材料化学导论重点
材料化学导论
材料的发展史
• 3．利用物理与化学原理合成材料的阶段： 这一阶段以合成高分子材料的出现为开端， 一直延续到现在，而且仍将继续下去。除 合成高分子材料以外，人类也合成了一系 列的合金材料和无机非金属材料。超导材 料、半导体材料、光纤等材料都是这一阶 段的杰出代表。
• 4．材料的复合化阶段 • 5．材料的智能化阶段
• 第二，在材料科学这个名词出现以前，金属材料、 高分子材料与陶瓷材料科学都已自成体系，它们 之间存在着颇多相似之处，可以相互借鉴，促进 本学科的发展。如马氏体相变本来是金属学家提 出来的，而且广泛地用来作为钢热处理的理论基 础。但在氧化锆陶瓷材料中也发现了马氏体相变 现象，并用来作陶瓷增韧的一种有效手段。
• 第三，各类材料的研究设备与生产手 段也有很多相似之处。虽然不同类型 的材料各有专用测试设备与生产装置， 但更多的是相同或相近的，如显微镜、 电子显微镜、表面测试及物理性能和 力学性能测试设备等。在材料生产中， 许多加工装置也是通用的。研究设备 与生产装备的通用不但节约了资金， 更重要的是相互得到启发和借鉴，加 速了材料的发展。
材料化学导论
• 张宝莲 • 田中华
1.1 材料与新材料的重要性
• Def: 材料是人类用来制作物件，如用具、工具、 元器件、设备设施、系统等的物质。
• 人与其它动物的区别：能有意识的制造和使用工 具
• 人类文明史与材料的发展史密切相关。 • 材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料。
如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物， 一般都不算是材料。但是这个定义并不那么严格， 如炸药、固体火箭推进剂，一般称之为“含能材 料”，因为它属于火炮或火箭的组成部分。
• 第五，复合材料的发展，将各种材料有机地联成 了一体。复合材料在多数情况下是不同类型材料 的组合，通过材料科学的研究，可以对各种类型 材料有一个更深入的了解，为复合材料的发展提 供必要的基础。
材料化学导论重点
第一章1、冶炼过程的定义、实质、步骤？定义：高温下元素的分离和浓缩过程。
实质：从由氧化物、硫化物构成的矿石以及其他精制原料中分离提取某种有用金属，再经过精炼后制成金属的物理化学过程。
步骤：(1)把矿石粉碎分离，经过筛选获得含有某种金属的高品位精矿，这一过程称为选矿过程；(2)对精矿进行高温物理化学处理，提取某种金属(粗金属)的冶炼过程；(3)去除粗金属中杂质的精炼、提纯过程。
2、说出熔化-凝固、离子交换、电解溶液与析出法精炼工艺原理？熔化-凝固：利用物质的熔点差，通过冷凝或者熔化过程去除杂质，从而获得较高纯度的某一物质。
离子交换：利用物质的选择系数差，通过离子交换过程去除杂质，提取所需的物质。
电解溶解与析出：利用物质的电解电压差，通过电解去除杂质，提取所需的物质。
3、详细分析区域精炼、挥发精炼的工艺原理？利用溶液中析出固体的现象，使其中一种成分浓缩、富聚的方法叫做区域精炼。
如图：*的液相和在温度T*下二元系的固相和液相处于平衡时，系统中溶质浓度C溶质浓度C S*的固相处于平衡且共存。
这时由于C L*> C S*，因此浓度为C L*的液相凝固时，在固-液界面析出浓度为C S*的固相。
这说明凝固过程中存在着溶质浓度升高(或降低)的可能性，从而造成明显的不均匀，即产生偏析。
当偏析系数1或者1时，就可以通过熔化或凝固过程去除杂质(精炼)从而获得较高纯度的某一物质。
4、ΔGθ－T图的应用，为何炼钢时，Si先氧化，C后氧化？杂质氧化去除而精炼金属不被氧化时为何杂质成分平衡线必须处于精炼金属下方，而且越远越好？铁熔化后的初始温度约为1300℃左右，由图可知，在这一温度下SiO2的位置比CO低，因此SiO2比CO稳定，反应初期Si优先氧化。
随着Si的氧化，温度不断升高，C的平衡线和Si的平衡线相交后，CO反而变得稳定，这时才开始被氧化。
利用氧化反应精炼金属时，最理想的结果应该是只把杂质成分氧化掉，而精炼的金属本身不被氧化。
材料化学导论
材料化学导论
材料化学导论
材料化学是一门研究物质的性质、结构、合成方法和应用的学科，是化学学科的重要分支之一。
它将化学的基本原理和方法应用于材料的研究和发展，目的是寻找新材料，改进已有材料的性能，并解决实际应用中的材料问题。
在材料化学的研究中，对材料的性质进行分析和测试是非常重要的。
通过对材料的化学成分、结构特征和物理性质等进行分析，可以了解到材料的组成与性能的关系，并为材料的改进和设计提供基础。
在材料化学中，合成方法是一个关键的环节。
通过合适的化学反应，可以将原料转化为所需的材料。
合成方法的选择与材料的性质和应用有关，需要在考虑效率和成本的基础上，寻找合适的合成途径。
材料化学的应用十分广泛，几乎覆盖了各个领域。
