材料科学概论第一章
材料学概论课件第1章绪论
• Advanced materials
Materials that are utilized in high-technology (or hightech) applications are sometimes termed advanced materials. lasers, integrated circuits, magnetic information storage, liquid crystal displays (LCDs), fiber optics, and thermal protection systems for the Space Shuttle Orbiter. 返回目录
的基本物质（如金属、木料、塑料、纤维等） 迈尔《新百科全书》中材料的含义：材料是从原材料中取
得的，为生产半成品、工件、部件和成品的初始物料，如金 属、石块、木料、皮革、塑料、纸、天然纤维和化学纤维等 等。
2. 原料与材料
• 原料（Raw Materials） • 由原料到材料。 • 原料一般不是为获得产品，而是生产材料， 往往伴随化学变化。
中国古代陶器
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琉 璃 瓦
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二、一些典型的高聚物材料
塑 料 布
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塑 料 薄 膜
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塑料模仁
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特种工程塑料
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特 种 高 聚 物 材 料
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合成纤维
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聚丙稀短纤维
一些典型的高聚物材料
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合成橡胶轮胎
1-1-2
类别
类别 classifications 材料可以根据化学组成、状态、作用和使用 领域分类。 金属材料
材料科学导论-第一章
Chapter 1
Introduction
Furthermore, it was discovered that the properties of a materials could be altered by heat treatments and by the addition of other substances. Now the scientists come to understand the relationships between the structural elements of materials and their properties.
Introduction of Materials Science
Introduction of Materials Science
Chapter 1
Introduction
§1.1 Historical Perspective远景，看法。透视 Materials are more deep-seated in our culture than most of us realize. Transportation, housing, clothing, communication, recreation, and food production-virtually every segment部分 of our everyday lives is influenced to one degree or another by materials.
第一章 材料科学基础 绪论PPT课件
❖ 功能材料是具有优良的电学、磁学、光学、 热学、声学、力学、化学和生物学功能及 其相互转化的功能，被用于非结构目的的 高技术材料。
1.4.3 材料按服役的领域来分类
根据材料服役的技术领域可分为建筑 材料、信息材料、航空航天材料、能源材 料、生物医用材料等。
❖ 火箭发动机的燃烧室与喷嘴， 需要承受2000℃的高温而不 氧化，它是用石墨表面喷涂 一层二硅化钼材料制成。石 墨已被大量用作核能工业的 “减速剂”。雷达中大型电 子管外壳，既要耐高温，又 要有优良的超高频和绝缘性 能，它是用氧化铝高频陶瓷 制成。核反应堆外部的防护 层是用一种含钡的特种水泥 筑成的。
