材料化学功能及检测——授课课件
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最新材料化学1ppt课件
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。
材料化学综合实验课件
材料化学综合实验目录1总论1.1 实验目的1.2 实验要求1.3 实验方案报告要求1.4 实验过程要求1.5 实验成绩评定2溶胶－凝胶法制备TiO2(SiO2、Al2O3)薄膜及表征（综合实验1）3微波水热合成ZrO2(TiO2、SiO2)纳米粉体及表征（综合实验2）4低分子量聚丙烯酸钠减水剂的合成（综合实验3）5磁控溅射镀膜演示实验1 总论专业实验课程在专业教学过程中占有重要地位。
“材料化学综合实验”课程是材料化学专业的专业必修课，它是对材料化学专业理论课程的补充。
材料化学综合实验主要包括薄膜材料、纳米粉体的制备及有机减水剂的合成工艺，薄膜、纳米粉体和机减水剂材料的性能检测及应用。
1.1实验目的材料化学综合实验旨在使学生掌握与专业相关的实验方法的基本原理及过程，如：溶胶－凝胶法，水热合成法等实验，并学会通过这些实验方法制备薄膜材料、纳米粉体以及材料性能测试等全过程的实验研究方法。
通过综合实验，学生在进行实验技能的基本训练、了解科学实验的主要过程与基本方法的同时，培养了其运用所学知识自主设计实验方案和实验过程、独立分析实验结果。
在进行综合实验的过程中，使学生动手操作能力得到较大提高、所学理论知识得到进一步升华，并提高分析问题和解决问题的能力；同时对其毕业论文环节及今后的工作奠定良好的基础。
1.2 实验要求（1）在开始实验前两周内，由实验老师讲解实验的具体内容和要求，并下达实验课的综合实验任务书，学生根据实验任务书要求在实验前一周提交综合实验方案报告。
（2）根据实验安排，按时进入实验室。
（3）实验操作前认真检查实验设备、用具等是否完好，若发现问题及时报告指导老师解决或补充。
实验严格按规程操作，做好记录，要有实事求是的科学态度。
做到严格、细致、耐心、切勿潦草从事。
要善于发现和解决实验中出现的问题。
实验完毕后，应清理所用仪器设备材料，并整理好现场，经指导老师许可后方可离开。
（4）遵守实验室制度，注意安全，爱护设备，节约水电和药品。
化学与材料(课堂PPT)
54
热致液晶的分子结构
M-位于中心，称为中心桥键．
11
贮氢的原理
金属(M)与氢生成金属氢化物(MHx)
M + xH2 → MHx + H（生成热） 金属与氢的反应，是一个可逆过程。
正向反应，吸氢、放热；逆向反应，释氢、吸热。
改变温度与压力条件可使反应按正向、逆向反复进 行，实现材料的吸释氢功能。
12
贮氢合金要求: 1) 贮氢量大； 2) 金属氢化物容易形成，稍加热
38
高聚物的物理状态
玻璃态：T<Tg
温度低，动能小。大 分子不能运动，只能 振动；链段也不能运 动。分子的形态和位 置固定。受外力，只 产生微小变形，是塑 料的使用状态。
39
高弹态：Tf>T>Tg
分子动能不大，大分子不动，链段可 动。受外力，大分子或蜷曲或伸展；除 去外力，分子复原，属高弹形变。高聚
缩聚反应
具有两个或两个以上官能团的一种 或几种单体缩合成高聚物，同时析出低 子物质（如：水、氨、醇、卤化物等） 的反应。
32
特点： 1）单体必须含有两个或两个以上的
官能团； 2）有小分子副产物生成，高聚物化
学组成与单体不同。
33
n HO-R-OH + n HOOC-R′-COOH →
二元醇
二元酸
酚醛树脂，不饱和聚酯树 脂，有机硅）。 以玻璃纤维为增强材料。
50
⑵ 特点：质轻，耐热，耐蚀，耐老化， 绝缘，加工性好。刚度不及 金属。
⑶ 应用：车体，船体，罐，管，泵， 塔，零部件。
碳纤维增强塑料
⑴ 组成：以树脂（环氧，酚醛）为基
体，以碳纤维（有机纤维，绝氧碳化）
为增强材料。
热致液晶的分子结构
M-位于中心，称为中心桥键．
11
贮氢的原理
金属(M)与氢生成金属氢化物(MHx)
M + xH2 → MHx + H（生成热） 金属与氢的反应，是一个可逆过程。
正向反应，吸氢、放热；逆向反应，释氢、吸热。
改变温度与压力条件可使反应按正向、逆向反复进 行，实现材料的吸释氢功能。
12
贮氢合金要求: 1) 贮氢量大； 2) 金属氢化物容易形成，稍加热
38
高聚物的物理状态
玻璃态：T<Tg
温度低，动能小。大 分子不能运动，只能 振动；链段也不能运 动。分子的形态和位 置固定。受外力，只 产生微小变形，是塑 料的使用状态。
39
高弹态：Tf>T>Tg
分子动能不大，大分子不动，链段可 动。受外力，大分子或蜷曲或伸展；除 去外力，分子复原，属高弹形变。高聚
缩聚反应
