材料科学基础第3章高分子材料的结构.
《材料科学基础》名词解释
《材料科学基础》名词解释第一章材料结构的基本知识1、晶体材料的组织：指材料由几个相(或组织单元)组成，各个相的相对量、尺寸、形状及分布。
第二章材料的晶体结构1、空间点阵：将理想模型中每个原子或原子团抽象为纯几何点，无数几何点在三维空间规律排列的阵列2、同素异构：是指有些元素在温度和压力变化时，晶体结构发生变化的特性3、离子半径：从原子核中心到其最外层电子的平衡距离。
4、离子晶体配位数：在离子晶体中，与某一考察离子邻接的异号离子的数目称为该考察离子的配位数。
5、配位数：晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数6、致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分数；第三章高分子材料的结构1、聚合度：高分子化合物的大分子链是出大量锥告连成的。
大分子链中链节的重复次数叫聚合度2、官能度：指在一个单体上能和别的单体发生键合的位置数目3、加聚反应：由一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应；4、缩聚反应：由一种或多种单体相互混合而连接成聚合物，同时析出(缩去)某种低分子物质(如水、氨、醉、卤化氢等)的反应；5、共聚：由两种或两种以上的单休参加聚合而形成聚合物的反应。
第四章晶体缺陷1、晶体缺陷：实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区域；2、位错密度：晶体中位错的数量，是单位体积晶体中所包含的位错线总长度；3、晶界：同一种相的晶粒与晶粒的边界；4、晶界内吸附：少量杂质或合金元素在晶体内部的分布是不均匀的，它们常偏聚于晶界，称这种现象为晶界内吸附；第五章材料的相结构及相图1、固溶体：当合金相的晶体结构保持溶剂组元的晶体结构时，这种相就称为一次固溶体或端际固溶体，简称固溶体。
2、拓扑密堆积：如两种不同大小的原子堆积，利用拓扑学的配合规律，可得到全部或主要由四面体堆垛的复合相结构，形成空间利用率很高、配位数较大(12、14、15、16等)一类的中间相，称为拓扑密堆积。
3、电子浓度：固溶体中价电子数目e与原子数目之比。
4、间隙相：两组元间电负性相差大，且/1≤0.59具有简单的晶体结构的中间相5、间隙化合物：两组元间电负性相差大，且/≥0.59所形成化合物具有复杂的晶体结构。
材料科学基础 绪论和第一章
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一、材料科学的重要地位
表0-1 人类使用材料的
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二、各种材料概况
1.金属材料 2.陶瓷材料 3.电子材料、光电子材料和超导材料
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1.金属材料
图0-1 汽车中各种材料的大致比例
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1.金属材料
图0-2 波音767飞机所用的各种材料比例
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2.陶瓷材料
第二节 原子结合键
三、混合键 解：(1) MgO 据表1-2得电负性数据XMg=1.31；XO= 3.44，代入式(1-1)得： (2) GaAs 1)得 据表1-2得XGa=1.81；XAs=2.18，代入式(1表1-3 某些陶瓷化合物的混合键特征
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第二节 原子结合键
图1-8 原子间结合力 a)原子间吸引力、排斥力、合力 b)原子间 作用位能与原子间距的关系
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图1-15 利用显微镜观察材料的 组织
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第四节 晶体材料的组织
图1-16 单相组织的两种晶粒形状 a)等轴晶 b)柱状晶
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第四节 晶体材料的组织
二、单相组织 三、多相组织
图1-17 两相组织的一些基本组织形态
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第五节
材料的稳态结构与亚稳态结构
图1-18 激活能的物理意义
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第三节 原子排列方式
二、原子排列的研究方法
图1-13 X射线在原子面AA′和BB′上的衍射
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第三节 原子排列方式
图1-14 X射线衍射分析示意及衍射分布图 a) X射线衍射分析示意图 b) SiO2晶体及非晶体的衍射分布图
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第四节 晶体材料的组织
材料科学基础-习题集
/jxtd/caike/这个网址有很多东西,例如教学录像,你可以上去看看,另外左下角有个“释疑解惑”，应该很有用第一章材料结构的基本知识习题1．原子中的电子按照什么规律排列?什么是泡利不相容原理?2．下述电子排列方式中，哪一个是惰性元素、卤族元素、碱族、碱土族元素及过渡金属?(1) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2(2) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6(3) 1s2 2s2 2p5(4) 1s2 2s2 2p6 3s2(5) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2(6) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s13．稀土元素电子排列的特点是什么?为什么它们处于周期表的同一空格内?4．简述一次键与二次键的差异。
5．描述氢键的本质，什么情况下容易形成氢键?6．为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高?7．应用式(1-2)~式(1-5)计算Mg2+O2-离子对的结合键能，以及每摩尔MgO晶体的结合键能。
假设离子半径为；；n=7。
8．计算下列晶体的离子键与共价键的相对比例(1) NaF(2) CaO9．什么是单相组织?什么是两相组织?以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。
10．说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义，说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。
11．归纳并比较原子结构、原子结合键、原子排列方式以及晶体的显微组织等四个结构层次对材料性能的影响。
第二章材料中的晶体结构习题第三章高分子材料的结构习题1．何谓单体、聚合物和链节?它们相互之间有什么关系?请写出以下高分子链节的结构式：①聚乙烯；②聚氯乙烯；③聚丙烯；④聚苯乙烯；⑤聚四氟乙烯。
2．加聚反应和缩聚反应有何不同?3．说明官能度与聚合物结构形态的关系。
要由线型聚合物得到网状聚合物，单体必须具有什么特征?4．聚合物的分子结构对主链的柔顺性有什么影响?5．在热塑性塑料中结晶度如何影响密度和强度，请解释之。
材料科学基础完整ppt课件
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
离子% 结 ）= [-1 e 合 -1 4(X A 键 X B )（ 2 1% 00
另一种混合键表现为两种类型的键独立 纯在例如一些气体分子以共价键结合，而 分子凝聚则依靠范德瓦力。聚合物和许多 有机材料的长链分子内部是共价键结合， 链与链之间则是范德瓦力或氢键结合。石 墨碳的上层为共价键结合，而片层间则为 范德瓦力二次键结合。
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八.材料科学研究的内容：材料结构的基础知识、
晶体结构、晶体缺陷、材料的相结构及相图、材
料的凝固、材料中的原子扩散、热处理、工程材
料概论等主要内容。 .
