同济大学《材料科学基础》讲义
同济大学材料科学基础第六章SPPT课件
反尖晶石 —— 一半三价离子与二价离子互 换位置
一半三价离子占据 V4 二价离子 + 另一半三价离子占据 V8 化学式 B(AB)O4
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结构与性质 镁铝尖晶石是一种陶瓷材料的晶相 在一些耐火材料中也常存在这种晶相 反尖晶石则是一类氧化物铁氧体磁性材料，
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（2）萤石的解理性 由于萤石结构中有一半的立方体空隙没有被
Ca2+填充，所以，在（111）面网上存在 着相互毗邻的同号离子层，其静电斥力将其 主要作用，导致晶体在平行于（111）面网 方向上容易发生解理，因此，萤石常呈八面 体解理。而NaCl晶体却无此性能。
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（4）ABO3型晶体
第六章 无机非金属材料 的结构特征
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总体概述
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无机非金属材料的基本含义：
无机非金属材料是由指一种或多种金属元素同一种非 金属元素（如C、O、N等，通常为O）结合而成的 化合物,这些化合物主要是金属氧化物或金属非氧 化物，它几乎包含了除金属材料和高分子材料以为 的所有材料。
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（2） AX2型晶体 （萤石型，CaF2）
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AB2型化合物， rc/ra>0.732（0.85） 配位数：8：4 Ca2+作立方紧密堆积， F-填入全部四面体空隙中。 注意：所有八面体空隙都未被占据。萤石型结构的
氧化物在结构陶瓷和功能陶瓷方面具有重要的技术 应用。如CeO2、ZrO2、UO2等。萤石结构的衍 生结构如焦绿石（通式A2B2O7,Gd2Ti2O7）
起电介质的极化状态的改变不能及时被
《材料科学基础》课件
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稳定性
材料在化学环境中保持其组成和结构的能力。
腐蚀性
材料与化学物质反应的能力，一些材料容易受到腐蚀。
活性
材料参与化学反应的能力和程度。
耐候性
材料在各种气候条件下的稳定性，如耐紫外线、耐风雨等。
材料的力学性质
弹性模量
描述材料抵抗弹性变形的能力。
硬度
材料表面抵抗被压入或划痕的能力。
韧性
材料吸收能量并抵抗断裂的能力。
材料科学的发展历程
总结词
概述材料科学的发展历程，包括重要的里程碑和代表 性人物。
详细描述
材料科学的发展历程可以追溯到古代，如中国的陶瓷和 青铜器制作，古埃及的石材加工等。然而，材料科学作 为一门独立的学科是在20世纪中期才开始形成的。在 这个时期，一些重要的里程碑包括开发出高温超导材料 、纳米材料和光电子材料等新型材料，这些材料的出现 极大地推动了科技的发展。同时，一些杰出的科学家如 诺贝尔奖得主也在这个领域做出了卓越的贡献。随着科 技的不断进步，材料科学的发展前景将更加广阔。
。
绿色材料与可持续发展
绿色材料
采用环保的生产方式，开发具有环保性能的新型材料，如可降解 塑料、绿色建材等。
节能减排
通过采用新型材料和技术，降低能源消耗和减少污染物排放，实现 节能减排的目标。
可持续发展
推动材料科学的发展，实现经济、社会和环境的协调发展，促进可 持续发展。
非晶体结构与性质
非晶体的结构特征
非晶体中的原子或分子的排列是无序的，不遵循长程有序的晶体 结构。
非晶体的物理和化学性质
非晶体的物理和化学性质与晶体不同，如玻璃态物质具有较好的化 学稳定性和机械强度。
同济大学材料科学与工程学院考研专业课821材料科学基础大纲详解
821材料科学基础大纲详解本课程主要考察考生对材料科学的基础理论和专业知识的掌握程度，以及运用这些理论和知识解决实际问题的能力。
同时还将考察考生对常规材料表征技术的掌握程度和应用能力。