具有两个或两个以上官能团的一种 或几种单体缩合成高聚物，同时析出低 子物质（如：水、氨、醇、卤化物等） 的反应。
32
特点： 1）单体必须含有两个或两个以上的
官能团； 2）有小分子副产物生成，高聚物化
学组成与单体不同。
33
n HO-R-OH + n HOOC-R′-COOH →
二元醇
二元酸
酚醛树脂，不饱和聚酯树 脂，有机硅）。 以玻璃纤维为增强材料。
50
⑵ 特点：质轻，耐热，耐蚀，耐老化， 绝缘，加工性好。刚度不及 金属。
⑶ 应用：车体，船体，罐，管，泵， 塔，零部件。
碳纤维增强塑料
⑴ 组成：以树脂（环氧，酚醛）为基
体，以碳纤维（有机纤维，绝氧碳化）
为增强材料。
《材料化学》PPT课件 (2)
硅烷偶联剂的选择 纳米二氧化硅复合材料的制备 结果与表征
精选ppt
19
硅烷偶联剂KH-560: RSi(OCH3)3 , R代表CH2 CH CH2 O(CH2)3
O
精选ppt
20
改性SiO2的透射电镜照片
样品1
样品2
样品3
精选ppt
样品5
21
试样的红外光谱研究
图2 试样的红外光谱图
精选ppt
16
第二种：粒子表面引发接枝聚合改性
这是通过各种途径在粒子表面引入具有引发能力的活 性种子（自由基阴离子或阳离子），引发单体在粒子表面 聚合。 如用等离子体或辐射等方法，使粒子表面的羟基产生具有 引发能力活性种子，通过这些活性种子引发单体聚合； 在粒子表面偶联上一些有机基因（如-ROH,-RNH2-RSH 等基因），通过氧化还原反应或加热使粒子表面产生自由 基，引发单体聚合。
加入硅烷偶联剂后二氧化硅的
物 理 吸 附 水 量 和 Si-OH 基 减 少 （3400cm-1左右和1600cm-1 左右的的吸收峰减弱）；含有
明显的亚甲基和C－O键吸收峰， 但二氧化硅的特征吸收峰
（1101，797，471 cm-1） 没有明显变化，且Si-O键的伸 缩 振 动 吸 收 峰 （ 1100cm-1 、 820 cm-1左右）强度增强。说 明硅烷偶联剂的加入并未改变
精选ppt
17
第三种 是粒子表面活性基团与单体共聚
如用软质CaCO3悬浮液与丙烯酸，丙烯酸丁酯和乙 酸乙烯酯等接枝共聚改性，通过调节表面聚合改性单体配 比，进而控制共聚物及其与无机粒子界面层的结构和性质， 制成了无机含量高的高性能材料。
精选ppt
18
举例说明表面化学改性： 纳米二氧化硅的原位改性
精选ppt
19
硅烷偶联剂KH-560: RSi(OCH3)3 , R代表CH2 CH CH2 O(CH2)3
O
精选ppt
20
改性SiO2的透射电镜照片
样品1
样品2
样品3
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样品5
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试样的红外光谱研究
图2 试样的红外光谱图
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16
第二种：粒子表面引发接枝聚合改性
这是通过各种途径在粒子表面引入具有引发能力的活 性种子（自由基阴离子或阳离子），引发单体在粒子表面 聚合。 如用等离子体或辐射等方法，使粒子表面的羟基产生具有 引发能力活性种子，通过这些活性种子引发单体聚合； 在粒子表面偶联上一些有机基因（如-ROH,-RNH2-RSH 等基因），通过氧化还原反应或加热使粒子表面产生自由 基，引发单体聚合。
加入硅烷偶联剂后二氧化硅的
物 理 吸 附 水 量 和 Si-OH 基 减 少 （3400cm-1左右和1600cm-1 左右的的吸收峰减弱）；含有
明显的亚甲基和C－O键吸收峰， 但二氧化硅的特征吸收峰
（1101，797，471 cm-1） 没有明显变化，且Si-O键的伸 缩 振 动 吸 收 峰 （ 1100cm-1 、 820 cm-1左右）强度增强。说 明硅烷偶联剂的加入并未改变
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17
第三种 是粒子表面活性基团与单体共聚
如用软质CaCO3悬浮液与丙烯酸，丙烯酸丁酯和乙 酸乙烯酯等接枝共聚改性，通过调节表面聚合改性单体配 比，进而控制共聚物及其与无机粒子界面层的结构和性质， 制成了无机含量高的高性能材料。
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18
举例说明表面化学改性： 纳米二氧化硅的原位改性
材料化学PPT课件
—— connected with function and, through that function, utilities.
