材料科学与工程-聚合物结构
材料科学与工程方法论—4. 材料结构、性能与表征的因果关系
E tg （MPa）
3、材料的性能
陶瓷强度的测定： a. 弯曲强度：三点弯曲或四点弯曲方法； b. 抗拉强度：测定时技术上有一定难度，常用弯曲 强度代替，弯曲强度比抗拉强度高 20~40%； c. 抗压强度：远大于抗拉强度，相差10倍左右，特 别适合于制造承受压缩载荷作用的 零部件。
2、材料的结构
b. 实际的晶体结构
◆点缺陷：是一种在三维空间各个方向上尺寸都很小，尺寸范围
约为一个或几个原子间距的缺陷。如空位 ( 正常晶格结点上，未 被原子占有而空着的位臵 )、间隙(不占有正常的晶格位臵，而处 在晶格间隙中的多余原子 )、臵换原子(臵换晶格结点上的原子， 占据正常结点)。
空位
臵换原子
用化学式表示。Mg2Si
电子化合物：不遵守原子价规律，服从电子浓度规律； 间隙化合物：过渡族金属元素与C、N、H、B等原子半径较
小的非金属元素形成的化合物。
显微组织：材料中各相及更微观组元 (化学或几何学的)的形
貌及含量所构成的图象。(显微镜下所观察到的金属中的各种晶 粒的大小、形态和分布)
2、材料的结构
2、材料的结构
(2) 非金属的晶体结构
a. 陶瓷的组织结构： 陶瓷： 是由金属和非金属的无机化合物所构成的多晶固体物
质，实际上是各种无机非金属材料的总称。
晶体结构：以离子键为主的离子晶体(呈晶态) 以共价键为主的共价晶体(呈非晶态) 组织：晶相：是主要组成相。
(主晶相、次晶相、第三晶相) 材料的性能取决于主晶相。
高分子材料：以高分子化合物为主要组分的材料。高分子化合物是分子中 含原子数很多，分子量很大的物质。高分子亦称大分子，高 分子化合物又称高聚物或聚合物。 结构： 大分子链的组成：非金属或非金属元素组成。 大分子链的构型：即高聚物结构单元的排列顺序和连接方式。 大分子链的形态： 线型结构：整个分子呈细长线条状
材料科学与工程开设课程
材料科学与工程开设课程
摘要：
1.材料科学与工程的概述
2.材料科学与工程的专业课程设置
3.材料科学与工程的实践性课程设置
4.材料科学与工程的选修课程设置
5.材料科学与工程课程的重要性
正文：
一、材料科学与工程的概述
材料科学与工程是一门研究材料结构、性能、制备和应用的学科，它涵盖了金属、陶瓷、聚合物和复合材料等各种材料。
材料科学与工程专业旨在培养具备创新能力、实践能力和广泛应用知识的高素质人才。
二、材料科学与工程的专业课程设置
材料科学与工程专业的课程主要包括基础课程和专业课程。
基础课程旨在为学生提供扎实的理论基础，包括高等数学、线性代数、大学物理、化学、力学等。
专业课程则涵盖了材料科学的基础理论、材料物理、材料化学、材料力学、材料工程基础等。
三、材料科学与工程的实践性课程设置
材料科学与工程的实践性课程主要包括实验课和实习。
实验课旨在让学生通过实验了解和掌握材料科学的基本实验技术和方法，包括材料制备、材料性能测试、材料结构分析等。
实习则让学生在实际的工作环境中应用所学的知识和技能，提高学生的实践能力和就业竞争力。
四、材料科学与工程的选修课程设置
材料科学与工程的选修课程主要包括材料科学研究方法、材料工程设计、材料科学与工程前沿、材料科学与工程伦理等。
这些课程旨在拓宽学生的知识面，提高学生的研究能力和综合素质。
五、材料科学与工程课程的重要性
材料科学与工程课程的重要性不言而喻。
它是我国战略性新兴产业的重要组成部分，对我国的经济发展、国防建设和民生改善都有着重要的影响。
高分子材料科学与工程专业知识技能
高分子材料科学与工程专业知识技能一、介绍高分子材料科学与工程是一门涉及高分子材料合成、加工、性能表征和应用的综合性学科。
其研究对象涉及聚合物、共聚物、复合材料等高分子材料，以及其在汽车、航空航天、电子、医药、建筑等领域的应用。
本文将围绕高分子材料科学与工程专业的知识和技能展开深入探讨，以帮助读者全面了解这一学科，并为相关专业的学生提供学习和就业指导。
二、高分子材料合成1.聚合反应在高分子材料科学与工程专业中，学生首先需要了解聚合反应的基本概念和原理。
聚合反应是指将单体分子通过化学反应形成具有线性或者支化结构的聚合物的过程。
对于不同种类的高分子材料，其聚合反应的方式和条件也会有所不同。
学生需要熟练掌握不同类型聚合反应的特点和条件，为后续的材料合成奠定基础。
2.聚合物合成方法在聚合物科学与工程专业中，学生还需要学习不同的聚合物合成方法，包括自由基聚合、离子聚合、环氧树脂固化等。
这些方法涉及到催化剂的选择、反应条件的控制、聚合物结构的调控等方面的知识。
掌握这些合成方法，对于学生将来从事高分子材料的研究和工程应用工作都具有重要意义。
三、高分子材料性能表征1.结构表征高分子材料的结构表征是对其分子结构、宏观形貌等特征进行分析和鉴定的过程。
通过使用一系列的仪器和技术，如核磁共振、红外光谱、激光粒度分析仪等，可以对高分子材料的结构进行深入研究。
学生需要学习不同的结构表征方法，并了解它们的适用范围和使用条件。
2.性能测试除了结构表征，高分子材料的性能测试也是学生需要掌握的重要技能之一。
拉伸强度、弯曲模量、热学性能、电学性能等指标都需要通过相应的测试方法进行表征。
学生需要学习这些性能测试方法的原理和操作技巧，为未来从事高分子材料性能评价和改性工作提供技术支持。
四、高分子材料应用1.功能高分子材料随着科技的不断进步，功能高分子材料在各个领域的应用日益广泛。
具有自修复功能的聚合物材料、智能感应材料、生物兼容高分子材料等。
第四章第一讲材料科学与工程基础(顾宜
