材料化学绪论讲解
材料化学chapte1-材料化学绪论
按化学属性分类 无机非金属材料 有机合成材料 复合材料 单晶材料 塑料、橡胶
纤维、胶黏剂等
材料
按结构分类
多晶材料 非晶材料 复合材料
结构材料
按功能分类 功能材料 电子材料、耐火材料
按应用领域分类
医用材料、耐蚀材料
建筑材料
按化学属性分类
金属材料 黑色金属 Fe、Mn及合金-用于 结构材料
发展趋势：
有机无机复合 结构材料功能化
第一章下 无机材料的结构和性质
结构
性质
用途
☺2.1 概述
☺2.2 晶体与非晶体 ☺2.3 晶体的结构与性能 ☺2.4 晶体缺陷及其对性能的影响 ☺2.5 非晶态材料的结构与性能 ☺2.6 材料结构的表征
2.1 概述
组成材料最基本、 独立的物质
组元
材料内部的亚微观、 微观形貌
Wood Stone Bone Pottery
青铜时代
Cu Sn Pb Zn
第一个合金材料：铜锡合金（青铜） 含锡量1/6 —— 韧性好 —— 制造钟鼎 含锡量2/5 —— 硬度高 —— 制造刀斧
结构与性能的关系
中国古铜镜
战国青铜编钟
Iron Age
炼铁过程的化学
二战后，材料的要求：质 量轻、强度高、价格低等。
具有优异性能的工程塑料、合成 纤维、合成橡胶应运而生，涂料 和胶粘剂等合成材料都得到相应 的发展和应用。
1970一1980年工程塑料、高 分子合金、功能高分子材料 大规模地生产和应用，使材 料科学进一步发展。
合成高分子材料的生产和应用， 是材料发展中的重大突破。从 此，以金属材料、陶瓷材料和 合成高分子材料为主体，建立 了完整的材料体系，形成了材 料科学。
材料化学绪论曾兆华版pdf
材料化学绪论曾兆华版pdf•绪论•材料化学的基础知识•材料化学的研究方法与技术目•材料化学的应用领域与发展趋势•材料化学的挑战与机遇录01绪论材料化学的定义与重要性材料化学的定义材料化学是一门研究材料的制备、组成、结构、性质及其应用的科学。
材料化学的重要性材料化学是材料科学的基础，对于新材料的发现、设计和应用具有重要意义。
同时，材料化学也是化学、物理、工程等多学科交叉的领域，对于推动科学技术的发展具有重要作用。
材料化学的研究对象与任务材料化学的研究对象材料化学的研究对象包括金属、陶瓷、高分子、复合材料等各类材料。
材料化学的任务材料化学的主要任务是探索新材料的制备方法、研究材料的组成与结构、揭示材料的性质与性能之间的关系，以及开发具有特定功能的新材料。
材料化学的发展可以追溯到古代，人们通过经验和试错的方式制造各种材料。
随着科学技术的进步，人们开始运用化学和物理的原理来研究和制造材料，逐渐形成了材料化学这一学科。
材料化学的现状目前，材料化学已经成为一个十分活跃的领域，新材料层出不穷，应用领域不断拓展。
同时，随着计算机模拟和人工智能等技术的发展，材料化学的研究方法和手段也在不断更新和完善。
材料化学的发展历史材料化学的发展历史与现状VS02材料化学的基础知识原子结构与元素周期表原子结构原子由原子核和核外电子组成，原子核位于原子中心，由质子和中子组成，核外电子绕核运动。
元素周期表元素周期表是按照原子序数从小到大排序的化学元素列表。
它将化学元素按照其原子序数（即核内质子数）进行排序，具有相同的电子排布的元素被归入同一族，而具有相同外层电子数的元素则按原子序数递增的顺序排列成周期。
化学键与分子结构化学键化学键是指分子内或晶体内相邻两个或多个原子（或离子）间强烈的相互作用力的统称。
分子结构分子结构，或称分子立体结构、分子、分子几何，建立在光谱学数据之上，用以描述分子中原子的三维排列方式。
分子结构在很大程度上影响了化学物质的性质、色泽、密度、硬度等。
材料化学导论第1章-绪论讲述
传统的无机非金属材料 之一：陶瓷
陶瓷按其概念和用途不同， 可分为两大类，即普通陶瓷和特 种陶瓷。
普通陶瓷即传统陶瓷，是指以粘土为主要原料与其它 天然矿物原料经过粉碎混练、成型、煅烧等过程而制 成的各种制品。
特种陶瓷是用于各种现代工业及尖端科学技术领域 的陶瓷制品。包括结构陶瓷和功能陶瓷。结构陶瓷 主要用于耐磨损、高强度、耐高温等场所。功能陶 瓷主要包括电磁功能、光学功能及其它功能的陶瓷 材料。
社，1989 4．丁马太《材料化学导论》厦门大学出版社，1993 5. 张逢星 李珺均《材料化学导论》西北大学本科讲义，2001
3
目录
第一章 绪论 第二章 材料化学理论基础 第三章 材料结构的表征 第四章 材料制备化学 第五章 材料的结构与物理性能 第六章 新型结构材料 第七章 新型功能材料 第八章 功能转换材料
术的发明和应用为代表的第二次工业革命，硅单晶材
料则起着先导和核心作用
8
2.材料是生产力发展的重要支柱 纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每
一种重要的新材料的发现和应用，都把人类支配自然 的能力提高到一个新的水平。材料科学技术的每一次 重大突破都会引起生产技术的革命，大大加速社会发 展的进程，给社会生产和人们生活带来巨大的变化， 把人类物质文明推向前进。