考查的知识要点包括以下内容:(1)材料及材料科学的含义:材料及材料的基本要素和相互之间的关系、材料的结构层次及材料结构与性能的关系、材料选择的基本原理;(2)材料的原子结构与分子结构:原子结构、原子间的键合、材料的化学组成和结构对性能的影响、高分子链的近程结构与远程结构:(3)固体材料结构基础:晶体的基本特性、晶体的结构特征(空间点阵和晶胞、晶向指数和晶面指数)、配位数和配位多面体、金属的晶体结构、离子晶体结构、共价晶体结构、高分子凝聚态结构(晶态结构、非晶态结构、取向结构)、非晶态的形成及结构特征、固体材料能带结构的基础知识(导体、半导体、绝缘体)及与性能之间的关系;(4)晶体的结构缺陷:缺陷分类、点缺陷的形成、位错的基本类型和特征、晶体结构缺陷对材料性能的影响;(5)材料的相结构与相变:相的定义、相结构、固溶体的概念及特点、相变的定义、相变的分类(按结构分类、按热力学分类、按相变方式分类、按原子迁移特征分类)、结晶的基本规律与条件:热力学条件、动力学条件(成核-长大机理);(6)高分子材料中的分子链运动:高分子链的内旋转及柔顺性的本质和影响因素，高分子材料的三种力学状态(玻璃态、高弹态及粘流态)、玻璃化转变温度;(7)金属材料、无机非金属材料、高分子材料及复合材料的结构特征、性能特点及其应用分析;(8)常规材料表征技术及应用:XRD、TEM、SEM、IR、DSC的工作原理、影响这些表征技术的主要因素及在材料研究中的应用。
考试题型: 专业术语或基本概念的解释、简答题、论述或辨析题、综合分析题等。
材料科学基础第三章.ppt
同济大学材料科学与工程学院 无机非金属材料研究所
• 3.1 材料的相结构
基本概念：
（1）组元：组成材料的最基本的、独立的物质。
组元可以是纯元素：Cu、Ni、Fe等；
也可以是非金属元素：C、N、B、O等；
或者是化合物
：Al2O3、SiO2、ZrO2等
（2）材料可以是单组元构成：
关键词：聚集状态（冰＋水：二相） 晶体结构（不同的相具有不同的晶
体结构）
存在相界面 （理论上各相之间是可以分离的）
• 材料的性能与各组成相的性质、形态、数量 有很大的关系：
• 实例1：
微晶玻璃—— 由玻璃相＋微晶相组成
铁碳合金 ——随着铁中碳含量的变化源自通常在0.0218%-6.69%之间），可 以形成各种不同的结晶态物质，如铁素体、 渗碳体、奥氏体等，这些相的形态、数量对 钢材的性能有很大的影响。
各组元质点分布分别按照各自的布拉维点阵进 行排列，整个固溶体就是由各组元的分点阵组成 的复杂点阵，也称超点阵或超结构。
• 3.1.1.1置换型固溶体
• 在理论的指导下，通过对实践经验的积累 总结，针对置换型固溶体的情况，提出了 一些重要的影响因素：
• （1）晶体结构类型 • （2）质点尺寸因素 • （3）化学电负性（化学亲和力） • （4）电价因素
合金组元间的电负性差越大，则倾向于生 成化合物而不利于形成固溶体；生成的化 合物越稳定，则固溶体的溶解度就越小。
只有电负性相近的元素才可能具有较大的溶 解度，有利于形成固溶体。
（通常以以 0.4 作为边界条件）
• （4）电价因素（电子浓度）
定义：电子浓度是指合金中各组成元素的价 电子数总和与原子总数的比值：e/a
材料科学基础PPT精品课件幻灯片
❖ 材料发展动力： ▪ 社会需求（市场拉动） ▪ 技术发展（技术推动） ▪ 科学发展（对物质的了 解，是创新的源泉）
• 硅时代（1950年）
• 20新20/材12/1料9 时代（1990年材、料科特学征与工是程多学院种材材料学料教研并室存）
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2020/12/19
材料科学与工程学院材料学教研室
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材料的历史：300,000 BC—3,500 BC
川徐家岭楚墓出土。龙首、虎颈、虎身、虎尾、
编钟：春秋中期，1978年河南淅川出土， 龟足，张口吐舌，牙齿犀利。龙首上附六条蛇
最大钟通高120.4厘米，舞修52.3厘米，
形龙。脊背上有有一方座，座上有一神兽也为
铣间59.7厘米。该钟一组26件，形制相同， 龙首，口衔一条龙，龙 首。通身饰动物纹和
大2小02依0/1次2/递19减。
2020/12/19
材料科学与工程学院材料学教研室