是为高温技术服务的基础材料。尽管各国对其定义不同， 但基本含义是相同的，即耐火材料是用作高温窑炉等热 工设备的结构材料，以及用作工业高温容器和部件的材 料，并能承受相应的物理化学变化及机械作用。
大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、硅石、菱镁 矿、白云母等）为原料制造的。
按矿物组成分为氧化硅质、硅酸铝质、镁质、白云石质、 橄榄石质、尖晶石质、含碳质、含锆质耐火材料及特殊 耐火材料；
等系统的材 料科学知识
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
1.4.4 材料按结晶状态分类
单晶材料 多晶材料 非晶态材料 准晶材料
单晶材料是由一个比较完整的晶粒构成的 材料，如单晶纤维、单晶硅；
多晶材料是由许多晶粒组成的材料，其性 能与晶粒大小、晶界的性质有密切的关系。
材料科学与工程概论
材料科学与工程概论第一章绪论第一节元素、物质、材料第二节材料对人类文明进步的意义2.1 材料与人类的日常生活2.2 材料与新技术革命2.3 材料与国防现代化第三节怎样得到新材料第四节材料科学与工程基本要素第二章材料的微观世界第一节固体原子间相互作用和材料分类1.1 元素周期表及电负性1.2 原子结合能与结合力1.3 化学键1.4 材料分类第二节固体中原子的排列2.1 晶体结构2.2 准晶、非晶、液晶结构2.3 晶体缺陷第三节相与组织3.1 相与组织3.2 相的分类3.3 相图3.4 Fe-C 二元相图第四节固体中的电子4.1 单个原子的电子分布4.2 晶体中的电子4.3 导体、半导体和绝缘体第三章材料的组织结构与性能的关系第一节结构材料1.1 材料在承载时发生的变化1.2 金属材料1.3 无机非金属材料1.4 有机高分子材料1.5 复合材料第二节功能材料2.1 功能材料性能简介2.2 电性能与微观结构的关系2.3 光性能与微观结构的关系2.4 磁性能与微观结构的关系1.1 材料工艺的重要第四章材料工艺第一节材料工艺的重要性1.2 材料工艺的创新途径1.1 材料工艺的重要1.3 材料工艺的经济性、稳定性和环境兼容性第二节生产工艺2.1 金属材料2.2 陶瓷材料2.3 高分子材料2.4 单晶材料第三节加工工艺3.1 金属加工工艺3.2 塑料和橡胶的加工工艺3.3 复合材料的加工工艺第四节材料工艺性能的表征4.1 直接实验法4.2 相关法第五节新工艺新技术5.1 表面改性5.2 金属雾化喷射沉积5.3 金属半固态加工5.4 自蔓延合成技术第五章零件失效分析与选材原则第一节产品、工程的质量与材料第二节失效分析及其重要性第三节选材原则与方法3.2 选材方法第四节零件失效分析4.1 失效过程和产生失效原因的特点4.2 失效分析的正确思路4.3 断裂失效4.4 磨损失效4.5 环境介质作用下的失效4.6 金属失效的预防3.1 选材原则。
材料学概论1-绪论
材料是人类文明 发展的物质基础
内容：学习材料学的基本知识。主要涉及 到各种材料的组成、结构、性能、应用以 及它们之间的关系。 目的：材料类专业的入门课及专业基础课 之一。了解材料的基本知识，逐步扩大材 料的专业知识面，培养分析和解决有关材 料问题的初步能力。
第一章 绪论
1. 材料的定义与分类 2. 材料的地位和作用 3. 材料学的形成和发展
晶体管小到用 电子显微镜都 难以观察！
第三代半导体材料－宽禁带半导体
SiC, GaN, ZnO 等，半导体是一种宽禁带半导体材 料，是继第一代半导体材料硅（Si）和第二代半导 体材料砷化镓（GaAs）后，发展起来的第三代半导 体材料。 在高技术中，尤其是军用和光电子 领域有优势，可以应用于： 1）高温器件
2）高功率器件
3）高频高速 4）发光与激光
SiC与Si使用范围比较
击穿电压
SiC
电子漂移速度
Si
导热率
使用温度
(使用温度>500 º C)
SiC研究和应用现状
高质量大尺寸的 SiC 晶体几乎被美国 Cree公司垄断。我国生产器件用的SiC 晶体全部依赖进口。 2英寸晶片售价为：500－800美元/片
1927~1937 1937~1966 1966~1975 1975~现在
采矿工程与冶金
采矿与冶金 冶金 冶金与材料科学 材料科学与工程
3.3 材料科学的内容
材料科学的内容可以用一个四面体来表示，也就 是材料科学是研究一种材料的成分（结构）、合
成（工艺）、性质与效能及它们之间的关系。
效能(performance)
2010
2020
在发动机上叶片材料应用的年份
合金晶粒结构的变化（约1970年代）
复旦大学材料科学导论课后习题问题详解(搭配：石德珂《材料科学基础》教材)
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9.材料的三级和四级结构可以通过加工工艺来改变，那么材料的二级结构可以改变吗？为什么？
