材料化学第讲概述优秀课件
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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。
第五章材料化学ppt课件
系； 表面改性和新材料开发及应用．
;
表面分析的目的
确定表面的化学成分 确定表面结构和分布 确定原子与分子所处状态 确定表面吸附物种的结构、状态和结构
;
表面分析方法
Ｘ射线光电子能谱〔ＸＰＳ） 俄歇电子能谱〔ＡＥＳ）
;
Ｘ射线光电子能谱〔ＸＰＳ）
基本原理：以一定能量的光照射分子或固体表 面，通过光子的吸收，与原子中电子相互作用， 从而激起光电子的发射。
（1〕添加助磨剂〔表面活性剂） 这类物质的分子：一端带有极性〔亲水），另一端为中性〔增水）
-在粉体表面定向吸附，可防粉粒结团。 酸性粉料：TiO2、ZrO2、以含羟基、胺基的碱性助磨剂较为有效。 碱性粉料：BaTiO3、CaTiO3等，酸性助磨剂较好。
油酸
;
（2〕加入电解质:在湿法球磨过程中,由于 粉体表面对外来添加物具有选择性,让离 子表面选择性吸附一种离子,造成粉粒表 面带有同一种电荷(如粘土粒子带负电荷), 或者具有相同性质的扩散双电层,由于静 电斥力不会过度接近而聚集.
n=0～3；X－可水解的基团；Y-有机官能团，能与 树脂起反应;
X 通常是氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、 乙酰氧基等;
Y是乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯 基或脲基。
;
在硅烷偶联剂分子中，既有亲有机材料的有机基 团，又有亲无机材料的可水解基团。
偶联剂的亲无机基团与填料表面结合，亲有机基 团与高分子树脂缠结或反应，利用其特有的分子 桥性能使表面性质相差很大的无机填料与高分子 材料相容，从而大大提高复合材料的物理性能、 电性能、热性能、光性能等。
物质的组成和结 构
材料的性能和使 用效能
;
举例说明
一根化学组成相同的铜棒，分别用铸造方法和轧 制方法成型后，其显微结构完全不同，前者含辐 射状排列的长晶粒，且含有气孔和气泡；后者含 圆形晶粒，且含有被拉长的非金属夹杂物和内部 原子排列缺陷。
;
表面分析的目的
确定表面的化学成分 确定表面结构和分布 确定原子与分子所处状态 确定表面吸附物种的结构、状态和结构
;
表面分析方法
Ｘ射线光电子能谱〔ＸＰＳ） 俄歇电子能谱〔ＡＥＳ）
;
Ｘ射线光电子能谱〔ＸＰＳ）
基本原理：以一定能量的光照射分子或固体表 面，通过光子的吸收，与原子中电子相互作用， 从而激起光电子的发射。
（1〕添加助磨剂〔表面活性剂） 这类物质的分子：一端带有极性〔亲水），另一端为中性〔增水）
-在粉体表面定向吸附，可防粉粒结团。 酸性粉料：TiO2、ZrO2、以含羟基、胺基的碱性助磨剂较为有效。 碱性粉料：BaTiO3、CaTiO3等，酸性助磨剂较好。
油酸
;
（2〕加入电解质:在湿法球磨过程中,由于 粉体表面对外来添加物具有选择性,让离 子表面选择性吸附一种离子,造成粉粒表 面带有同一种电荷(如粘土粒子带负电荷), 或者具有相同性质的扩散双电层,由于静 电斥力不会过度接近而聚集.