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提到“材料”，同学们会想到什么？列举一下现 代生活中用到了哪些材料？给材料下个定义。
请同学们能不能根据材料的发展来划分历史？如 果能，是怎样划分的？ 材料科学与材料工程有什么区别？
请问同学们材料是怎样分类的？
如何认识材料的科学问题？ （链接）
2020/12/19
•
由于材料的重要性，历史学家常常根据人类使用的材料来划分
人类社会发展的历史阶段。从古代到现在人类使用材料的历史共经
历了七个时代，其中的有些时代持续了几个世纪，各时代的开始时
间：
• 旧、新石器时代（公元前10万年） • 陶器时代 • 青铜器时代（公元前3000年） • 铁器时代（公元前1000年） • 水泥时代（公元0年） • 钢时代（1800年）
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《材料科学基础》PPT课件
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w（Cu）为35%的Sn-Cu合金冷却到415℃时发生L+ε→η的包晶转变，如图 7.35（a）所示，剩余的液相冷却227℃又发生共晶转变，所以最终的平 衡组织为η+（η+Sn）。而实际的非平衡组织（见图7.35（b））却保留相 当数量的初生相ε（灰色），包围它的是η相（白色），而外面则是黑色 的共晶组织。
Pt等。
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图7.30所示的PT-AG相图是具 有包晶转变相图中的典型代 表
图中ACB是液相线，AD，PB是固相线，DE是Ag在Pt为基的α固溶体的 溶解度曲线，PF是Pt在Ag为基的β固溶体的溶解度曲线。水平线DPC是包晶转变 线，成分在DC范围内的合金在该温度都将发生包晶转变：
LC+αD βP 包晶反应是恒温转变，图中P点称为包晶点
室温平衡组织 为:β+αⅡ
合金Ⅱ缓慢冷至包晶转变前的结晶过程与上述包晶成分合金相同，由于合金Ⅱ中的液相 的相对量大于包晶转变所需的相对量，所以包晶转变后，剩余的液相在继续冷却过程中， 将按匀晶转变的方式继续结晶出β相，其相对成分沿CB液相线变化，而β相的成分沿PB线 变化，直至t3温度全部凝固结束，β相成分为原合金成分。在t3至t4温度之间，单相β无 任何变化。在t4温度以下，随着温度下降，将从β相中不断析出αⅡ。
第七章 二元系相图及其合金的凝固
制作人:李凌锋 080207022
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7.3.3包晶相图及其合金凝固
1.包晶相图 2.包晶合金的凝固及其平衡组织 3.包晶合金的非平衡凝固 7.3.4溶混间隙相图与调幅分解
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ONE.包晶相图
包晶转变定义：
组成包晶相图的两组元，在液态可无限互溶， 而在固态只能部分互溶。在二元相图中， 包晶转变就是已结晶的固相与剩余液相反 应形成另一固相的恒温转变。具有包晶转 变的二元合金有Fe-C，Cu-Zn，Ag-Sn，Ag-
同济大学材料科学基础绪论资料
一门新的综合性学科的诞生。
什么是材料科学 ？
• 材料科学是一门以材料为研究对象，介于基础科
学与应用科学之间的称之为应用基础科学的学科。
• 基本内容： • （1）从化学的角度出发，研究材料的化学组成、
键性、结构与性能的关系及其规律
• （2）从物理的角度出发，研究材料的组成原子、
材料科学学科形成的 深层次原因分析（4）
许多不同类型的材料可以相互代替和补充， 能更充分发挥各种材料的优越性，达到物 尽其用的目的。（复合材料的原理问题的 提出）
材料科学学科形成的 深层次原因分析（5）
• 最后，复合材料在多数情况下是不同类型
材料的组合，如果对不同类型材料没有一 个全面的了解，作为新材料发展之一的复 合材料的研究开发必然受到影响。对各类 材料有一个深入的了解是复合材料发展的 基础。
离子或分子等的排列形式或方式。
• （B）性质： • 赋予材料的价值和应用性.
• 指材料对电、磁、光、热、机械载荷的反应，
主要决定于材料的组成与结构。
• （C）使用性能： • 是材料在使用条件下应用性能的度量.