答：原子的结合键是材料的二级结构。对于单一的材料来说，其价键结构是不可以通过加工工艺来改变的。但是实际工程应用中，通过一定的加工工艺来改变材料的二级结构，比如金刚石具有共价键，石墨具有共价键和物理键，而石墨等碳质原料和某些金属在高温高压下可以反应生成金刚石，即一定程度上改变了材料的二级结构。
答：（1）
其中，晶面间距最大的晶面为（100）
（2）
其中，晶面间距最大的晶面为（110）
（3）
其中，晶面间距最大的晶面为
7.已知Na+和Cl-的半径分别为0.097nm和0.181nm，请计算NaCl中钠离子中心到：（1）最近邻离子中心间的距离；（2）最近邻正离子中心间的距离；（3）第二个最近的氯离子中心间的距离；（4）第三个最近的氯离子中心间的距离；（5）它最近的等同位置间的距离。
答：
7.试计算原子N壳层内的最大电子数。若K,L,M和N壳层中所有能级都被填满，试确定该原子的原子数。
答：N壳层内最大电子数：
1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p66s2该原子的原子数是70
8.试写出Al原子13个电子的每个电子的全部量子数。
答：
n
l
m
ms
1
0
<110>
< >
晶向的原子密度
6.求下列晶面的晶面间距，并指出晶面间距最大的晶面。
材料科学基础材料科学概述资料讲解
材料和生活用品
钛结构自行车：“自行车发烧友” 选择钛合金制自行 车。钛合金的应用场合很特殊。通常用于需要抗腐蚀 ，耐疲劳，高弹性的场合
生命科学材料 原来使用专用的汞合金，为防止金属合金的分解已经
开发出一种可以满足口腔中特殊的物理及化学环境的新 型陶瓷。具体来讲，它需要满足下列要求：耐口腔中的 酸；低热导率（这对你吃冷饮有好处）；尽得住数年的 咀嚼力；耐骤冷骤热；当然还要口感舒适
spatial orientationof anelectroncloud
自旋角动量量子数si：表示电子自旋（spin
moment）的方向，取值为＋1或-1 22
核外电子的排布（electron configuration)规律
能量最低原理（Minimum Energy principle)电子总是占据能量最低的壳层
二、材料结构简述
1.原子结构 2.结合键 3.固体结构 4.结构缺陷
1原子结构 （Atomic Structure ）
一、物质的组成（Substance Construction） 物质由无数微粒（Particles）聚集而成 分子（Molecule）：单独存在 保存物质化学特性
dH2O=0.2nm M(H2)为2 M（protein）为百万 原子（Atom）： 化学变化中最小微粒
第一章材料科学概述
一、材料与材料科学 二、材料结构简述 三、材料的性能 四、材料工艺及其与结构和性能的关系 五、材料的强化机制
一、材料与材料科学
1.《材料科学基础》的基本概念 2.《材料科学基础》的地位 3. 学习《材料科学基础》的意义
1. 《材料科学基础》的基本概念
材料是指人类社会能接受地，经济地的制造有用物品的物质。 材料科学是研究材料的成分、组织结构、制备工艺、加工工艺、 材料的性能与材料应用之间的相互关系的科学。材料科学是当代 科学技术发展的基础、工业生产的支柱，是当今世界的带头学科 之一。纳米材料科学与技术是20世纪80年代发展起来的新兴学科 ，成为21世纪新技术的主导中心。 材料科学基础是进行材料科学研究的基础理论，它将各种材料（ 包括金属、陶瓷、高分子材料）的微观结构和宏观结构规律建立 在共同的理论基础上，用于指导材料的研究、生产、应用和发展 。它涵盖了材料科学和材料工程的基础理论。
材料科学与工程导论 第1章 材料与社会(1)
• 第二篇 传统材料
–第四章 金属材料 –第五章 无机非金属材料 –第六章 高分子材料 –第七章 复合材料
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–第十二章 纳米材料
–第十三章 智能材料 • 第四篇 材料专业的设置 –第十四章 材料类专业设置
主要参考书目
许并社. 材料概论[M]. 北京: 机械工业出版社, 2012 (￥29.0元). 施惠生. 材料概论[M]. 上海: 同济大学出版社, 2009 (￥26.0元). 杜双明, 王晓刚. 材料科学与工程概论[M]. 西安: 西安电子科技大学出版 社, 2011 (￥30.0元). 郑子樵, 封孝信,方鹏飞. 新材料概论[M]. 长沙: 中南大学出版社, 2009 (￥38.0元). 徐晓虹, 等. 材料概论[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006 (￥28.4元). 顾家琳, 等. 材料科学与工程概论[M]. 北京: 清华大学出版社, 2005 (￥32.0元). 杜彦良, 张光磊. 现代材料概论[M]. 重庆: 重庆大学出版社, 2009 (￥45.0 元). 许并社. 材料科学概论[M]. 北京: 北京工业大学出版社, 2002 (￥19.0元) .