n=0～3；X－可水解的基团；Y-有机官能团，能与 树脂起反应;
X 通常是氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、 乙酰氧基等;
Y是乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、巯 基或脲基。
;
在硅烷偶联剂分子中，既有亲有机材料的有机基 团，又有亲无机材料的可水解基团。
偶联剂的亲无机基团与填料表面结合，亲有机基 团与高分子树脂缠结或反应，利用其特有的分子 桥性能使表面性质相差很大的无机填料与高分子 材料相容，从而大大提高复合材料的物理性能、 电性能、热性能、光性能等。
物质的组成和结 构
材料的性能和使 用效能
;
举例说明
一根化学组成相同的铜棒，分别用铸造方法和轧 制方法成型后，其显微结构完全不同，前者含辐 射状排列的长晶粒，且含有气孔和气泡；后者含 圆形晶粒，且含有被拉长的非金属夹杂物和内部 原子排列缺陷。
绪论材料化学ppt课件
材料是人们可用来制作物品的宇宙中物质的子集。
人类已经发现的材料已达800余万种，每年还以25万种的速度增长着，具有实际工业价值的也有8万余种。
*
2.材料化学
二、 材料分类
来源
天然材料
人工材料
用途
功能材料
结构材料
是研究材料制备、组成、结构、性质及其应 用的一门科学。 它既是材料科学的一个重要分支，又是化学学科的一个组成部分，具有明显的交叉学科和边缘学科的性质，并且是材料科学的核心部分。
*
绪 论
第一节 材料化学的定义及材料的分类
有用的并能用来制造物品（件）的物质；一般系指固态的、可用于工程上的物质；作为材料科学研究对象的材料则主要是那些制造器件或物品的人造物质。
一、材料化学的定义
1. 材料
*
材料是人类社会所能接受的、可经济地用于制造生活和生产中使用的机器、构件、器件和产品的物质，是人类赖以生存和发展的物质基础。
*
7. 材料的表征与评价，发展具有高空间分辨、成分分辨、时间分辨和能量分辨的测试和表征方法。 8. 材料制备与加工的新与展望
一、材料发展史
人类文明进化的时代就是以某种材料的使用来 划分的。
人类使用材料的6个时代的开始时间
新材料时代
硅时代
钢时代
铁器时代
青铜器时代
石器时代
1990年
1950年
1800年
公元前1000年
公元前3000年
公元前10万年
*
*
化学组成
金属材料
无机非金属材料
高分子材料
工程材料
无机材料（金属、 金属间化合物、 无机非金属材料）
有机材料（有机天然材料、有机合成高 分子材料）
人类已经发现的材料已达800余万种，每年还以25万种的速度增长着，具有实际工业价值的也有8万余种。
*
2.材料化学
二、 材料分类
来源
天然材料
人工材料
用途
功能材料
结构材料
是研究材料制备、组成、结构、性质及其应 用的一门科学。 它既是材料科学的一个重要分支，又是化学学科的一个组成部分，具有明显的交叉学科和边缘学科的性质，并且是材料科学的核心部分。
*
绪 论
第一节 材料化学的定义及材料的分类
有用的并能用来制造物品（件）的物质；一般系指固态的、可用于工程上的物质；作为材料科学研究对象的材料则主要是那些制造器件或物品的人造物质。
一、材料化学的定义
1. 材料
*
材料是人类社会所能接受的、可经济地用于制造生活和生产中使用的机器、构件、器件和产品的物质，是人类赖以生存和发展的物质基础。
*
7. 材料的表征与评价，发展具有高空间分辨、成分分辨、时间分辨和能量分辨的测试和表征方法。 8. 材料制备与加工的新与展望
一、材料发展史
人类文明进化的时代就是以某种材料的使用来 划分的。
人类使用材料的6个时代的开始时间
新材料时代
硅时代
钢时代
铁器时代
青铜器时代
石器时代
1990年
1950年
1800年
公元前1000年
公元前3000年
公元前10万年
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化学组成
金属材料
无机非金属材料
高分子材料
工程材料
无机材料（金属、 金属间化合物、 无机非金属材料）
有机材料（有机天然材料、有机合成高 分子材料）
《金属材料化学》课件
镁：广泛应用于汽车、 电子、机械等行业
稀有金属：广泛应用 于电子、化工、机械
等行业
功能金属材料：具有特 殊物理、化学性质的金 属材料
应用领域：电子、航空 航天、医疗、能源等
案例分析：金属材料 在电子行业的应用
案例分析：金属材料在 航空航天行业的应用
案例分析：金属材料 在医疗行业的应用
案例分析：金属材料 在能源行业的应用
等
化学处理：通 过化学反应改 变金属表面的 性质，如磷化、
钝化等
防锈剂：在金 属表面涂覆防 锈剂，防止水 分和氧气进入， 如油性防锈剂、 水性防锈剂等
热处理：通过加热 和冷却改变金属材 料的物理和化学性 能
相变：金属材料在 热处理过程中发生 的固态相变
相变类型：固态相 变包括马氏体相变 、奥氏体相变等