在能源领域，材料化学可以用于开发高效的能源材料，如新型电池和太阳能电池。
在电子器件领域，材料化学的研究可以帮助开发更小、更快、更强的电子元件。
此外，在医疗、环境保护等方面，材料化学也起着非常重要的作用。
材料化学的发展还带来了许多新的研究领域和新的材料。
例如，纳米材料是一种具有特殊性质的材料，其尺寸小于100纳米，具有大比表面积和量子尺寸效应。
纳米材料具有广泛的应用前
景，如在电子、光电子、生物医学等领域。
总之，材料化学是一门非常重要的学科，它不仅为社会发展提供了新材料，还推动了科学技术的进步。
随着材料化学的不断发展，我们相信会有更多新的材料问世，为人类的生活和工业发展带来更多的创新和改进。
材料导论重点及归纳
1、材料的定义与分类材料是人类用来制造有用的构件、器件或物品的物质。
材料与物质的区别：①对材料而言，可采用“好”或“不好”等字眼加以评价，对物质则不能这样；②材料总是和一定的用途相联系的；③材料可由一种物质或若干种物质构成；④同一种物质，由于制备方法或加工方法的不同，可成为用途各异的不同类型的材料。
按化学组成和结构特点：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料按材料性能：结构材料、功能材料按使用领域：建筑材料、电子材料、耐火材料、医用材料...2、材料的地位和作用材料是人类社会发展的基础和先导，是人类社会进步的里程碑和划时代的标志。
材料、能源、信息被称为人类社会的“三大支柱” 。
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重大变革，甚至引起一次世界性的技术革命，大大地加速社会发展的进程，从而把人类物质文明推向前进。
人类文明的发展史就是材料的发展史材料的发展史就是人类文明的发展史石器时代、青铜器时代、铁器时代、? ? ?、半导体时代新材料是高技术发展的基础，是工业革命和产业发展的先导3、材料的性质材料性质：是材料的功能特性和效应的描述，是材料对电.磁.光.热.机械载荷的反应。
材料性质描述：力学性质：强度、硬度、刚度、塑性、韧性材料在力的作用下所表现出的特性即为材料的力学性质。
（1）弹性模量弹性模量是指材料在弹性极限范围内，应力与应变（即与应力相对应的单位变形量）的比值，用E 表示，即：（2）强度在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力称为强度。
（有多种强度类型）材料在外力作用下发生塑性变形的最小应力叫屈服强度，用 d S表示。
工程上规定，试样产生0.2%塑性变形时的应力值为该材料的条件屈服强度，记为 d 0.2。
抗拉强度是将试样在拉力机上施以静态拉伸负荷，使其破坏（断裂）时的载荷。
材化重点汇总
绪论材料是指：人类利用化合物的某种功能来制作物件时所用的化学物质。
材料按其组成和结构可以分为哪几类？金属材料，无机非金属材料，聚合物材料，复合材料第一章晶体是一种内部粒子或粒子集团在空间按一定规律周期性重复排列而成的固体。
周期性：一定数量和种类的粒子在空间排列时，在一定方向上，相隔一定距离重复的出现。
点阵结构=点阵+结构基元晶体周期性结构的两要素：结构基元和周期性的大小和方向点阵是连接任意两点所得向量进行平移后能够复原的一组点讨论衍射与“反射"的关系，什么条件下的衍射就是“反射”？（a）关系：可见光的反射只是物体表面上的光学现象，而衍射则是一定厚度内许多间距相同晶面共同作用的结果。
（b）可见光在任意入射角方向均能产生反射，而X射线则只能在有限的布拉格角方向才产生反射。
就平面点阵（hkl）来说，只有入射角θ满足此方程时，才能在相应的反射角方向上产生衍射。
第二章晶体特征：晶体的均匀性、晶体的各向异性、晶体的自范性、晶体的熔点、晶体的对称性、晶体对x射线的衍射玻璃结构特征：玻璃的内部结构无长程周期性，此结构缺少对称性或长程有序性,为保持电中性,每个角顶氧原子仅在两个四面体之间公用,因而该结构是颇为开敞的.玻璃通性：①没有固定的熔点②各向同性③内能高④没有晶界⑤无固定形态⑥性能可设计性晶态材料：长程有序、结构的周期性对称性、X射线衍射非晶态材料：无序结构，短程有序非晶态金属的结构与性能：1.原子排列长程无序、2.短程有序、3.无晶界、4.不稳定性、5.卓越的硬度和机械度、6.优越的磁学性能第三章铁素体：碳在a-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙固溶体。
奥氏体：碳在γ -Fe（面心立方结构的铁）中的间隙固溶体。
渗碳体：碳和铁形成的稳定化合物（Fe3c）。
