【精品】PPT课件 材料化学导论
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和实验手段，认识了物质的结构与性能之间的关系 和规律，合成制备了数以千万计的化学物质。面对 材料科学、信息科学等其它学科迅猛发展的挑战和 人类对认识和改造自然提出的新要求，化学在不断 开拓新的研究领域和思路的同时，不断地创造出新 的物质和品种来满足人民的物质文化生活，造福国 家，造福人类。当前，资源的有效开发利用、环境 保护与治理、社会和经济的可持续发展、新型材料 的开发和应用等是科学工作者关注的重大问题。
晶体还可分为单晶（single crystals）和多晶
（ multicrystal）。 单晶是由一个晶核沿各个方向均匀生长的
各向异性的均匀物体，其晶体内部粒子基本上 按一定规则整齐排列。具有一定的熔点。
多晶由许多单晶颗粒杂乱聚结而成，所以
尽管每颗晶粒是各向异性，但由于晶粒排列杂 乱，各向异性互相抵消，整个晶体便失去了各 向异性的特征。
NaCl型结构:自然界有几百种化合物都属于 NaCl型结构，有氧化物MgO，CaO，SrO，BaO， CdO，MnO，FeO，CoO，NiO；氮化物里TiN， LaN，ScN，CrN，ZrN；碳化物TiC，VC，ScC等； 所有的碱金属硫化物和卤化物（CsCl，CsBr，CsI 除外）也都具有这种结构。
2. AB2型化合物结构
a. CaF2(萤石)型结构:CaF2属立方晶系，面 心立方点阵，Fm3m空间群，正负离子数比为 1:2。
b. TiO2(金刚石)型结构:金红石是TiO2的一 种稳定型结构，属四方晶系，p*4/m*n*m空间 群。
1. 负离子配位多面体规则
位多面体，正负离子间的平衡距离取决于离子半径之 和，而正离子的配位数则取决于正负离子的半径比。 这是鲍林第一规则。将离子晶体结构视为由负离子配 位多面体按一定方式连接而成，正离子则处于负离子 多面体的中央，故配位多面体才是离子晶体的真正结 构基元。
晶体还可分为单晶（single crystals）和多晶
（ multicrystal）。 单晶是由一个晶核沿各个方向均匀生长的
各向异性的均匀物体，其晶体内部粒子基本上 按一定规则整齐排列。具有一定的熔点。
多晶由许多单晶颗粒杂乱聚结而成，所以
尽管每颗晶粒是各向异性，但由于晶粒排列杂 乱，各向异性互相抵消，整个晶体便失去了各 向异性的特征。
NaCl型结构:自然界有几百种化合物都属于 NaCl型结构，有氧化物MgO，CaO，SrO，BaO， CdO，MnO，FeO，CoO，NiO；氮化物里TiN， LaN，ScN，CrN，ZrN；碳化物TiC，VC，ScC等； 所有的碱金属硫化物和卤化物（CsCl，CsBr，CsI 除外）也都具有这种结构。
2. AB2型化合物结构
a. CaF2(萤石)型结构:CaF2属立方晶系，面 心立方点阵，Fm3m空间群，正负离子数比为 1:2。
b. TiO2(金刚石)型结构:金红石是TiO2的一 种稳定型结构，属四方晶系，p*4/m*n*m空间 群。
1. 负离子配位多面体规则
位多面体，正负离子间的平衡距离取决于离子半径之 和，而正离子的配位数则取决于正负离子的半径比。 这是鲍林第一规则。将离子晶体结构视为由负离子配 位多面体按一定方式连接而成，正离子则处于负离子 多面体的中央，故配位多面体才是离子晶体的真正结 构基元。
材料化学导论第1章绪论
铁 器 材 料
铜 器 材 料
石 器 材 料
复 合 材 料
ห้องสมุดไป่ตู้
⑴材料的使用程度是人类社会发展的里程碑 从人类社会发展来看，使用材料经历了三大里程碑： 石器时代：以石头制造工具。可以划分为旧石器时代（公元前2~3百 万年至约1万年），从原始部落到母系社会；中石器时代（公元前约1万 年至7~8千年）；新石器时代（公元前7~8千年至6千年）。这期间，我们 的祖先以石器为主要工具，在寻找石器的过程中认识了矿石，发明了火， 制造了第1种人造材料——陶，并在烧陶过程中发展了冶铜术，开创了冶 金技术。 铜器时代：人类大量制造和使用第2种人造材料——“红铜”和“青 铜”。 “红铜”时代约在公元前4~5前年，即原始社会到奴隶社会初期； “青铜”时代约在我国商周时代和私有制建立的前夜。 铁器时代：人类制造和使用第3种人造材料——铸铁，嗣后是钢铁 工业的迅猛发展,成为18世纪产业革命的重要内容和物质基础。人类社会 发展到20世纪中叶以来，科学技术突飞猛进，日新月异，作为发明之母 和产业粮食的新材料研制更是异常活跃，出现了称之为聚合物时代、半 导体时代、先进陶瓷时代和复合材料时代等种种提法。在当前新技术革 命涉及整个国际社会的浪潮冲击下，人类进入了一个材料革命的新时代。
