材料化学基础知识
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3
某一类材料的特征及其广泛 应用就是人类文明史各个阶 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 ……
Chapter1 Introduction
4
当代，材料成为了一个新的独立的科学门类。
20 世纪中叶的几项成果：
超音速飞机 (镍基超级合金) 计 算 机 (晶体管、半导体) 航天飞机 (高温结构陶瓷)
Chapter1 Introduction
8
一个示例：
哥伦比亚空难与材料
“哥伦比亚号”是航天飞机第一次在即将着陆时发生的
灾难。空难发生后，由美国国家航空航天局（National
Aeronautics and Space Administration，NASA）组成了
由材料和工艺工程师及科学家组成的调查组对飞机残骸进行
了重组、残骸材料的冶金分析以及模拟试验，分析了航天飞 机爆炸的原因。“哥伦比亚号”航天飞机的爆炸，震惊了世
人，同时也引起了人们对材料的关注，材料分析揭开了哥伦
比亚空难之谜。
Chapter1 Introduction
9
一个示例：
哥伦比亚空难与材料
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。
例如焦炭和钢铁的生产开始了资本主义的 工业革命；石油的催化裂解促进了塑胶工 业；而一些智能材料的发明和应用开辟了 信息时代。从现代科技发展史来看，一种 新的固态化合物的合成，它的功能特性的 发现和实际应用，往往可以导致一个新的 科技领域的产生和一种新产业的兴起。
Chapter1 Introduction
Chapter1 Introduction
11
性 能 Properties
简而言之，材料科学就是研究各种材料的成分与结构、合成与制备加工工艺、 性能以及材料在服役过程中的表现这四个方面之间相互关系的科学。 成分与结构、合成与制备加工工艺、性能以及材料在服役过程中的表现是材 料科学的四个基本要素。材料科学研究的目的则是在这四个基本要素方面进 行不懈地努力，以期使材料的发展更好地为人类社会的进步服务。 新方法、新结构、新性能、新应用是发展新材料以及材料科学研究的永恒主 题。
材料
材料科学
材料化学
Chapter1 Introduction
6
1.1 基本概念 (1) 什么是材料？
材料（Materials）是可以用来制造有用的构件、器件或物 品的物质（Matter）；具有使其能够用于机械、结构、设 备和产品的性质的物质，是组成生产工具的物质基础。
材料首先是一种物质，这种物质具有一定的性能（performance）、或功能 （function），从而为人们所使用； 材料则一般可重复、持续使用，除了正常损耗，材料不会不可逆的转化成 别的物质。
Chapter1 Introduction
12
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。
材料中原子、离子或分子的排列方式、不同 组成间的化学反应等 材料制备工艺过程中的化学问题 材料的化学性质以及其他各类性质中的化学 因素 环境对材料的影响 (例如腐蚀)
材料不同于化学试剂（chemicals），它和试剂是有区别的，试剂在使用过程中 通常被消耗掉并转化成别的物质。
水是材料？ 冰是材料？
7
Chapter1 Introduction
1.1 基本概念 (2) 材料科学
20 世纪对于材料的发展历史来说是一个值得大书特书的时期。20 世纪科学技术领域一系列惊人的重大发现导致了原子能、航空航天、 激光、信息、能源等领域的巨大变化，而这些巨大变化则有力地促 进了材料的发展，使得材料在 20 世纪中叶发生了一次“革命性” 的飞跃，这个飞跃的标志就是“材料科学”的形成。
Chapter1 Introduction
13
1.1 基本概念 (4)化学与材料的区别
化学是关于物质的组成、结构和性质以及物质相互转变的一门科学。 很明显，材料与化学的对象都是物质，材料注重的是物质宏观方面的研究，化 学则是关注原子－分子水平的相互作用。
把这两者结合起来，可以从分子的微观水平到宏观尺度认识结构与性能的关系， 从而调节改良材料的组成、结构和合成技术及相关的分析技术，并发展出新型的具 有优异性质与性能的先进材料。
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。
10
材料科学研究的内容
合成与制备 Synthesis and Fabrication 结 构 Structures 效能与功能 Performance
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4个主要分支。
Chapter1 Introduction
5
本课程所涉及的内容就属于材料化学这一 分支。而在本课程的绪论中，我们将首先明确 几个相关的名词：
材料化学基础知识
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
基本概念 材料的发展概况 材料的重要性 材料的分类 材料化学的特点 材料与化学
பைடு நூலகம்
1.6
1.7
材料化学的在各个领域的应用
材料化学的主要内容
2
Chapter1 Introduction
引言
“材料是人类文明的物质基础”
材料、能源、信息为当代技术的三大支柱， 而材料又是能源和信息工业技术的物质基 础。天然化石能源的有效利用，新能源的 开发，信息工程中的信息采集、处理和执 行等都是需要各种功能材料。因此新材料 的发明、应用和开发往往是人类社会文明 发展进程的里程碑。
某一类材料的特征及其广泛 应用就是人类文明史各个阶 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 ……
Chapter1 Introduction
4