Chapter1 Introduction
2
Distinguish between Chemicals and Materials
• Chemicals：the utility lies primarily in their consumption.
Chapter1 Introduction
4
材料的发展
材料的发现、发展和应用是人类文 明的标志。
Developme nt of
materials
材料的品种、质量和产量，是直接 衡量一个国家的科技和经济发展水 平的重要标志之一。
Chapter1 Introduction
5
早期：三个时代
① 陶器制作：粘土及其它添加物， 加热烧结成较硬实体；人类社会结构﹑ 生活形态的改变。
15
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
Allo y
含锡量2/5 —— 硬度高 —— 制造刀斧
结构与性能的关系
Chapter1 Introduction
16
Copper mirrors
中国古铜镜
Chapter1 Introduction
the Paleolithic
Period
Distinguish between the Paleolithic
Period and the Neolithic Age
the Neolithic Age
Chapter1 Introduction
材料化学ppt课件(完整版)
2. fHm代数值越小, 化合物越稳定。
3.必须注明温度，若为298.15K时可省略。
2022/1/10
标准摩尔反应焓变的计算 化学反应的标准摩尔反应焓变等于生成物 的标准摩尔生成焓的总和减去反应物的标
准摩尔生成焓的总和。 化学反应： cC + dD = yY + zZ • (任一物质均处于温度T的标准态)
第1篇 材料化学基本原理 第1章 热化学基础
课题1.1 热化学与反应热的测量
第1章 热化学基础
课题1.2 反应热的理论计算
新课引入
• 通常实验采用弹式量热计测得的是恒容反应热，但实际 反应多为恒压条件下进行，如何由Qv——Qp？两者关系 如何？
• 对于有些新反应难以实验测得，也无法由已有的实验数 据推算，该如何得到该类反应的反应热？
2022/1/10
化学反应的自发过程
自发过程
在一定条件下不需外界作功，一经引发就 能自动进行的过程。
要使非自发过程得以进行, 外界必须作功。
例如: 水总是自动地从高处向低处流,铁在 潮湿的空气中易生锈。
例如：欲使水从低处输送到高处，可借助 水泵作机械功来实现。
注意 ：能自发进行的反应，并不意味着其
rHm——摩尔反应焓变
2022/1/10
几者之间的关系
U = Q+ W
Qv= U, Qp.m = rHm， Qp= H （数值上相等）
Qp= U+p V= H U+pV= H p V= nRT
nB= ξv(Bg)
n= ξ∑v(Bg)
∑v(Bg)为反应前后气态物质化学计量数的变化
∴ Qp-Qv= p V =ξ∑v(Bg)·RT，（应用见习题）
材料化学第03章 材料的性能PPT课件
外加电流法示意图
3.1.2 耐酸碱性
耐酸材料
以酸性氧化物SiO2为主
SiO2+2NaOH===Na2SiO3+H2O SiO2+4HF===SiF4 + 2H2O SiF4+2HF===H2SiF6
Chapter3 Properties of Materials
24Leabharlann 碱材料大多数金属氧化物都是碱性氧化物，相应的材 料表现出较强的耐碱性，而易受酸侵蚀或溶解。
• 聚四氟乙烯有极好的耐老化性能 – 氟原子与碳原子形成牢固的化学键； – 氟原子的尺寸大小适中，一个紧挨一个，能把碳链紧紧 包围住。
Chapter3 Properties of Materials
36
结构与耐老化性
(3) Chemical stability of polymers
• 分子链中含有不饱和双键、聚酰氨的酰氨键、聚 碳酸酯的酯键、聚砜的碳硫键、聚苯醚的苯环上 的甲基等等，都会降低高分子材料的耐老化性。
38
——材料抵受外力作用的能力
F
F
力对材料的 作用方式：
F F
F
F
拉伸
压缩
弯折
剪切
力学性能：强度（strength）、韧性（toughness）以及 硬度（hardness）等 。