第四章第一讲材料科学与工程基础(顾宜材料的性能materials property性能决定用途。
本章对材料的力学性能、热性能、电学、磁学、光学性能以及耐腐蚀性，复合材料及纳米材料的性能进行阐述。
4-1 固体材料的力学性能Mechanical Properties of Solid Materials结构件：力学性能为主非结构件：力学性能为辅，但必不可少mechanical property of materials stress and strain Elastic deformation Modulus Viscoelasticity permanent deformation Strength Fracture4-1-1 材料的力学状态mechanical states of matrials 1.金属的力学状态A 晶态结构，B 较高的弹性模量和强度，C 受力开始为弹性形变，接着一段塑性形变，然后断裂，总变形能很大， D 具有较高的熔点。
某些金属合金 A 呈非晶态合金， B 具有很高的硬度和强度，C 延伸率很低而并不脆。
D 温度升高到玻璃化转变温度以上，粘度明显降低，发生晶化而失去非晶态结构。
2. 无机非金属的力学状态A 玻璃相熔点低，热稳定性差，强度低。
B 气相(气孔)的存在导致陶瓷的弹性模量和机械强度降低。
C 陶瓷材料也存在玻璃化转变温度Tg。
D 绝大多数无机材料在弹性变形后立即发生脆性断裂，总弹性应变能很小。
陶瓷材料的力学特征高模量高强度高硬度低延伸率3. 聚合物的力学状态(1) 非晶态聚合物的三种力学状态①玻璃态②高弹态③粘流态(2) 结晶聚合物的力学状态A 结晶聚合物常存在一定的非晶部分，也有玻璃化转变。
B 在T g 以上模量下降不大Tm、TfC 在T m 以上模量迅速下降D 聚合物分子量很大，T mT f ,则在T m 与T f 之间将出现高弹态。
E 分子量较低，T m T f , 则熔融之后即转变成粘流态，玻璃化温度(Tg)是非晶态塑料使用的上限温度是橡胶使用的下限温度熔点(Tm)是结晶聚合物使用的上限温度4-1-2 应力和应变stress-strain If a load is static or changes relatively slowly with a time and is applied uniformly over a cross section or surface of a member, the mechanical behavior may be ascertained by a simple stress-strain test. These are mostly commonly conducted for materials at room temperature.4-1-2 应力和应变(stress and strain)应力：单位面积上的内力，其值与外加的力相等。
材料科学与工程基础
《材料科学与工程基础知识》是化学工业出版社2016年出版的一本书，作者是William D.Callister（小）和David g.Ransomware
本书是《材料科学与工程基础》的第四版。
与前三个版本相比，本版补充修订了多个新章节，并对其他章节进行了修订和扩充。
这本书分为20章，包括导言。
原子结构与原子键；金属与陶瓷结构；聚合物结构固体缺陷；扩散；力学性能变形与强化机理；失效；相图相变电性能；材料类型与应用；材料合成、制备与加工；复合材料；材料腐蚀与降解；热性能；磁性与能量；材料科学与光学性质工程所涉及的经济、环境与社会问题。
相关性能参数见附录。
本书可供材料科学与工程专业的师生及相关行业的从业人员使用。
《材料科学与工程基础》是清华大学出版社2005年出版，美国阿斯克兰著。
本书摘自《材料科学与工程》第四版。
原著曾是美国理工学院“材料科学与工程”课程中最受欢迎的教科书之一。
本书选取了前三部分，并对其进行了部分改写和补充：一是原子结构、排列与缺陷、原子运动；二是材料的力学性能和组织控制；三是主要工程材料。
这本书条理清晰，内容丰富，易懂。
非常适合大学的介绍性课程或介绍性材料。
同时，作为选集，更适合材料专业的基础课，特别是材料系本科生的“金属材料概论”课程。
这本书不仅给出了大量的例题，而且还突出了本书的重点问题。
它们既实用又与主题相关，包括开放式的实践内容，如案例设计。
材料科学与工程的一级学科
材料科学与工程的一级学科
（原创版）
目录
1.材料科学与工程的定义与概述
2.材料科学与工程的一级学科分类
3.材料科学与工程各一级学科的研究方向与内容
4.材料科学与工程一级学科的发展前景
正文
材料科学与工程是一门研究材料结构、性能、制备和应用的学科，它涉及到多种材料的研究，如金属、陶瓷、聚合物和复合材料等。
随着科技的飞速发展，材料科学与工程在各个领域中发挥着越来越重要的作用，成为了推动我国科技进步的重要力量。
材料科学与工程是一级学科，下设多个二级学科。
这些二级学科分别为：
1.材料物理与化学：主要研究材料的物理性能、化学组成和结构，探索材料的制备方法、性能优化和应用。
2.材料学：研究材料的结构、性能、制备和应用，包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料等。
3.材料加工工程：研究材料的加工工艺和设备，包括铸造、锻造、焊接、热处理等各种加工方法。
各一级学科的研究方向和内容分别为：
1.材料物理与化学：材料制备、材料性能、材料结构、材料腐蚀与防护、材料计算等。