总之，"导论"的作用已由概要介绍一篇文章或一
本书，发展到用一本书来介绍一门学科专业了。
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本课程的主要内容
• 第一篇 概论
–第一章 材料与社会 –第二章 材料科学与工程 纲要 –第三章 材料工艺
• 第三篇 新材料
–第八章 高性能结构材料 –第九章 新能源材料 –第十章 信息功能材料 –第十一章 生物医用材料什么是“ Nhomakorabea能材料” ？
以特殊的电学性能或各种电效应作为主要性能指标的一 类材料。
1.1.2 材料的分类
材料基础-第一章材料科学概论
第 四，不同类型的材料是可以相互替代和 补充，充分发挥各种材料特有的优异性能。 例如，通过对不同材料之间的复合，可以 获得结构与性能明显优于原组分材料的性能。 此外，金属材料、高分子材料和 陶瓷材料 如果一直自成体系，缺乏沟通，互不了解，就 不利于学科的协调发展和创新，更不利于集各 个单一材料的优异性能于一体，研制出性能更 为优越的新型复合材料。 正是在这样的背景下，一门新的综合性学 科－材料科学诞生了。
1.4. 2 材料科学与工程 1. 材料科学 材料科学是研究材料的组成、结构与材 料性质之间关系的一门学科。 简言之，材料科学是研究材料的组织、 结构与性质的相互关系。 它是从化学的角度，研究材料的化学组 成、原子结构、原子结合键、物相及合成方 法； 从晶体学和固体物理学的角度，分析和 讨论材料的形态、结构及其性能。
2. 材料科学与工程 材料科学与工程是研究有关材料的组成、 结构、制备工艺与其性能及使用效能以及它们 之间相互关系的技术开发及其应用的科学。 材料科学与工程的研究内容可用四面体图 来表示（图1-1）, 即材料科学与工程四要素的 相互关系： 合成与制备（synthesis-preparation）、 组成与结构（composition - structure）、 性质（property） 性能（performance）以及它们之间的关系。
1.2 材料的分类 材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是 社会进步文明程度的标志，是一切科学技术与工 程技术的物质基础。它与世界科技发展、国家经 济建设和日常生活密切相关。 在20世纪70年代，人们已把信息、材料和能 源列为现代文明的三大支柱；20世纪80年代以高 新技术为代表的新技术革命，把新材料、信息技 术和生物技术列为重要标志；21世纪，美国把与 材料密切相关的四大技术：纳米技术、生物技术、 信息技术和认知技术列为发展的重中之重。 材料不仅非常重要，而且种类繁多，目前主 要有如下几种分类方法：
材料科学概论第一章
隔声量越大，材料对空气声的隔绝能力越好
三.隔声性能
工程上常用125～4000Hz的6个倍频带的吸声系数、 隔声量来表示材料的吸声、隔声能力（对空气声）
质量定律：确定建材制品的隔声能力（对空气声）
R 18lg m 12lg f 25(dB)
其中：R为（透射损失）隔声量；m为单位面积隔板的质量； f为声波的频率
缺陷导致实际强度远远小于理论强度
一.力学性能
强度 材料在外力作用下，抵抗破坏的能力。极限应力。 形式：抗压强度、抗拉强度、抗弯（折）强度、抗 剪强度
材料的抗拉强度、抗压强度和抗剪强度的计算
Pmax f A 提示：f(MPa)；Pmax(N)；A(mm2)
抗弯强度的计算 三点弯曲：
3Pmax L ff 2bh 2
工程实例分析2
现象：某地发生特大洪水，洪水退去 后，许多砖房倒塌，其砌筑用的砖多为未 烧透的多孔的红砖。 原因分析：这些红砖没有烧透，砖内 开口孔隙率大，吸水率高。吸水后，红砖 强度下降，特别是当水进入砖内时，未烧 透的粘土遇水分散，强度下降更大，不能 承受房屋的重量，导致房屋倒塌。
弹性与塑性
Wh ms m g mg 100%
平衡含水率的大小随环境温度、湿度的变 化而变化。 材料的开口微孔越多，吸湿性越强。