纤维受力时，形变不超过百分之二十。纤维大分 子沿轴向作规则排列，其长径比较大，在较广的 温度范围（-50~150℃）内，机械性能变化不大。 常用的合成纤维有尼龙、涤纶、晴纶和维尼纶等。
从19071907年第一个小型年第一个小型酚醛树脂厂建立到酚醛树脂厂建立到19271927年第一个热塑性聚氯乙烯年第一个热塑性聚氯乙烯27塑料的生产实现商品化塑料的生产实现商品化19301930年建立了聚合物概念年建立了聚合物概念后聚合物工业迅猛发展起来这一领域的进展经后聚合物工业迅猛发展起来这一领域的进展经历了新型塑料和合成纤维的深入研究历了新型塑料和合成纤维的深入研究1950197019501970年年工程塑料聚合物合金
材料化学-绪论-曾兆华
章节内容
？
8
都有哪些性能？例
章节
9
章节
？
10
Chapter 1 Introduction
绪论
11
本章内容
1.1 材料与化学 1.2 材料的分类 1.3 材料化学的特点 1.4 材料化学在各个领域的应用 1.5 材料化学的主要内容
12
？材料
13
鲨鱼皮泳衣 shark-skin like swimsuit • 鲨鱼的皮肤上有一层极为细小的突起状，
42
Iron Age
Iron Age
43
炼铁过程的化学 3Fe2O3 11C 2Fe3C 9CO
Equations
Fe2O3 3C 2Fe 3CO Fe3C FeO 4Fe CO
44
依含碳量
和杂质多少
All
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of
iro
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bon
铸铁 锻铁 钢铁
材料化学
•Materials Chemistry
1
南京航
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15333 09806
办公室 博士
3
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工大学
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构材料、
兼职硕
3D打
士研究
印材料
2
MOOC【60%】 √ 共享课 ：学习资源、作业、测试
•对分易：通知、作业、互动 √ •钉钉 √ •雨课堂 基本不用啦
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1.2 材料的分类 Classification of Materials
按组成、结构特点分
Metallic Materials Inorganic Materials Polymers Composites
材料
第一章绪论1.基本概念材料化学：化学与材料科学两者结合，从分子水平到宏观尺度认识与控制结构与性能或功能的基本关系；是关于材料制备、加工和分析的化学，它的作用是改进材料的组成、结构以及合成方法，开发具有突出性能或特殊功能的新型材料。
2.材料的分类（1）按组成、结构特点分：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料（2）按使用性能分：结构材料（主要利用材料的力学性能）功能材料（主要利用材料的物理和化学性能）（3）按状态分：单晶材料、多晶材料、非晶态材料、复合材料3.材料的构成要素当一种材料被创造、发现和生产出来时，该材料所表现出来的性质和现象是人们关心的中心问题，而材料的性质和现象取决于成分和各种层次上的结构，材料的结构又是合成和加工的结果，最终得到的材料制品必须能够、并且以经济和社会可以接受的方式完成某一指定的任务。
习题：1.什么是材料化学，应该从哪些角度来认识材料？2．你如何认识材料的结构与性能之间的关系？举例说明。
第二章材料化学的理论基础1.晶体的宏观特征：规则的几何外形、晶面角守恒、物理性质的各向异性、有固定的熔点。
2.晶体与非晶体之间的转化a 热力学：非晶态的吉布斯自由能高,是一种亚稳状态。
b 动力学：动力学上难以转化，（势垒高）如金刚石和石墨。
c 转化方法：机械能使晶体非晶化。
3.点阵：按连结任意两点所得向量进行平移后能够复原的一组点。
4.点阵的二个必要条件：（1）点数无限多；（2）各点所处环境完全相同。
5.平面点阵（晶面）指标（h k l）定义：一平面点阵在三个晶轴的倒易截数之比。
意义：用来标记一组互相平行且间距相等的平面点阵面与晶轴的趋向关系。
6.晶面间距d（hkl）定义：晶面指标为（h k l）的一组平面点阵中相邻的两平面点阵面间的垂直距离。
意义：每一种晶体物质都有一套特征d（hkl），是晶体物相分析的重要依据。
7.群：在一非空集合G中，当某种代数运算规定后，若集合同时满足封闭性、单位元素、逆元素、结合规律四个条件，则G构成一个群。
材料化学第1章绪论
耐辐射性能玻璃