子，因此，它们都是良好的电绝缘体。但当
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处在
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高温熔融状态时，正负离子在外电场作用 下可以自由运动，即呈现离子导电性。
2.共价键
（1）通过共用电子对形成稳定结构
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三.结论
1.原子核周围的电子按照四个量子数的规定 从低能到高能依次排列在不同的量子状态 下，同一原子中电子的四个量子数不可能 完全相同。
石德珂《材料科学基础》配套题库-名校考研真题(高分子材料的结构)【圣才出品】
4.作为塑料使用的高分子，在室温使用应处在（ A．高弹态 B．玻璃态 C．黏流态
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）。[上海交通大学 2007 研]
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【答案】B
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5．聚乙烯高分子材料中 C-H 化学键属于（ A．氢键 B．离子键 C．共价健 【答案】C
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）。[华中科技大学 2007 研]
6．最难以形成非晶态结构的是（ ）。[上海交通大学 2005 研] A．陶瓷 B．金属 C．聚合物 【答案】B
7．高分子材料是否具有柔顺性主要决定于（ 研]
A．主链链节 B．侧基 C．侧基内的官能团或原子 【答案】A
）的运动能力。[华中科技大学 2007
8．高分子材料存在丌同构象的主要原因是主链上的碳原子可以（ 学 2005 研]
三、名词解释 热塑性和热固性高分子材料 [吉林大学 2010 研] 答：高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、 涂料、胶黏剂和高分子基复合材料等。高分子材料按其性能可分为热塑性和热固性高分子材 料，其中，热塑性高分子材料可溶、可熔；热固性高分子材料丌溶、丌熔。利用加热和溶解 的方法可将热固性和热塑性材料分辨出来，常用的识别高分子材料的简便方法有经验法、燃 烧法、溶解法、仪器分析法等。
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第 3 章 高分子材料的结构
பைடு நூலகம்
一、选择题
1．高分子的主链结构对单键内旋转有重要影响。下列最易单键内旋转的主链结构是 （ ）。[上海交通大学 2006 研]
A．Si-O 键 B．C-C 键 C．C-O 键 【答案】A
2．高分子非晶态的无规线团模型中，分子链总和在溶液中一样，呈无规线团状，线团 之间是无规则缠结，在分子链间存在额外空隙，即所谓的自由体积。高分子非晶态中（ ）。 [浙江大学 2006 研]
西安交通大学-2019年-硕士研究生 804材料科学基础考试大纲-01
《材料科学基础》（804）考试大纲一、《材料科学基础》（804）参考教材如下：
石德珂编著，《材料科学基础》第二版，机械工业出版社，2003二、《材料科学基础》考试大纲
第一章材料结构的基本知识
1、原子结构
2、原子结合键
3、原子排列方式
4、晶体材料组织
5、材料的稳态结构与亚稳态结构
第二章材料中的晶体结构
1、晶体学基础
2、纯金属的晶体结构、
3、离子晶体的结构
4、共价晶体的结构
第三章高分子材料结构
1、概述
2、高分子链的结构与构象
3、高分子的聚集态结构
4、高分子材料的性能与结构
第四章晶体缺陷（本章对位错的能量与交互作用不做要求）
1、点缺陷
2、位错的基本概念
3、位错的能量及交互作用。
石德珂材料科学填空题
《材料科学基础》填空题第一章 材料结构基本知识1. 原子核外电子分布及四个量子数有关，且服从下述两个基本原理：泡利不相容原理和最低能量原理2. 原子结合键中一次键（强健）有离子键、共价键、金属键；二次键（弱健）有范德瓦尔斯键、氢键、离子晶体和原子晶体硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。
3. 金属晶体导电性、导热性、延展性好，熔点较高。
4. 能量最低结构称为稳态结构或平衡态结构，能量相对较高结构则称为亚稳态结构；5. 材料稳态结构及亚稳态结构由热力学条件和动力学条件共同决定；第二章 材料晶体结构1、晶体结构中基元就是化学组成相同、空间结构相同、排列取向相同、周围环境相同基本单元;2、简单立方晶胞中（100）、（110）、（111）晶面中，面间距最小是（111）面，最大是（100）面；3、晶面族{100}包含（100）（010）（001）及平行（001）（010）（100）等晶面；4、（100），（210），（110），（2ī0）等构成以[001]为晶带轴晶带；（01ī），（0ī1），（10ī），（1ī0）等构成以[111] 为晶带轴晶带； 5、晶体宏观对称元素只有 1，2，3，4，6，1，m ，4 等8种是基本6、金属中常见晶体结构有面心立方、体心立方、密排六方三种；7、金属密堆积结构中间隙有四面体间隙和八面体间隙两种类型8、面心立方晶体中１个晶胞内有４个八面体间隙，８个四面体间隙。