当代，材料成为了一个新的独立的科学门类。
20 世纪中叶的几项成果：
超音速飞机 (镍基超级合金) 计 算 机 (晶体管、半导体) 航天飞机 (高温结构陶瓷)
Chapter1 Introduction
8
一个示例：
哥伦比亚空难与材料
“哥伦比亚号”是航天飞机第一次在即将着陆时发生的
灾难。空难发生后，由美国国家航空航天局（National
Aeronautics and Space Administration，NASA）组成了
由材料和工艺工程师及科学家组成的调查组对飞机残骸进行
了重组、残骸材料的冶金分析以及模拟试验，分析了航天飞 机爆炸的原因。“哥伦比亚号”航天飞机的爆炸，震惊了世
人，同时也引起了人们对材料的关注，材料分析揭开了哥伦
比亚空难之谜。
Chapter1 Introduction
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一个示例：
哥伦比亚空难与材料
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。
例如焦炭和钢铁的生产开始了资本主义的 工业革命；石油的催化裂解促进了塑胶工 业；而一些智能材料的发明和应用开辟了 信息时代。从现代科技发展史来看，一种 新的固态化合物的合成，它的功能特性的 发现和实际应用，往往可以导致一个新的 科技领域的产生和一种新产业的兴起。
Chapter1 Introduction
Chapter1 Introduction
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性 能 Properties
简而言之，材料科学就是研究各种材料的成分与结构、合成与制备加工工艺、 性能以及材料在服役过程中的表现这四个方面之间相互关系的科学。 成分与结构、合成与制备加工工艺、性能以及材料在服役过程中的表现是材 料科学的四个基本要素。材料科学研究的目的则是在这四个基本要素方面进 行不懈地努力，以期使材料的发展更好地为人类社会的进步服务。 新方法、新结构、新性能、新应用是发展新材料以及材料科学研究的永恒主 题。
材料
材料科学
材料化学
Chapter1 Introduction
6
1.1 基本概念 (1) 什么是材料？
材料（Materials）是可以用来制造有用的构件、器件或物 品的物质（Matter）；具有使其能够用于机械、结构、设 备和产品的性质的物质，是组成生产工具的物质基础。
材料首先是一种物质，这种物质具有一定的性能（performance）、或功能 （function），从而为人们所使用； 材料则一般可重复、持续使用，除了正常损耗，材料不会不可逆的转化成 别的物质。
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。
材料中原子、离子或分子的排列方式、不同 组成间的化学反应等 材料制备工艺过程中的化学问题 材料的化学性质以及其他各类性质中的化学 因素 环境对材料的影响 (例如腐蚀)
材料不同于化学试剂（chemicals），它和试剂是有区别的，试剂在使用过程中 通常被消耗掉并转化成别的物质。
水是材料？ 冰是材料？
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Chapter1 Introduction
1.1 基本概念 (2) 材料科学
20 世纪对于材料的发展历史来说是一个值得大书特书的时期。20 世纪科学技术领域一系列惊人的重大发现导致了原子能、航空航天、 激光、信息、能源等领域的巨大变化，而这些巨大变化则有力地促 进了材料的发展，使得材料在 20 世纪中叶发生了一次“革命性” 的飞跃，这个飞跃的标志就是“材料科学”的形成。
Chapter1 Introduction
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1.1 基本概念 (4)化学与材料的区别
化学是关于物质的组成、结构和性质以及物质相互转变的一门科学。 很明显，材料与化学的对象都是物质，材料注重的是物质宏观方面的研究，化 学则是关注原子－分子水平的相互作用。
把这两者结合起来，可以从分子的微观水平到宏观尺度认识结构与性能的关系， 从而调节改良材料的组成、结构和合成技术及相关的分析技术，并发展出新型的具 有优异性质与性能的先进材料。
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。
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材料科学研究的内容
合成与制备 Synthesis and Fabrication 结 构 Structures 效能与功能 Performance
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4个主要分支。
Chapter1 Introduction
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本课程所涉及的内容就属于材料化学这一 分支。而在本课程的绪论中，我们将首先明确 几个相关的名词：
材料化学基础知识
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
基本概念 材料的发展概况 材料的重要性 材料的分类 材料化学的特点 材料与化学
பைடு நூலகம்
1.6
1.7
材料化学的在各个领域的应用
材料化学的主要内容
2
Chapter1 Introduction
引言
“材料是人类文明的物质基础”
材料、能源、信息为当代技术的三大支柱， 而材料又是能源和信息工业技术的物质基 础。天然化石能源的有效利用，新能源的 开发，信息工程中的信息采集、处理和执 行等都是需要各种功能材料。因此新材料 的发明、应用和开发往往是人类社会文明 发展进程的里程碑。