Chapter3 Properties of Materials
39
3.2.1 材料的强度(Strength)
➢ 拉伸强度 ➢ 弯曲强度 ➢ 冲击强度
验，钢材如果锈蚀 1%，它的强度就要降低 5%～ 10%。
Chapter3 Properties of Materials
5
• 在不同的使用环境中，金属的锈蚀情况也会有所不 同。例如铁在潮湿的空气中或泡在水里（特别是海 水）很容易生锈，而在干燥空气中则相对不易生锈。
材料性能与测试课件-第一章材料单向静拉伸
详细描述
根据实验结果，评估材料的耐温性能，为实际 工程应用提供参考，如高温环境下使用的材料 选择。
实验三
总结词
研究加载速率对材料单向静拉伸性能的影响
详细描述
在不同的加载速率下进行单向静拉伸实验，观察并记录材 料在不同加载速率下的拉伸性能变化，如屈服强度、抗拉 强度、延伸率等。
总结词
分析加载速率对材料力学性能的影响机制
弹性变形阶段
应力-应变曲线上升阶段，材料发生弹性变形，卸载后变形恢复。
屈服点
应力-应变曲线上的转折点，表示材料开始进入塑性变形阶段。
极限强度
应力-应变曲线上最高点所对应的应力值，表示材料所能承受的最大 应力。
强度与延伸率
强度
材料在受到外力作用时所能承受的最大应力值，是衡量材料 承载能力的指标。根据测试条件不同，强度可分为抗拉强度 、抗压强度、抗弯强度等。
总结词
研究温度对材料单向静拉伸性能的影响
01
02
详细描述
在不同温度下进行单向静拉伸实验，观察并 记录材料在不同温度下的拉伸性能变化，如 屈服强度、抗拉强度、延伸率等。
总结词
分析温度对材料力学性能的影响机制
03
总结词
评估材料的耐温性能
05
06
04
详细描述
根据实验结果，分析温度对材料力学 性能的影响机制，探讨微观结构的变 化、热激活过程等因素对拉伸性能的 影响。
详细描述
根据实验结果，分析加载速率对材料力学性能的影响机制 ，探讨动态应变时效、应力集中等因素对拉伸性能的影响 。
总结词
评估材料的动态力学性能
详细描述
根据实验结果，评估材料的动态力学性能，为实际工程应 用提供参考，如高速加载或冲击载荷下的材料选择。
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细分散状无机非金属矿物材料都含有多种形式的水。如：
蒙脱石含有三种水，即：粘土粒或晶面的自由水、晶层间的吸附水、 进入结构的结构水。其中，晶层间的吸附水状况及数量对粘土的水化性 能及有关理化性能有明显影响。如蒙脱石吸水（或有机物质）发生膨胀 使晶层间距增大：
当含 2H20时，d0=1.24nm 4H20时，d0=1.54nm
各测试粒度方法异同点
• 由于各种粒度测定方法的物理基础不同，同一样品用不同的测定方法得到的 粒度的物理意义甚至粒度大小也不相同。
筛分方法——筛分径（以筛孔尺寸表示） 显微镜、计数法、激光粒度分析仪——统计径 沉降法——等效径（即等于具有相同沉降的球体的直径） 透过法和吸附法——比表面直径 • 各种方法测定中所得参数不同： 能测粒度分布的方法有：显微镜、计数器、激光粒度分析仪等 只能测定平均粒径的有：透过法、吸附法
1-100 0.1-150
0.1-1000
粒度分布 粒度分布
激光 光衍射 激光粒度仪
法
光子相干 光子相干粒度仪
1-176
粒度分布 粒度分布
小孔通数计量
流体透过法
气体透过粒度仪
0.01-100 表面积、平均粒度
吸附法
BET吸附仪
0.003-3 表面积、平均粒度
(4) 显微镜检测法
优点：可以直接观察颗粒的形貌，可以准确地得到球型度、长径比等特 殊数据。
缺点：代表性差，操作复杂，速度慢，不宜分析粒度范围宽的样品。
2． 吸蓝量的测定 吸蓝量是指细分散状无机非金属矿物材料分散于溶液中，具有吸附
次甲基蓝的能力，其吸附量称为吸蓝量。以100克试样吸附次甲基蓝的摩 尔数或克数表示。
大孔（>200nm）：比表面积小，在0.5-2 m2/g之间，其表面吸附 可忽略不计。大孔是通向吸附剂颗粒内部的粗通道。
（二） 吸附性能的工艺指标及检测 材料吸附性能工艺指标有： 粒度（细度） 吸附量 比表面积和孔结构 吸蓝量 胶质价、膨润值