集成电路材料 磁记录材料 人工单晶材料
工程高分子 分子杂化材料 功能高分子 液晶材料
（4）从固体材料的存在相态看
●固体材料一般说存在单相材料，所谓相就是组成 和结构完全均匀的部分，相与相之间存在相界。相 可以分为化合物（包括单质）相，属于单组分；对 于多组分单相材料，固熔体是最基本的相。实际上， 单相单组分材料也不完全等同于化学上的化合物！
无机非金 属材料
有机高分 子材料
复合材料
⑵按材料的性能分类
以力学性能，如受力形变、脆性断裂和强度等作为应用 性能，如制造工具、机器、车辆用的钢铁材料，建筑房屋、 桥梁和铁路用的混凝土材料。这些材料都具有抵抗外力作用 而保持自己的形状、结构不变的优良力学性能。
结构材料 （Structural material）
电气陶瓷 工程陶瓷 超硬陶瓷
高分子 材料
塑料
橡胶
复合材料
特种 玻璃
优异机械性能 特种玻璃 导电性能玻璃 光学性能玻璃
纤维增强材料
聚合物基复合 材料 金属基复合材料 无机基复合材料
超耐热合金 导电金属 非晶合金 轻质合金 贮氢合金 超导合金 形状记 忆合金
纤维 涂料 粘合剂
敏感元件陶瓷
快离子导体 纳米陶瓷 磁性陶瓷
称为原料，经过二次加工的原料称为材料。
●上述定义的欠缺及使用不便
共性 3个定义都指出了：材料是用来制作某种物件或完成事情。 差异 两种英文定义均未能指出材料使用过程中本质方面的变化。 辞海的定义虽然阐明了原料和材料之间的联系和区别，但也 没有指出材料在使用中本质的变化。 ●使用这些定义在实际中带来不便： ①化工品烧碱(NaOH)？ 按定义应是材料，但类似不胜枚举的化工产品都是原料。 ②来自采掘工业的沙石、木材等等？ 按定义似乎应是原料，习惯上将其归入建筑材料。 思考？食盐在加工中失去了其原质。 烧碱在应用于其它化工 加工过程时，也要失去原质。所以，食盐和烧碱一般都看作是化 工原料。原料在加工中一般均失去了原质。
材料力学(材料化学专业)
材料力学（材料化学专业）目的和要求材料力学课程的目的是使学生可以独立进行在比较简单的受力状态下材料的受力状况分析，并准确计算出该情况下材料的内力、变形等，并能够对材料的强度、刚度等性能指标作出准确的校核，以便最准确、安全和有效地利用材料。
基本内容及学时分配（共54学时）第一章绪论（4学时）1、材料力学的任务2、变形固体的基本假设3、内力、应力和截面法4、位移、变形和应变5、杆件变形的基本形式第二章拉伸、压缩和剪切（6学时）1、轴向拉伸与压缩的概念和实例2、拉伸或压缩时的内力和截面上的应力3、材料拉伸时的力学性能4、材料压缩时的力学性能5、失效、安全系数和强度计算6、轴向拉伸或压缩的变形7、轴向拉伸或压缩的变形能8、拉伸、压缩静不定问题9、温度应力和装配应力10、应力集中的概念11、剪切和挤压的实用计算第三章扭转（6学时）1、扭转的概念和实例2、外力偶矩的计算扭矩和扭矩图3、纯剪切4、圆轴扭转时的应力5、圆轴扭转时的变形6、扭转变形能7、圆柱形密圈螺旋弹簧8、矩形截面杆扭转理论简介第四章平面图形的几何性质（4学时）1、静矩和形心2、惯性矩和惯性半径3、惯性积4、平行移轴公式5、转轴公式主惯性轴第五章弯曲内力（10学时）1、弯曲的概念和实例2、梁的支座和载荷的简化3、剪力和弯矩4、剪力方程和弯矩方程剪力图和弯矩图5、载荷集度、剪力和弯矩间的关系第六章弯曲应力（6学时）1、梁的纯弯曲2、纯弯曲时的正应力3、横力弯曲时的正应力4、弯曲切应力5、提高弯曲强度的措施第七章弯曲变形（8学时）1、工程问题中的弯曲变形挠度和转角2、挠曲线的近似微分方程3、用积分法求弯曲变形4、用叠加法求弯曲变形5、弯曲变形能6、简单静不定梁7、提高弯曲刚度的措施第八章应力状态分析和强度理论（6学时）1、应力状态概述单向拉伸时斜截面上的应力2、二向和三向应力状态的实例3、二向应力状态分析4、二向应力状态的应力圆5、三向应力状态简介6、广义胡克定律7、复杂应力状态的变形比能8、强度理论概述9、四种常用的强度理论第九章组合变形（2学时）1、组合变形和叠加原理2、拉伸或压缩与弯曲的组合3、斜弯曲4、扭转与弯曲的组合第十章压杆稳定（2学时）1、压杆稳定的概念2、两端铰支细长压杆的临界压力3、其他支座条件下压杆的临界压力4、欧拉公式的适用范围经验公式5、压杆的稳定较核6、提高压杆稳定性的措施科技文献检索与利用（原化学文献）共18学时科技文献检索与利用课程的目的是使学生明确认识到科技文献的重要性，以及其在科学研究中的重要地位。
材料化学复习
第一章（绪论）（1）材料的分类：金属、无机非金属、高分子、复合（2）材料四特性：结构、性能、制备和应用第三章（1）水热法原理：通过对高压釜加热、加压产生相对高温、高压的反应环境，使难溶或不溶物质溶解而达到不饱和，从而析出晶体。
（2）溶胶-凝胶法（sol-gel）原理：通过凝胶前驱体的水解缩聚制备金属氧化物材料。