金属材料的化学成 分和组织结构
微量元素：铜、锌、铝、硼、 铌、锆等
合金元素：铬、镍、钼、钨、 钒、钛等
主要元素：铁、碳、硅、锰、 磷、硫等
非金属元素：氧、氮、氢、 硫、磷等
化合物：氧化物、硫化物、 氮化物、碳化物等
杂质元素：铅、锡、砷、锑、 镉等
金属材料的晶体结构：体心立方、面心立方、密排六方等 金属材料的相图：相图是描述金属材料在不同温度和压力下，其组织结构和化学成分变化的图 相图的应用：预测金属材料的性能、选择合适的加工工艺等 相图的类型：二元相图、三元相图等 相图的绘制：利用实验数据、理论计算等方法绘制相图
焊接方法：电弧焊、气焊、激光焊等 焊接工艺：预热、焊接、后热处理等 热处理方法：淬火、回火、正火、退火等 热处理目的：提高金属材料的强度、硬度、耐磨性等性能
粉末冶金：将金属 粉末通过压制、烧 结等工艺制成金属 材料
《材料化学》PPT课件
（3）景深
（4）衬度
• 表面形貌衬度 在试样表面凸凹不平的部位，入射电子束作用产生的二次电子信号的强度 要比在试样表面平坦的部位产生的信号强度大，从而形成表面形貌衬度。
• 原子序数衬度
原子序数越大，图像越亮。 完整版课件ppt
13
扫描电子显微镜的样品制备
扫描电镜试样一般要求具有以下特点： （1）导电性好，以防止表面积累电荷而影响成像；
（2）具有抗辐射损伤的能力，在高能电子轰击下不分解、不 变形；
（3）具有高的二次电子和背散射电子系数，以保证图像良 好的信噪比。
对不满足以上要求的试样（陶瓷、玻璃、塑料等绝缘材料，导 电性差的半导体，热稳定性不好的有机材料，二次电子、背散 射电子系数较低的材料等），需要表面涂层处理。
表面涂层处理的常用方法有真空蒸发和离子溅射镀膜法。
(3) Lewis酸性
由于金属上存在空轨道， 缺电子金属有机化合物都是
Lewis酸。
完整版课件ppt
6
无机材料常用测试技术
SEM（扫描电镜）
AES（俄歇 电子能谱）
EDS（能谱）
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7
TEM（透射电镜）
透射电子 二次电子
直接透射电子，以及弹性或非弹性散射的透射电子用于透射 电镜(TEM)的成像和衍射
金属环多烯化合物
金属－环多烯化合物：环多烯含电子的离域π轨道和金属的 d轨道作用形成金属有机化合物
金 属
C3Ph3+ C8H82-
环
多
烯
C4H42-
C5H5-
C6H6
C7H7+
金属环多烯化合物:
环戊二烯配合物
平行
交错
不对称交错结构 不对称交错结构发生滑移
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》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学习教案
人类社会所能够接受的经 济地制造有用器件的物质
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。
第9页/共33页
❖ 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。
第25页/共33页
26
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
第26页/共33页
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。
第5页/共33页
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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。
第9页/共33页
❖ 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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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PPT课件
硬质玻璃（硼硅）— 耐温、耐腐蚀、α小、耐较大温差； 瓷器皿（坩埚、瓷舟）— 化学稳定性好、价廉易得，易裂； 石英器皿— 工作温度1000C 左右，不易破裂； 金属容器（镍坩埚、铁坩埚） 铂器皿（铂坩埚）— 耐高温、导热好、化学性质稳定； 刚玉器皿— 耐高温、硬度大、耐腐蚀； 石墨器皿— 耐高温、强度大、耐腐蚀、导电好、α小、易加
工； 但耐氧化性差。 聚四氟乙烯— 化学稳定、热稳定性好。使用温度250C 。
11
5、低温的获得和控制 低温冷浴：
自来水冷浴（室温~12C 流动自来水；12C ~0 C 加入碎冰块）
冰-盐体系（盐溶解要吸热，适用0~ -25 C ） 非水冷浴—干冰、低沸点液体（液N2、液NH3） 相变冷浴： （表2.18）