三. 吸水性与吸湿性
吸水性 材料在水中吸收水分的性质。用吸水率表示 mb mg 质量吸水率 Wm 100% mg
体积吸水率
WV
mb mg V0
1
W
100%
Wv Wm 0
三. 吸水性与吸湿性
材料吸水率的大小主要取决于材料的孔隙率 和孔隙特征。具有细微而连通孔隙且孔隙率大
材 料 概 论 (1)
• 目前复合材料的发展以树脂基复合材料为 主，特别是热固性材料，它的技术最成熟， 应用最广。金属基复合材料大部分处于研 究开发阶段，陶瓷基复合材料则尚处于研 究阶段。 • ②材料的结构与功能相结合，实现结构/功 能一体化，做到多功能应用。研究者已开 始将氧化物结构陶瓷的透明化和光学特性 相结合，开始重视氮(碳)化物陶瓷的介电、 热导、绝缘等特性的应用。科学家预言， 智能材料的研制和大规模应用将导致材料 科学发展的重大革命。
目录?第1章绪论?11材料的定义和分类?12材料的地位和作用?13材料的循环?14工程师与材料?15材料科学与工程的内涵?16材料科学与工程的发展趋势?第2章结构材料?21材料的性能?22金属材料?23无机非金属材料?24高聚物材料?第3章电性材料?31导体半导体和绝缘体材料?32超导材料?33铁电压电热释电和介电材料?第4章磁性材料?41材料的磁性?42物质磁性的分类?43磁性材料的分类?44几种新型的磁性材料及应用?第5章超导材料?51超导的基本特征?52第一类超导体和第二类超导体?53超导材料的发展历史?54超导材料的应用与前景?第6章智能材料?61概述?62形状记忆智能材料?63电磁流变液智能材料?64磁致伸缩智能材料?第7章光学材料?71光纤材料?72光色材料?73红外材料?第8章新能源材料?81概述?82储氢材料和制氢材料?83燃料电池?84太阳能电池?第9章生物医用材料?91组织工程材料?92血液净化材料?93生物降解高分子材料?第10章抗菌材料?101概述?102抗菌机理?103抗菌塑料?104抗菌纤维和织物?105抗菌陶瓷?106抗菌金属?107抗菌材料的应用?第11章环境材料?111概述?112材料的环境协调性评价?113材料的生态设计?114绿色包装材料?115生态建材?116环境降解材料?第12章梯度功能材料?121梯度材料的定义及分类?122热防护梯度功能材料?123梯度折射率材料?124其他梯度功能材料?第13章复合材料?131概述?132增强材料?133纤维增强树脂基复合材料?134金属基复合材料?135陶瓷基复合材料?136碳碳复合材料?第14章纳米材料?141基本概念?142纳米材料的研究进展?143纳米材料的特异效应?144纳米结构单元?145纳米组装体系?146纳米固体材料?147纳米材料的应用?参考文献第1章绪论?11材料的定义和分类?材料一般是指具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质即人类用以制造生活和生产所需的物品器件构件机器和其他产品的物质
材料科学导论习题解答
材料科学导论作业第一章材料科学概论1.氧化铝既牢固又坚硬而且耐磨，为什么不用来制造榔头？[答]因为Al2O3的耐震性不佳，且脆性较高，不适合做榔头的材料。
2.将下列材料按金属、陶瓷、聚合物或复合材料进行分类：黄铜、氯化钠、环氧树脂、混凝土、镁合金、玻璃钢、沥青、碳化硅、铅-锡焊料、橡胶、纸杯[答]金属有黄铜、铅-锡焊料、镁合金。
陶瓷有氯化钠、碳化硅。
聚合物有环氧树脂、橡胶、沥青、纸杯。
复合材料有混凝土、玻璃钢。
3.下列用品选材时，哪些力学性能和物理性能具有特别重要性：汽车曲柄轴、电灯泡灯丝、剪刀、汽车挡风玻璃、电视机荧光屏[答]汽车曲柄轴的疲劳寿命最为重要。
电灯泡灯丝的熔点需高，其发光性能要强。
剪刀的刀刃的硬度要强。
汽车挡风玻璃的光的穿透性要强。
电视机荧光屏光学的颜色及其他穿透性各种光学特性极重要。
4. 什么是纳米材料？纳米材料有哪些效应？请举例说明。