1.2材料的分类 ⑴按照材料的化学属性可以分为4类： 黑金属 金属材料 有色金属 无机非金属材料 单晶形态 多晶形态。烧结成型，制陶工艺。 新型陶瓷材料（New Ceramics）或精细陶瓷（Fine Ceramics）。 有机高分子材料 以脂肪族或芳香族的C-C共价键为基础结构的大分子组成。 一般又分为塑料、橡胶和纤维。 复合材料 金属、无机非金属和有机高分子材料有机结合
怎样定义材料？
●借助两个英语词组来说明材料的含义： 在英语中，有2个短语来表示制造、制成，但其有明显的区分： “ made of ” 指构成或制成物品后，其物质的原质没有发生变化； “ made from ” 指构成或制成物品后，其物质的原质已经发生变化， 即失去了原质。 可以如此来定义材料： 经过人类劳动获得的、在进一步的加工过程中仍然保持原质的劳动对 象称为材料。 例子：钢铁
铜 器 材 料
石 器 材 料
复 合 材 料
ห้องสมุดไป่ตู้
⑴材料的使用程度是人类社会发展的里程碑 从人类社会发展来看，使用材料经历了三大里程碑： 石器时代：以石头制造工具。可以划分为旧石器时代（公元前2~3百 万年至约1万年），从原始部落到母系社会；中石器时代（公元前约1万 年至7~8千年）；新石器时代（公元前7~8千年至6千年）。这期间，我们 的祖先以石器为主要工具，在寻找石器的过程中认识了矿石，发明了火， 制造了第1种人造材料——陶，并在烧陶过程中发展了冶铜术，开创了冶 金技术。 铜器时代：人类大量制造和使用第2种人造材料——“红铜”和“青 铜”。 “红铜”时代约在公元前4~5前年，即原始社会到奴隶社会初期； “青铜”时代约在我国商周时代和私有制建立的前夜。 铁器时代：人类制造和使用第3种人造材料——铸铁，嗣后是钢铁 工业的迅猛发展,成为18世纪产业革命的重要内容和物质基础。人类社会 发展到20世纪中叶以来，科学技术突飞猛进，日新月异，作为发明之母 和产业粮食的新材料研制更是异常活跃，出现了称之为聚合物时代、半 导体时代、先进陶瓷时代和复合材料时代等种种提法。在当前新技术革 命涉及整个国际社会的浪潮冲击下，人类进入了一个材料革命的新时代。
1.2材料的分类 ⑴按照材料的化学属性可以分为4类： 黑金属 金属材料 有色金属 无机非金属材料 单晶形态 多晶形态。烧结成型，制陶工艺。 新型陶瓷材料（New Ceramics）或精细陶瓷（Fine Ceramics）。 有机高分子材料 以脂肪族或芳香族的C-C共价键为基础结构的大分子组成。 一般又分为塑料、橡胶和纤维。 复合材料 金属、无机非金属和有机高分子材料有机结合
怎样定义材料？
●借助两个英语词组来说明材料的含义： 在英语中，有2个短语来表示制造、制成，但其有明显的区分： “ made of ” 指构成或制成物品后，其物质的原质没有发生变化； “ made from ” 指构成或制成物品后，其物质的原质已经发生变化， 即失去了原质。 可以如此来定义材料： 经过人类劳动获得的、在进一步的加工过程中仍然保持原质的劳动对 象称为材料。 例子：钢铁
材料化学导论第8章_功能转换材料【PPT课件】
也称为正压电效应。
反之，在压电晶体上加电场，晶体会产生应力而使 晶体形变。该效应称为逆压电效应，也叫电致伸缩效应。
（加交变电场，产生机械振动）
压电效应使机械能和电能发生转化。
二、压电机制
1、非铁电晶体（如石英）
不受外力作用时，晶体内正负电荷中
心重合，总电距为0，晶体表面无电荷。
当受到外力作用时，晶格变形，正负电 荷中心不重合，出现电极化，表面呈现
中的自由电荷而中和（空气中总存在微量正负离子和电