贮氢金属或合金的贮氢原理是：可逆的与氢形成金属氢化物或含氢固溶体形状记忆合金条件：1.马氏体必须是热弹性类型、2.马氏体的形变主要通过孪晶取向改变、3. 母相通常是有序结构作为MH-Ni电池负极材料的储氢合金充电时发生的电极反应为：M+H2O+e—→MH+OH-提高耐热强性的途径主要有：基体强化、第二相强化；晶界强化马氏体相变开始和相变结束的温度表示为Ms和Mf，把马氏体逆相变(转变成奥氏体)的温度表示为As和Af。
材料化学导论
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
大一材料导论知识点
大一材料导论知识点材料导论是一门介绍材料科学与工程的基础课程，旨在让学生对不同类型的材料及其特性有一个整体的了解。
本文将针对大一材料导论中的几个重要知识点进行介绍，帮助学生更好地理解和学习这门课程。
一、材料的分类与常用材料1. 材料的分类：金属材料、无机非金属材料、有机材料、复合材料等。
2. 常用金属材料：铁、铜、铝、钢等。
常用无机非金属材料：陶瓷、玻璃等。
常用有机材料：塑料、橡胶等。
常用复合材料：纤维增强复合材料、层层复合材料等。
二、常见材料性能与表征方法1. 机械性能：强度、硬度、韧性等。
常用的测试方法有拉伸试验、硬度测试等。
2. 热性能：熔点、热膨胀系数等。
常用的测试方法有差热分析法、热膨胀试验等。
3. 电磁性能：电导率、磁性等。
常用的测试方法有电导率测量、磁性测试等。
4. 光学性能：透光性、折射率等。
常用的测试方法有透光率测量、折射率测试等。
5. 化学性能：腐蚀性、稳定性等。
常用的测试方法有腐蚀试验、稳定性测试等。
三、材料的结构与组织1. 金属材料的结构与组织：晶格结构、晶体缺陷、晶体生长等。
2. 陶瓷材料的结构与组织：晶体结构、非晶态、多孔结构等。
3. 高分子材料的结构与组织：线性结构、支化结构、交联结构等。
4. 复合材料的结构与组织：纤维增强剂、基体材料、界面结构等。
四、材料加工与制备方法1. 金属材料的加工与制备方法：熔铸、轧制、锻造等。
2. 陶瓷材料的加工与制备方法：烧结、热压等。
3. 高分子材料的加工与制备方法：模塑、挤出等。
4. 复合材料的加工与制备方法：层层堆叠、纤维增强等。
五、材料应用领域1. 金属材料的应用领域：机械制造、建筑结构等。
2. 陶瓷材料的应用领域：陶瓷器皿、电子元器件等。
3. 高分子材料的应用领域：塑料制品、橡胶制品等。
4. 复合材料的应用领域：航空航天、汽车制造等。
总结：材料导论是大一学生必修的基础课程，通过学习这门课程，学生将对各种类型的材料有一个整体的了解和认识。
材料化学导论
一．1.何谓冶炼过程？从矿石中提炼金属一般经历那几个过程？答：是指高温下元素的分离和浓缩的过程；1）把矿质粉碎分离，经历筛选获得含有某种金属的高品位精矿，这一过程称为选矿过程；2）对精矿进行高温物理化学处理，提取某种金属（粗金属）的冶炼过程；3）去除粗金属中杂质的精炼、提纯过程。
2.了解熔点、沸点附近纯物质化学势随温度变化的情况？答：化学势随温度上升而降低熔点附近：高温时，液相化学势低于固相化学势，低温相反，在熔点时相等，此时固液两相共存；沸点附近：高温时，液相化学势高于气相化学势，低温相反，在沸点时相等，此时气体液体处于平衡。
3.工业上提炼金属一般有哪几种方法？答：PPT上：1）热分解法2）热还原法3）电解法补充：1）活泼金属：熔岩电解2）以含氧的阴离子或二氧化物存在的：电解或化学还原3）以硫化矿存在的：焙烧使之变成氧化物，然后用热分解或热还原4）容易分解的化合物：热分解法4.金属精炼方法有哪几种？答：1）区域精炼2）挥发精炼和蒸馏精炼3)气相精炼4）电解精炼5.了解锌的精炼，了解挥发精炼与蒸馏精炼的区别。
答：锌的精炼：在粗制锌锭中，含有Pb，Cd，Cu，Fe等杂志。
这些杂志的蒸气压和锌的蒸气压相差很大，可用两端蒸馏法进行精炼。
在第一蒸馏塔内，使Zn，Cd蒸馏，在第二蒸馏塔内对蒸馏后的Zn，Cd进行挥发精炼除去Cd。
挥发精炼：液体中杂质成分B的浓度降低, 而液体A的纯度增高。
蒸馏精炼：分离后气相析出，可提高A的纯度6.基本概念：熔体；区域精炼；气相精炼。
答：熔体：两种或两种以上成分构成的相叫做熔体。
区域精炼：利用溶液中析出固体的现象,使其中一种成分浓缩、富聚的方法叫做区域精炼。
气相精炼：是使挥发性金属化合物的蒸气热分解或还原，而由气相析出金属的蒸发方法。
二．1.在铁的冶炼过程中，在高炉中药加入焦炭，焦炭的作用是什么？答：1）还原剂 2）载热体 3）使熔融的铁赠碳的媒介2.比较炼铁和炼钢的目的和原理。
大一材料导论知识点总结
大一材料导论知识点总结
一、材料的基本概念和基本性能
1. 材料的概念和分类
2. 材料的结构与性能关系
3. 材料的物理性能
4. 材料的力学性能
5. 材料的化学性能
6. 材料的热学性能
7. 材料的电学性能
二、金属材料
1. 金属材料的概念
2. 金属材料的组织与性能
3. 金属材料的加工
4. 金属材料的腐蚀与防护
5. 金属材料的热处理
三、无机非金属材料
1. 陶瓷材料
