材料导论课程教案PPT
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高分子时代 ---- 20世纪~~~
非理性阶段
（主要依靠工匠、艺人的经验技术）
石 器
陶器
陶器
陶器
铜器
大方 鼎
青铜器
越王宝剑
编钟
铁器
铁器
理性化阶段
18世纪后，工业迅速发展， 在物理学、化学、材料力学等学 科的基础上，金属学、陶瓷学、 高分子材料学应运而生。
蒸汽机
1839年，美国人 Goodyear 发现天然 橡胶与硫磺共热后 呈现奇特性能。
13 Al
14 Si
15 P
16 S
17 Cl
18 Ar
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cr Zn Ga Ge As Se Br Kr 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rb Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
87 88 89 Fr Ra Ac
58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lw
Composites
A composite material is a combination of two or more chemically different materials, having a distinct interface between them, which act together to produce a desired (tailored) set of properties. 不同材料的组合
有别于物理学、化学、数学和力 学等基础科学，是一门应用科学
WHY STUDY MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING
学习的目的
研究材料
选择材料 设计材料
回答下列问题：
Does the material possess the necessary mechanical, electrical, and thermal properties? 是否具有所需的物理机械性能？
激光、集成电路、磁记录、液晶显示、 光导纤维、宇宙飞船、导弹、航天飞机
Nanostructured Materials 纳米材料
The building blocks of these materials, be it metal, ceramic or polymers, are nanometer size particles.
四、材料科学与工程学科
MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING
involves the generation and application of knowledge relating the composition, structure, and the processing of materials to their properties and uses.
Properties
Mechanical 机械（力学）
Thermal 热
Electrical 电 Magnetic 磁
Physical 物理
Optical 光
Deteriorative
劣化（化学）
Materials are the matter of the universe. These substances have properties that make them useful in structures, machines, devices, products, and systems.
EXAMPLES OF COMPOSITES
Semiconductors 半导体
Semiconductors have electrical properties that are intermediate between the electrical conductors and insulators. 电性能介于导体与绝缘体之间
hard but very brittle 硬而脆
Polymers
➢Electrical insulation 电绝缘
➢Thermal insulation 热绝缘 ➢Magnetic inertness 磁惰性 ➢Chemical resistance 化学惰性 ➢Extremely light weight 重量轻 ➢Transparency 透明 ➢Toughness 韧性好 ➢Colorability 可染色
Ceramics 陶瓷
compounds between metallic and nonmetallic elements 金属与非金属元素的化合物
typically insulative to the passage of electricity and heat 不良导体 more resistant to high temperatures and harsh environments 耐高温、耐严酷环境
材料组成、结构、加工与材料 性质、使用之间关系的发现与应用
材料科学与工程是在金属学、陶瓷学 和高分子科学的基础上发展起来的
•综合性学科
•不论什么材料，尽管种类不同，各有特点，但却具 有很多相通的原理、共性和相似的研究、生产方法 •材料科学强调共性，强调各种材料之间的内在联系 和相互借鉴。
材料科学与工程的学科性质
Can the material be formed to the desired shape? 能否加工成型？
Will the properties of the material alter with time during service?性能是否随时间变化？
Will the material be adversely affected by the environmental conditions and resist corrosion and other forms of attack?
Can the product be made at an acceptable cost? 价格是否合适？
Can the product be recycled? 能否回收利用？
Processing 加工 Structure 结构 Properties 性质
Performance 性能
性质
1887 年，Count
Hilaire de Chardonnet 用硝化纤维素的溶液 进行纺丝，制得了第 一种人造丝。
合成纤维
钢筋混凝土
材料设计阶段
计算机设计
三、材料家族
有色金属
钢铁
粉末金属
结晶陶瓷
金属材料
陶瓷材料
玻璃
碳材料
材料家族
半导体
复合 材料
涂料 高分子材料 粘合剂
橡胶
纤维
塑料
The properties of materials can be engineered by controlling the sizes of these building blocks in the 1-100 nm size range and their assembly.
制药：大表面提高可溶性 信息储存：颗粒小 解离吸附：消毒 太阳能电池：水解离 纳米冰箱：绝热去磁
ADVANCED MATERIALS 先进材料
Materials that are utilized in hightechnology applications are sometimes termed advanced materials.
在高技术中应用的材料
Examples of High-tech 高技术示例
Biomaterials 生物材料
用于制造人体植入物以取代染病或坏损部件的材料
Biomaterials arc employed in components implanted into the human body for replacement of diseased or damaged body parts.