2.材料学：金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料、纳米材料、
生物材料等。
3.材料加工工程：铸造技术、锻造技术、焊接技术、热处理技术、模具设计与制造等。
材料科学与工程一级学科在我国的发展前景十分广阔。
随着国家对新材料、新技术的重视和大力支持，材料科学与工程领域的研究取得了举世瞩目的成果。
《材料科学与工程基础》-第二章-课后习题答案.pdf
材料科学与工程基础第二章课后习题答案1. 介绍材料科学和工程学的基本概念和发展历程材料科学和工程学是研究材料的组成、结构、性质以及应用的学科。
它涉及了从原子、分子层面到宏观的材料特性的研究和工程应用。
材料科学和工程学的发展历程可以追溯到古代人类使用石器和金属制造工具的时代。
随着时间的推移，人类不断发现并创造出新的材料，例如陶瓷、玻璃和合金等。
工业革命的到来加速了材料科学和工程学的发展，使得煤炭、钢铁和电子材料等新材料得以广泛应用。
2. 分析材料的结构和性能之间的关系材料的结构和性能之间存在着密切的关系。
材料的结构包括原子、晶体和晶界等方面的组成和排列方式。
而材料的性能则反映了材料在特定条件下的机械、热学、电学、光学等方面的性质。
材料的结构直接决定了材料的性能。
例如，金属的结晶结构决定了金属的塑性和导电性。
硬度和导电性等机械和电学性能取决于晶格中原子的排列方式和原子之间的相互作用。
因此，通过对材料的结构进行了解，可以预测和改变材料的性能。
3. 论述材料的性能与应用之间的关系材料的性能决定了材料的应用范围。
不同的材料具有不同的性能特点，在特定的应用领域中会有优势和局限。
例如，金属材料具有良好的导电性和导热性，适用于制造电子器件和散热器件。
聚合物材料具有良好的绝缘性和韧性，适用于制造电线和塑料制品等。
陶瓷材料具有良好的耐高温性和耐腐蚀性，适用于制造航空发动机和化学设备等。
因此，在材料科学和工程学中，对材料性能的研究是为了确定材料的应用和优化材料的性能。
4. 解释与定义材料的特性及其测量方法材料的特性是指材料所具有的特定性质或行为。
它包括了物理、化学、力学、热学、电学等方面的特性。
测量材料的特性需要使用特定的实验方法和设备。
例如，材料的硬度通常可以通过洛氏硬度试验仪或布氏硬度试验仪进行测量。
材料的强度可以通过拉伸试验或压缩试验来测量。
材料的导电性可以通过四探针法或霍尔效应进行测量。
通过测量材料的特性，可以对材料的性能进行评估和比较，并为材料的应用提供参考。
本科课程《材料科学与工程基础》教学大纲 (1)
四川大学本科课程《材料科学与工程基础》教学大纲一、课程基本信息课程名称（中、英文）：《材料科学与工程基础》（FUNDAMENTALS OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING）课程号（代码）：30014530课程类别：专业基础课学时/学分：48 /3先修课程：大学化学、大学物理、物理化学适用专业：高分子材料与工程等二级学科材料类专业开课时间：大学二年级下期二、课程的目的及任务材料科学与工程是二十世纪六十年代初期创立的研究材料共性规律的一门学科，其研究内容涉及金属、无机非金属和有机高分子等材料的成分、结构、加工同材料性能及材料应用之间的相互关系。
材料科学、材料工业和高新技术的发展要求高分子材料与工程等二级学科材料类专业的学生必须同时具备“大材料”基础和“中材料”专业的宽厚知识结构。
本课程是材料类专业的学科基础课程，是联系基础课与专业课的桥梁。
本课程从材料科学与工程的“四要素”出发，采用“集成化”的模式，详细讲授金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料等各种材料的共性规律及个性特征。
使学生建立材料制备/加工——组成/结构——性能---应用关系的“大材料”整体概念，从原理上认识高分子材料等各种材料的基本属性，及其在材料领域中的地位和作用。
为以后二级学科“中材料”专业课程的学习、材料设计、以及材料的应用等奠定良好基础。
本课程采用中文教材与英文原版教材相结合，实施“双语”教学。
使学生通过本课程的学习，熟悉材料科学与工程领域的主要英文专业词汇，提高对英文教材的阅读理解能力。
三、课程的教学内容、要点及学时分配（以红字方式注明重点难点）第一章绪论（1学时）本章概要：简要介绍材料的定义及分类，材料科学与工程的基本内容。
使学生了解本课程的学习内容和学习方法。
讲授要点：材料的定义、分类材料科学与工程的定义、性质、重要性（举例）课程学习的目的、方法、要求第二章材料结构基础（15学时）本章概要：按照从微观到宏观、从内部到表面、从静态到动态、从单组分到多组分的顺序，阐述原子电子结构、原子间相互作用和结合方式，固体内部和表面原子的空间排列状态、聚集态结构的有序性、无序性和转变规律及相互关系。
材料与化工专业学位课程设置
材料与化工专业学位课程设置引言：材料与化工专业学位课程的设置是为了培养具备材料与化工领域专业知识和技能的人才，满足工业、科研等领域对高素质人才的需求。
本文将介绍材料与化工专业学位课程的设置目标和主要内容。
一、课程设置目标：材料与化工专业学位课程的设置目标是培养学生具备扎实的基础理论知识和实践操作能力，具备系统的专业知识和技能，能够在材料与化工领域从事科研、工程设计、技术开发和管理等工作。
二、主要课程内容：1. 基础课程：（1）高等数学：包括数列、极限、连续性、微分学、积分学等内容，为后续专业课程打下数学基础。
（2）大学物理：介绍物理学的基本原理和概念，为学生理解材料与化工中的物理现象打下基础。
