻以及它們的合金，主要是鐵碳合金（鋼鐵）以鐵元素為主要成分的金屬及其合金。有色金屬是指黑色金屬以外的金屬，如鋁、銅、鉛、鋅等金屬及其合金。1.2.2

無機(jī)非金屬材料?

無機(jī)化合物材料：陶瓷、玻璃、水泥等。?

單質(zhì)材料：?jiǎn)尉Ч?、金剛石、石墨等?

以陶瓷為主?？捎米鹘Y(jié)構(gòu)材料、光學(xué)材料、電子材料等。?

半導(dǎo)體材料：?jiǎn)尉Ч?、砷化鎵、磷化銦、磷化鎵等。用于制造集成電路、固態(tài)激光器、發(fā)光二極管、晶體管等。1.2.3

高分子材料?

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(jī)化合物。?

天然高分子材料：木材、天然橡膠、棉花、動(dòng)物皮毛等。?

合成高分子材料：塑料、合成橡膠和合成纖維。?

功能高分子材料：工程塑料、導(dǎo)電高分子、高分子半導(dǎo)體、光導(dǎo)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(yīng)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。橡膠的特點(diǎn)是室溫彈性高，彈性模量小。常用的橡膠有天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、乙丙橡膠和硅橡膠等。纖維的彈性模量較大，受力時(shí)變形小。纖維大分子沿軸向作規(guī)則排列，其長(zhǎng)徑比較大，在較廣的溫度范圍內(nèi)，力學(xué)性能變化不大。常用的合成纖維有尼龍、滌綸、腈綸等。尼龍?jiān)鷰猃埵痔岽芰系膹椥阅Ａ拷橛谙鹉z和纖維之間，溫度稍高些，受力變形可達(dá)百分之幾至幾百。根據(jù)塑料受熱時(shí)行為的不同，又將其分為熱塑性和熱固性塑料兩類。1.2.4

復(fù)合材料?

復(fù)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(jī)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(fù)合形成復(fù)合材料。?

自然界的復(fù)合材料：例如樹木和竹子為纖維素和木質(zhì)素的復(fù)合體；動(dòng)物骨骼則是由無機(jī)磷酸鹽和蛋白質(zhì)膠原復(fù)合而成。?

古老的復(fù)合材料：稻草增強(qiáng)粘土以及漆器（麻纖維和土漆復(fù)合而成）。?

傳統(tǒng)的復(fù)合材料：鋼筋混凝土，玻璃鋼。復(fù)合材料由基體和增強(qiáng)體組成?；w：金屬、樹脂、陶瓷等；（連續(xù)相）增強(qiáng)體：纖維、晶須、顆粒等。（分散相）復(fù)合材料既能保持原組成材料的重要特色，又通過復(fù)合效應(yīng)使各組分的性能互相補(bǔ)充，獲得原組分不具備的許多優(yōu)良性能。?

材料按性能特點(diǎn)分類1.結(jié)構(gòu)材料：當(dāng)把材料的“強(qiáng)度”作為主要功能時(shí)，即要求某種材料制成的成品能保持其形狀，不發(fā)生變形或斷裂，這種材料稱之為結(jié)構(gòu)材料。2.功能材料：

具有優(yōu)良的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)功能并且功能相互轉(zhuǎn)化，被用于非結(jié)構(gòu)目的的高科技材料。儲(chǔ)氫材料——能可逆的吸收和釋放氫氣的材料儲(chǔ)氫材料◆吸附x◆化學(xué)反應(yīng)+

+

M

H

MH

H2x2碳納米管合金材料熱電材料熱能電能壓電材料當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ蛊浒l(fā)生形變時(shí)，材料內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，在兩個(gè)表面產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，又恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)壓電材料-+++-+-+-+-壓縮-++--壓電材料1.3

材料化學(xué)內(nèi)容材料化學(xué)是一門新興的邊沿學(xué)科，是在學(xué)科的生長(zhǎng)和發(fā)展中相互交叉、相互滲透中，作為基礎(chǔ)學(xué)科的化學(xué)更直接地介入到材料科學(xué)中形成的，材料化學(xué)包括材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能，材料的制備化學(xué)等。材料化學(xué)可以從分子水平到宏觀尺度認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)與性能的相互關(guān)系，從而調(diào)節(jié)改良材料的組成、結(jié)構(gòu)和合成技術(shù)及相關(guān)的分析技術(shù)，并發(fā)展出新型的具有優(yōu)異性能的先進(jìn)材料。結(jié)構(gòu)化學(xué)原子、分子配合物固體、晶體無限粒子材料材性料+有限原子能化與學(xué)應(yīng)用結(jié)晶化學(xué)理論化學(xué)鍵理論材料化學(xué)的內(nèi)容使用性能?

晶體學(xué)?

材料合成與加工?

材料性能