2. 玻璃材料
3. 氟化物材料
4. 碳素材料
5. 硼硅氮材料
四、高分子材料
1. 高分子材料的概念
2. 高分子材料的结构与性能
3. 高分子材料的加工与应用
五、复合材料
1. 复合材料的概念
2. 复合材料的结构与性能
3. 复合材料的加工与应用
六、材料表面工程
1. 表面改性技术
2. 表面涂层技术
3. 表面功能化技术
七、功能材料
1. 光学材料
2. 磁性材料
3. 催化材料
4. 传感材料
5. 能源材料
总结：
本文总结了大一材料导论中的基本知识点，包括材料的基本概念和基本性能、金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料、材料表面工程和功能材料等内容。
通过学习这些知识点，可以深入了解材料的性能和应用，为今后的材料科学研究和工程应用打下坚实的基础。
《材料化学导论》第三章金属材料第一节金属键 第三章 金属材料
第三章金属材料在一百多种化学元素中，金属大约占80%。
金属材料具有许多宝贵的机械－力学、物理、化学性能，是迄今为止使用最为广泛且用量最多的一种材料。
3.1 金属键金属呈现特有的金属光泽，不透明，是电与热的良导体，具有延性和展性，比重大，强度高，可以焊接和形成合金。
金属的性能是其特定结构的外在反映。
由金属从单原子气态生成液态或固态时所释放出相当大的能量，可以断定金属原子在液态或固态中的相互结合力不是一般原子间的范德瓦耳斯力，而是一种相当强的化学键。
它又是由电负性小的同类原子所组成，从而也排除生成离子键的可能性。
X射线衍射测定结果表明，金属材料中每个金属原子与周围8至12个同等或接近同等距离的原子相紧邻，而每个金属原子的价电子层中只有少数的价电子，显然以这少数价电子来生成8至12个通常的共价键也是难以想象的。
因此，就需要另外提出“金属键”（metallic bond），即使金属原子结合成金属相互作用的模型。
一、“自由电子”模型金属晶体中，金属原子外层价电子受原子核束缚较弱，即电离能低，很容易失去这些价电子而形成正离子和自由电子。
所谓自由电子是指被电离的电子不再束缚于某一原子，而在整个晶体内“自由”运动。
正离子整体共同吸收自由电子而结合在一起。
自由电子就像胶泥似地将许多排列整齐的正离子胶合在一起。
自由电子在金属中的活动范围很大，因此可将金属看成是自由电子气和沉浸在其中的正离子的结合体。
这就是金属键的“自由电子”模型。
用量子力学处理金属键的自由电子模型，就相当于一个三维势箱问题。
在“箱”中的电子可近似作为平动子在整个晶体中作较自由的运动，但在总体上还受由正离子组成的电场所束缚。
由于金属中电子离域范围很大，将会产生很显著的能量降低效应，便成为金属键能的起源。
要指出的是，金属键和离域π键是不很相同的：参与离域π键的原子数一般是有限的，且离域电子的活动范围是沿二维空间，即平面伸展的；而参与金属键的原子数量则是很大的，且离域电子活动范围是沿三维空间伸展的。
材料化学导论知识点汇总
1.材料的进展水平（5代）：天然材料、烧炼材料、合成材料、可设计材料、智能材料。
2.材料的分类（5类）：金属材料、非金属材料、合成材料、复合材料、功能材料。
3.非晶体与晶体的要紧区别：非晶体结构具有长程无序、短程有序的特点，而且非晶体所属的状态属于热力学的亚稳固态。
而晶体的原子平稳位置形成一个平移的周期阵列，这种原子的位置显示生长程序。
4.晶体的宏观特点（4点）：规那么的几何外形、晶面角守恒、有固定熔点、物理性质的各向异性。
5.空间点阵的概念：空间点阵是实际晶体结构的数学抽象，是一种空间几何构图，它突出了晶体结构中微粒排列的周期性这一大体特点。
6.晶体的宏观对称性中心 3种最大体的对称元素：转轴、镜面、反演中心；8种大体对称元素：1、2、3、4、6、i、m、4̅；n度旋转轴：一个晶体若是绕一轴旋转2π/n角度后能恢复，那么称那个轴为n度旋转轴。
7.晶体点阵缺点的分类（4种）：点缺点（①肖特基缺点：原子离开正常晶格的格点位置移动到晶体表面的正常位置，在原格点上留下空位。
②间隙原子：一个原子从正常表面上的位置挤进完整晶格中的间隙位置。
③夫伦科尔缺点：原子离开正常晶体的格点位置而移动到间隙位置，形成空位和间隙原子。
）、线缺点、面缺点、体缺点。
8.位错：①刃位错（是最简单的一种大体类型的位错，是在研究金属的范性中提出的。
它是在滑移面上局部滑移区的边界，且位错的方向与滑移方向垂直；从原子排列的状况来看，就犹如垂直于滑移面插紧了一层原子的刃上）②螺位错（是一种大体类型的位错，可看成是局部滑移区的边界，其特点是位错和滑移的方向是彼此平行的）。
9.固溶体的概念：合金中那些化学成份和晶体结构完全相同，且界面彼此分开又彼此独立存在的均匀组成部份，称为合金相。
合金相又分为固溶相和中间相，其中固溶体又称为混晶，存在着广漠的固溶区范围，同时不符合化合物的定组分定律。