（3）无机化学：学习无机化学元素和化合物的结构、性质和反应，为后续学习提供基础。
（4）有机化学：学习有机化合物的结构、性质和反应，为后续学习提供基础。
2. 专业核心课程：（1）材料科学与工程基础：介绍材料的组成、结构和性能，学习材料的加工和表征技术。
（2）化学工程原理：学习化学反应原理、传热和传质原理，了解化工过程的设计和优化方法。
（3）材料化学：学习材料的合成、改性和表面处理等化学方法，掌握材料的结构与性能之间的关系。
（4）材料物理学：学习材料的热、力学和电学性质，了解材料在不同条件下的行为规律。
（5）材料加工与制备技术：学习材料的成型、焊接、涂层等加工和制备技术，掌握材料的加工过程和工艺控制方法。
（6）材料表征与分析技术：学习材料的显微镜、光谱分析、热分析等表征和分析技术，能够对材料进行结构和性能分析。
（7）化工过程控制与优化：学习化工过程的控制原理和方法，了解过程的优化策略和技术。
（8）材料与化工安全与环境保护：学习材料与化工行业的安全生产和环境保护要求，掌握相关管理和监控技术。
3. 选修课程：（1）新材料技术：介绍新型材料的研究进展和应用前景，培养学生对新材料的创新意识和应用能力。
（2）石油化工技术：学习石油化工的原理和技术，了解石油化工行业的发展和应用。
材料科学与工程复习思考题
第1章绪论思考题1．材料科学与工程的四个基本要素解：制备与加工、组成与结构、性能与应用、材料的设计与应用2．材料科学与工程定义解：关于材料组成、结构、制备工艺与其性能及使用过程间相互关系的知识开发及应用的科学。
3．按材料特性，材料分为哪几类？金属通常分哪两大类？无机非金属材料分哪四大类？高分子材料按使用性质哪几类？解：按材料特性，材料分为：金属材料、无机非金属材料、和有机高分子材料三类。
金属材料分为：黑色金属材料和有色金属材料。
无机非金属材料分为：混泥土（水泥）、玻璃、砖及耐火材料、陶瓷四大类。
高分子材料按使用性能分为：塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等类。
4．金属﹑无机非金属材料﹑高分子材料的基本特性解：①金属材料的基本特性：a.金属键；b.常温下固体，熔点较高；c.金属不透明，具有光泽；d.纯金属范性大、展性、延性大；e.强度较高；f.导热性、导电性好；g.多数金属在空气中易氧化。
②无机非金属材料的基本性能：a.离子键、共价键及其混合键；b.硬而脆；c.熔点高、耐高温，抗氧化；d.导热性和导电性差；e.耐化学腐蚀性好；f.耐磨损；g.成型方式：粉末制坯、烧结成型。
③高分子材料的基本特性：a.共价键，部分范德华键；b.分子量大，无明显熔点，有玻璃化转变温度（Tg）和粘流温度（Tf ）；c.力学状态有三态：玻璃态、高弹态和粘流态；d.质量轻，比重小；e.绝缘性好；f.优越的化学稳定性；g.成型方法较多。
第2章物质结构基础Structure of Matter思考题1. 原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定？解：主量子数n、角量子数l、磁量子数m l、自旋量子数m s2．在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则？解：泡利不相容原理、能量最低原理、洪特规则3．配位数及其影响配位数的因素解：配位数：一个原子周围具有的第一邻近原子（离子）数。
影响因素：①共价键数；②原子的有效堆积（离子和金属键合）。
聚合物材料介绍书籍
聚合物材料介绍书籍
以下是有关聚合物材料介绍的书籍：
1. 《聚合物科学与工程导论》：该书详细介绍了聚合物化学、物理、力学和工程等方面的基本概念和知识，是聚合物树脂领域的入门教材。
2. 《聚合物化学和物理》：本书从分子结构、物理性质和化学反应等多个方面介绍了聚合物化学和物理的基础知识，深入浅出地讲解了聚合物的各种性质和应用。
3. 《高分子材料科学与工程》：该书系统地介绍了聚合物材料的制备、性质、结构和物理化学特性。
4. 《聚合物复合材料》：本书为高分子材料科学与工程本科以上的专业教材。
聚合物复合材料是一门内容广阔、与其他许多学科交叉渗透、互相关联的综合性学科。
本书主要讲解以聚合物为基体，与其他增强材料和填充材料复合而成的多组分、多相体系，具有优异力学性能。
此外，还可以查阅一些国内外知名大学的教材，例如：清华大学出版社出版的《高分子化学与物理》、北京大学出版社出版的《高分子科学导论》等。
这些书籍都有较为系统的介绍和阐述，有助于更好地了解聚合物材料。
高分子材料相关的中文核心
高分子材料相关的中文核心
高分子材料是一种具有高分子化学结构的材料，通常由重复单元构成，具有独特的物理和化学性质。
在中文核心期刊中，关于高分子材料的研究涉及到多个领域，包括材料科学、化学工程、聚合物科学等。
这些期刊往往刊载了大量关于高分子材料的研究成果、新技术、新方法和新发现。
有关高分子材料的中文核心期刊包括《高分子通报》、《高分子材料科学与工程》、《高分子材料与工程》、《聚合物通报》等。
这些期刊涵盖了高分子材料的合成、表征、性能研究、应用等方面的内容，对于了解和掌握高分子材料的最新研究进展具有重要意义。
同时，这些期刊也为高分子材料领域的研究人员提供了一个交流学术观点和成果的平台，促进了学术界对高分子材料领域的深入探讨和研究。
总的来说，这些中文核心期刊在高分子材料领域的研究中发挥着重要的作用，为学术界和工业界提供了丰富的信息资源和学术交流平台。
多组分聚合物结构与性能 - 同济大学材料科学与工程学院