1. 粒度研究与检测 材料颗粒的粒度和形状能显著影响粉末及其产品的性质和
（3）孔隙结构 材料的吸附性能的好坏，主要取决于材料所具有不同大小孔隙的
内部结构。其空隙大小分为:
微孔（0.5-1.5nm）:指与吸附分子相近的孔隙。工业吸附剂微孔 总容积一般不超过0.5cm3/g。微孔的吸附空间被吸附分子所充填。因 此，孔容与孔径是重要参数。
过渡孔（1.5-200nm）：孔壁包含了吸附剂物质的大量原子或分 子。过渡孔吸附作用不是表现在整个孔隙容积上，实际上只发生在离 孔壁很近的一段距离上，在孔隙表面发生(蒸气的)单分子层和多分子 层吸附。即按毛细凝聚机理发生过渡孔的充填,形成连续分子层。过渡 孔的主要参数为比表面、孔容以及孔容孔隙大小的分布函数。过渡孔 比表面积一般为10-400m2/g。过渡孔也是吸附质进入微孔的主要通道。
化学吸附
机理 分子相互作用 力引起的凝聚 现象
由剩余价力引 起的吸附，吸 附分子接近吸 附剂表面时， 相互作用的成 分间发生电子 重新分配而形 成化学键
特点
1、吸附没有选择性，且可达几个分子的 厚度而形成多的分子层；
2、分子间力较弱，吸附势较小，通常为 几千卡/克分子。也较易脱附；
3、吸附速度一般较大，易于达到平衡；
根据吸附剂所含孔隙的大小，可把吸附剂分为三种极限结构 类型：
大孔吸附剂 （＞200nm） 过渡孔吸附剂（1.5～200nm） 微孔吸附剂 （0.5 ～1.5nm） 很多天然粘土都属于过渡孔吸附剂，沸石属微孔吸附剂。但 是，许多工业吸附剂的孔隙大小差异很大，多属于混合类型吸附 剂。
2.吸附机理
类型 物理吸附
3.影响材料吸附性能的因素:
(1) 结构单元层边缘断键的影响； (2) 比表面积大小的影响： 如：蒙脱石的比表面积为50-840 m2/g
高岭土的比表面积为10-20 m2/g 伊利石的比表面积为65-180 m2/g 粘土矿物的层状构造和粘土的微粒特征都决定了粘土有发育 的过渡孔和微孔结构，具较大的表面。 离子交换作用和人工酸处理可以增大粘土比表面，增强吸附 性能。
用途，对粒度和形状的测量日益受到人们的重视。
序号
产品种类
对性质要求
对颗粒形状要求
1 涂料、墨水、化妆品 固着力强、反光效果好 片状颗粒
2 橡胶填料
增强性和耐磨性
非长形颗粒
3 塑料填料
高冲击强度
长形颗粒
4 炸药引暴物
稳定性
光滑球形颗粒
5 洗涤剂和食品工业 流动性
球形颗粒
6 磨料
研磨性
多角形
粒度特性的表示法有： 单个颗粒的粒径表示方法 粒群的平均直径 粒度分布
材料化学功能及检测
化学功能是材料与外界的物质交换或能量交换而形成的有用效应。 其有如下表现形式：
a. 特种陶瓷多具有特异功能：对各种化学物质敏感并将其浓度转换为电 信号进行检测的仪器 ）；
b. 相当于以化学反应结果向外部输电的化学电池和双层电容器； c. 从外部供给电或光等能量，利用化学变化使物质迁移的化学泵； d. 使材料着色的电致变色效应； e. 使化学反应顺利进行的催化剂和催化剂载体； f. 固定化酶：通过吸附、键合、交联或包埋等方式将游离酶固定于某介 质上或其中，以提高酶分子的利用率、稳定性和机械性。。 g. 使物质实现分离的过滤器等。如利用吸附性和离子交换性可将沸石、
不仅可以测定粒度分布、平均粒径、 比表面积，还可绘制直方图和累 积粒度特性曲线，如激光粒度分析仪
• 各种粒度测定方法中，有的较简单、费用较低，但测定时间较长、精度较低； 而有的测定时间短、精度较高，但费用也较高，而且仪器结构复杂。
• 在选择测定方法时，需要综合考虑物粒的粒度分布范围，物料的数量性质、 测定的目的、要求的精度以及投资费用和测定成本等。
（1）颗粒的粒径
颗粒的粒径的表示方法
颗粒的大 小用其在空间 中所占据的线 性尺寸表示。
将一颗粒 放于每边与其 相切的长方体 中。L、b、h 称为三轴径。
（2） 粒径分布
实际粉体大都是由粒度不等的颗粒组成的多粒度 系统。一般用表格、图形和函数来表示颗粒群的分布 状态。
粒度分布是指连续的、不同粒级（以μm、mm或 筛孔网目表示）范围内，各粒级颗粒所占的重量百分 比。
（2）膨胀容 膨胀容是指1克试样浸于一定水中发生膨
胀后的容积。即粉状无机非金属材料因晶层吸 水而使体积膨胀。单位为毫升/克样。一般来 说，膨胀容越大越好。