子），铁电体不呈电性。当铁电体作机械变形时，极化
强度（包括极化电荷）随之变化。导致表面吸附的自由
电荷随之而变。变化着的自由电荷便从一个极移至另一
极形成电流。从而实现机械能向电能转变即压电效应。
反之，接入电源，电极上呈现电压， 电极 压电体就会变形（压缩或伸长）。加交
EV
Байду номын сангаас
（2）杂质光电导
EC
附加载流子来自禁带中的杂
质能级上的电子或空穴，从而改
变导电率。
EV
2、光生伏特
光照射下，半导体p-n结产生电势差的现象。
机理：
n
p
E
n
p
p Eg n 势垒
载流子扩散，形成p-n结空间电荷区。自建电场从n p,阻止扩散，最后平衡。
自建电场作用：
（1）阻止：
n区电子向p区扩散； p区空穴向n区扩散
某些合成聚合物拉伸后，也显示压电性。
（2）驻极体聚合物 聚乙烯、聚丙烯等，分子中无极性基团，在电场中
无偶极取向极化。这类材料本身无压电性。但由于材 料在加工过程中存在不对称杂质电荷或由外界注入的 电荷在电场中不对称分布而引起压电性。但压电常数 低，重复性差，难于实用。
反之，在压电晶体上加电场，晶体会产生应力而使 晶体形变。该效应称为逆压电效应，也叫电致伸缩效应。
（加交变电场，产生机械振动）
压电效应使机械能和电能发生转化。
二、压电机制
1、非铁电晶体（如石英）
不受外力作用时，晶体内正负电荷中
心重合，总电距为0，晶体表面无电荷。
当受到外力作用时，晶格变形，正负电 荷中心不重合，出现电极化，表面呈现
中的自由电荷而中和（空气中总存在微量正负离子和电
子），铁电体不呈电性。当铁电体作机械变形时，极化
强度（包括极化电荷）随之变化。导致表面吸附的自由
电荷随之而变。变化着的自由电荷便从一个极移至另一
极形成电流。从而实现机械能向电能转变即压电效应。
反之，接入电源，电极上呈现电压， 电极 压电体就会变形（压缩或伸长）。加交
EV
Байду номын сангаас
（2）杂质光电导
EC
附加载流子来自禁带中的杂
质能级上的电子或空穴，从而改
变导电率。
EV
2、光生伏特
光照射下，半导体p-n结产生电势差的现象。
机理：
n
p
E
n
p
p Eg n 势垒
载流子扩散，形成p-n结空间电荷区。自建电场从n p,阻止扩散，最后平衡。
自建电场作用：
（1）阻止：
n区电子向p区扩散； p区空穴向n区扩散
某些合成聚合物拉伸后，也显示压电性。
（2）驻极体聚合物 聚乙烯、聚丙烯等，分子中无极性基团，在电场中
无偶极取向极化。这类材料本身无压电性。但由于材 料在加工过程中存在不对称杂质电荷或由外界注入的 电荷在电场中不对称分布而引起压电性。但压电常数 低，重复性差，难于实用。
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
材料化学导论
都能相互溶解，即 溶体常常在某一限定成分 范围内才能形成。
LnxA-μA关系曲线会终止于 A在B中的饱和溶解度处， 要用LnxA=0处外插之后μA 的值，标准状态也变成了 假想标准状态。
4.固体的溶解度
• 固体与液体平衡时溶液中A 的化学势等于固体A的化学
• 物质A的溶解行为取决于固 体A的化学势大小和溶解过
2．课堂讨论 2 3．机动 2（复习及习题解答）
教学过程
1. 后次复习前次概念 2. 本次讲授内容的引入 3. 新教学内容的讲授过程 4. 小结 5. 思考题 6． 作业
教材及教学参考书
1. 《材料化学导论》 席慧智 哈尔滨工业大学出版社 2001 2. 《材料化学导论》 唐小真 高教出版社 1997 3. 《材料化学导论》 丁马太 厦门大学出版社出版 1995年 4. 《材料化学导论》 杨宏秀 高等教育出版社 1997 5. 《Introduction to Materials Chemistry》 Harry R. Allcock
•
P+为标准压力,G+为该压力 下n摩尔理想气体的标准自
•
由能，与压力无关，是温
温度较低时，单位压力气 体的化学势高于液体的化 学势，这时气体凝结；
度的函数
• 高温时则正好相反。
•
当气体压力保持一定时， 单纯理想气体的化学势随