9、陶瓷材料是以离子键、共价键以及离子键和共价键混合键结合在一起； 10、硅酸盐基本结构单元是硅酸根四面体； 11、SiO 2中主要化学键为 共价键 及 离子键 ； 12、硅酸盐几种主要结构单元是岛状结构单元、双四面体结构单元、环状结构单元以及链状结构单元、层状结构单元；13、离子晶体中决定正负离子堆积方式两因数是： 电荷大小，满足电中性；正负离子相对大小；14、陶瓷材料组成相有 玻璃相 、 气相 和 结晶相15、上图为离子晶体中稳定和不稳定配位图形，图为不稳定配位图形第三章高分子材料结构1. 1. 按照聚合物热行为可将聚合物分为_热固性塑料_和______热塑性塑料____两类。
石德珂材料科学选择题
《材料科学基础》选择题第一章 材料结构的基本知识1、原子结合健中 B 的键的本质是相同的A 、金属键与离子键B 、氢键与范德瓦尔斯键C 、离子键与共价键2、钨、钼熔点很高，其结合键是 A 的混合键A 、金属键和离子键B 、金属键和共价键C 、离子键和共价键3、MgO 、Al2O3等的结合键是 C 的混合键A 、金属键和离子键B 、金属键和共价键C 、离子键和共价键4、工程材料的强度与结合键有一定的联系，结合键能高的其强度也 A 些。
A 、高B 、低5、激活能反应材料结构转变 B 的大小；A 、动力B 、阻力6、材料处于能量最低状态称为 A ；A 、稳态结构B 、亚稳态结构7、一般而言，晶态结构的能量比非晶态要 B ；A 、高B 、低C 、相等第二章 材料的晶体结构1. 氯化铯（CsCl ）为有序体心立方结构，它属于 CA 、体心立方B 、面心立方C 、简单立方点阵；2. 理想密排六方结构金属的c/a 为 BA 、1.6B 、2(2/3)1/2 ；C 、2/33. 对面心立方晶体而言，表面能最低的晶面是 cA 、 (100);B 、(110)，C 、(111)；D 、(121)4. 下列四个六方晶系的晶面指数中，哪一个是错误的： CA 、(1322)；B 、(0112)；C 、(0312) ；D 、(3122)5. 面心立方结构的铝中，每个铝原子在本层（111）面上的原子配位数为 BA 、12；B 、6；C 、4；D 、36. 简单立方晶体的致密度为 CA 、100%B 、65%C 、52%D 、58%7. 立方晶体中（110）和（211）面同属 D 晶带A 、[110]B 、[100]C 、[211]D 、[111]8. 立方晶体中（111）和（101）面同属 D 晶带A 、[111]B 、[010]C 、[011]D 、]011[9.原子排列最密的一族晶面其面间距A、最小B、最大10.六方晶系中和(1121)晶面等同的晶面是 AA、(1211)面；B、(1112)面；C、(1211)面；D、(2111)面11.配位数是指晶体结构中： BA、每个原子周围的原子数；B、每个原子周围最邻近的原子数；C、每个原子周围的相同原子数；D、每个原子周围最邻近的和次近邻的原子数之和12.密排六方与面心立方均属密排结构，他们的不同点是： DA、晶胞选取方式不同；B、原子配位数不同；C、密排面上，原子排列方式不同；D、原子密排面的堆垛方式不同13.在立方晶系中，与(101)、(111)同属一晶带的晶面是： dA、(110); Bb、(011); C、(110); D、(010)14.TiC与NaCl具有相同的晶体结构，但它们不属于同一类中间相，这是因为： DA、TiC是陶瓷，NaCl是盐；B、NaCl符合正常化合价规律，TiC不符合正常化合价规律；C、TiC中电子浓度高，D、NaCl的致密度高15.立方晶体中（110）和（310）面同属 D 晶带A、[110]B、[100]C、[310]D、[001]16.14种布拉菲点阵： AA、按其对称性分类，可归结为七大晶系；B、按其点阵常数分类，可归结为七大晶系；C、按阵点所在位置分类，可归结为七大晶系D；、按其几何形状分类，可归结为七大晶系17.与（113）和（112）同属一晶带的有： CA、(112),B、(221)C、(110)D、(211)18.引入空间点阵概念是为了： CA、描述原子在晶胞中的位置，B、描述晶体的对称性，C、描述晶体结构周期性，D、同时描述晶体结构周期性和对称性19.有A、B两晶体，下面几种说法中正确的是 C ；A、所属空间点阵相同，则此两晶体的结构相同；B、晶体结构相同，它们所属空间点阵可能不同；C、晶体结构不同，它们所属空间点阵必然不同；D、所属空间点阵不同，晶体结构可能相同20.体心立方晶体中间隙半径比面心立方中的小，但BCC的致密度却比FCC低，这是因为： DA、BCC中原子半径小，B、BCC中的密排方向<111>上原子排列比FCC密排方向上的原子排列松散，C、BCC中的原子密排面{110}的数量太少，D、BCC中的原子配位数比FCC中原子配位数低21.组成固溶体的两组元完全互溶的必要条件是： BA、两组元的电子浓度相同，B、两组元的晶体结构相同，C、两组元的原子半径相同，D、两组元的电负性相同，22.晶体结构和空间点阵的相互关系 CA、空间点阵的每一阵点代表晶体中的一个原子；B、每一种空间点阵代表唯一的一种晶体结构；C、晶体结构一定，它所属的空间点阵也唯一地被确定；D、每一种晶体结构可以用不同的空间点阵表示23.晶体中配位数和致密度之间地关系是 AA、配位数越大，致密度越大；B、配位数越小，致密度越大；C、配位数越大，致密度越小，D、两者之间无直接联系24.离子晶体和纯金属晶体各有配位数的概念，两者的含义： CA、完全相同，B、不同，离子晶体的配位数是指最近邻的同号离子数，而纯金属晶体的配位数是指最近邻的原子数，C、不同，离子晶体的配位数是指最近邻的异号离子数，而纯金属晶体的配位数是指最近邻的原子数，D、不同，离子晶体的配位数是指最近邻的异号离子数，而纯金属晶体的配位数是指最近临和次近邻的原子数之和25.在离子晶体中 BA、阳离子半径大于阴离子半径；B、阴离子半径大于阳离子半径；C、阳离子半径与阴离子半径相等；D、阳离子半径可以大于阴离子半径；也可以小于阴离子半径；26.硅酸根四面体中的氧离子 CA、只属于一个硅酸根四面体；B、可以被多个硅酸根四面体共用；C、只能被两个硅酸根四面体共用；D、可以被四个硅酸根四面体共用第三章高分子材料的结构1.已知聚氯乙烯的平均相对分子质量是27500，则其平均聚合度是（A ）。