（3）悬浮性能及检测 悬浮性：粉状无机非金属材料微粒均匀分散，
悬浮于水中而不易沉淀的性质。工业上称为泥浆稳 定性。
机理：水分散体系中的固相颗粒非常细小，而 颗粒表面常常吸附带同号电荷的离子，固而相互排 斥，不发生凝聚。
JC322-82“瓷土悬浮性能测定方法” 。 将试样加水研磨成均匀糊状，并使之分散于一 定体积水中，经一定时间（一般为20分钟）后，观 察由于泥浆沉淀出现液面的体积大小，即为悬浮性 能的大小。
粒度测量的分类方法
方法分类
测量装置
测量范围 （μm ）
测量结果
直接观察法
放大投影仪、图象分析 仪（与光学、电子显微 镜相联）
1-100 粒度分布、形态参数
0.001-10
筛分法
电磁振动式、 音波振动式
38-1000 粒度分布的直方图
5-56
沉降 法
重力 离心力
比重计、比重天平、 沉降天平、光透过式 光透过式、X射线透过式
硅藻土、膨润土、膨胀珍珠岩、硅酸钙、二氧化硅、氧化铝等制成助 滤剂、净化剂、脱色剂等； h. 传感器：用TiO2-V2O5、磷灰石、MgCr2O4 、MgFe2O4制成湿度传感 器、气体传感器等。
材料的化学功能具体有：
吸附性能 离子交换性能 催化性能 反应性能
一、吸附性能 （一） 基本概念： 1． 吸附性能 物质在材料表面或微孔容积内积聚的现象。吸附与固体内、外表面 分子（原子）处于受力不平衡状态有关，从而有吸引它种微粒（离子或 分子）达到平衡的天然性质。 吸附过程：固体物质 吸附剂，气相和液相内的被吸附物质称为吸 附质。吸附性能已广泛用于从气体或液体介质中脱除杂质。 吸附过滤材料：能对气体、液体、固体等通过物理、化学或物理化学方 法进行有效吸附和过滤，从而达到介质间分离、提纯、净化目的材料。
高水化状态时，d0=1.84-2.14nm 吸附有机物质时，d0=4.8nm 对水化性能的检测指标有：胶质价、膨润值和膨胀容。
（1）胶质价 粉状无机非金属材料与水按比例搅混后，
加入一定量的氧化镁，静置24小时后形成凝胶 质的体积，成为胶质价。单位为ml/15克。胶 质价显示试样颗粒分散和水化的程度，是粉状 无机非金属材料分散性、亲水性和膨胀性的综 合表现。
各种粒度测试方法的优缺点
(1) 激光法 优点：测试范围宽（最好的激光粒度仪的测量范围是0.04-2000um，一般的 也能达到0.1-300um），测试速度快（1-3分钟/次），自动化程度高，操作简 便，重复性和真实性好，可以测试干粉样品，可以测量混合粉、乳浊液和雾 滴等。 缺点：不宜测量粒度分布很窄的样品，分辨率相对较低。
(2) 沉降法 优点：原理直观，分辨率较高，价格及运行成低。 缺点：测量速度慢，不能处理不同密度的混合物。结果受环境因素（比如温 度）和人为因素影响较大。
(3) 筛分法
优点：成本低，使用容易。
缺点：对小于４００目（３８u）的干粉很难测量。测量时间越长，得 到的结果就越小，这是为颗粒不断调整它们自己来通过筛孔，所以要得 到一致的结果，必须使测量次数及操作方法标准化。不能测量射流或乳 浊液；在测量针状样品时这会得到一些奇怪的结果，比如加工前和加工 后的筛余量差不多。
其吸附原理：置换反应。膨润土吸附次甲基蓝的机制
被吸附的次甲基蓝阳离子[C16H18N3S]+，绝大部分被束缚在材料的晶层间。 （从溶液中测得的Cl-没有减少，说明次甲基蓝的Cl-未进入材料的晶层 间。）
蒙脱石含有三种水，即：粘土粒或晶面的自由水、晶层间的吸附水、 进入结构的结构水。其中，晶层间的吸附水状况及数量对粘土的水化性 能及有关理化性能有明显影响。如蒙脱石吸水（或有机物质）发生膨胀 使晶层间距增大：
当含 2H20时，d0=1.24nm 4H20时，d0=1.54nm
各测试粒度方法异同点
• 由于各种粒度测定方法的物理基础不同，同一样品用不同的测定方法得到的 粒度的物理意义甚至粒度大小也不相同。
筛分方法——筛分径（以筛孔尺寸表示） 显微镜、计数法、激光粒度分析仪——统计径 沉降法——等效径（即等于具有相同沉降的球体的直径） 透过法和吸附法——比表面直径 • 各种方法测定中所得参数不同： 能测粒度分布的方法有：显微镜、计数器、激光粒度分析仪等 只能测定平均粒径的有：透过法、吸附法
1-100 0.1-150
0.1-1000
粒度分布 粒度分布
激光 光衍射 激光粒度仪
