材料化學-緒論

1、材料化學Materials Chemistry1第一章第一章 緒論緒論第二章第二章 材料的結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu) 第三章第三章 材料的性能材料的性能 第四章第四章 材料化學熱力學材料化學熱力學 第五章第五章 材料的制備材料的制備 第六章第六章 金屬材料金屬材料 第七章第七章 無機非金屬材料無機非金屬材料 第八章第八章 高分子材料高分子材料 第九章第九章 復合材料復合材料 第十章第十章 納米材料納米材料第十一章第十一章 新型功能材料新型功能材料基礎部分基礎部分應用部分應用部分本課程的結(jié)構(gòu)2 平時： 30% -出勤 -提問 -作業(yè) 考試： 70% 期末考試，閉卷課程考核教學用書：教學用書：曾兆華，楊建文編

2、著曾兆華，楊建文編著. . 材料化學材料化學. . 北京：化學工業(yè)出版社北京：化學工業(yè)出版社. 2008. 2008主要參考書目：主要參考書目：李奇李奇 主編主編 材料化學材料化學. . 高等教育出版社，高等教育出版社，20102010楊興鈺楊興鈺. . 材料化學導論材料化學導論. . 武漢：湖北科學技術(shù)出版社，武漢：湖北科學技術(shù)出版社，20032003周達飛周達飛 主編主編 材料概論材料概論. . 北京：化學工業(yè)出版社，北京：化學工業(yè)出版社，20012001Smith W F. Foundations of materials science and engineering. New Yor

3、k, Smith W F. Foundations of materials science and engineering. New York, McGraw-Hill Book Co., 2006McGraw-Hill Book Co., 2006Brian S. Mitchell. An Introduction to Materials Engineering and Science. USA, Brian S. Mitchell. An Introduction to Materials Engineering and Science. USA, John Wiley & S

4、ons, 2004.John Wiley & Sons, 2004.William D, Callister J. Materials science and engineering: An introduction. 5th Ed. William D, Callister J. Materials science and engineering: An introduction. 5th Ed. , USA, John Wiley & Sons, 1999, USA, John Wiley & Sons, 19991. 1.Bradley D. Fahlman. M

5、aterials Chemistry. German, Springer, 2007Bradley D. Fahlman. Materials Chemistry. German, Springer, 20074Chapter1 Introduction51.11.1材料與化學材料與化學1.21.2材料的分類材料的分類1.31.3材料化學的特點材料化學的特點1.41.4材料化學的在各個領(lǐng)域的應用材料化學的在各個領(lǐng)域的應用1.51.5材料化學的主要內(nèi)容材料化學的主要內(nèi)容Chapter1 Introduction本章內(nèi)容6 Materials： Substances having properti

6、es which make them useful in machinery, structures, devices and products.Chapter1 Introduction1.1 材料與化學材料與化學Materials and Chemistry connected with function and, through that function, utilities.7- 材料是具有使其能夠用于機械、結(jié)構(gòu)、設備和產(chǎn)品的性質(zhì)的物質(zhì) Distinguish between Chemicals and Materials Chemicals（化學試劑）（化學試劑）：the util

7、ity lies primarily in their consumption. Materials（材料）（材料）: can be used repeatedly or continuously for an application that does not irreversibly convert them to something else.Chapter1 Introduction8Materials Science & ChemistryMaterials Science and Chemistry Atomic-molecular level interactionMat

8、erials Chemistry: Chemistry related to structure, properties, preparation and applications of materials.材料化學是關(guān)于材料的結(jié)構(gòu)，性能，制備和應用的化學材料化學是關(guān)于材料的結(jié)構(gòu)，性能，制備和應用的化學Macroscopic perspectiveChapter1 Introduction9Development of materials材料的發(fā)展材料的發(fā)展材料的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展和應用是人類文材料的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展和應用是人類文明的標志。明的標志。 材料的品種、質(zhì)量和產(chǎn)量，是直接材料的品種、質(zhì)量和產(chǎn)量，是

9、直接衡量一個國家的科技和經(jīng)濟發(fā)展水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。平的重要標志之一。 Chapter1 Introduction10Figure of materials developmentChapter1 Introduction11含錫量含錫量1/6 韌性好韌性好 制造鐘鼎制造鐘鼎含錫量含錫量2/5 硬度高硬度高 制造刀制造刀斧斧第一個合金材料：第一個合金材料： 結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系AlloyChapter1 Introduction12銅錫合金（青銅）銅錫合金（青銅）Equations 煉鐵過程的化學煉鐵過程的化學9COC2Fe11CO3Fe332 3CO