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第一章 绪论
1.3 多组分聚合物的制备方法
1.3.1 物理共混法
又称机械共混法。 将不同种类聚合物在混合（或混炼）设备中实现 共混。包括混合作用和分散作用。 通过混合机械供给的能量（机械能、热能等）的 作用，使被混物料粒子不断减小并相互分散，最终形 成均匀分散的混合物。 对流和剪切两种作用为主，扩散作用为辅。
酸酯是基体，丁腈橡胶是流动改性剂，MBS是抗冲
改性剂。
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第一章 绪论
4. 聚合物共混可满足某些特殊性能的需要，制备
一系列具有崭新性能的高分子材料。 为制备耐燃高分子材料，可使基体聚合物与含卤
素的耐燃聚合物共混；
为获得装饰用具有珍珠光泽的塑料，可将光学性 能差异较大的不同聚合物共混； 将抗张强度较悬殊且混溶性欠佳的两种的树脂共 混后发泡，制成多层多孔材料，具有美丽的自然木
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第一章 绪论
共混组分中有共聚物时的表示方法：
A/B＝m:n（X/Y），其中B为共聚物，其分子链 中两种结构单元质量比为m:n。
举例：
聚氯乙烯/苯乙烯—丙烯腈＝75:25（95/5），表示 在95份重的聚氯乙烯中掺入5份重的苯乙烯—丙烯腈 共
聚物，此共聚物链节中含有75份苯乙烯和25份丙烯腈。
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但在强3溶液共混法烈的机械剪切作用下也能使少量聚合物降解产生大184乳液共混法亦称熔融共混法是将各聚合物组分在加热至粘流温度以上进行剪切分散混合以制备聚合物共混物的方法
多组分聚合物结构与性能
材料科学与工程学院
王建 教授
1
第一章 绪论
1.1 基本概念
多组分聚合物（Multicomponent Polymer）：
相容性（miscibility ）：表示两种热力学相互溶 即使热力学不相容的共混体系，依 解（共混时，混合自由能ΔGm＜0）； 靠外界条件实现了强制的、良好的分散 混溶性（compatibility ）：以是否能获得均匀和 混合，得到了力学性能优良且稳定的聚 稳定的形态结构的共混体系为判据，而不论共混体系 合物共混物，就可谓之为混溶性好。 是否热力学相互溶解 。 具有工程上的含义，因此也被称为“工程 相容性”或“工艺相容性”。
材料导论材料科学与工程的四个基本要素
21
§2.2 材料的结构与性能
●组织：材料内部的微观形貌称为材料的组织。 在光学显微镜或电子显微镜下可观察到，能反映各
组成相形态、尺寸及分布的图像。
2.组元、相和组织 ●组元：组元是组成材料最基本的、独立的物质。
组元可以是纯元素，也可以是能稳定存在的化合物。金
属材料的组元多为纯元素，陶瓷材料的组元多为化合物。高
分子材料则是以高分子化合物为主要组元的材料。
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§2.2 材料的结构与性能
●相：材料中具有同一化学成分并且结构和性质相同的均 匀连续部分称为相。 相与相之间有明显的界面，材料的结构和性质在相界
11
§2.1 材料科学与工程的形成与内涵 材料的结构层次
宏观结构
Macroscopic Structure
微观结构
Microscopic Structure 12
原子尺度
Atomic Level
亚原子尺度
Subatomic Level
§2.1 材料科学与工程的形成与内涵 材料的不同层次的结构：
• 原子结构、电子结构是研究材料特性的两个最基本的物质层次; • 键合结构: 描述原子/离子间的化学键性质 • 纳米结构: 纳米尺度上的结构 • 显微组织（显微结构, Microstructure）指多晶材料的微观形
一方面，不同材料的结构与性能表征方法大体上是相通 的。
例如，光学显微镜、电子显微镜、表面测试设备、力学性能及其他物 理性能测试设备等，对不同类型的材料而言是通用的。
另一方面，在材料的制备与加工中，有许多工艺也是通 用的。
4聚合物的结构 《材料科学与工程基础》
第4章聚合物的结构为什么学习聚合物的结构相对大量的化学和结构特性影响聚合物材料的性质和行为。
其中一些影响如下：1.半结晶聚合物的结晶度对密度、力学强度和延展性的影响（4.11和8.18节）。
2.交联度对橡胶类材料的刚度的影响。
学习重点：仔细学过这一章后，你应当掌握以下内容：1.根据聚合物的链结构描述典型的聚合物分子，并且知道如何从基元的重复构成聚合物分子。
2.画出聚乙烯、聚氯乙稀、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚酯分子的单体结构。
3.计算数均分子量和质均分子量，已知某聚合物的数均和质均聚合度。
4.命名和简要描述：（a）四种基本类型的聚合物分子结构；（b）三种类型的立体异构；（c）两种类型的几何异构；（d）四种类型的共聚物。
5.说明热塑性和热固性聚合物的分子结构和性能上的差异。
6.简要描述聚合物中的结晶态。
7.简要描述/画出半结晶聚合物的球状结晶。
4.1引言天然产的聚合物——那些从植物和动物身上提取的物质，已经被人类使用了许多个世纪；这些材料包括木材、橡胶、棉花、羊毛、皮革和丝绸。
其它天然聚合物如蛋白质、酶、淀粉和纤维素在植物和动物的生物学和生理学上是很重要的。