法
光子相干 光子相干粒度仪
1-176
粒度分布 粒度分布
小孔通数计量
流体透过法
气体透过粒度仪
0.01-100 表面积、平均粒度
吸附法
BET吸附仪
0.003-3 表面积、平均粒度
(4) 显微镜检测法
优点：可以直接观察颗粒的形貌，可以准确地得到球型度、长径比等特 殊数据。
缺点：代表性差，操作复杂，速度慢，不宜分析粒度范围宽的样品。
2． 吸蓝量的测定 吸蓝量是指细分散状无机非金属矿物材料分散于溶液中，具有吸附
次甲基蓝的能力，其吸附量称为吸蓝量。以100克试样吸附次甲基蓝的摩 尔数或克数表示。
大孔（>200nm）：比表面积小，在0.5-2 m2/g之间，其表面吸附 可忽略不计。大孔是通向吸附剂颗粒内部的粗通道。
（二） 吸附性能的工艺指标及检测 材料吸附性能工艺指标有： 粒度（细度） 吸附量 比表面积和孔结构 吸蓝量 胶质价、膨润值
1. 粒度研究与检测 材料颗粒的粒度和形状能显著影响粉末及其产品的性质和
（3）孔隙结构 材料的吸附性能的好坏，主要取决于材料所具有不同大小孔隙的
内部结构。其空隙大小分为:
微孔（0.5-1.5nm）:指与吸附分子相近的孔隙。工业吸附剂微孔 总容积一般不超过0.5cm3/g。微孔的吸附空间被吸附分子所充填。因 此，孔容与孔径是重要参数。
过渡孔（1.5-200nm）：孔壁包含了吸附剂物质的大量原子或分 子。过渡孔吸附作用不是表现在整个孔隙容积上，实际上只发生在离 孔壁很近的一段距离上，在孔隙表面发生(蒸气的)单分子层和多分子 层吸附。即按毛细凝聚机理发生过渡孔的充填,形成连续分子层。过渡 孔的主要参数为比表面、孔容以及孔容孔隙大小的分布函数。过渡孔 比表面积一般为10-400m2/g。过渡孔也是吸附质进入微孔的主要通道。
化学吸附
机理 分子相互作用 力引起的凝聚 现象
由剩余价力引 起的吸附，吸 附分子接近吸 附剂表面时， 相互作用的成 分间发生电子 重新分配而形 成化学键
特点
1、吸附没有选择性，且可达几个分子的 厚度而形成多的分子层；
2、分子间力较弱，吸附势较小，通常为 几千卡/克分子。也较易脱附；
3、吸附速度一般较大，易于达到平衡；
根据吸附剂所含孔隙的大小，可把吸附剂分为三种极限结构 类型：
大孔吸附剂 （＞200nm） 过渡孔吸附剂（1.5～200nm） 微孔吸附剂 （0.5 ～1.5nm） 很多天然粘土都属于过渡孔吸附剂，沸石属微孔吸附剂。但 是，许多工业吸附剂的孔隙大小差异很大，多属于混合类型吸附 剂。
2.吸附机理
类型 物理吸附
3.影响材料吸附性能的因素:
(1) 结构单元层边缘断键的影响； (2) 比表面积大小的影响： 如：蒙脱石的比表面积为50-840 m2/g
高岭土的比表面积为10-20 m2/g 伊利石的比表面积为65-180 m2/g 粘土矿物的层状构造和粘土的微粒特征都决定了粘土有发育 的过渡孔和微孔结构，具较大的表面。 离子交换作用和人工酸处理可以增大粘土比表面，增强吸附 性能。
用途，对粒度和形状的测量日益受到人们的重视。
序号
产品种类
对性质要求
对颗粒形状要求
1 涂料、墨水、化妆品 固着力强、反光效果好 片状颗粒
2 橡胶填料
增强性和耐磨性
非长形颗粒
3 塑料填料
高冲击强度
长形颗粒
4 炸药引暴物
稳定性
光滑球形颗粒
5 洗涤剂和食品工业 流动性
球形颗粒
6 磨料
研磨性
多角形
粒度特性的表示法有： 单个颗粒的粒径表示方法 粒群的平均直径 粒度分布
材料化学功能及检测
化学功能是材料与外界的物质交换或能量交换而形成的有用效应。 其有如下表现形式：
a. 特种陶瓷多具有特异功能：对各种化学物质敏感并将其浓度转换为电 信号进行检测的仪器 ）；
b. 相当于以化学反应结果向外部输电的化学电池和双层电容器； c. 从外部供给电或光等能量，利用化学变化使物质迁移的化学泵； d. 使材料着色的电致变色效应； e. 使化学反应顺利进行的催化剂和催化剂载体； f. 固定化酶：通过吸附、键合、交联或包埋等方式将游离酶固定于某介 质上或其中，以提高酶分子的利用率、稳定性和机械性。。 g. 使物质实现分离的过滤器等。如利用吸附性和离子交换性可将沸石、
不仅可以测定粒度分布、平均粒径、 比表面积，还可绘制直方图和累 积粒度特性曲线，如激光粒度分析仪