（若是碳原子挤到铁的晶格中去，又不破坏铁所具有的晶体结构，如此的物质成为固溶体）10.奥氏体（不锈钢材料）的概念：组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构：910℃以下，为具有体心立方晶格结构的α-铁，而910℃以上为具有面心立方的γ-铁。
材料导论复习要点(全)
1. 化学键（离子键、共价键、金属键）--主价键组合键氢键----介于范德华键和主价键之间物理键（范德华键）----次价键无机非金属结构主要包含：离子键、共价键和混合键无机非金属材料包括：离子晶体、共价晶体、混合晶体1.1.1 离子键定义：正负离子间的静电作用为离子键。
决定离子晶体的结构因素包括以下几个方面：离子半径、球体最紧密堆积程度、配位数、离子的极化形成两种空隙：四面体空隙和八面体空隙极化：带电离子所产生电场对另一离子的电子云发生作用，使离子大小形状发生改变，这种现象。
极化率：离子自身被极化的作用；极化力：极化周围离子的作用。
影响：1.共价键定义：由两个或者多个原子共同使用它们的外层电子，在理想情况下，达到电子饱和的状态，由此组成较为稳定和坚固的化学结构叫做共价键2.金属键性能特点：1)良好的导电性及导热性；2)正的电阻温度系数；3)良好的强度及塑性；4)特有的金属光泽。
3.范德华键分子间以微弱静电引力相引而结合在一起。
没有方向\饱和性例：NaCl 晶体中，已知Na+ 离子和Cl-半径分别为0.102nm 和 0.181nm ，确定正负离子的配位数并计算一个晶胞中有多少个NaCl 分子？解：配位数：R+/R_=0.102/0.181=0.56在0.414～0.732之间，可以确定Na: CN=6分子数 Na: ¼*12+1=4,Cl:1/8*8+1/2*6=4 ,即Z=4例：CsCl 晶体中，已知Cs+ 离子和Cl-半径分别为0.174nm 和 0.181nm ，确定正负离子的配位数并计算一 离子极化偶极 离子间距变化 离子配位数变化晶体结构类型变化个晶胞中有多少个CsCl分子？解：配位数 R+/R_=0.174/0.181=0.96在0.732～1之间，可以确定Cs: CN=8分子数 Cs: 1Cl:1/8*8=1 ,即Z=12、硅酸盐结构特点：① 结构中Si4+间没有直接的键，而它们是通过O2–连接起来的。
材料化学导论第2章-完美晶体的结构
材料化学导论第2章-完美晶体的结构第２章完美晶体的结构绝⼤多数材料以固体形态使⽤。
因此研究固体的结构⼗分重要。
固体可以划分为如下种类：⽆定形体和玻璃体[固体中原⼦排列近程有序、远程⽆序](Amorphous and Glassy)固体(Solid states) 完美晶体[原⼦在三维空间排列⽆限延伸（Perfect crystals）有序，并有严格周期性]晶体（Crystals）缺陷晶体[固体中原⼦排列有易位、错（Defect crystals）位以及本体组成以外的杂质] 由于晶体结构是固体结构描述的基础，我们在本章中描述完美晶体的结构，下⼀章则讲授缺陷晶体的结构。
§2.1 晶体的宏观特征和微观结构特点§2.1.1晶体的宏观特征晶体的宏观特征主要有四点：1．规则的⼏何形状所有晶体均具有⾃发地形成封闭的⼏何多⾯体外形能⼒的性质。
规则的⼏何多⾯体外形表明晶体内部结构是规则的。
当然晶体的外形由于受外界条件的影响，往往同⼀晶体物质的各种不同样品的外形可能不完全⼀样。
因此，晶体的外形不是晶体品种的特征因素。
例如，我们⼤家熟知的⾷盐晶体在正常结晶条件下呈⽴⽅晶体外形，当在含有尿素的母液中结晶时，则呈现出削取顶⾓的⽴⽅体甚或⼋⾯体外形。
2．晶⾯⾓守恒在适当条件下晶体能⾃发地围成⼀个凸多⾯体形的单晶体。
围成这样⼀个多⾯体的⾯称作晶⾯。
实验测试表明，同⼀晶体物质的各种不同样品中，相对应的各晶⾯之间的夹⾓保持恒定，称作晶⾯⾓守恒。
例如，⽯英晶体根据结晶条件不同，可有各种⼏何外形，但对应晶⾯之间的夹⾓却是不变。
晶体的晶⾯相对⼤⼩和外形都是不重要的，重要的是晶⾯的相对⽅向。
所以，可以采⽤晶⾯法线的取向表征晶⾯的⽅位，⽽共顶点的晶⾯法线的夹⾓表⽰晶⾯之间的夹⾓。
3．有固定的熔点晶体熔化过程是晶体长程序解体的过程。
破坏长程序所需的能量就是熔化热。
所以晶体具有特定的熔点。
反之，也说明晶体内部结构的规则性是长程有序的。
材料化学导论第2章_材料化学的理论基础
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
材料化学导论
材料化学导论导论材料化学是研究材料的组成、性质、结构和功能的学科领域。
它涵盖了从基础研究到应用研究的各个方面，是现代材料科学的重要组成部分。
本文将对材料化学的概念、研究方法和应用领域进行介绍，并探讨其在科学研究和工程应用中的重要性。