现代科学研究手段已经能够测定这类材料的分子结构、以及从小的有机分子合成和开发出许多新的聚合物材料。
我们现在使用的许多塑料、橡胶和纤维是人工合成的聚合物材料。
事实上，从二战结束以来，由于人工合成聚合物的出现，材料世界发生了革命性的变化。
这些合成材料生产成本低，性能优于它们的天然同类产品。
在一些过去使用金属和木材的场合，现在已经被性能更好更便宜的塑料所取代。
正如金属和陶瓷材料，聚合物的性质与材料的结构和组成有关。
本章将探讨聚合物材料的分子和晶体结构；第8章将讨论聚合物结构和力学性质间的关系。
4.2碳氢分子因为大多数聚合物是有机物，这里我们简要叙述有关它们的分子结构的一些基本概念。
首先，许多有机材料是碳氢化合物，即它们是由碳和氢元素构成的。
其次高分子材料分子内的键是共价键。
材料科学与工程导论
材料科学与工程导论1. 引言材料科学与工程是研究材料的组成、结构、性能和制备工艺的学科。
它涉及到许多领域，如化学、物理、生物学和工程学等。
材料科学与工程的开展对现代社会的各个方面都具有重要的意义，包括能源、环境、医疗、电子等。
2. 材料的分类根据材料的性质和组成，可以将材料分为金属、陶瓷、聚合物和复合材料四大类。
金属材料具有良好的导电性和导热性，常见的金属材料有铁、铜、铝等。
陶瓷材料具有高的硬度和抗腐蚀能力，常见的陶瓷材料有瓷器、玻璃等。
聚合物材料具有良好的可塑性和绝缘性能，常见的聚合物材料有塑料、橡胶等。
复合材料是由两种或更多种材料组合而成，具有综合性能优于单一材料。
3. 材料的性能材料的性能是指材料在特定条件下所表现出的特性。
常见的材料性能包括力学性能、热性能、电性能、磁性能等。
力学性能包括强度、韧性、硬度等。
热性能包括热导率、热膨胀系数等。
电性能包括导电性、介电常数等。
磁性能包括磁导率、磁饱和磁感应强度等。
4. 材料的制备工艺材料的制备工艺是指将原始材料经过一系列加工和处理步骤转变为所需的最终产品的过程。
常见的材料制备工艺包括熔炼、成型、烧结、合成等。
熔炼是将固态材料加热至熔点并冷却固化的过程。
成型是将熔融或可塑性材料加工成所需形状的过程。
烧结是将粉末材料在高温条件下进行烧结以获得致密结构的过程。
合成是在化学反响条件下将原始物质转化为目标材料的过程。
5. 材料科学的应用材料科学的应用非常广泛，几乎涉及到所有的工业和技术领域。
在能源领域，材料科学的应用可以提高电池的储能密度和光伏电池的效率。
在汽车领域，材料科学的应用可以降低汽车的重量和提高汽车的平安性能。
在医疗领域，材料科学的应用可以改善医疗器械的生物相容性和可植入性。
在电子领域，材料科学的应用可以制备出更小、更快、更节能的电子设备。
6. 材料科学的开展趋势随着科学技术的不断开展，材料科学也在不断进步。
未来的材料科学开展将更加注重材料的可持续开展和综合性能的提升。
材料科学与工程基本概念及其应掌握的内容
材料科学与工程基本概念及其应掌握的内容基本概念再结晶退火、再结晶、动态再结晶、二次再结晶、晶体、点阵、空间点阵、点阵畸变、晶胞、晶族、同质多晶、同质异构体、晶粒生长、一级相变、二级相变、珠光体相变、相图中的自由度、相平衡、连线规则、共晶转变、中间相、伪共析转变、共析转变、包晶转变、离异共晶、晶界偏聚、金属键、共价键、离子键、配位数、费米能级、能带、储存能、形变组织、临界变形量、形变织构、网络形成体、网路变性体、尖晶石结构、反尖晶石结构、线缺陷、组分缺陷、福伦克尔（Frenker）缺陷、肖特基缺陷、位错、位错滑移、交滑移、螺位错、全位错、弗兰克尔空位、非化学计量结构缺陷、孪生、空间群、点群、电子化合物、稳态扩散、上坡扩散、反应扩散、弛豫、时效、均相成核、异相成核、固溶体、索氏体、珠光体、配位多面体、高分子的数均相对分子质量（Mn）、高分子链的构型、间同立构、平衡分凝系数、热力学势函数、活性氧、调幅分解、金属玻璃、金属间化合物、润湿、.独立组分、烧结填空题1. 材料的组织结构包括：、、和。
2. 在描述原子中电子的空间位置和能量的4个量子数中，其中决定体系角动量和电子几率分布的空间对称性的是第量子数。
3. 派生键合包括和4. 组合成分子轨道的条件是、、和。
5. 晶体结构= +。
6. 晶胞的基本要素：和。
7. 固体的表面特性包括、和。
8. 最紧密堆积的晶体结构有两种：一种是，每个晶胞中有个原子；另外一种是，每个晶胞中有个原子。
9. 金刚石结构中，C是链连接，配位数为。
10. 固态相变的驱动力是，阻力是和。
11. 金属材料常用的强化手段有、、和。
12. 在离子晶体结构中，正离子构成，正负离子间的距离取决于，配位数取决于正负离子的。
13. 高分子链中由于而产生的分子在空间的不同形态称为构象，高分子能够改变构象的性质称为。
14. 形成置换固溶体的影响因素有、、和。
15. 马氏体相变的两个基本特点是和。
16. 多晶体材料塑性变形至少需要独立滑移系开动。
《材料科学与工程基础》课程大纲
《材料科学与工程基础》课程大纲一、课程概述课程名称（中文）：材料科学与工程基础（英文）：Fundamentals of Materials Science and Engineering课程编号：14241009课程学分：3课程总学时：48课程性质：专业课二、课程内容简介《材料科学与工程基础》是一门以材料为研究对象的科学，其研究内容涉及高分子材料、无机非金属材料、复合材料等各种材料的成分、结构、加工同材料性能及材料应用之间的相互关系，在材料科学与工程专业教学计划中是一门重要的专业基础课。
通过本课程的学习，使学生充分掌握材料科学的基础理论，深入理解材料的组成-结构-工艺-性能之间的关系。