前驱体：一般是无机盐和金属醇盐步骤：前驱体的水解、缩合——形成三维空间网络结构的凝胶——干燥、烧结固化应用：制备颗粒、纤维、表面涂膜和块状材料（3）液相沉淀法类型：直接沉淀法：在金属盐溶液中直接加入沉淀剂共沉淀法：在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，全部沉淀。
均匀沉淀法：利用化学反应使构晶离子缓慢均匀的释放出来。
（4）固相反应（凡是有固相参与的化学反应都称作固相反应）特点：固态直接参与化学反应。
一般包括相界面上的反应和物质迁移反应开始温度常常远低于反应物熔点。
矿化剂的影响（作用）1、改变反应机制，降低反应活化能。
2、影响晶核的生产速率。
3、影响结晶速率及晶格结构。
4、降低系统的共熔点，改善液相性质。
（5）插层法与反插层法插层法：把一些新原子导入晶体材料的空位。
反插层法：将晶体材料的某些原子有选择性的移除。
应用：固态锂离子电池的阴极材料石墨基质（石墨层间化合物GIC）（6）自蔓延高温合成法原理：利用反应物间化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料。
平衡机制：燃烧反应与结构化同步进行。
非平衡机制：化学反应与结构化不同步。
（7）非晶材料的制备制备需解决的两个问题：1、形成原子或分子混乱排列的状态：2、将热力学的亚稳态在一定的温度范围保存下来，使之不发生晶态转变。
液相骤冷制备原理：使熔体急速降温，使晶体生长来不及成核，从而把熔体中无序结构保留下来，得到无序的固体材料。
主要方法：喷枪法、活塞法、抛射法。
第四章（1）耐氧化性1、化学腐蚀：金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗。
电化学腐蚀：金属和电解质组成两个电极，组成腐蚀原电池，损耗材料。
材料化学讲稿绪论1
希腊在公元前3000年前，埃及在公元前2500年前，巴比仑在公元前19世纪中 叶，印度大约在公元前3000年已广泛使用青铜器。
公元前2700年，中国已经使用青铜器，至今约5000年的历史，到商周(公元 前17世纪到公元前3世纪)进入了鼎盛时期，如河南安阳出土的达875kg的鼎、 湖北隋县的编钟、西安青铜车马都充分反映了当时中国冶金技术水平和制造 工艺的高超。
材料化学教学大纲
第一章 绪论 第二章 材料的结构 第三章 材料的性能 第四章 材料电化学 第五章 材料表面化学 第六章 材料的制备方法 第七章 金属与合金 第八章 无机非金属材料 第九章 高分子聚合物材料 第十章 复合材料
参考书目录
材料化学导论 ，哈尔滨工业大学出版社 ，邓启刚, 席 慧智, 刘爱东
铁和碳的合金
人类借助风箱在高温下用木炭还原优质铁 矿石生产铁。
随着制造工艺的不断提高，特别是鼓风机 与熔炉的发明，使炼铁的成本不断降低。
到了1856年，英国发明家亨利-贝西 默爵士（Henry Bessemer）创造了 一种新方法，用冷空气吹过融熔的铁 水，去掉铁中的碳 。使钢铁的生产成 本下降了90%。这场变革引发了钢铁 产量的迅速扩张 。人类开始由农业经 济社会进入了工业经济文明社会。
唐 三彩鸳鸯壶
一种低温铅釉的陶器，采 用黄、绿、褐等色釉在器 皿构成花朵、斑点或不规 则的几何纹等，色彩斑斓 的色釉装饰。
虽称为三彩，实际上并不限于三种色彩，往往 采用二次烧成法，第一次素烧，温度约在摄氏 一千度左右，烧成坯胎芦式扁瓶 现代的水晶玻璃
开始种植棉花
标志着人类使用材料 促进文明进步
陶器的出现是对精神文明的一
大促进，其对人类文明的 贡献是不可估量的。
陶器制作
材料化学基础知识
“夕阳”材料工业：钢铁
• 钢铁工业在发达国家已进入衰退阶段，原因是有许多新材料 来代替钢铁，并且钢铁生产污染环境，他们往往把这些企业 放在第三世界国家。
• 1996年中国粗钢产量首次突破1亿吨大关，中国粗钢产量跃居 世界第一以来，中国粗钢产量随后呈连年增长的趋势，并且 钢产量一直位居世界第一。中国的不锈钢产业则在近十年里 取得了飞速增长，2001年，中国不锈钢粗钢产量仅为73万吨， 占全球当年产量的3.8%，随后中国的不锈钢产量连续10年呈 现超过20%的年均增长率。2006年，中国不锈钢粗钢产量561 万吨，首次位居世界第一，至今，中国的不锈钢粗钢产量也 已经占据世界总产量的近一半。
材料化学基础知识
第一章 绪 论
1.1 材料的定义、分类和作用
一、材料的定义
1.《辞海》:人们把自然界经过开采而获得的劳动对象 称为原料。自然界自然存在而未经过人类任何劳动 输入的就不能称为原料。例如，开采出来的矿物是 冶金的原料，种植出来的小麦是制造面粉的原料， 单采掘工业中就没有原料。在加工工业中，一般把 来自采掘工业和农业的劳动对象称为原料，把经过 工业加工的原料（如钢铁、水泥）称为材料。
• 近年来的研究表明石棉是一种致癌物质，欧美 国家许多癌症的病因，都曾与石棉污染有关。 目前这种状况正在向发展中国家转移。据保守 估计，今后30年中死于石棉污染者将达到100 万，其中大多数是制造含石棉的地板、天花板、 屋顶材料、接合剂和自动闸的工人。若进行大 规模楼层定向爆破、拆除等工作时，现场附近 人员不采取防护措施，也极可能被伤害。
