材料化学导论

材料是时代进步的标志
邓小平：科学技术是 第一生产力。
政治学家：生产力的 进步是社会发展的根 本原因，而劳动工具 的发展是生产力进步 的主要因素。
材料学家：材料是时 代进步的标志。
认识工具材料 制造工具 使用工具
石 器 时代
青 铜 器 时代
青铜（主要为Cu、Sn合金）
青铜器（战国）错金犀牛尊
材料的发展史
• 3．利用物理与化学原理合成材料的阶段： 这一阶段以合成高分子材料的出现为开端， 一直延续到现在，而且仍将继续下去。除 合成高分子材料以外，人类也合成了一系 列的合金材料和无机非金属材料。超导材 料、半导体材料、光纤等材料都是这一阶 段的杰出代表。
• 4．材料的复合化阶段 • 5．材料的智能化阶段
• 第五，复合材料的发展，将各种材料有机地联成 了一体。复合材料在多数情况下是不同类型材料 的组合，通过材料科学的研究，可以对各种类型 材料有一个更深入的了解，为复合材料的发展提 供必要的基础。
材料科学与材料工程的关系
w 一般来讲，科学是研究“为什么”的学问，而工程是解决 “怎么做”的学问。材料科学的基础理论，为材料工程指明方 向，为更好地选择、使用材料，发挥现有材料的潜力、发展新 材料提供理论基础。 w 材料科学和材料工程之间的区别主要在于着眼点的不同或者 说各自强调的中心不同，它们之间并没有一条明确的界线，因 此，后来人们常常将二者放在一起，采用一个复合名词－材料 科学与工程（MSE，Material Science and Engineering）
• 5．材料的智能化阶段
材料的发展史
• 5．材料的智能化阶段：自然界中的材料都 具有自适应、自诊断合自修复的功能。如 所有的动物或植物都能在没有受到绝对破 坏的情况下进行自诊断和修复。人工材料 目前还不能做到这一点。但是近三四十年 研制出的一些材料已经具备了其中的部分 功能。这就是目前最吸引人们注意的智能 材料，如形状记忆合金、光致变色玻璃等 等。
青铜器（战国）司母戊方鼎
铁器时代
信息时代
制造 工具
认识材 料
工艺 过程
使用工 具
材料的发展史
• 在人类发展史上材料的发展经过哪几个阶段？ • 1．使用纯天然材料的初级阶段（旧石器时代 ）：
群居洞穴，以狩猎为生，使用的工具是石器和骨 器，这些骨器制作粗糙，用途尚未分化 • 2．人类单纯利用火制造材料的阶段（新石器时代、 铜器时代和铁器时代 ）：分别以人类的三大人造 材料为象征，即陶、铜和铁。这一阶段主要是人 类利用火来对天然材料进行煅烧、冶炼和加工的 时代（烧结材料和冶炼材料）。
• 第二，在材料科学这个名词出现以前，金属材料、 高分子材料与陶瓷材料科学都已自成体系，它们 之间存在着颇多相似之处，可以相互借鉴，促进 本学科的发展。如马氏体相变本来是金属学家提 出来的，而且广泛地用来作为钢热处理的理论基 础。但在氧化锆陶瓷材料中也发现了马氏体相变 现象，并用来作陶瓷增韧的一种有效手段。
• 第三，各类材料的研究设备与生产手 段也有很多相似之处。虽然不同类型 的材料各有专用测试设备与生产装置， 但更多的是相同或相近的，如显微镜、 电子显微镜、表面测试及物理性能和 力学性能测试设备等。在材料生产中， 许多加工装置也是通用的。研究设备 与生产装备的通用不但节约了资金， 更重要的是相互得到启发和借鉴，加 速了材料的发展。
料科学”提出于20世纪60年代，1957年苏 联卫星上天，美国震动很大，在大学相继 建立十余个材料科学研究中心，自此开始， “材料科学”一词广泛应用。
材料科学的形成是科学技术发展的结果
• 第一，固体物理、无机化学、有机化学、物理化 学等学科的发展，对物质结构和物性的深入研究， 推动了对材料本质的研究和了解；同时，冶金学、 金属学、陶瓷学等对材料本身的研究也大大加强， 从而对材料的制备、结构和性能，以及它们之间 的相互关系的研究也愈来愈深入，这为材料科学 的形成打下了比较坚实的基础。
堆心的结构件必须采用锆合金，因为只有锆合金吸收中子 的几率比较小，不会扼杀堆内的链式反应。所以，要建设 核电工业系统，必须建立锆材料工业。 • 材料对生物技术的影响——生物医用材料
材料是现代文明的基石
现代文明 生物技术 信息技术 能材料源科学技与工术程

1.2 材料科学与材料化学
• （一）材料科学的形成 w 材料科学的形成： “材料”早存在，“材
• 第四，科学技术的发展的要求。长期以来，金属、 高分子及无机非金属材料学科相互分割，自成体 系。由于互不了解，习惯于使用金属材料的想不 到采用高分子材料，即使想用，又对其不太了解， 不敢问津。相反，习惯于用高分子材料的，也不 想用金属材料或陶瓷材料。因此，科学技术发展 对材料提出的新的要求，促进了材料科学的形成。
材料的发展史
• 4．材料的复合化阶段：20世纪50年代金属 陶瓷的出现标志着复合材料时代的到来。 随后又出现了玻璃钢、铝塑薄膜、梯度功 能材料以及最近出现的抗菌材料的热潮， 都是复合材料的典型实例。 现代复合材料 最根本的思想不只是要使两种材料的性能 变成3加3等于6，而是要想办法使他们变成 3乘以3等于9，乃至更大。
材料的重要性
• 现代文明三大支柱 ：信息、能源、材料。
• 其中材料起决定性作用： • 材料对信息科学的重要性——半导体材料 • 材料对能源的影响——绿色能源（太阳能利用过程中的光
电转化材料、氢能利用过程中的储氢材料） • 材料对航天航空的影响——很高的比强度和比刚度 以及宇
航材料的耐超高温 • 材料对原子能技术的影响——核反应堆一般采用热中子堆，
材料化学导论
1.1 材料与新材料的重要性
• Def: 材料是人类用来制作物件，如用具、工具、 元器件、设备设施、系统等的物质。
• 人与其它动物的区别：能有意识的制造和使用工 具
• 人类文明史与材料的发展史密切相关。 • 材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料。
如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物， 一般都不算是材料。但是这个定义并不那么严格， 如炸药、固体火箭推进剂，一般称之为“含能材 料”，因为它属于火炮或火箭的组成部分。