1. 材料化学的概念材料化学是一门跨学科的科学，它结合了化学、物理学和工程学的原理和方法，以研究材料的微观和宏观性质。
它关注材料的制备、成分、结构、性能和功能，旨在开发新材料、改进现有材料的性能，并解决材料在不同环境下的稳定性和可靠性问题。
2. 材料化学的研究方法材料化学的研究方法包括实验室合成、材料表征和性能测试等。
实验室合成是通过控制各种反应条件来制备材料，如溶胶-凝胶法、溶液法、气相沉积法等。
材料表征主要通过各种物理和化学手段来分析材料的结构和组成，如透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和拉曼光谱等技术。
性能测试是用来评估材料的力学、光学、电学、热学和化学性能，如硬度测试、电阻测试、热导率测试等。
3. 材料化学的应用领域材料化学的研究成果广泛应用于各个领域，包括电子、能源、环境、医药等。
在电子领域，材料化学的研究推动了新型半导体材料的开发，如钙钛矿太阳能电池、有机发光二极管和量子点显示器等。
在能源领域，材料化学的研究促进了新能源材料的开发和应用，如锂离子电池、燃料电池和太阳能催化剂等。
在环境领域，材料化学的研究有助于开发高效的吸附剂和催化剂，以净化大气和水体中的有害物质。
在医药领域，材料化学的研究促进了药物控释系统、生物医用材料和组织工程的发展。
4. 材料化学的重要性材料化学在科学研究和工程应用中具有重要的地位和作用。
首先，材料化学为新材料的设计和制备提供了基础。
通过深入了解材料的结构和性质，能够合理设计新材料的组成和结构，从而实现所需的功能和性能。
其次，材料化学推动了材料性能的改进。
通过对材料的微观和宏观特性的研究，可以发现材料的瓶颈和问题，并针对性地进行优化和改进。
《材料化学导论》课程教学大纲
《材料化学导论》课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：13140304课程名称：材料化学导论课程英文名称：Introduction to Chemistry in materials课程所属单位：化学与环境工程系应用化学教研室课程面向专业：应用化学专业课程类别：选修课先修课程：化学类基础课；授课对象：本科生年级：三年级；学时：48；学分：2.5二、课程的性质与目的材料化学作为材料科学的一门主要分支，其内容含有材料的组成、结构与性能，以及材料的制备化学等，涉及材料及化学两个一级学科的各个二级学科。
本课程包括无机、有机、和高分子材料化学导论。
1．课程的性质与目的：本课程为应用化学专业选修课程，目的是通过讲述材料中与化学相关的各要素，包括材料的合成与加工、化学结构与性能、材料的化学及物理性质和材料的应用性能，通过对不同材料（金属与非金属材料、有机与高分子材料、光电功能材料）的介绍，使学生了解材料的化学组成、结构与性能的关系；了解各种常用材料的化学制备方法，以及一般材料制造工艺过程及其用途和使用方法；使学生获得材料化学的基础知识，为毕业后可适应材料研究与开发、选择和应用工作打下坚实的基础。
2．教学基本要求：（1）掌握用化学方法分析、认识各类材料如无机和金属材料、有机与高分子材料以及复合材料等；掌握用化学方法制备、改性上述材料及其化学反应机理。
（2）培养学生正确的科学观，提高学生运用化学知识解决材料科学中的化学相关问题的能力。
三、课程教学内容及要求：第一章绪论（2学时）1.1 材料的地位、作用与发展1.2 材料的分类及其基本情况：了解材料及其种类。
1.3 材料科学与材料化学任务及其发展趋势：重点：理解材料科学的产生与发展、材料应用与化学学科及学生前修课程的关系。
1.4材料化学的研究内容及意义：掌握材料化学的研究范畴、具体内容、方法以及其在化学、材料、信息、生物等领域的重要意义。
重点：材料的分类和各要素，让学生从一个整体上把握材料化学的学习内容，为后面的课程学习打下基础。
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。
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第一章1、冶炼过程的定义、实质、步骤？定义：高温下元素的分离和浓缩过程。
实质：从由氧化物、硫化物构成的矿石以及其他精制原料中分离提取某种有用金属，再经过精炼后制成金属的物理化学过程。
步骤：(1)把矿石粉碎分离，经过筛选获得含有某种金属的高品位精矿，这一过程称为选矿过程；(2)对精矿进行高温物理化学处理，提取某种金属(粗金属)的冶炼过程；(3)去除粗金属中杂质的精炼、提纯过程。
2、说出熔化-凝固、离子交换、电解溶液与析出法精炼工艺原理？熔化-凝固：利用物质的熔点差，通过冷凝或者熔化过程去除杂质，从而获得较高纯度的某一物质。
离子交换：利用物质的选择系数差，通过离子交换过程去除杂质，提取所需的物质。
电解溶解与析出：利用物质的电解电压差，通过电解去除杂质，提取所需的物质。