10000
9690
8000
6000 4000 2000
1700 700
2755 2082
2500
0 1952年
材料化学绪论PPT学习教案
第5页/共33页
6
2、 材料科学及其发展
第一代（天然材料）：自然界的矿物、植物以及动物 第二代（烧炼材料）：烧结：砖瓦、陶瓷、玻璃、水泥；
冶炼：铜铁 第三代（合成材料）：20世纪初出现化工产品，塑料、
橡胶、纤维等已广泛用于生活。 第四代（可设计材料）：前三代为单一产品，于是根据需
❖ 美国从此相继成立了一些材料研究中心，正式将材料 科学作为一个学科对待。
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❖ 美国：50年代末美国政府就制定了全国材料发展规划， 70 ~ 80 年代又进行了多次的补充和修正，把重点放 在超硬化合物、半导体激光材料、磁性材料和精密陶 瓷上。
❖ 日本：在 1980 年开展了为期 10 年耗资 4 亿美元的新 材料发展规划，重点领域为精密陶瓷、功能高分子、 复合材料、生物材料等。
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新材料的发展方向
❖ 结构功能的复合化
❖ 功能材料的智能化
❖ 材料与器件的集成化
❖ 制备和使用工程的绿色
化
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27
我国的新材料研究
形成了一支 40 万人的研究与生产 队伍，其中科研人员近 10 万人。 研究单位有 300 多个，新材料生产 工厂 1000 多个。各类大学有 150 多个与材料有关的专业，毕业生的 数量与美国相近。
金属材料（纯金属、合金）：优良力学性能（强度、塑性）； 可加工性；优异的物理性能。
高分子材料（天然、合成）：密度小；比强度大；绝缘性好； 耐腐蚀；易加工。
无机非金属材料（陶器、瓷器、水泥、玻璃、耐火材料）： 耐高温；抗腐蚀；高硬度；优良 介电、压电、光学、磁学性能。
复合材料（玻璃钢，碳纤维聚合物，陶瓷基、金属基）： 两种以上；特殊方法。
材料化学-绪论ppt课件
John Wiley & Sons, 2004. 6. William D, Callister J. Materials science and engineering: An introduction. 5th Ed.
➢ 芯片制造：光致抗蚀剂、化学气相沉积法、等 离子体刻蚀;
➢ 信息存储材料; ➢ 光电子材料; ➢ 光子晶体。
Chapter1 Introduction
21
环境和能源领域
➢ 清洁能源：光伏电池、太阳能电池、燃料电池 等；
➢ 可回收和可生物降解材料； ➢ 环境友好材料
结构材料领域
➢ 汽车和飞机：比以前更安全、轻便和省油； ➢ 特种涂料：具有防腐、保护、美化或其它用途
Chapter1 Introduction
8
Figure of materials development
Chapter1 Introduction
11
第一个合金材料： 铜锡合金（青铜）
含锡量1/6 —— 韧性好 —— 制造钟鼎
Allo y
含锡量2/5 —— 硬度高 —— 制造刀斧
结构与性能的关系
➢合成高分子（二十世纪初）
➢纳米材料（二十世纪80年代）
Chapter1 Introduction
16
1.2 材料的分类 Classification of Materials
按组成、结构特点分
Metallic Materials
Inorganic non-metallic Materials
材料化学第1讲
Chapter1 Introduction
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China
China
康熙 黄釉盖罐
乾隆 茶叶末六连瓶
Chapter1 Introduction
28
1.2 材料的发展概况
材料的发现、发展和应用是人类文明的标志
青铜时代大约源于4000 ~ 5000年前。青铜是铜锡铝等元素组成的合金， 与纯铜相比，青铜熔点低，硬度高，比石器易制作且耐用。青铜器大 大促进了农业和手工业的出现。
《材料化学》
Materials Chemistry
以材料化学命名的顶级杂志
A:Materials for energy and sustainability
B:Materials for biology and medicine C:Materials for optical and electronic devices Chemistry of Materials 美国化学会（ACS） 1989年创刊 Journal of Materials Chemistry 英国皇家化学会（RSC） 1991年创刊，2013年分A，B，C 2
这张照片是在哥伦比亚号返回地 球的11天前拍摄并传回的，通过 哥伦比亚号上随机安装的一架照 相机拍摄。