The elements inherently metallic in nature
1A
O
1 H
IIA
34
Li Be
11 12 Na Mg
IIIB IVB VB VIB VIIB
VIIIB
2 IIIA IVA VA VIA VIIA He
5 6 7 8 9 10 B C N O F Ne
IB
IIB
材料导论
教材： 励杭泉编 “材料导论”, 轻工业出版社, 2000
参考书： 任选
一、什么是材料？
What are materials?
Materials are the matter of the universe. These substances have properties that make them useful in structures, machines, devices, products, and systems.
材料是宇宙间可用于制造用品 的物质。
聚丙烯短纤维
塑 料 布
门 窗 玻 璃
汽车与高速公路
铁路
二、材料发展史
材料的发展史=人类的文明史
石器时代---- N万年前 ~ 2000BC 青铜时代---ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 2000BC ~ 500BC 铁器时代---- 500BC ~ 19世纪
真实内涵： 满足性能要求的用品中的物质
完
材料的无限循环体系
原材料制取
丢弃/回收
材料环
服务期
生产制品
预加工 工程化
材料科学与工程的任务
主要任务是揭示材料成分、结构、制造工 艺和性能之间的关系，并以此指导研制具 有新性质、新功能的新材料极其应用。
材料科学与材料工程的区别
•材料科学：集中于认识材料的本质，提出有关 的理论和描述，说明材料结构是如何与其成分、 性能及行为相联系的。
环境对材料是否有不利影响？
Will the material be acceptable on aesthetic grounds? 是否符合风俗习惯？
Will the material give sufficient degree of reliability and quality? 质量是否可靠？
Furthermore, the electrical characteristics of these materials are extremely sensitive to the presence of minute concentrations of impurity atoms. 电性能对杂质含量极为敏感
METALS
金属
quite strong, yet deformable 强度高、延展性好 good conductors of electricity and heat 良导体 not transparent to visible light 不透明
polished metal surface has a lustrous appearance 光滑表面有光泽
•材料工程：瞄准基础科学和经验知识的综合和 运用，以便发展、制备、改善和使用材料，满 足具体需要。
Lasers, integrated circuits, magnetic information storage, liquid crystal displays (LCDs), fiber optics, spacecraft, aircraft, and military rocketry and the thermal protection system for the space shuttle orbiter.
非理性阶段
（主要依靠工匠、艺人的经验技术）
石 器
陶器
陶器
陶器
铜器
大方 鼎
青铜器
越王宝剑
编钟
铁器
铁器
理性化阶段
18世纪后，工业迅速发展， 在物理学、化学、材料力学等学 科的基础上，金属学、陶瓷学、 高分子材料学应运而生。
蒸汽机
1839年，美国人 Goodyear 发现天然 橡胶与硫磺共热后 呈现奇特性能。
13 Al
14 Si
15 P
16 S
17 Cl
18 Ar
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cr Zn Ga Ge As Se Br Kr 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rb Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
87 88 89 Fr Ra Ac
58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lw
Composites
A composite material is a combination of two or more chemically different materials, having a distinct interface between them, which act together to produce a desired (tailored) set of properties. 不同材料的组合
有别于物理学、化学、数学和力 学等基础科学，是一门应用科学
WHY STUDY MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING
学习的目的
研究材料
选择材料 设计材料
回答下列问题：
Does the material possess the necessary mechanical, electrical, and thermal properties? 是否具有所需的物理机械性能？
激光、集成电路、磁记录、液晶显示、 光导纤维、宇宙飞船、导弹、航天飞机
Nanostructured Materials 纳米材料
The building blocks of these materials, be it metal, ceramic or polymers, are nanometer size particles.
四、材料科学与工程学科
MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING
involves the generation and application of knowledge relating the composition, structure, and the processing of materials to their properties and uses.
Properties
Mechanical 机械（力学）
Thermal 热
Electrical 电 Magnetic 磁
Physical 物理
Optical 光
Deteriorative
劣化（化学）
Materials are the matter of the universe. These substances have properties that make them useful in structures, machines, devices, products, and systems.