2 研究结构与性能间的关系 例TiO2的光催化性能（金红石型、锐钛矿型）；
3 研制新型材料 例TiO2/CdS, TiO2/ZnS纳米核-壳材料；
4 研制特殊规格的材料 例 纳米材料（介孔颗粒，纳米丝，纳米棒等）。
8
四、材料制备条件 1、 原料 起始原料的选择：质量；成本 溶剂种类：水系 — 醇、醛、酮、醚 氨系 — 液氨、胺类、 溶剂提纯：无机溶剂 — 例水的蒸馏、离子交换 有机溶剂 — 除水（干燥）；
20
（2）名词解释
前驱体(precursor)：起始原料。例：金属醇盐、金属 盐的水溶液。
溶胶：纳米级固体颗粒（ 1~5nm）在液体介质中形 成的分散体系。 凝胶：溶胶失去部分介质液体的产物。 （半固态物质；固态粒子呈连续网络）
21
（3）S-G法的基本原理 1）前驱体 + 溶剂 → 溶液； 2）水解（醇解）反应 → 溶胶； 3）溶胶干燥 → 凝胶。 ∴应称 S-S-G 法。
工； 但耐氧化性差。 聚四氟乙烯— 化学稳定、热稳定性好。使用温度250C 。
11
5、低温的获得和控制 低温冷浴：
自来水冷浴（室温~12C 流动自来水；12C ~0 C 加入碎冰块）
冰-盐体系（盐溶解要吸热，适用0~ -25 C ） 非水冷浴—干冰、低沸点液体（液N2、液NH3） 相变冷浴： （表2.18）
2 研究结构与性能间的关系 例TiO2的光催化性能（金红石型、锐钛矿型）；
3 研制新型材料 例TiO2/CdS, TiO2/ZnS纳米核-壳材料；
4 研制特殊规格的材料 例 纳米材料（介孔颗粒，纳米丝，纳米棒等）。
8
四、材料制备条件 1、 原料 起始原料的选择：质量；成本 溶剂种类：水系 — 醇、醛、酮、醚 氨系 — 液氨、胺类、 溶剂提纯：无机溶剂 — 例水的蒸馏、离子交换 有机溶剂 — 除水（干燥）；
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（2）名词解释
前驱体(precursor)：起始原料。例：金属醇盐、金属 盐的水溶液。
溶胶：纳米级固体颗粒（ 1~5nm）在液体介质中形 成的分散体系。 凝胶：溶胶失去部分介质液体的产物。 （半固态物质；固态粒子呈连续网络）
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（3）S-G法的基本原理 1）前驱体 + 溶剂 → 溶液； 2）水解（醇解）反应 → 溶胶； 3）溶胶干燥 → 凝胶。 ∴应称 S-S-G 法。
材料化学(第2版)作者曾兆华、杨建文编著第一章课件全
Chapter1 Introduction
52
实践性：
生物医药领域生物相容性材料：例如设计特殊的金属合金和聚合物涂层，以保护人体组织不与人工骨头置换体或其他植入物相排斥;人造肾脏、血液氧合器、静脉过滤器以及诊断化验等;药物、蛋白质及基因的控制释放。
Chemicals：the utility lies primarily in their consumption.Materials: can be used repeatedly or continuously for an application that does not irreversibly convert them to something else.
Chapter1 Introduction
1.1 材料与化学
Materials and Chemistry
—— connected with function and, through that function, utilities.
11
Distinguish between
Chemicals and Materials
Chapter1 Introduction
12
Materials Science and Chemistry
Atomic-molecular level interaction
Macroscopic perspective
Chapter1 Introduction
13
材料的发展
美国海军用0.5马力陶瓷发动机
广州新电视塔摩天轮的16个“水晶”观光球舱，壳体采用新型高分子材料，晶莹剔透，能保证舱内游客对塔外景色一览无余。
美国最新型隐身战斗机F-22使用吸波材料和吸波涂层
52
实践性：
生物医药领域生物相容性材料：例如设计特殊的金属合金和聚合物涂层，以保护人体组织不与人工骨头置换体或其他植入物相排斥;人造肾脏、血液氧合器、静脉过滤器以及诊断化验等;药物、蛋白质及基因的控制释放。
Chemicals：the utility lies primarily in their consumption.Materials: can be used repeatedly or continuously for an application that does not irreversibly convert them to something else.