Chapter1 Introduction
升空时，从燃料 箱脚架处掉下的 一块隔热泡沫砸 到左翼碳／碳复 合材料面板下半 部附近造成裂缝。 而后高温热离子 流穿过此处，使 机翼铝合金、铁 基合金、钠基合 金结构熔化，导 致航天飞机失控、 机翼破坏和机体 解体。
Chapter1 Introduction
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1.1 基本概念 (3) 材料化学
材料化学，顾名思义，应该是与材料相关的化学学科的 一个分支，是材料科学的一个重要组成部分，在化学学科中 通常也称为“固体化学”。材料化学介绍的是从化学角度来 进行材料科学研究所需要的基本知识。
材料化学习题汇总
材料化学习题汇总材料化学知识要点与习题解答汇总第⼀章绪论1.材料：⼈类社会所能够接受的经济地制造有⽤器件的物质。
（可以⽤来制造有⽤的构件、器件或物品的物质。
）或材料是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。
2.材料化学：在分⼦结构层次上研究材料的合成、制备、理论，以及分⼦结构和聚集态结构、材料性能之间关系的科学。
3.智能材料：能够随着环境、时间的变化改变⾃⼰的性能或状态⼀类新型功能材料。
4.在先进材料、电⼦信息技术、⽣物技术三⼤未来⾼技术领域中，先进材料中的先进陶瓷和⾼分⼦基质材料将于今后25年内在世界上发挥重⼤作⽤，并可能是美国在国际⽣产和技术竞争中保持强⼒地位的关键技术领域。
5.在第四代材料（可设计材料）中，最具代表性的是复合材料。
6.按照材料的化学组成材料可以分为哪⼏类？答：按照材料化学组成，可以分为⾦属材料、⽆机⾮⾦属材料、有机⾼分⼦材料、复合材料。
7.按照材料的性能材料可以分为哪⼏类？答：按照材料的性能，可以分为（结构材料）和（功能材料）。
8.材料的结构分为哪⼏个层次？请举例说明。
答：材料的有效性总体上可以分为分⼦结构、分⼦聚集态结构和构成材料的外形结构等三个层次。
分⼦结构：属于原始基础结构，决定材料所具有的潜在功能；分⼦聚集态结构：决定材料所具有的可表现的实际功能；构成材料的外形结构：决定材料具有某种特定的有效功能。
例如贝克，贝壳的基本性质由构成它的碳酸钙和多糖基质（材料的分⼦结构）的结构决定，但⼆者通过有序组装（材料的聚集态结构）构成的复合材料决定了它的基本材料性质。
⽽且只有当这种材料构成⼀定的壳状结构（材料的外形结构）时，它才能起到贝壳的作⽤。
9.何为材料科学研究的四要素？答：材料科学研究的四要素是指材料的“基本性质”、“结构与成分”、“合成与加⼯”、“使⽤性能”。
基本性质：主要指材料的物理和化学性能等，⽤以确定材料功能特性和效⽤的描述；结构与成分：主要指材料的化学组成，物理和化学结构，⽤以确定制造每种特定材料所采取的合成和加⼯的结果；合成与加⼯：主要指建⽴原⼦、分⼦和分⼦团的新排列，在所有尺⼨上（从原⼦尺⼨到宏观尺⼨）对结构的控制，以及⾼效⽽有竞争⼒地制造材料和零件的演变过程；使⽤性能：主要指材料固有性质同产品设计、⼯程能⼒和⼈类需求相融合要⼀起的⼀个要素。
材料化学绪论知识点总结
材料化学绪论知识点总结一、材料化学的基本概念1.1 材料化学的定义材料化学是一门研究材料结构、性能和制备方法的学科。
它涉及材料的原子结构、晶体结构、材料的物理性质和化学性质等方面。
材料化学旨在探索材料的内在规律，促进新材料的开发和应用。
1.2 材料化学的发展历史材料化学的研究可以追溯到古代，如金属冶炼、陶瓷制作等。
随着化学、物理学等学科的发展，材料化学逐渐成为一个独立的学科。
20世纪末以来，材料化学得到了迅速发展，取得了许多重大突破，如纳米材料、功能材料等的研究。
1.3 材料化学的研究内容材料化学主要包括材料性能的研究、结构与性能的关系、材料的制备与加工等内容。
在这些研究领域中，涉及了很多基本概念和原理，我们将在后续章节中详细介绍。
二、材料的结构与性能2.1 材料的晶体结构晶体是由规则排列的原子或分子组成的固体结构，具有长程有序性。
晶体结构对材料的性能有着重要影响。
常见的晶体结构有离子晶体、共价晶体、金属晶体等。
2.2 材料的物理性质材料的物理性质包括热学性质、电学性质、光学性质等。
这些性质的表现取决于材料的结构和成分。
2.3 材料的化学性质材料的化学性质反映了材料在化学反应中的行为和特性。
主要包括化学稳定性、化学活性等。
对于材料的应用和稳定性有重要意义。
2.4 结构与性能的关系材料的结构和性能之间存在着密切的关系。
通过了解材料的结构，可以预测材料的性能；通过改变材料的结构，可以调控材料的性能。
三、材料的制备方法3.1 化学合成法化学合成法是指通过化学反应合成材料的方法。
例如，通过溶液法、气相法合成各种无机化合物、高分子化合物等材料。
3.2 物理制备法物理制备法是指通过物理手段制备材料，如溅射法、磁控溅射法等。
这些方法适用于各种材料的制备，得到的材料通常具有较高的纯度和均匀的结构。