材料科学基础ppt课件
• 这类聚合物是由缩聚反应或开环聚合而成的， 因主链带极性，易水解，醇解或酸解
• 优点：耐热性好，强度高 • 缺点：易水解
• 这类聚合物主要用作工程塑料
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元素高分子
➢主链中不含碳原子，而是由Si 、B 、As等元素和O元 素组成，但在侧链上含有有机取代基团。这类高分 子兼具无机和有机高分子特性，如有机硅高分子。
• 支化高分子的形式：星形(Star)、 梳形 (Comb)、无规(Random)
23
网状(交联)大分子
• 缩聚反应中有三个或三个以上官能 度的单体存在时，高分子链之间通 过支链联结成一个三维空间网形大 分子时即成交联结构
• 交联与支化有本质区别 支化(可溶，可熔，有软化点) 交联(不溶，不熔，可膨胀)
2
•
3-1 材料组成和结构的基本内容
Principal Contents of Materials Composition and Structures
• 材料的组成： 构成材料的基本单元的成分及数目
• 材料的结构： 材料的组成单元(即原子或分子)之间相互吸引 和相互排斥作用达到平衡时在空间的几何排列。
(2)
结构单元 的键接方式 ( 几何构型 Geometric
Configuration) (链节)
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加聚
缩聚
• 由以上知：
• 由于高分子是链状结构，所以把简单重复(结构)单元称为“链节”(chains) • 简单重复(结构)单元的个数称为聚合度DP(Degree of Polymerization1
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无 规 共 聚 ( random)
• 两种高分子无规则地平行联结
ABAABABBAAABABBAAA
石德珂计算题
《材料科学基础》计算题第一章 材料结构的基本知识1、计算下列晶体的离于键与共价键的相对比例(1)NaF (2)CaO (3)ZnS 。
已知 Na 、F 、Ca 、O 、Zn 、S 的电负性依次为0.93、3.98、1.00、3.44、1.65、2.58。
解：1、查表得：X Na =0.93,X F =3.98根据鲍林公式可得NaF 中离子键比例为：21(0.93 3.98)4[1]100%90.2%e---⨯= 共价键比例为：1-90.2%=9.8%2、同理，CaO 中离子键比例为：21(1.00 3.44)4[1]100%77.4%e---⨯=共价键比例为：1-77.4%=22.6% 3、ZnS 中离子键比例为：21/4(2.581.65)[1]100%19.44%ZnS e --=-⨯=中离子键含量共价键比例为：1-19.44%=80.56%第二章 材料的晶体结构1、标出图2中ABCD 面的晶面指数，并标出AB 、BC 、AC 、BD 线的晶向指数。
解：晶面指数：ABCD 面在三个坐标轴上的截距分别为3/2a,3a,a,截距倒数比为 3:1:21:31:32= ∴ABCD 面的晶面指数为 （213） 4分晶向指数：AB 的晶向指数：A 、B 两点的坐标为A （0，0，1），B （0，1,2/3） (以a 为单位)则 )31,1,0(-=，化简即得AB 的晶向指数]103[ 二（2）图同理：BC 、AC 、BD 线的晶向指数分别为]230[，]111[，]133[。
各2分2、计算面心立方、体心立方和密排六方晶胞的致密度。
解：面心立方晶胞致密度： η＝V a /V=33344ar π⨯ =0.74 6分 体心立方晶胞致密度： η＝V a /V ＝33342ar π⨯ =0.68 6分 密排六方晶胞致密度： η＝V a /V =ca r ⨯⨯⨯60sin 334623π（理想情况下） 8分 3、用密勒指数表示出体心立方、面心立方和密排六方结构中的原子密排面和原子密排方向，并分别计算这些晶面和晶向上的原子密度。
材料科学基础 高分子的链结构及聚集态结构 陶杰 主编 化学工业出版社
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高分子的二级和三级结构示意图
二级结构
三级结构
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1.结构单元的化学组成 1.结构单元的化学组成
高分子是由单体通过聚合反应连接而成的链状分子. 高分子是由单体通过聚合反应连接而成的链状分子. 按化学组成不同聚合物可分成下列几类: 按化学组成不同聚合物可分成下列几类:
碳链高分子:主链(链原子)完全由C原子组成.聚苯乙烯(PS), 碳链高分子:主链(链原子)完全由C原子组成.聚苯乙烯(PS),聚 (PS) 氯乙烯(PVC) 氯乙烯(PVC) 杂链高分子: 链原子除 外 还含O,N,S等杂原子.尼龙 66 等杂原子. 杂链高分子:主链原子除C外,还含 等杂原子 尼龙—66 元素有机高分子: 链原子不含碳元素,侧链含有机取代基. 元素有机高分子: 链原子不含碳元素,侧链含有机取代基.聚二甲 主 基硅氧烷 无机高分子: 链上不含碳元素,也不含有机取代基. 无机高分子:主链上不含碳元素,也不含有机取代基.聚二硫化硅
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2.4.2高分子的构象(了解) 2.4.2高分子的构象(了解) 高分子的构象
§2.4.2.1 高分子链的内旋转现象 §2.4.2.2 高分子链的柔顺性 §2.4.2.3 高分子链的构象统计 §2.4.2.4 晶体和溶液中的构象
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1 高分子链的内旋转现象
高分子的主链通常不是伸直的,它可以卷曲起来,在空间 高分子的主链通常不是伸直的,它可以卷曲起来, 采取各种形态. 采取各种形态.这种不规则地蜷曲的高分子链的构象称为 无规线团. 无规线团. 高分子在运动时C—C单键可以绕键轴旋转,称为内旋转. 高分子在运动时C C单键可以绕键轴旋转,称为内旋转 内旋转. 高分子的构象可定义为由于单键的内旋转而产生的分子在 高分子的构象可定义为由于单键的内旋转而产生的分子在 空间的不同形态.分子主链中单键( 空间的不同形态.分子主链中单键(σ键)的内旋转是导 致高分子链呈卷曲构象的原因. 致高分子链呈卷曲构象的原因.
材料科学基础课后习题答案讲解
《材料科学基础》课后习题答案第一章材料结构的基本知识4. 简述一次键和二次键区别答：根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。
其中一次键的结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。
一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合起来。
二次键的结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。
二次键是一种在原子和分子之间，由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。
6. 为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高？答：材料的密度与结合键类型有关。
一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因：（1）金属元素有较高的相对原子质量；（2）金属键的结合方式没有方向性，因此金属原子总是趋于密集排列。
相反，对于离子键或共价键结合的材料，原子排列不可能很致密。
共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制；离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻原子数都不如金属多，因此离子键或共价键结合的材料密度较低。
9. 什么是单相组织？什么是两相组织？以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。
答：单相组织，顾名思义是具有单一相的组织。
即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。
两相组织是指具有两相的组织。
单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。
晶粒尺寸对材料性能有重要的影响，细化晶粒可以明显地提高材料的强度，改善材料的塑性和韧性。
单相组织中，根据各方向生长条件的不同，会生成等轴晶和柱状晶。
等轴晶的材料各方向上性能接近，而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。
对于两相组织，如果两个相的晶粒尺度相当，两者均匀地交替分布，此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。
如果两个相的晶粒尺度相差甚远，其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。
如果弥散相的硬度明显高于基体相，则将显著提高材料的强度，同时降低材料的塑韧性。
材料结构类课程设计
材料结构类课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解材料结构的基本概念，掌握不同材料的微观结构与宏观性能之间的关系。
2. 学生能够描述并分析各类材料结构的组成、特点及应用领域。
3. 学生能够运用所学知识解释实际生活中材料结构的案例，提高理论联系实际的能力。
技能目标：1. 学生通过观察、实验、分析等实践活动，培养观察、思考、解决问题的能力。
2. 学生能够运用图表、模型等工具，进行材料结构信息的整理和表达。
3. 学生能够在团队协作中发挥个人优势，共同完成材料结构相关的项目任务。
情感态度价值观目标：1. 学生对材料科学产生兴趣，培养积极探究科学问题的态度。