•
温度达到Tb，气体和固体 的两条曲线相交，此时，
温度而变化。单位压力下
Tb温度下单位压力的气体
• 溶体平均每摩尔自由能g为：
2.混合气体化学势 • 把单纯理想气体的化学势表达式中的全压力p换成各成
分的分压，即可得到理想混合气体的化学势。 (理想气体) (对A成分而言)
LnxA-μA关系曲线会终止于 A在B中的饱和溶解度处， 要用LnxA=0处外插之后μA 的值，标准状态也变成了 假想标准状态。
4.固体的溶解度
• 固体与液体平衡时溶液中A 的化学势等于固体A的化学
• 物质A的溶解行为取决于固 体A的化学势大小和溶解过
2．课堂讨论 2 3．机动 2（复习及习题解答）
教学过程
1. 后次复习前次概念 2. 本次讲授内容的引入 3. 新教学内容的讲授过程 4. 小结 5. 思考题 6． 作业
教材及教学参考书
1. 《材料化学导论》 席慧智 哈尔滨工业大学出版社 2001 2. 《材料化学导论》 唐小真 高教出版社 1997 3. 《材料化学导论》 丁马太 厦门大学出版社出版 1995年 4. 《材料化学导论》 杨宏秀 高等教育出版社 1997 5. 《Introduction to Materials Chemistry》 Harry R. Allcock
•
P+为标准压力,G+为该压力 下n摩尔理想气体的标准自
•
由能，与压力无关，是温
温度较低时，单位压力气 体的化学势高于液体的化 学势，这时气体凝结；
度的函数
• 高温时则正好相反。
•
当气体压力保持一定时， 单纯理想气体的化学势随
•
温度达到Tb，气体和固体 的两条曲线相交，此时，
温度而变化。单位压力下
Tb温度下单位压力的气体
• 溶体平均每摩尔自由能g为：
2.混合气体化学势 • 把单纯理想气体的化学势表达式中的全压力p换成各成
分的分压，即可得到理想混合气体的化学势。 (理想气体) (对A成分而言)
第一章-材料化学导论
学势。
5．纯物质的蒸发及化学势
气体压力p保持一定时，该气体的 化学势随温度而变化。 单位压力下气体的μg等于μ+，g。 温度较低时，单位压力气体的化学 势高于液体的化学势，这时气体凝 结；高温时则正好相反。
温度达到Tb，气体和固体的两条曲 线相交，此时 μ+, g = μl (1-10)
组分、相和系之间的关系如图1-1所示。
1.1.2 纯物质热力学
1. 纯物质的自由能和化学势 热力学稳定性最基本的概念: 自由能。 纯物质的自由能决定因素： 物质的化学性质，物质数量 ，物质的聚集状态(固体、液 体、气体)，温度和压力。 自由能(G)值越小，物质的状 态越稳定。 设n摩尔物质的自由能为G， 则平均1摩尔的自由能: g = G/n (1-1)
Chapter1 Introduction
16
Examples
Chapter1 Introduction
17
无机非金属材料（Inorganic Materials）
无机化合物材料：陶瓷、玻璃、水泥等。
单质材料：单晶硅、金刚石、石墨等。 以陶瓷为主。可用作结构材料、光学材料、电子材料等。
Equations
Fe3C FeO 4Fe CO
Chapter1 Introduction
12
第八世纪的 "Carolingian"剑
东方曲剑" Persian "
Swor ds
土耳其的 "Damascus" 剑
日本剑的锋口部份
Chapter1 Introduction 13
早期：纯粹凭经验工艺。 近现代： 基本化学原理 物质微结构
材料化学的理论基础培训教程PPT课件( 69张)
36
什么材料可能成为半导体？
❖ 1948年晶体管的发明诱发了对类似于硅和 锗的单质半导体的探索；1952年出现了 III-V 族化合物，随后又出现了一系列其它的化合 物，大大拓宽了半导体的选择余地。 ❖ 物理学家用固体物理的能带理论来计算， 试图发现新的半导体材料；但是计算是十分 繁琐的。
37
❖ 从化学角度寻找半导体可以应用 Mooser 和 Pearson 提出的一个经验公式，满足了这个经验的 化合物都可能是半导体。
8
特鲁德模型的基本假设 I