为后继专业课程的学习打下良好的基础。
三、教学目标与要求通过本课程的教学，使学生获得材料科学与工程专业高等工程技术人才所必须掌握的材料科学的基本概念、基本理论和基本原理等知识，培养学生分析解决生产实际问题的能力，进行新材料、新工艺研究开发的初步能力，培养学生的专业素质、科学思维、创新精神要求通过本课程的教学,使学生掌握本课程中的基本概念、基本原理和相关的知识，了解用物理化学等基本原理阐明材料形成过程中的组成、结构、工艺与性能之间关系及相互联系，注重知识的连贯性和增强分析问题和解决问题的能力。
四、教学内容与学时安排第一章绪论（2学时）1. 教学目的与要求：了解本课程的学习内容、性质和作用。
2. 教学重点与难点：《材料科学基础》课程的性质、任务和内容，以及在材料科学与工程技术中的作用。
第二章材料结构基础（18学时）1. 教学目的与要求：掌握描述原子中电子的空间位置和能量的四个量子数、核外电子排布遵循的原则;元素性质、原子结构和该元素在周期表中的位置三者之间的关系；原子间结合键分类及其特点；正确理解并掌握高分子链的近程和远程结构。
掌握结晶的热力学、结构和能量条件；相律的应用、克劳修斯——克拉珀龙方程的应用；均匀形核的临界晶核半径和形核功的推导；润湿角的变化范围及其含义；液—固界面的分类及其热力学判据；晶体的生长方式及其对生长速率的关系；阿弗拉密方程的应用；液—固界面结构和液—固界面前沿液体的温度分布对晶体形态的影响；减小晶粒尺寸的方法；了解亚稳相出现的原因；高分子结晶与低分子结晶的相似性和差异性；2. 教学重点与难点：重点：（1）晶向、晶面的表示及其指数的计算；（2）面心立方、体心立方、密排六方晶体的主要参数和计算方法；（3）立方晶体的间隙；（4）点缺陷的主要类型，扩散激活能和FICK第一定律；（5）四种转变类型及特点。
材料科学与工程基础
材料科学与工程基础知识是化学工业出版社于2016年出版的一本书，由William D.Callister（Jr.）和David g。
美国的勒索维奇
本书是《材料科学与工程基础》第四版。
与前三个版本相比，此版本补充和修改了几个新的章节，并修改和扩展了其他章节。
全书共分二十章，包括绪论。
原子结构和原子键；金属和陶瓷的结构；聚合物结构固体缺陷；扩散;机械性能变形和加强机制；失败;相图相变电性能；材料类型及其应用；材料的合成，制备和加工；复合材料;材料腐蚀和降解；热性能;磁性能能量；光学性质材料科学和工程涉及的经济，环境和社会问题。
相关性能参数在附录中给出。
本书可供材料科学和工程专业的师生以及相关行业的从业人员使用。
材料科学与工程基础是清华大学出版社于2005年出版的一本书，由美国askeland撰写。
本书摘录自材料科学与工程第四版。
原始书籍曾经是美国技术学院在“材料科学与工程”课程中使用的最受欢迎的教科书之一。
在本书中，本书选择了前三部分并进行了部分重写和
补充：第一，原子结构，排列和缺陷以及原子运动；第二，材料的力学性能和组织控制；第三，主要工程材料。
这本书井井有条，内容丰富且易于理解。
非常适合于普通工程学院的材料介绍或入门课程。
同时，作为选集，它更适合材料专业的基础课程，尤其是本书材料系本科生的“金属材料概论”课程。
本书中给出的例子和大量的作业思考问题不仅涵盖范围广泛，而且突出了重点。
它们是实用且与该主题相关的，包括开放式实践内容，例如案例设计。
功能材料与材料科学与工程
功能材料与材料科学与工程【摘要】功能材料是一种具有特定功能和性能的材料，广泛应用于电子、光电、能源、生物医学等领域。
本文综述了几种功能材料的研究和应用，包括金属有机框架材料（MOF）、功能纳米材料和聚合物材料。
通过合成技术的不断发展，这些功能材料在传感器、储能装置和医学器械等领域显示出了广阔的应用前景。
【关键词】功能材料，金属有机框架材料，纳米材料，聚合物材料，应用前景1. 引言功能材料是一种具有特定功能和性能的材料，通过调控组织结构和控制材料性质，能够满足特定的工程需求。
近年来，功能材料在电子、光电、能源储存和生物医学等领域得到了广泛应用。
2. 金属有机框架材料（MOF）金属有机框架材料是一种由金属离子和有机化合物构成的晶体材料。
其具有高表面积、可调控孔径和多功能性等特点，被广泛应用于气体储存、分离和催化反应等领域。
近年来，研究人员通过对MOF的结构和组成进行调控，提高了其气体吸附能力和催化性能，为其应用提供了更多可能性。
3. 功能纳米材料功能纳米材料是一种由纳米尺度的颗粒或结构单元构成的材料。
由于其具有较大的比表面积和特殊的量子效应，功能纳米材料在光电器件、传感器和催化剂等方面表现出了独特的性能。
研究人员通过合成技术的不断发展，成功地制备了多种功能纳米材料，如金纳米颗粒、二维过渡金属硫属化物等。
4. 聚合物材料聚合物材料是一种由重复单元组成的高分子材料。
由于其可调控的化学结构和物理性质，聚合物材料在电子器件、传感器和医学器械的制造中扮演着重要角色。
近年来，研究人员通过合成技术的创新，成功地制备了多种具有特殊性能的聚合物材料，如导电聚合物、氢键网络聚合物等。
5. 应用前景功能材料在传感器、储能装置和医学器械等领域显示出了广阔的应用前景。
金属有机框架材料的高气体吸附能力使其成为理想的气体储存材料；功能纳米材料的特殊光学和电学性能赋予了其在光电器件和传感器方面的潜在应用；聚合物材料的可调控性质为医学器械的制造提供了新的选择。
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Example：
Alkyne/Alkine（炔烃）
Saturated （饱和）