10、2Fe3COFe32 CO4FeFeOCFe3 Chapter1 Introduction13鑄鐵鑄鐵鍛鐵鍛鐵鋼鐵鋼鐵依含碳量依含碳量和雜質(zhì)多少和雜質(zhì)多少鐵和碳的合金鐵和碳的合金Alloys of iron & carbonChapter1 Introduction14早期：純粹憑經(jīng)驗工藝。早期：純粹憑經(jīng)驗工藝。近現(xiàn)代：近現(xiàn)代：基本化學原理基本化學原理物質(zhì)微結(jié)構(gòu)物質(zhì)微結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良而價值更高的材料性能優(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(shù)Chapter1 Introduction15化學的發(fā)展往往導致材料技術(shù)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

11、關(guān)鍵的角色。合成高分子（二十世紀初）納米材料（二十世紀80年代）Chapter1 Introduction16Chapter1 IntroductionMetallic MaterialsInorganic non-metallic MaterialsPolymersCompositesl 按組成、結(jié)構(gòu)特點分按組成、結(jié)構(gòu)特點分1.2 材料的分類材料的分類Classification of Materials17Structural Materials 主要利用材料的力學性能主要利用材料的力學性能Functional Materials 主要利用材料的物理和化學性能主要利用材料的物理和化學性能l

12、 按使用性能分按使用性能分l 按用途分按用途分Classification of materials導電材料、絕緣材料、生物醫(yī)用材料、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、航空航天材料、能源材料、電子信息材料、感光材料等等電子信息材料、感光材料等等Chapter1 Introduction181.3 材料化學的特點材料化學的特點Characteristics of Materials Chemistry跨學科性：跨學科性： 既是化學學科的一個次級學科，又是材料科學的一個既是化學學科的一個次級學科，又是材料科學的一個分支。分支。Chapter1 Introduction19實

13、踐性：實踐性： 材料化學是理論與實踐相結(jié)合的產(chǎn)物，這是它與固材料化學是理論與實踐相結(jié)合的產(chǎn)物，這是它與固體化學的主要區(qū)別所在。體化學的主要區(qū)別所在。生物醫(yī)藥領(lǐng)域 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。Chapter1 Introduction1.4 材料化學的在各個領(lǐng)域的應用材料化學的在各個領(lǐng)域的應用20 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; 光電子材料; 光子晶體。Chapter1 Introduction21電子

14、信息領(lǐng)域 環(huán)境和能源領(lǐng)域 清潔能源：光伏電池、太陽能電池、燃料電池等； 可回收和可生物降解材料； 環(huán)境友好材料結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域 汽車和飛機：比以前更安全、輕便和省油； 特種涂料：具有防腐、保護、美化或其它用途，可在結(jié)構(gòu)材料上使用； 智能化的結(jié)構(gòu)材料：由各種具有不同功能或性能的材料組合而成Chapter1 Introduction22Chapter1 Introduction 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)是指組成原子、分子在不同層次上彼此結(jié)材料的結(jié)構(gòu)是指組成原子、分子在不同層次上彼此結(jié)合的形式、狀態(tài)和空間分布，包括原子與電子結(jié)構(gòu)、合的形式、狀態(tài)和空間分布，包括原子與電子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)，相結(jié)構(gòu)、晶粒結(jié)構(gòu)、表面與晶分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)，相結(jié)構(gòu)、晶粒結(jié)構(gòu)、表面與晶界結(jié)構(gòu)、缺陷結(jié)構(gòu)等；在尺度上則包括納米以下、納界結(jié)構(gòu)、缺陷結(jié)構(gòu)等；在尺度上則包括納米以下、納米、微米、毫米及更宏觀的結(jié)構(gòu)層次。所有這些層次米、微米、毫米及更宏觀的結(jié)構(gòu)層次。所有這些層次都影響產(chǎn)品的最終行為。都影響產(chǎn)品的最終行為。單個原子結(jié)構(gòu)原子的空間排列相態(tài)結(jié)構(gòu)材料化學是關(guān)于材料的材料化學是關(guān)于材料的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、性能性能、制備制備和和應用應用的化學的化學 1.5 材料化學的主要內(nèi)容材料化學的主要內(nèi)容23 性能性能性能是材料在一定的條件下對外部作用的反應的定量性能是材料在一定的條件下對外部作用的反應的定量表述