Chapter1 Introduction
1.1 材料与化学
Materials and Chemistry
—— connected with function and, through that function, utilities.
11
Distinguish between
Chemicals and Materials
Chapter1 Introduction
12
Materials Science and Chemistry
Atomic-molecular level interaction
Macroscopic perspective
Chapter1 Introduction
13
材料的发展
美国海军用0.5马力陶瓷发动机
广州新电视塔摩天轮的16个“水晶”观光球舱，壳体采用新型高分子材料，晶莹剔透，能保证舱内游客对塔外景色一览无余。
美国最新型隐身战斗机F-22使用吸波材料和吸波涂层
材料化学.ppt
氨解（氨化）反应
概述
一、氨解反应及其重要性 氨解指的是氨与有机物发生复分解反应而生成伯胺 的反应。氨解反应通式可简单地表示如下：
式中R可以是脂基或芳基，Y可以是羟基、卤基、磺 酸基或硝基。
而氨与双键加成生成胺的反应叫胺化。通常将氨解 与胺化称为氨基化。广义上，氨解和胺化还包括所生成 的伯胺进一步反应生成仲胺和叔胺的反应。 脂肪族伯胺的制备主要采用氨解和胺化法。其中最重要 的是醇羟基的氨解和胺化法.
液氨的临界温度是132.9℃，这是氨能保持液态的最高温 度。但是，液氨在压力下可以溶解于许多液态有机化合 物中。因此，如果有机化合物在反应温度下是液态的， 或者氨解反应要求在无水有机溶剂中进行，则需要使用 液氨作氨解剂。另外，有机反应物在过量的液氨中也有 一定的溶解度。液氨主要用于需要避免水解副反应的氨 解过程。例如，2-氰基-4-硝基氯苯氨解制2-氰基-4-硝 基苯胺时，为了避免氰基的水解，要用液氨在甲苯溶剂 中进行氨解。 用液氨进行氨解反应的缺点是：操作压力高，过量的液 氨较难再以液态氨的形式回收。
（3）用氨基碱氨解 当氯苯用KNH2在液氨中进行氨解反应时， 产物中有将近一半的苯胺，其氨基连接与原来的氯互为邻位的碳原 子：
该反应首先发生消除反应，氨基负离子形成氨和负碳离子，负 碳离子再失去卤离子而形成苯炔，产生的苯炔迅速与亲核试剂加成， 产生负碳离子。该反应历程表示如下：
由于苯炔历程中，标记的碳和它相邻的碳等同，所以NH2－能等 同的加成到任意一个碳原子上。
3. 氨基置换硝基 由于向芳环上引入硝基的方法已经比较成熟，因此 近年来利用硝基作为离去基团在有机合成中的应用发展 较快。硝基作为离去基团被其它亲核质点置换的活泼性 与卤化物相似。氨基置换硝基的反应按加成-消除反应历 程进行。
概述
一、氨解反应及其重要性 氨解指的是氨与有机物发生复分解反应而生成伯胺 的反应。氨解反应通式可简单地表示如下：
式中R可以是脂基或芳基，Y可以是羟基、卤基、磺 酸基或硝基。
而氨与双键加成生成胺的反应叫胺化。通常将氨解 与胺化称为氨基化。广义上，氨解和胺化还包括所生成 的伯胺进一步反应生成仲胺和叔胺的反应。 脂肪族伯胺的制备主要采用氨解和胺化法。其中最重要 的是醇羟基的氨解和胺化法.