3、详细分析区域精炼、挥发精炼的工艺原理？利用溶液中析出固体的现象，使其中一种成分浓缩、富聚的方法叫做区域精炼。
如图：*的液相和在温度T*下二元系的固相和液相处于平衡时，系统中溶质浓度C溶质浓度C S*的固相处于平衡且共存。
这时由于C L*> C S*，因此浓度为C L*的液相凝固时，在固-液界面析出浓度为C S*的固相。
这说明凝固过程中存在着溶质浓度升高(或降低)的可能性，从而造成明显的不均匀，即产生偏析。
当偏析系数1或者1时，就可以通过熔化或凝固过程去除杂质(精炼)从而获得较高纯度的某一物质。
4、ΔGθ－T图的应用，为何炼钢时，Si先氧化，C后氧化？杂质氧化去除而精炼金属不被氧化时为何杂质成分平衡线必须处于精炼金属下方，而且越远越好？铁熔化后的初始温度约为1300℃左右，由图可知，在这一温度下SiO2的位置比CO低，因此SiO2比CO稳定，反应初期Si优先氧化。
随着Si的氧化，温度不断升高，C的平衡线和Si的平衡线相交后，CO反而变得稳定，这时才开始被氧化。
利用氧化反应精炼金属时，最理想的结果应该是只把杂质成分氧化掉，而精炼的金属本身不被氧化。
为了实现这一设想，杂质成分的平衡线必须位于精炼金属平衡线的下方，并且距离越远越好。
如果某种杂质成分的平衡线接近或高于精炼金属的平衡线时，那就很难用氧化法去除这种杂质。
5、自蔓燃合成的绝热温度与自蔓燃合成反应焓之间的关系？设T m为熔点，ΔH m为合成物的熔解焓，为T m温度下合成物中已熔解部分的比值，则绝热温度和其他几个热力学参数之间的关系有如下三种情况(1)时，T ad<T m，生成热不；(2)时，T ad=T m，绝热温度达到熔点；(3)时，T ad>T m，绝热温度超过熔点后所能达到的温度为6、合金氧化时O2平衡分压的计算？(P24、P25)8、自蔓燃定义？能否形成的影响因素？自蔓燃合成是利用两种以上物质的生成热，通过连续燃烧放热来合成化合物。
自蔓燃能否形成的影响因素有很多，诸如生成热，绝热温度，熔点，原料粉末的性质(尺寸、比热容、热导率等)，点火时原料粉末的温度，压力介质(真空、气体、液体、固体)和压力，以及绝热温度下的扩散系数等。
第二章1、在图2－17的PCT曲线基础上画出吸放氢滞后示意图，解释滞后的原因？与氢反应生成氢化物后引起体积膨胀导致产生界面位错。
为了释放剪切变形应力还将发生位错滑移、孪晶现象或者裂纹(脆性)，由于这些吸放氢产生缺陷以及缺陷的运动不可逆导致PCT曲线吸氢与放氢水平线不同，因此产生滞后现象。
2、金属-氢二元系氢化物主要类型与特点？(1)共价键氢化物特点：挥发性大，熔点低，稳定性差，毒性大，在空气中容易燃烧。
(2)离子键氢化物特点：具有明显的极性，高生成热，高熔点，在熔融状态下是导体。
(3)金属键氢化物特点：呈现出金属性质，高导热性，高导电性和金属光泽。
比金属脆，对称性比原金属差。
3、常见金属间氢化物储氢材料分类？(1)AB5型合金(LaNi5)(2)AB型合金(TiNi)(3)非晶态合金(Mn-Ni)4、金属相变主要类型？相变驱动力？主要类型：(1)扩散相变；(2)无扩散相变。
相变驱动力：自由能差。
5、菲克第一定律？溶质原子的扩散通量J为D为溶质原子的扩散系数，为沿x轴的浓度梯度。
第三章1、下图是金属Fe的电位-pH示意图，假设溶液中的Fe2+<10-6mol•L-1时，即可认为不发生腐蚀，点A处表示以Fe2+形式存在，求(a): 线1、2、3、a、b所代表的电化学反应？(b)：要使点A处的金属不被腐蚀，可以采取哪些措施？(a)1：Fe2++2e-=Fe2:Fe2O3+6H++2e-=2Fe2++3H2O3:Fe3O4+8H++8e-=3Fe+4H2Oa:2H++2e-=H2b:2H2O=O2+4H++4e-(b)(1)增加介质的碱性，即增加pH，有利于形成钝化膜，实现钝化保护；(2)提高铁的电位或把铁的电位人为地-0.6V以下，均可使铁免遭腐蚀。
2、化学电源的基本类型？化学电源的四个基本组成部分？化学电源通常可分为四类：(1)原电池(2)蓄电池(3)贮备电池(4)燃料电池化学电源的四个基本组成部分：(1)正极和负极(2)电解质(3)隔膜(4)外壳3、Pb酸蓄电池的组成？电池反应？过充电副反应？影响其使用性能的因素有？正极材料：PbO2负极材料：海绵状Pb 电解液：H2SO4放电(充电相反)：负极反应：Pb + HSO4-→PbSO4 + H++2e-正极反应：PbO2 + HSO4- + 3H++2e-→PbSO4 + 2H2O电池反应：Pb + PbO2+ 2H2SO4→2PbSO4 + 2H2O充电时，后期还会发生：正极：H2O－2e-→2H+ + O2负极：2H+ + 2e-→H2，产生O2、H2出气口或者反应掉，O2循环如2H+ + O2+ 2e-→H2O(1)极板腐蚀，Pb；(2)正极PbO2脱落；(3)负极自放电Pb(Fe、Cu、Mn)杂质；(4)极板栅H2SO4化；(5)水分消耗，过充电时H2O的析氢，析氧→密闭胶体；4、PEMFC燃料电池采用燃料为CH3OH，其电池反应为：CH3OH + 1.5 O2→CO2 +2H2 O写出其正负极的电极反应？正极：O 2+6e -+6H +=3H 2O负极：CH 3OH-6e -+H 2O=6H ++CO 25、平衡电位、混合电位、腐蚀电位？平衡电位：在理想状态下，电极表面只发生一种氧化还原反应，此时所测的电位为平衡电位。