• 各种粒度测定方法中，有的较简单、费用较低，但测定时间较长、精度较低； 而有的测定时间短、精度较高，但费用也较高，而且仪器结构复杂。
• 在选择测定方法时，需要综合考虑物粒的粒度分布范围，物料的数量性质、 测定的目的、要求的精度以及投资费用和测定成本等。
（1）颗粒的粒径
颗粒的粒径的表示方法
颗粒的大 小用其在空间 中所占据的线 性尺寸表示。
将一颗粒 放于每边与其 相切的长方体 中。L、b、h 称为三轴径。
（2） 粒径分布
实际粉体大都是由粒度不等的颗粒组成的多粒度 系统。一般用表格、图形和函数来表示颗粒群的分布 状态。
粒度分布是指连续的、不同粒级（以μm、mm或 筛孔网目表示）范围内，各粒级颗粒所占的重量百分 比。
（2）膨胀容 膨胀容是指1克试样浸于一定水中发生膨
胀后的容积。即粉状无机非金属材料因晶层吸 水而使体积膨胀。单位为毫升/克样。一般来 说，膨胀容越大越好。
（3）悬浮性能及检测 悬浮性：粉状无机非金属材料微粒均匀分散，
悬浮于水中而不易沉淀的性质。工业上称为泥浆稳 定性。
机理：水分散体系中的固相颗粒非常细小，而 颗粒表面常常吸附带同号电荷的离子，固而相互排 斥，不发生凝聚。
JC322-82“瓷土悬浮性能测定方法” 。 将试样加水研磨成均匀糊状，并使之分散于一 定体积水中，经一定时间（一般为20分钟）后，观 察由于泥浆沉淀出现液面的体积大小，即为悬浮性 能的大小。
粒度测量的分类方法
方法分类
测量装置
测量范围 （μm ）
测量结果
直接观察法
放大投影仪、图象分析 仪（与光学、电子显微 镜相联）
1-100 粒度分布、形态参数
0.001-10
筛分法
电磁振动式、 音波振动式
38-1000 粒度分布的直方图
5-56
沉降 法
重力 离心力
比重计、比重天平、 沉降天平、光透过式 光透过式、X射线透过式
硅藻土、膨润土、膨胀珍珠岩、硅酸钙、二氧化硅、氧化铝等制成助 滤剂、净化剂、脱色剂等； h. 传感器：用TiO2-V2O5、磷灰石、MgCr2O4 、MgFe2O4制成湿度传感 器、气体传感器等。
材料的化学功能具体有：
吸附性能 离子交换性能 催化性能 反应性能
一、吸附性能 （一） 基本概念： 1． 吸附性能 物质在材料表面或微孔容积内积聚的现象。吸附与固体内、外表面 分子（原子）处于受力不平衡状态有关，从而有吸引它种微粒（离子或 分子）达到平衡的天然性质。 吸附过程：固体物质 吸附剂，气相和液相内的被吸附物质称为吸 附质。吸附性能已广泛用于从气体或液体介质中脱除杂质。 吸附过滤材料：能对气体、液体、固体等通过物理、化学或物理化学方 法进行有效吸附和过滤，从而达到介质间分离、提纯、净化目的材料。
高水化状态时，d0=1.84-2.14nm 吸附有机物质时，d0=4.8nm 对水化性能的检测指标有：胶质价、膨润值和膨胀容。
（1）胶质价 粉状无机非金属材料与水按比例搅混后，
加入一定量的氧化镁，静置24小时后形成凝胶 质的体积，成为胶质价。单位为ml/15克。胶 质价显示试样颗粒分散和水化的程度，是粉状 无机非金属材料分散性、亲水性和膨胀性的综 合表现。
各种粒度测试方法的优缺点
(1) 激光法 优点：测试范围宽（最好的激光粒度仪的测量范围是0.04-2000um，一般的 也能达到0.1-300um），测试速度快（1-3分钟/次），自动化程度高，操作简 便，重复性和真实性好，可以测试干粉样品，可以测量混合粉、乳浊液和雾 滴等。 缺点：不宜测量粒度分布很窄的样品，分辨率相对较低。
(2) 沉降法 优点：原理直观，分辨率较高，价格及运行成低。 缺点：测量速度慢，不能处理不同密度的混合物。结果受环境因素（比如温 度）和人为因素影响较大。
(3) 筛分法
优点：成本低，使用容易。
缺点：对小于４００目（３８u）的干粉很难测量。测量时间越长，得 到的结果就越小，这是为颗粒不断调整它们自己来通过筛孔，所以要得 到一致的结果，必须使测量次数及操作方法标准化。不能测量射流或乳 浊液；在测量针状样品时这会得到一些奇怪的结果，比如加工前和加工 后的筛余量差不多。
其吸附原理：置换反应。膨润土吸附次甲基蓝的机制
被吸附的次甲基蓝阳离子[C16H18N3S]+，绝大部分被束缚在材料的晶层间。 （从溶液中测得的Cl-没有减少，说明次甲基蓝的Cl-未进入材料的晶层 间。）