3.3 生物制备法生物制备法是指利用生物体或生物体制造材料的方法。
如利用微生物合成高分子材料、利用植物提取天然产物等。
化学绪论知识在材料科学中的应用有哪些
化学绪论知识在材料科学中的应用有哪些关键信息项：1、化学绪论知识的具体范畴2、材料科学的主要领域3、化学绪论知识在各材料科学领域的具体应用方式4、应用过程中的影响因素5、应用所带来的优势和局限性6、未来可能的发展趋势和研究方向1、引言11 化学绪论知识是化学学科的基础，涵盖了化学的基本概念、原理和方法。
12 材料科学作为一门交叉学科，与化学密切相关。
13 探讨化学绪论知识在材料科学中的应用具有重要意义。
2、化学绪论知识的范畴21 化学元素与原子结构211 元素周期表的规律和特性212 原子的电子构型和化学键的形成22 化学热力学与动力学221 热力学定律在化学反应中的应用222 反应速率和反应机制的研究23 溶液化学与化学平衡231 浓度、溶解度和酸碱平衡232 沉淀溶解平衡和配位平衡3、材料科学的主要领域31 金属材料311 钢铁、铝合金等的性能和制备312 金属的腐蚀与防护32 无机非金属材料321 陶瓷、玻璃和水泥的组成与结构322 新型无机非金属材料的研发33 高分子材料331 塑料、橡胶和纤维的合成与性能332 高分子材料的改性和应用34 复合材料341 纤维增强复合材料的特点和制备342 层状复合材料的性能优化4、化学绪论知识在金属材料中的应用41 利用原子结构知识优化合金成分411 根据元素的电子构型选择合适的合金元素，改善金属的性能。
412 控制杂质元素的含量，提高金属的纯度和质量。
42 依据化学热力学和动力学原理改进金属的制备工艺421 优化反应条件，提高金属的提取效率和纯度。
422 研究金属的相变过程，控制金属的组织结构。
43 通过溶液化学和化学平衡知识进行金属的表面处理431 电镀、化学镀等方法增加金属表面的防护层。
432 利用酸碱处理改善金属表面的粗糙度和润湿性。
5、化学绪论知识在无机非金属材料中的应用51 基于元素周期表选择合适的无机非金属元素511 制备具有特定性能的陶瓷材料。
第五讲 材料化学解析
2 金属玻璃？
是指熔融合金在冷却过程中不发生结晶，而 其内部结构中的原子呈长程无序排列的一类 材料。
金属玻璃相对于金属而言，它是无定型材料 ，和玻璃相类似；而与一般氧化物相比，其 主要成分是金属元素，没有普通玻璃的脆性 和透明度，金属玻璃具有金属光泽，可以弯 曲，外观上普通金属材料没有任何区别。
1万年以前，对石器进行加工，器皿和精致的工具，新石器时代。 新石器时代后期，出现了利用粘土烧制的陶器。
公元前5000年，青铜器时代。
公元前1200年，使用铸铁，铁器时代。钢 18世纪，钢铁工业的发展，成为产业革命的重要内容和物质基础。
19世纪中叶，现代平炉和转炉炼钢技术的出现，使人类真正进入了 钢铁时代。铜、铅、锌，铝、镁、钛等金属得到应用。
从铝壶做起，慢慢延伸到了烹调器具、锡箔纸、 电线和电缆……。
现在，美铝了成为公认的世界上最大的原铝、铝 加工产品和氧化铝生产商。 美铝的产品广泛的应用于航空航天、汽车、包装 、建筑、商业运输以及工业市场。
铝的应用市场的打开……
铝的应用市场的打开是从 20 世纪 30 年代开始的。为 了提高铝的比强度，当时关于铝的研究有两个热门话 题：
2 金属材料
●金属材料可以分为黑色金属材料 和有色金属材料
●黑色金属材料包括铁、锰、铬及 其合金
●有色金属指除黑色金属以外的其 余的金属材料，如轻金属、重金属、 高熔点金属、稀土金属、贵重金属 等
1.铝合金
自然界含量最多的金属元素？ 占 地壳1/12 铝（Al） m.p 659.8℃ b.p 2270 ℃ ρ ： 2.702g·cm-3 导电、导热性好，延展性，导线 氧化物膜，抗氧化 提高铝的硬度，加入铝、镁、铜、锌超硬铝 应用：航空，汽车，建筑，炊具
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学习方式：听课与自学相结合
参考期刊： 1. 功能材料；2. 高分子学报 ；3. 无机材料学报 ；4. 复合材料学报 ； 5. 中国化学快报（英文版）；6. 应用化学；7. 高等学校化学学报； 8. 材料科学与工艺；9. 热固性树脂 ；10. 化学物理学报 参考教材： 1《材料化学》，曾兆华，杨建文著，化学工业出版社，2008年4月第一版。 2《材料化学》，朱光明，秦华宇著，机械工业出版社，2009年6月第二版。 3《材料化学》，李奇，陈光巨编，高等教育出版社，2010年9月第一版。 4《材料科学导论》，冯端,师昌绪,刘治国，化学工业出版社，2002年5月。 5《无机材料化学》，田顺宝，林祖强，祝炳和等，科学出版社，1993年
（3）
❖ 铁器时代被认为是始于2000多年前，由铁制作的农具、手工 工具及各种兵器得以广泛应用，大大促进了当时社会的发展。
Chapter 1 Introduction
Chapter 1 Introduction