混合电位：当电极表面同时进行几种氧化还原反应的时候，由复合氧化还原反应确定的电位为混合电位。
腐蚀电位：电极在自然状态下，处于氧化腐蚀态所决定的电位。
6、铁在10%硫酸中的阳极极化曲线，标出主要的钝化曲线参数并解释其意义。
致钝电位Ep 越负且致钝电流ic 越小，钝化越容易；维钝电流id 越小则钝化越稳定。
(1)致钝电流密度； (2)致钝电位； (3)维钝电流密度； (4)钝化区电位范围。
第四章1、如何通过表面张力的温度效应来计算表面热熔？说明其测量原理？P84液体γ随着温度上升减小，S s 为正值，所以比表面焓P s s s T T TS G H )(δδγγ-=+=假设无体积变化：v p s v p s v p TT H E ,,,)(δδγγ-== 故γ>sv p E , 单位表面热容：p p p p p s spT T T T T T T H C )()()()()(2222δγδδδγδγδδδγδδ-=--== 理论上，先作出γ-T 曲线的一次微分，再求出p T)(22δγδ，便可求得s p C 值。
2、材料分析的主要输出探针形式?粒子束：电子、离子、光子、中性粒子非粒子束：热、电场、磁场、声表面波3、X 射线光电子能谱（XPS ）与AES 的测量原理与区别、用途。
原理：X 射线光电子能谱是以一定能量的X 射线照射材料表面，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，分析发射光电子的能量，可探索物质内部电子的各种能级，获得有关电子束缚能、物质内原子的集合状态和电荷分布等电子状态方面的信息。
如果样品室与谱仪分析器是同一材料，功函数Φs 与Φ相等，不会产生接触电场，则获得关系式：E b =h -E k ，可知道发射光电子的结合能，用于分析元素成分以及价态。
俄歇电子能谱(AES)是利用入射电子激发试样发射二次电子，并以电子探测和能量分析器测量它们的能量分布。
激发的WXY俄歇过程能量：俄歇电子的能量(WXY)等于W能级上造成空穴的原子初态电子结合能与X、Y能级产生两个空穴的原子终态总电子结合能的差值。
E V(WXY)=E F(WXY)+ Φ=E(W Z)-E(X Z)-E(Y Z)，其中为激发电子的动能。
用途：主要进行表面分析和价态分析，可以给出表面的化学组成，原子排列，电子状态等信息。
XPS和AES还可以对表面元素做出一次全部定性和定量分析，还可以利用其化学位移效应进行元素价态分析，利用离子束的溅射效应可以获得元素沿深度的化学成份分布信息。
区别：X射线光电子能谱(XPS)的探针与信号源分别为X射线与表面原子的内层发射电子，俄歇电子能谱(AES)的探针与信号源分别为电子(或X射线)与受激表面原子的二次电子。
XPS能在不太高的真空度下进行表面分析研究。
AES法，必须使用超高真空，采用直观的化学认识即可解释XPS中的化学位移，而AES中解释起来就困难的多。
4、AES灵敏度因子法计算元素含量？P102以某合金钢表面AES能谱为例，从俄歇谱线峰中发现Fe的703eV峰高10.1；Cr的529eV峰高4.7；Ni的848eV峰高1.5。
它们的相对灵敏度因子分别为0.20，0.29，0.27。
则同理，C Cr=0.22，C Ni=0.08。
第五章1、等离子体密度？P105等离子体温度？P105热等离子体和低温等离子体区别？等离子体密度：等离子体必须符合电中性条件，即离子(正离子)密度等于电子密度，n e=n i,1+ n i,2+ n i,3+……=n，n为等离子体密度，即单位体积内的离子数或电子数。
气体分子运动论：(m：粒子的质量，V：速度平方的平均值，T：温度，k：波尔兹曼常数)，温度对应于粒子的平均动能。
等离子体的温度为电子温度T e，离子温度T i，气体温度T g，其与等离子体生成电流，压力有关。
从常压到104Pa系统中电子温度T e和气体温度T g平衡时具有的温度为数量级103－104K，称为热等离子体。
压力在104Pa以下，电子温度和气体温度逐渐拉开距离，在102Pa以下，气体温度T g 接近常温，而电子温度T e则为1-105K(几个电子伏特)。
电子温度和气体温度相差甚远的非平衡状态等离子体称为低温等离子体。
2、等离子体空间的各种现象？碰撞、激发和电离、复合、附着与离脱、扩散与迁移。