[答] 通常把粒子尺寸小于0.1μm（10nm）的颗粒称为纳米材料纳米材料有以下效应：⑴小尺寸效应⑵表面效应⑶量子尺寸效应⑷宏观量子隧道效应举例略第二章原子结构1.原子序数为12的Mg有三个同位素：78.70%的Mg原子有12个中子，10.13%的Mg原子有13个中子，11.17%的Mg原子有14个中子，计算Mg的原子量。
[答]M = 0.7870×(12+12)+0.1013×(12+13)+0.1117×(12+14) = 24.3247 g/mol2.试计算原子N壳层内的最大电子数，若K、L、M和N壳层中所有的能级都被填满，试确定该原子的原子序数。
[答]N壳层内最大电子数为2×42= 32。
但考虑能级交错：N壳层内刚刚达到最大电子数时的电子排布为：1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f14，该原子的原子数为70。
(本题目书上原解：N壳层中电子最多有2+6+10+14 = 32个，K、L、M、N壳层中电子共有2+8+18+32 = 60个，故原子序数为60。
材料科学概论(一)第一章作业 名词解释 (1) PTFE 聚四氟乙烯、铁氟龙
材料科學概論(一)第一章作業名詞解釋(1)PTFE 聚四氟乙烯、鐵氟龍化學式是一種使用了氟取代聚乙烯中所有氫原子的人工合成高分子材料。
聚四氟乙烯廣泛應用於各種需要抗酸鹼和有機溶劑的場合，並被用來製作不粘鍋以及乾式變壓器。
聚四氟乙烯很軟，因此經常用於塗層。
(2)PVC 聚氯乙烯、化學式-(CH2CHCl)-n是一種使用一個氯原子取代聚乙烯中的一個氫原子的高分子材料。
由於其防火耐熱作用，聚氯乙烯被廣泛用於各行各業各式各樣產品。
(3)PS 聚苯乙烯、化學式是一種無色透明的熱塑性塑料。
具有高於攝氏100度的玻璃轉化溫度聚苯乙烯的化學穩定性比較差，溫度超過75到95°C會釋放出苯乙烯。
易被強酸強鹼腐蝕(如未經稀釋的橙汁），但可以被多種有機溶劑溶解，如丙酮、乙酸乙酯。
不抗油脂，受到紫外光照射後易變色。
聚苯乙烯質地硬而脆，無色透明，可以和多種染料混合產生不同的顏色。
發泡聚苯乙烯（俗稱保麗龍）也被用於建築材料，具吸音、隔音、隔熱等效果。
(4)PE 聚乙烯、化學式- (CH2-CH2) n -是日常生活中最常用的高分子材料之一，大量用於製造塑料袋聚乙烯抗多種有機溶劑，抗多種酸鹼腐蝕，但是不抗氧化性酸，例如硝酸。
在氧化性環境中聚乙烯會被氧化。
(5)GFRP 玻璃纖維增強塑膠（Glassfiber Reinforced Plastic,俗稱玻璃鋼）,是一種有機非金屬跟無機非金屬複合的塑膠基複合材料,包含機體和增強體兩部分。
GFRP具有良好的電絕緣性能和粘結性能,較高的機械強度和耐熱性,可塑性極強,成型收縮率小,體積較輕,施工方便。
(6)CFRP 碳纖維增強複合材料CFRP被廣泛運用於工程中，如橋樑加固、維修。
工程中結構因時間積累，產生結構破壞。
採用碳纖維結構加固、維修的方法是現代工程技術常用的方法。
CFRP還被廣泛應用在軍事，航空，體育用品，賽車等領域。
(7)PC 聚碳酸酯化學式是一種無色透明的無定性熱塑性材料，耐酸、耐油。
材料科学与工程第一章
第一章原子结构与键合1.1复习笔记1描述原子中电子的空间位置和能量的4个量子数现代物理学中，用薛定谔方程来反应微观粒子的运动，即用4个量子数来确定核外电子的空间位置。
(2)不同亚层电子的能量依次递增，电子云的形状也各不相同 例如，s亚层为球状，p亚层为纺锤状）(3)下图为量子数和原子轨道的关系(1)能量最低原理：电子的排布尽可能使体系的能量最低。
(2)泡利不相容原理：原子中不存在运动状态完全相同的两个电子。
(3)洪德定则：同一亚层各个能级中，电子排布尽可能占据不同能级，且自旋方向相同。
4高分子链的近程和远程结构(1)高分子结构包括高分子链结构和聚合态结构两方面。
链结构又分为近程结构和远程结构。
(2)近程结构属于化学结构，又称一次结构。
(3)远程结构：指单个高分子的状态、链的柔顺性及在不同环境中所采取的构象，又称二次结构。