2. 学生认识到材料科学在国计民生中的重要性，增强社会责任感和创新意识。
3. 学生在课程学习中，培养严谨、务实、合作的学习品质，提高自我管理和自我激励的能力。
课程性质：本课程为材料科学领域的基础课程，旨在帮助学生建立材料结构的基本概念，提高分析问题和解决问题的能力。
学生特点：本年级学生具有一定的物理、化学基础知识，思维活跃，对新鲜事物充满好奇心，但缺乏实际操作经验。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，采用启发式教学，激发学生兴趣，提高学生的主动性和创造性。
通过多元化的教学手段和评估方式，确保课程目标的实现。
二、教学内容1. 教学大纲：- 引言：材料结构的概念与分类- 第一章：金属材料的结构- 金属晶体结构- 金属材料的微观缺陷- 金属材料的性能与结构关系- 第二章：无机非金属材料的结构- 硅酸盐材料结构- 复合材料结构- 无机非金属材料的性能与结构关系- 第三章：高分子材料的结构- 高分子链结构- 高分子材料的凝聚态结构- 高分子材料的性能与结构关系- 第四章：纳米材料的结构- 纳米材料的基本概念- 纳米材料的结构特征- 纳米材料的性能与应用2. 教学内容安排与进度：- 引言：1课时- 第一章：4课时- 第二章：4课时- 第三章：4课时- 第四章：3课时3. 教材关联性：本教学内容依据教材《材料科学基础》进行组织，涵盖其主要章节，确保教学内容与课本的关联性。
高分子材料晶态结构
结晶温度不同，结晶速度也不同，在某一温度时出现最大值， 出现最大结晶速度的结晶温度可由以下经验关系式估算： Tmax = 0.63 Tm + 0.37 Tg - 18.5
（2）同一聚合物在同一结晶温度下，结晶速度随结晶过程而变 化。 一般最初结晶速度较慢，中间有加速过程，最后结晶速度 又减慢。
（3）结晶聚合物结晶不完善，没有精确的熔点，存在熔限。 熔限大小与结晶温度有关。结晶温度低，熔限宽，反之则 窄。这是由于结晶温度较低时，高分子链的流动性较差，形成 的晶体不完善，且各晶体的完善程度差别大，因而熔限宽。
3.6.4 结晶度及其测定方法 测定结晶度的方法有密度法、X-射线衍射法、红外光谱法、 核磁共振法等，其中密度法较为简单易行。
高聚物的结晶过程
III. 聚合物结晶过程的特点
聚合物结晶是高分子链从无序转变为有序的过程，有三个 特点： （1）结晶必须在玻璃化温度Tg与熔点Tm之间的温度范围内 进行。 聚合物结晶过程与小分子化合物相似，要经历晶核形成 和晶粒生长两过程。温度高于熔点Tm，高分子处于熔融状态， 晶核不易形成；低于Tg，高分子链运动困难，难以进行规整 排列，晶核也不能生成，晶粒难以生长。
Hale Waihona Puke 链的各种构象螺旋形的结构
存在 较大 的侧 基。
3.6.2高分子材料晶态结构模型
1、缨状微束模型
结构特点
晶区和非晶区互相穿插，同时存在；一 根分子链可以同时穿过几个晶区和非晶 区，在晶区中，分子链互相平行排列形 成规整的结构，但晶区的尺寸很小 （10nm左右），晶区在通常情况下是无 规取向的；而在非晶区中，分子链的堆 砌是完全无序的。这个模型又叫两相结 构模型（
两个取向相同的分子层之间的距 离称为胆甾型液晶的螺距。
高分子材料基础第一二章
2.挤出过程
（P222-232）
注塑成型过程及注塑模具计算机辅助设计中的流变学问题 高分子熔体流动不稳定性及滑壁现象
1．注塑成型过程的流变分析（P255-262）
1.挤出成型过程中的熔体破裂行为
（P286-292）
4
高分子材料基础 第一、二章
第一章
1.1 1.2
材料科学概论
材料与材料科学 材料结构简述
例： 聚甲醛 ━ O ━ CH2 ━
尼龙6
━ NH ━(CH2)5 ━ CO ━
元素有机聚合物：是指大分子主链中没有碳原子，主要由硅、硼、铝、
氧、氮、硫、磷等原子组成，但侧基却由有机团如甲基、乙基、芳基等组 成。 CH3 │ 例：硅橡胶 ━ O ━ Si ━ │ CH3 22 高分子材料基础 第一、二章
缩写
聚合物
聚丙烯
缩写
ABS
PVC
PP
聚酰胺
PA
聚乙烯
PE
聚苯乙烯
PS
21
高分子材料基础 第一、二章
2.1.3
分类
2.1.3.1 按大分子链结构分类
碳链聚合物：是指大分子链完全由碳原子组成。
例：聚乙烯 ━CH2━CH2━ 聚丙烯 ━CH2━CH━ │ CH3
杂链聚合物：是指大分子链中除碳原子外，还有氧、氮、硫等杂质。
金属材料 黑色金属——主要以铁—碳为基的合金，包括碳钢、合金钢、不锈钢、 铸铁。钢的性能主要由渗碳体的数量、尺寸、形状
及分布决定的。
有色金属——除铁之外的纯金属或以其为基的合金。
如铝合 金、铜合金、镁合金、钛合金等
无机材料——是由无机化合物构成的材料，其中包括如锗、硅、碳之类的单质所构成的料。 有机材料（高分子材料）——是由脂肪族和芳香族的C—C 共价键为基本结构的高分子构成的，也
材料科学基础课后习题答案
《材料科学基础》课后习题答案第一章材料结构的基本知识4. 简述一次键和二次键区别答：根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。
其中一次键的结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。
一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合起来。