EXAMPLES OF COMPOSITES
Semiconductors 半导体
Semiconductors have electrical properties that are intermediate between the electrical conductors and insulators. 电性能介于导体与绝缘体之间
hard but very brittle 硬而脆
Polymers
➢Electrical insulation 电绝缘
➢Thermal insulation 热绝缘 ➢Magnetic inertness 磁惰性 ➢Chemical resistance 化学惰性 ➢Extremely light weight 重量轻 ➢Transparency 透明 ➢Toughness 韧性好 ➢Colorability 可染色
Ceramics 陶瓷
compounds between metallic and nonmetallic elements 金属与非金属元素的化合物
typically insulative to the passage of electricity and heat 不良导体 more resistant to high temperatures and harsh environments 耐高温、耐严酷环境
材料组成、结构、加工与材料 性质、使用之间关系的发现与应用
材料科学与工程是在金属学、陶瓷学 和高分子科学的基础上发展起来的
•综合性学科
•不论什么材料，尽管种类不同，各有特点，但却具 有很多相通的原理、共性和相似的研究、生产方法 •材料科学强调共性，强调各种材料之间的内在联系 和相互借鉴。
材料科学与工程的学科性质
Can the material be formed to the desired shape? 能否加工成型？
Will the properties of the material alter with time during service?性能是否随时间变化？
Will the material be adversely affected by the environmental conditions and resist corrosion and other forms of attack?
Can the product be made at an acceptable cost? 价格是否合适？
Can the product be recycled? 能否回收利用？
Processing 加工 Structure 结构 Properties 性质
Performance 性能
性质
1887 年，Count
Hilaire de Chardonnet 用硝化纤维素的溶液 进行纺丝，制得了第 一种人造丝。
合成纤维
钢筋混凝土
材料设计阶段
计算机设计
三、材料家族
有色金属
钢铁
粉末金属
结晶陶瓷
金属材料
陶瓷材料
玻璃
碳材料
材料家族
半导体
复合 材料
涂料 高分子材料 粘合剂
橡胶
纤维
塑料
The properties of materials can be engineered by controlling the sizes of these building blocks in the 1-100 nm size range and their assembly.
制药：大表面提高可溶性 信息储存：颗粒小 解离吸附：消毒 太阳能电池：水解离 纳米冰箱：绝热去磁
ADVANCED MATERIALS 先进材料
Materials that are utilized in hightechnology applications are sometimes termed advanced materials.
在高技术中应用的材料
Examples of High-tech 高技术示例
Biomaterials 生物材料
用于制造人体植入物以取代染病或坏损部件的材料
Biomaterials arc employed in components implanted into the human body for replacement of diseased or damaged body parts.
The elements inherently metallic in nature
1A
O
1 H
IIA
34
Li Be
11 12 Na Mg
IIIB IVB VB VIB VIIB
VIIIB
2 IIIA IVA VA VIA VIIA He
5 6 7 8 9 10 B C N O F Ne
IB
IIB
材料导论
教材： 励杭泉编 “材料导论”, 轻工业出版社, 2000
参考书： 任选
一、什么是材料？
What are materials?
Materials are the matter of the universe. These substances have properties that make them useful in structures, machines, devices, products, and systems.
材料是宇宙间可用于制造用品 的物质。
聚丙烯短纤维
塑 料 布
门 窗 玻 璃
汽车与高速公路
铁路
二、材料发展史
材料的发展史=人类的文明史
石器时代---- N万年前 ~ 2000BC 青铜时代---ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 2000BC ~ 500BC 铁器时代---- 500BC ~ 19世纪
真实内涵： 满足性能要求的用品中的物质
完
材料的无限循环体系
原材料制取
丢弃/回收
材料环
服务期
生产制品
预加工 工程化
材料科学与工程的任务
主要任务是揭示材料成分、结构、制造工 艺和性能之间的关系，并以此指导研制具 有新性质、新功能的新材料极其应用。
材料科学与材料工程的区别
•材料科学：集中于认识材料的本质，提出有关 的理论和描述，说明材料结构是如何与其成分、 性能及行为相联系的。
环境对材料是否有不利影响？
Will the material be acceptable on aesthetic grounds? 是否符合风俗习惯？
Will the material give sufficient degree of reliability and quality? 质量是否可靠？
Furthermore, the electrical characteristics of these materials are extremely sensitive to the presence of minute concentrations of impurity atoms. 电性能对杂质含量极为敏感
METALS
金属
quite strong, yet deformable 强度高、延展性好 good conductors of electricity and heat 良导体 not transparent to visible light 不透明
polished metal surface has a lustrous appearance 光滑表面有光泽
•材料工程：瞄准基础科学和经验知识的综合和 运用，以便发展、制备、改善和使用材料，满 足具体需要。
Lasers, integrated circuits, magnetic information storage, liquid crystal displays (LCDs), fiber optics, spacecraft, aircraft, and military rocketry and the thermal protection system for the space shuttle orbiter.