❖ 钢铁、水泥等材料的出现和广泛应用， 人类社会开始从农业和手工业社会进入 了工业社会。
后者是前者的 4 倍，这对于结构材 料来说是几千年来的一个飞跃。
铝
铝是一种轻金属，密度 2.7 g/cm3，大约是铁的 1/3。纯铝的拉伸强度只有 48 MPa，只有钢的 1/10 左右。因此在早期并未得到重视。
Al 在地壳中含量丰富，占 1/12，但主要以 Al2O3 的状态存在。18 世纪发现了 Al 元素的存在， 1825 年丹麦物理学家 Hans Oersted 第一次成功 地提炼出金属铝，但是提炼方法比较复杂，产量 很低，使得其价格极为昂贵。
美国科学院、美国工程院联合编写 《材料：人类的需求》
材料是可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质
材 料=物 质
Materials = Matter
水是材料？ 冰是材料？
几乎所有的物质都可以称为是材料 并不是所有的材料都能引起人们的广泛关注
那么下一个问题就是
什么样的材料值得我们关注？
先来看看材料的发展历史……
因此材料的定义可以发展为：
人类社会所能够接受的经 济地制造有用器件的物质
一个例子
比强：比强度，也就是 材料的强度与密度之比。 具有高强度、低密度的 材料无疑具有应用优势。
高比强铝合金給 20 世纪的 “新”材料带来了第一个突
破
钢的比强度为： 0.64 106 cm 铝合金的比强度为：2.64 106 cm
技术的进步让铝走出了首饰店……
1886 年， 22 岁的美国人 Hall 发明了熔盐电解 法制取金属铝，此法投产后，金属铝的产量迅 速增长，价格则大幅度下降 ，从而把铝的大规 模生产变成了现实。这个年轻人组成了一个大 公司，这就是今天美国美铝公司 (Alcoa) 的前身。
将氧化铝 (A12O3) 溶解在熔融的冰晶石 (Na3AlF6) 中进行电 解(电解液温度接近 1000℃)
❖ 本世纪半导体硅、高集成芯片的出现和 广泛应用，则把人类由工业社会推向信 息和知识经济社会。
Chapter 1 Introduction
一方面，材料是人类生存和生活必不可缺少 的部分，是人类文明的物质基础和先导，是直接 推动社会发展的动力。
另一方面，随着社会的发展，科学技术的进 步以及自然资源和能源的逐渐减少，人们所关注 的、所使用的材料种类也在发生着变化……
铝曾经比金银还要珍贵……
100多年前，为了表彰门捷列夫对化学的杰出 贡献，英国皇家学会不惜重金制作了一个比 黄金还要贵重的奖杯──铝杯，赠送给门捷列 夫。
法国皇帝拿破仑三世为了显示自己的尊贵， 用铝作了一顶头盔，成为轰动一时的新闻。 每逢盛大国宴，别人都用银制餐具，而他独 自使用一套铝制餐具。
本课程所涉及的内容就属于材料化学这一分支。 而作为本课程的绪论，这里我们将首先来讨论 几个相关的名词：
材料 材料科学 材料化学
第一章 绪 论
1.1 什么是材料？
材料是可以用来制造有用的Байду номын сангаас件、器件 或物品的物质。
师昌绪主编：《材料大辞典》p.58
材料是“具有一定性能的物质, 可以用 来制成一些机器、器件、结构和产品” 。
历史学家把某一类材料的特征及其广泛应 用作为人类文明史各个阶段的一种标志
❖ 旧石器时代 ❖ 新石器时代 ❖ 陶器时代 ❖ 青铜器时代 ❖ 铁器时代
我们现在所处的时代应该称为什么时代？
❖钢 ❖硅 ❖ 塑料 ❖ 合成材料 ❖ 半导体 ❖ 精密陶瓷 ❖ 复合材料 ❖ 纳米材料 ❖ ……
材料成为了一个新的独立的科学门类。 这个新学科与物理、化学、力学、机械、冶 金、化工等传统科学门类水乳交融，但是具 有其独特的鲜明的个性。也正是因为与各个 传统科学门类水乳交融，材料学科在不同的 场合就被划分成了材料物理、材料化学、材 料力学、材料工程学等诸多分支。
《材料化学》
Materials Chemistry
主讲： 李翠林 E-mail: licl7305@ Tel: 13919407983
本课程的内容
❖ 绪论 ❖ 材料制备方法 ❖ 金属材料 ❖ 无机非金属材料 ❖ 高分子材料 ❖ 复合材料 ❖ 纳米材料
介绍基本概念和基础理论为主，兼顾新材料、新方法。
在 上可以找到很多关于铝以及铝合金的信 息
❖ 群居洞穴的猿人通过简 单加工获得石器以狩猎、 护身和生存。
❖ 旧石器时代：这段文化时 期，最早开始于大约 750,000年以前的以狩猎 和打制石器工具为主。
❖ 新石器时代：属于或同始 于大约公元前 10,000年中 东及后来其它一些地方的 文化时期相关，以农业发 展和磨制石具的制作为特 征。
Chapter 1 Introduction
随着对石器加工制作水平 的提高，出现了原始手工 业如制陶和纺织
Chapter 1 Introduction
青铜时代大约源于4000 ~ 5000年前。青铜是铜锡铝等元素组成的合金， 与纯铜相比，青铜熔点低，硬度高，比石器易制作且耐用。青铜器大 大促进了农业和手工业的出现。
Chapter 1 Introduction