二次键的结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。
二次键是一种在原子和分子之间，由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。
6. 为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高？答：材料的密度与结合键类型有关。
一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因：（1）金属元素有较高的相对原子质量；（2）金属键的结合方式没有方向性，因此金属原子总是趋于密集排列。
相反，对于离子键或共价键结合的材料，原子排列不可能很致密。
共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制；离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻原子数都不如金属多，因此离子键或共价键结合的材料密度较低。
9. 什么是单相组织？什么是两相组织？以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。
答：单相组织，顾名思义是具有单一相的组织。
即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。
两相组织是指具有两相的组织。
单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。
晶粒尺寸对材料性能有重要的影响，细化晶粒可以明显地提高材料的强度，改善材料的塑性和韧性。
单相组织中，根据各方向生长条件的不同，会生成等轴晶和柱状晶。
等轴晶的材料各方向上性能接近，而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。
对于两相组织，如果两个相的晶粒尺度相当，两者均匀地交替分布，此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。
如果两个相的晶粒尺度相差甚远，其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。
如果弥散相的硬度明显高于基体相，则将显著提高材料的强度，同时降低材料的塑韧性。
第三版胡赓祥材料科学基础课后答案与知识点总结
第三版胡赓祥材料科学基础课后答案与知识点总结本文档总结了第三版胡赓祥《材料科学基础》教材中的课后答案和知识点。
以下是各章节的内容概述：第一章：材料科学基本概念- 知识点1：材料的定义和分类，包括金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料。
- 知识点2：材料的性能和性质，如力学性能、物理性能、化学性能等。
- 知识点3：材料的结构，包括晶体结构和非晶体结构。
- 知识点4：材料的制备和加工方法，如熔融法、溶液法、固相反应法等。
第二章：金属材料- 知识点1：金属的晶体结构，如面心立方结构、体心立方结构等。
- 知识点2：金属的晶体缺陷，如点缺陷、线缺陷和面缺陷。
- 知识点3：金属的力学性能，包括弹性模量、屈服强度、延展性等。
- 知识点4：金属的热处理，如退火、淬火和时效处理等。
第三章：无机非金属材料- 知识点1：陶瓷材料的分类，如氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷等。
- 知识点2：陶瓷材料的晶体结构，如离子晶体结构、共价晶体结构等。
- 知识点3：陶瓷材料的力学性能，包括硬度、脆性、抗拉强度等。
- 知识点4：陶瓷材料的制备和加工方法，如烧结法、凝胶法和溶胶-凝胶法等。
第四章：高分子材料- 知识点1：高分子材料的分类，如线性高分子、交联高分子等。
- 知识点2：高分子材料的分子结构，如线性结构、支化结构等。
- 知识点3：高分子材料的物理性能，包括玻璃化转变温度、熔融温度等。
- 知识点4：高分子材料的制备和加工方法，如聚合法、拉伸法和挤出法等。
第五章：复合材料- 知识点1：复合材料的分类，如纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料等。
- 知识点2：复合材料的基体材料和增强材料，如树脂基体、碳纤维增强材料等。
- 知识点3：复合材料的力学性能，包括弯曲强度、拉伸强度等。
- 知识点4：复合材料的制备和加工方法，如层压法、注射法和浸渍法等。
以上是《材料科学基础》教材第三版的课后答案和知识点总结。
希望对您的学习有所帮助。
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5、按反应机理分类： 6、按高分子材料
连锁反应机理、
分子链形状：
逐步聚合反应机理； 线型、
加聚物与缩聚物； 支化型、
均聚物与共聚物； 星型、
梳型、
梯型、
交联型。
第二节 高分子链的结构及构象
主链上带有侧链的高分子材料。 3、交联高分子材料
在交联高分子材料中，相邻线型高分子材料 链被共价键在很多位置上连结在一起。
4、网状高分子材料
三官能单体单元，即有三个活性共价键的单体， 形成三维网状。
四、高分子链的构象及柔顺性
1.高分子链的构象 2.高分子链的柔顺性
图3-6 单键内旋 示意图
1.高分子链的构象
（4）无机高分子 材料