液氨的临界温度是132.9℃，这是氨能保持液态的最高温 度。但是，液氨在压力下可以溶解于许多液态有机化合 物中。因此，如果有机化合物在反应温度下是液态的， 或者氨解反应要求在无水有机溶剂中进行，则需要使用 液氨作氨解剂。另外，有机反应物在过量的液氨中也有 一定的溶解度。液氨主要用于需要避免水解副反应的氨 解过程。例如，2-氰基-4-硝基氯苯氨解制2-氰基-4-硝 基苯胺时，为了避免氰基的水解，要用液氨在甲苯溶剂 中进行氨解。 用液氨进行氨解反应的缺点是：操作压力高，过量的液 氨较难再以液态氨的形式回收。
（3）用氨基碱氨解 当氯苯用KNH2在液氨中进行氨解反应时， 产物中有将近一半的苯胺，其氨基连接与原来的氯互为邻位的碳原 子：
该反应首先发生消除反应，氨基负离子形成氨和负碳离子，负 碳离子再失去卤离子而形成苯炔，产生的苯炔迅速与亲核试剂加成， 产生负碳离子。该反应历程表示如下：
由于苯炔历程中，标记的碳和它相邻的碳等同，所以NH2－能等 同的加成到任意一个碳原子上。
3. 氨基置换硝基 由于向芳环上引入硝基的方法已经比较成熟，因此 近年来利用硝基作为离去基团在有机合成中的应用发展 较快。硝基作为离去基团被其它亲核质点置换的活泼性 与卤化物相似。氨基置换硝基的反应按加成-消除反应历 程进行。
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❖ 新石器时代
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。
❖ 陶器时代 ❖ 青铜器时代 ❖ 铁器时代
❖在 上可以找到很多关于 铝以及铝合金的信息
美铝的生意是从一把铝壶开始的……
❖ 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。
一个示例：
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 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。
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
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
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
❖ 旧石器时代
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。
材料化学第讲概述
to Materials Chemistry
序 论
Teacher: Ph. D. Tengyun Zhang(张腾云) E-mail: bgzhangty@
2007－2008 学年第 2 学期
《材料化学导论》的考核
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。
现代文明的材料传说：
1947 年，据说，在美国新墨西哥州哥西维尔 地方，坠毁了一艘外星来的宇宙飞船。科学家们纷 纷云集此地，对这艘飞船进行了全方位的研究，于 是地球上就诞生了半导体、光纤、激光器等一系列 对当代文明产生了显著影响的新材料。后来美国政 府将这艘飞船隐匿了起来……
哈哈哈哈！ 天方夜谭
“材料是人类文明的物质基础”
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： ❖合金强化
在 Al 中加入 Cu、Mn、Si、Mg、Fe、Zn 等元素，形成 所谓的铝合金以提高 Al 的强度。
❖时效硬化
把合金强化处理后形成的铝合金加热到一定温度以上进行 “熔解处理”，使合金处于均匀的单相状态，然后快速淬 火，保持其单相组织。此后再在稍高于室温的温度下加热， 使合金中慢慢析出第二相，以提高合金的强度。
❖钢 ❖硅 ❖ 塑料 ❖ 合成材料 ❖ 半导体 ❖ 精密陶瓷 ❖ 复合材料 ❖ 纳米材料 ❖ ……
当代，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4个主要分支。
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 材料科学 材料化学
第一章 绪论
Chapter 1 Introduction
1.1 基本概念 (1) 什么是材料？
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
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℃)
铝合金的出现，大大拓宽了铝的用途……
航天飞机、大型客机 铝门窗、铝活动建筑 铝细粉是一种火箭固体燃料 铝 箔 铝电缆 易拉罐
2000年，光美国就生产了1000亿个铝易拉罐。轻、 薄、耐腐蚀。易拉罐上的易拉扣，的确是一项高技 术，代表了铝材和铝加工的现代成就。
我们现在所处的时代应该称为什么时代？
平时作业-10% 平时出勤与纪律-15% 读后感（Journal of Materials Chemistry中 一篇感兴趣论文)-15% 期末考试-60%（某种材料的研究进展；基础 测试）
《材料化学导论》学习方式：
听课与自学相结合
本教材网上浏览请安装《超星图书 浏览器》软件，在图书馆下载。参 考书请参考课件后的提示，也可自 己寻找合适的参考资料。
水是材料？ 冰是材料？
Chapter 1 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。
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。