在没有发生碰撞时，电子与电子、电子与离 子之间的相互作用可以忽略。在无外场作用 时，电子作匀速直线运动；在外场作用下， 电子的运动服从牛顿定律。
忽略了电子与电子之间相互作用的近似称为独 立电子近似
忽略了电子与离子之间相互作用的近似称为自 由电子近似
所以这样假设称为独立自由电子近似
32
化合物半导体
化合物半导体一般是由围绕 周期表中IV族对称位置的元 素组成的。
GaAs
33
砷化镓具有闪锌矿结构。也就是和硅、锗具有相 似的结构。
优点：工作温度较高，承受的电压较大，可以在 更高的频率下工作，有较好的抗辐射能力等
缺点：提纯和制备 GaAs 单晶比硅困难得多， GaAs 的寿命也比较短。
完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净 半导体称为本征半导体。
在 0K 下，大多数纯净完整的半导体的晶体都是 绝缘体。但在适当的温度下，高纯半导体呈现本征 导电性。在 0K 时，本征半导体的导带是空的，价带 是充满的。在导带和价带之间隔着一个禁带，其宽 度为 Eg。禁带宽度是价带的最高点与导带的最低点 之间的能量差。
由直线的斜率即可算出禁带宽度。
❖对温度十分敏感：随着温度的升高，电导 率呈指数增大
什么材料可能成为半导体？
❖ 1948年晶体管的发明诱发了对类似于硅和 锗的单质半导体的探索；1952年出现了 III-V 族化合物，随后又出现了一系列其它的化合 物，大大拓宽了半导体的选择余地。 ❖ 物理学家用固体物理的能带理论来计算， 试图发现新的半导体材料；但是计算是十分 繁琐的。
37
❖ 从化学角度寻找半导体可以应用 Mooser 和 Pearson 提出的一个经验公式，满足了这个经验的 化合物都可能是半导体。
8
特鲁德模型的基本假设 I
在没有发生碰撞时，电子与电子、电子与离 子之间的相互作用可以忽略。在无外场作用 时，电子作匀速直线运动；在外场作用下， 电子的运动服从牛顿定律。
忽略了电子与电子之间相互作用的近似称为独 立电子近似
忽略了电子与离子之间相互作用的近似称为自 由电子近似
所以这样假设称为独立自由电子近似
32
化合物半导体
化合物半导体一般是由围绕 周期表中IV族对称位置的元 素组成的。
GaAs
33
砷化镓具有闪锌矿结构。也就是和硅、锗具有相 似的结构。
优点：工作温度较高，承受的电压较大，可以在 更高的频率下工作，有较好的抗辐射能力等
缺点：提纯和制备 GaAs 单晶比硅困难得多， GaAs 的寿命也比较短。
完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净 半导体称为本征半导体。
在 0K 下，大多数纯净完整的半导体的晶体都是 绝缘体。但在适当的温度下，高纯半导体呈现本征 导电性。在 0K 时，本征半导体的导带是空的，价带 是充满的。在导带和价带之间隔着一个禁带，其宽 度为 Eg。禁带宽度是价带的最高点与导带的最低点 之间的能量差。
由直线的斜率即可算出禁带宽度。
❖对温度十分敏感：随着温度的升高，电导 率呈指数增大
《材料化学》PPT课件
R O H + M e 3 S i C l
R O S i M e 3酸醇 碱加 / H 水热 2 O 解 R O H
其他的硅醚保护基还有三乙基硅醚，三异丙基硅醚，叔丁基二甲基硅醚等。
编辑ppt
9
• （6）三苯甲基醚 • 三苯甲基醚在糖、核苷和甘油酯化学中广泛的用来保护一级羟基，
它的最大优点是在多羟基化合物中选择性的保护伯醇羟基。 • 制备时，以（单或二取代）三苯基氯甲烷在吡啶中与醇类作用，
• 羟基存在于许多有机化合物中，如碳水化合物、甾族化合 物、核苷、大环内酯以及多酚等。羟基是敏感易变的官能 团，容易发生氧化、烷化、酰化、卤化、消除以及分解 Grignard试剂等反应，常需加以保护。
• 醇羟基和酚羟基的常用保护基是醚类、酯类和缩醛、缩酮 等。它们已广泛应用于有机合成中。
编辑ppt
4
O/ H
HC CC 2OHH
C 2H 5MgBr
O OC2H CCHTHF O
① C2O HO2C CC HCOOH
② H 3O
OC2H CCMgB