1.2考研真题一、选择题1从高分子的重复结构单元的对称性可知，最易结晶的是 B ）【上海交通大学2006年研】A.聚丙烯B.聚乙烯C.聚苯乙烯解析：主链结构简单、规整、对称的高聚物具有极强的结晶能力，结构复杂、对称性差的不易结晶。
2高分子结构单元连接时 C）【浙江大学2007年研】A.链节间通常以二次分子力 范氏力）结合B.链节间的键合有时为饱和共价键 一次键）结合，有时为二次分子力 范氏力等）结合C.大分子间或同一大分子不同链段间仅靠二次分子力 范氏力等）结合解析：高分子结构单元的链接特点：链节间通常为饱和共价键 一次键），大分子间或同一大分子不同链段间仅靠二次分子力 范氏力等）结合。
3.属于物理键的是 C）【桂林理工大学2019年研】A.共价键B.氢键C.范德华键解析：结合键可分为化学键和物理键两大类。
化学键即主价键，包括金属键、离子键和共价键；物理键即次价键，也称为范德力。
此外，还有一种称为氢键的，其性质介于化学键和范德力之间。
二、填空题1金属原子之间靠 金属键结合；最外层电子为 自由电子。
第一章+材料科学概论
《材料科学导论》“Introduction to Materials Science”小时))课程类型：专业平台课(54(54小时主讲人：杨振国室407室办公室：先进材料楼407电话：65642523话: zgyang@ 电子信箱:电子信箱电子信箱::本课程主要教学参考书课教参考1. W. F. Smith & J. Hasgemi, Foundations of Materials Science and Engineering (4ed)McGraw Hill and Engineering (4th ed) , McGraw Hill , ed) , McGraw Hill , 20062006 2. 石德珂主编，材料科学基础材料科学基础，机械工业出版社，，机械工业出版社，2003 3. R.W. Cahn, The Coming of Materials Science, Elsevier, 2001化学工业出版社2001注:（中译本)《走进材料科学走进材料科学》》，化学工业出版社, 2001 4. 冯端、师昌绪、刘治国，材料科学导论，化学工业出版社, 20025潘金生仝建民田民波材料科学基础5. 潘金生、仝建民、田民波，材料科学基础，清华大学出版社，2000.46. 胡赓祥、蔡珣主编，材料科学基础，上海交通大学出版社，2000.11课教参考本课程主要教学参考书7. 顾家琳编著，材料科学与工程概论，清华大学出版社，20058. J. P. Schaffer，The Science and Design of EngineeringMcGraw--Hill Companies Inc., 1999Materials，McGraw注:《工程材料科学与设计工程材料科学与设计》》(中译本) ，机械工业出版社，20039. D. R. AskelandAskeland，The Science and Engineering of Materials’9. D. R.9D R The Science and Engineering of Materials’(5th), Nelson , Division of Thomson Limited, 200610. W. D. CallisterCallister，Materials Science and Engineering: an 10. W. D.Introduction, John Wiley & Songs Inc.，200711. Y.W. Chuang，Introduction to Materials Science andEngineering, Taylor & Francis Group, 2007本课程网址：http://10.108.0.74/s/255/t/550/main.jspy第一章材料科学概论材料与物质1.1 材料与物质材料的分类1.2 材料的分类会1.3 材料与社会发展1.4 材料科学与工程1.5 材料科学在工程中的作用1.6 材料科学技术的发展重点1.1 材料与物质●材料是人类赖以生存和发展的物质基础, 也是一切科学技术的基础。