Covalent Bond
All bonds are single ones and no new atoms may be joined without the removal of others that are already bonded.
Noncrystalline Solids
silica tetrahedron
silica crystals structure
2.9 Polymer Structures (聚合物结构)
2.9.1 Introduction Hydrocarbons（烃）
Hydrocarbons are composed of hydrogen and carbon. The intramolecular bonds are covalent.
Paraffin family： methane (CH4), ethane (C2H6), propane (C3H8) etc.
Unsaturated（不饱和）
Molecules that have double and triple covalent bonds are termed unsaturated.
-ane
Alkane（ 烷烃）
Methane(甲烷)
-ene
Alkene （烯烃）
Ethene(乙烯)
-yne
Alkyne （炔烃）
Ethyne(乙炔)
-ol
Alcohols（醇类） Ethanol(乙醇)
-ether
Ethers （醚类）
acid
Acids （酸类）
-ate
Ester （酯类）
Prefix of some organic compounds
There is a significant covalent character to the interatomic Si–O bonds which bonds are directional and relatively strong.
There is a 4 charge associated with every SiO44tetrahedron, since each of the four oxygen atoms requires an extra electron to achieve a stable electronic structure.
2.9.3 Fundamental Concepts (基本概念) P79
Mer
Polymer
－CH2－CH －CH2－CH－CH2－CH －CH2－CH－
CH3
CH3
CH3
CH3
Mer(单体单元，结构单元):
Structural entities, originates from the Greek word meros, which means part;
Methyl-
甲基
Methane
Ethyl-
乙基
Ethane
Propyl-
丙基
Propane
Butyl-
丁基
Butane
Pentyl-
戊基
Pentane
HexylHeptyl-
己基 庚基
Hexane Heptane
Octyl-
辛基
Octane
Nonyl-
壬基
Nonane
Decyl-
癸基
Decane
Naming of Polymer Poly+name of momnomer
Alkene family： ethene (C2H4), propene (C3H6) etc. Alkyne family： ethyne (C2H2), propyne (C3H4) etc.
2.9.2 Naming of Polymer （聚合物命名）
Naming of Monomer
Postfix of some organic compounds
Polymer
Poly: 聚，多聚；Polymer was coined to mean many mers. A compound consisting of long-chain molecules, each molecule made up of repeating units connected together.
Types of covalent bond in hydrocarbons: Single covalent bond（单键）
Example：
Saturated hydrocarbons （饱和烃）; Alkane/ paraffin(烷烃)
Double covalent bond（双键） Triple covalent bond （三键）
2.8 silicate ceramics
Characteristics Structures of these materials in terms of unit
cells, it is more convenient to use various arrangements of an SiO44- tetrahedron . Each atom of silicon is bonded to four oxygen atoms, which are situated at the corners of the tetrahedron; the silicon atom is positioned at the center.
long-chain molecules:长链分子 repeating units： 重复单元
Macromolecules （polymer) These molecules are in the form of long and