其对碱、格氏试剂、烷基锂、氢化铝锂、烃化剂和酰化剂均稳定。缺点是：不能 用于在酸性介质中进行反应。此外，若用于旋光性醇，由于引入了一个新的手性 中心，将导致生成非对映异构体的混合物，分离困难，造成产率降低。
O H
O A c
A c2O /A cO N a/A cO H
O H O H
O A c O H
保护基的脱除方法很多，且各有特点。如：用K2CO3-CH3OH水溶液可将仲醇和 烯丙醇上的乙酰基脱去，收率很高；用KCN-C2H5OH溶液则可脱去对酸、碱敏感 化合物分子中的乙酰基。
ROH
Me2SO4 NaOH
材料化学-绪论ppt课件
McGraw-Hill Book Co., 2006 5. Brian S. Mitchell. An Introduction to Materials Engineering and Science. USA,
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
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
材料化学导论第2章_材料化学的理论基础
体可以完全复原的性质，称为晶
体的对称性，这种几何操作为对
称操作。
在晶体对称操作过程中，若至少
有一点保持不变，这种对称操作
称为点对称操作，晶体的这种对
称性称为点对称性或宏观对称性。
对称图形举例
34
一、旋转对称性
以一个假想直线为轴，绕此直线旋转一定的角度可使图
形相同部分重合。直线称为对称轴，以L表示，分为n重
旋转轴，其中n＝360/α, α为旋转角度。受点阵结构的
限制，晶体中只存在1，2，3，4，6几种旋转轴，用L1，
L2 ，L3，L4，L6 表示。
n= 1: 平庸对称性，单位对称操作，所有晶体均具有的对称性
n= 2:
n= 4:
n= 3:
n= 6:
35
旋转轴—— 1.2.3.4.6重轴
36
镜面m和倒反操作i
例如，1ｓ、2ｓ能带，最多容纳 2N个电子。
2ｐ、3ｐ能带，最多容纳 6N个电子。
电子排布时，应从最低的能级排起。
有关能带被占据情况的几个名词：
1．满带（排满电子）
2．价带（能带中一部分能级排满电子）
亦称导带
3．空带（未排电子） 亦称导带
4．禁带（不能排电子）
54
导体和绝缘体
（conductor ．insulator）
晶 晶体内部的粒子基本上保持其特
体 有的排列规律。
如单晶冰糖、单晶硅、宝石、金刚石
多
晶
体
由很多单晶微粒杂乱无规则地聚
结而成的。
各向异性的特征消失，使整体一
般不表现各向异性。
多数金属和合金都是多晶体。
9
固体材料按其质点的聚集状态可分为：
晶体：金属与合金、大部分无机材料，某
体的对称性，这种几何操作为对
称操作。
在晶体对称操作过程中，若至少
有一点保持不变，这种对称操作
称为点对称操作，晶体的这种对
称性称为点对称性或宏观对称性。
对称图形举例
34
一、旋转对称性
以一个假想直线为轴，绕此直线旋转一定的角度可使图
形相同部分重合。直线称为对称轴，以L表示，分为n重
旋转轴，其中n＝360/α, α为旋转角度。受点阵结构的
限制，晶体中只存在1，2，3，4，6几种旋转轴，用L1，
L2 ，L3，L4，L6 表示。
n= 1: 平庸对称性，单位对称操作，所有晶体均具有的对称性
n= 2:
n= 4:
n= 3:
n= 6:
35
旋转轴—— 1.2.3.4.6重轴
36
镜面m和倒反操作i
例如，1ｓ、2ｓ能带，最多容纳 2N个电子。
2ｐ、3ｐ能带，最多容纳 6N个电子。
电子排布时，应从最低的能级排起。
有关能带被占据情况的几个名词：
1．满带（排满电子）
2．价带（能带中一部分能级排满电子）
亦称导带
3．空带（未排电子） 亦称导带
4．禁带（不能排电子）
54
导体和绝缘体
（conductor ．insulator）
晶 晶体内部的粒子基本上保持其特
体 有的排列规律。
如单晶冰糖、单晶硅、宝石、金刚石
多
晶
体
由很多单晶微粒杂乱无规则地聚
结而成的。
各向异性的特征消失，使整体一
般不表现各向异性。
多数金属和合金都是多晶体。
9
固体材料按其质点的聚集状态可分为：
晶体：金属与合金、大部分无机材料，某