材料概论各章节教学内容
《材料概论》部分章节内容第一章绪论材料科学与工程的概念；材料发展简史；材料的分类；材料的基本结构与性能；材料类专业的培养目标、毕业要求、课程体系以及就业与发展。
第二章无机非金属材料陶瓷材料的定义、结构特点；日用陶瓷和先进陶瓷的成分差异、性质差异；陶瓷键作用和其性质之间的联系；日用陶瓷和先进陶瓷的生产工艺；日用陶瓷和先进陶瓷制备原材料、制备方法上的差异性；陶瓷在航空、信息、电子等领域的最新发展。
玻璃的成分、定义和分类方法；晶态、无定形结构形式的区分；形成体、修改体的作用；退火的作用和机理；玻璃的化学性质的特点和外来侵蚀作用的主要机理；现代平板玻璃的生产工艺；玻璃在光电领域、通讯领域的应用。
水泥混凝土材料的基本技术性质和生产方法；水化反应过程、水化产物的成分、硬化浆体水泥的微观结构；新型特种混凝土简介：自密实混凝土、装饰混凝土、轻质混凝土、超高性能混凝土、大体积混凝土、聚合物混凝土和清水混凝土。
第三章金属材料金属的分类方法和结构特点；黑色金属的成分特点；铁和钢的基本区别；合金钢的基本类型和合金元素对其性质的影响、铸铁和钢的生产方法；有色金属的基本类型；镁及其合金、铝及其合金、铜及其合金的特点；典型金属与合金的物理、力学性能，稀有金属及其特点；金属晶体结构和性能之间的联系；常用的金属防腐处理方法；新型金属材料的设计与性能。
第四章高分子材料高分子材料的定义、结构；高分子材料和小分子材料的差异；结构和性质之间的联系；连锁聚合反应机理；逐步聚合反应机理；聚合方法：本体聚合、溶液聚合、乳液聚合和悬浮聚合；高分子材料生产过程和质量控制；功能高分子材料简介；高分子材料在生物、军事、医学上的最新发展。
第五章复合材料复合材料的定义；复合材料的主要成分和设计原则；复合材料的基本体系、典型物理、力学性质，及其优点；增强材料处理的基本方法和途径；复合材料结构对力学性质的影响；复合材料的制备和生产；复合材料在军事、结构上的应用；新型复合材料的发展趋势。
高分子材料与工程基础
排列有规则
不规则排列
熔点
有固定熔点
无固定熔点
某些物理性能
（解理、光学性能、 导热性能）
各向异性
各向同性
（塑性变形较大，导热 率和热膨胀性较小）
高分子材料基础 第1,2章
31
1.3 材料性能的
材料的性能
特征性能
热学性能
力学性能 电学性能 磁学性能 光学性能 化学性能
功能物性
热-电转换性能
正、负电荷重心的相对位置，叫分子的极。极间的距离叫做 偶极长度。偶极长度l和极上的电荷e的乘积叫偶极矩µ 。 µ =l· e
高分子材料基础 第1,2章 24
在一般情况下，非极性分子易溶于非极性溶液中，极性分子易溶于极性溶液 中。这就是有关溶解度的近似规则：“相似者相溶”。
1.2.2.5 分子间力
高分子材料基础 第1,2章
4
1.1.3 材料科学的范畴及任务
材料科学是一门以材料为研究对象，介于基础科学与应用 科学之间的应用基础科学。
其研究内容：
1、从化学的角度出发，研究材料的化学组成、键性、结构与性 能的关系规律；
2、从物理学角度出发，阐述材料的组成原子、分子及其运动状 态与各种物性之间的关系。
方向性：当两个原子形成共价键时，
总是沿着能使电子云重叠最多的方向进 行，因重叠越多，共价键越牢固，这就 决定了共价键的方向性。
高分子材料基础 第1,2章 17
2个O-H键的夹角 （叫键角）为104°40`
高分子材料基础 第1,2章
甲烷的杂化轨道 每个轨道含有1/4s和3/4p成分
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单键：共价键中只含有1个共用电子对，叫单键（σ键）。 双键：含有2个共用电子对所形成的共价键叫双键。（乙烯 分子中含有3个σ键和1个π键） 三键：含有3个共用电子对所形成的共价键叫三键。（如乙 炔中含有2个σ键和2个π键）