大分子主链完全由碳原子组成，绝大部分烯类、二烯类高分子 材料属于这一类。如：PE，PP，PS，PVC。 大分子主链中除碳原子外，还有O、N、S等杂原子。 如：聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚醚。
大分子主链中没有碳原子，主要由Si、B、Al、O、N、S、P 等原子 组成，侧基则由有机基团组成。如：硅橡胶
醚
酸
己二酸
-OH
乙酸
醛
戊二醛
COH
甲醛
芳香族碳氢 苯乙烯 化合物
苯酚
一、高分子材料的分类
1、 按来源：
天然高分子、 合成高分子、 半合成高分子材料；
2、高分子材料按用途分类
塑料 产量最大，与国民经济、人民生活关系密切， 橡胶 故称为“三大合成材料”
纤维
涂料 涂料是涂布于物体表面能结成坚韧保护膜的 涂装材料
只能是非晶态高聚物，处于高弹态； Tg是使用的下限温度，Tg应低于室温 70℃以上；Tf 是使用的上限温度； 大部分纤维是晶态高聚物，Tm应高于室 温150℃以上； 也有非晶态高聚物，分子排列要有一定 规则和取向；
4、按主链结构
（1）碳链高分子 材料
（2）杂链高分子 材料
（3）元素有机高 分子材料
表3-1 部分烷烃化合物的分子结构和组成
名称 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 己烷 30碳聚乙烯 40碳聚乙烯 120碳聚乙烯 200碳聚乙烯 2000碳聚乙烯
组成
CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C30H62 C40H82
室温下的外观 气体 气体 气体 气体 液体 液体 软蜡状 软蜡状
结果：
单键内旋转是导致链呈蜷曲构象的根本 原因。内旋转越自由，蜷曲的趋势越大。
无规线团:不规则的蜷曲的高分子链的 构象。
实际，围绕键内旋转不是自由的， 因C原子上总是带有其他的原子或原子 团，C－H等键的电子云对球形电子云 的排斥作用而使C—Ｃ单键内旋转受阻， 必须消耗一定的能量一克服位垒。
总结
一、高分子链的化学组成
图3-4 高分子链构象
图3-5 单个高聚物链分子 由于键旋转而存在大量随 机的弯曲和缠绕
图3-6 碳数100的链构象模拟图
二、结构单元的键接方式和构型
1.键接方式
图3-３ 二元共聚物单体的连接方式 a)无规共聚 b)交替共聚 c)嵌段共聚 d)接枝共聚 (黑球代表一种重复单元，白球代表另一种重复单元)
第3章 高分子材料的结构
第一节 第二节 第三节 第四节
高分子材料概述 高分子链的结构及构象 高分子的聚集态结构 高分子材料的性能与结构
第一节 概述
自然界中出现的天然高分子材料来自植物、 动物和矿物。 天然高分子材料:包括木材、橡胶、棉花、羊 毛、皮革、丝绸、沥青、地蜡等。 许多有用的塑料、橡胶和纤维材料都是合成 高分子材料。 合成材料生产比较便宜，而且可以进行一定 程度的控制得到相对于自然物质优越的性质。 合成高分子材料在很多应用场合，代替了金 属、水泥、陶瓷和木材。
大多数高分子材料都来源于有机物，是 碳氢化合物，是由碳和氢组成的。 内部分子的连接的键是共价键。每个碳 原子由四个电子可以参与共价键，而每个 氢原子只有一个成键电子。当每个键合原 子都贡献一个电子时一个单键共价键才能 存在。 每个分子的共价键都很强，但分子间只 有弱的氢键和范德华键，因此这些碳氢化 合物有着相对低的沸点。
C2
C3
C1
原子或原子团围绕单 C4键内旋转的结果，将使
原子在空间的排布方式 （位置）不断的变化。
高分子链中单键的内旋转
2. 构象
定义：是指分子中的原子或原子团由于 C－C单键内旋转而形成的空间排布(位置、 形态)。
即C－C单键内旋转产生每种排布就是一 种构象，所以高分子链有无穷多个构象。
由于热运动，分子的构象在时刻改变着， 因此高分子链的构象是统计性的。
1）单键的内旋转：
C－C单键是键的电子云分布具有轴对 称性，即以键相连的两个原子可以相 对的旋转，而不影响电子云的分布。
内旋转：高分子在运动时链中C－C单键 可以绕轴旋转。
内旋转异构体：由于单键的内旋转导致 的不同构象的分子。
单键内旋转过程：假定高分子链的碳原子上 不带有H原子和取代基，C－C单键内旋转完全 自由，旋转过程中没位阻效应。
蜡状固体 脆性固体 坚韧塑料
沸点（℃） 熔点（℃）
-164
-88.6
-42.1
-0.5
36.1
69.0
235/1mmHg
66
243/0.3mmHg
81
分解
104
分解Βιβλιοθήκη 106分解110表3-2 一些常用的碳氢基团
族系 典型的单体 结构 代表物质
醇
乙二醇、丙 -OH
甲醇
三醇
醚
烷基乙烯基 -O-- 二甲基醚
在高分子链中，近邻原子上连有各个 基团，因单键的内旋转而造成的空间排 列－构象，与构型不同，它是随时间改 变的；
2.空间构型
3D1.tif
三、高分子链的几何形状
图3-5 高分子链的结构形态 a)线型 b)支化 c)梳形 d)星形 e)交联 f)体型
图9-7分子结构示意图 a）线型 b）支化 c）交联 d）网状（三维）
1、线型高分子材料 是指单个的链中单体单元首尾相接形成的高 分子材料。 2、支化高分子材料
胶粘剂 胶粘剂是指具有良好的粘合性能，可将两种 相同或不相同的物体粘接在一起的连接材料
功能高 功能高分子是指在高分子主链和侧枝上带有 分子 反应性功能基团，并具有可逆或不可逆的物 理功能或化学活性的一类高分子
3、高分子材料按应用温度分类
塑料 橡胶 纤维
晶态高聚物，处于部分结晶态，Tm是使 用的上限温度； 非晶态高聚物，处于玻璃态，Tg是使用 的上限温度；