也指在使用状态下表现的行为，它与材料设计、工
程环境密切相关。实用性能包括可靠性、耐用性、寿
材料结构关系
• 材料的结构包括不同晶体结构和非晶体，以及显微镜下
的微观结构，哪些主要因素能够影响和改变结构？只有 了解了这些才能实现控制结构的目的。
• 材料的性能包括物理性能、化学性能、力学性能。 • 其内部结构包括四个层次：①原子结构；②结合键；③
原子的排列方式；④显微组织
• （A）组织结构： • 包含着决定材料性质和使用性能的原子、
材料科学学科形成的 深层次原因分析（2）
同济大学材料科学基础
一，解释下列名称或术语键合力：固体材料中原子间用于相连接及保持一定的几何形状或物性的结合力。
晶格能:：在0k时1mol离子化合物的各种离子相互移动至无限远及拆散成气态所需要的能量电负性：原子得到电子的能力空间格子：将晶体内部的结构基元抽象成几何点，将实际晶体使用三维点阵表示的空间结构晶胞：砸实际晶体中划分出的平行六面体单位基元点阵：把晶体内部的原子、离子或原子集团等结构抽象成几何的点平行六面体：空间格子中的最小单位基元，由六个两两平行且大小相等的面组成晶面指数：表示晶体中点阵平面的指数，由晶面在三个晶轴的截距值决定点群：宏观晶体对贺元素集合而成结的晶学群晶面常数：晶体定向中，轴率a：b：c和轴角α，β，γ统称为晶体的几何常数二，分别简述形成离子键和金属键的条件和特点离子键：条件：△X≥1.7特点：没有饱和性和方向性共价键：条件：0.7≤△X＜1.7特点：有饱和性和方向性金属键：条件：△X＜0.5特点：没有饱和性和明显的反向性三，范德华键和氢键的联系和区别联系：都是依靠分子或分子的偶极矩引力而形成区别：范德华键无饱和性和方向性，氢键有明显的饱和性和方向性四，简述元素周期表中金属离子半径变化的规律同周期随原子序数增加而减小，同主轴随原子序数增加而增大，对角线上离子半径大小大致相等。
五，写出单型三方柱，四方柱，四方双锥，六方柱填型中各晶面的晶面指数，并写出它们的对称性。
三方柱晶面指数(0 0 0 1)(0 0 0 1)(1 1 2 0)(1 2 1 0)(2 1 1 0)对称型 L33L23PC四方柱晶面指数(0 0 1)(0 1 0)(1 0 0)(0 1 0)(1 0 0)(0 0 1)对称型 L44L25PC四方双锥晶面指数（0 1 1）（1 0 1）（0 1 1）（1 0 1）（0 1 0）（1 0 0）（0 1 0）（1 0 0）（0 1 1）（1 0 1）（0 1 1）（1 0 1）对称型 L44L25PC六方柱晶面指数（0 0 0 1）（0 0 0 1）（0 1 1 0）（1 0 1 0）（1 1 0 0 ）（0 1 1 0）（1 0 1 0）（1 1 0 0）对称型 L46L27PC六，写出立方体中六个晶面指数（0 0 1）（0 0 1）（0 1 0）（1 0 0）（0 1 0）（1 0 0）七，在六方晶体中标出晶面（0 0 0 1）（2 1 1 0）（1 0 1 0）（1 1 2 0）（1 2 1 0）的位置（0 0 0 1）面opqrst（2 1 1 0）面o’s’so（1 0 1 0）面tss’t’（1 1 2 0）面trr’t’（1 2 1 0）面qss’q’1，原子半径：分子内部原子的中心距为两个原子半径之和离子半径：离子周围的一个其他原子不能侵入的势力范围配位数：在晶体结构中，一个原子或离子直接相邻的原子或异号离子数目称为配位数点缺陷：亦称零维缺陷，缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维反向上的缺陷都很小热缺陷：是指由热起伏的原因所产生的空位或间隙质点肖特基缺陷：质点由面位置迁移到新表面位置，而在晶体表面形成新的一层，同时在晶体内部留下空位弗伦克尔缺陷：质点离开正常格点后进入到晶格间隙位置，其特征是空位和间隙点成对出现位错：质点在一维方向上偏离理想晶体中的周期性，规则性排列多产生的缺陷，这种缺陷的尺寸在一维方向上较长，而在另二维方向上较短2，四面体空隙个数=8*n/4=2n八面体空隙个数=6*n/6=n当大小不等的球体进行堆积时，其中较大的球将按六方和立方最紧密堆积方式进行堆积，而较小的球按自身大小填入其中的八面体空隙中或四面体空隙中3，原子数配位数堆积系数面心立方480.68体心立方2120.74密排立方6120.744，证明：晶胞体积=3√3/2*a2*1.6a原子体积=4π/3（a2/2）*6原子体积占晶胞体积=原子体积/晶胞体积=74.9%空隙率=1-74.9%=25.1%5，刃型位错的特点：①伯格斯矢量与刃型位错垂直②刃型位错有正负之分，把多余半原子面在滑移面上边的刃型位错称为正刃型位错，反之为负刃型位错③在刃型位错的周围要发生晶体的畸变，在多余的半原子面的这一边晶体收挤压缩变形，原子间距离变小，而另一边的晶体则受拉膨胀变形，原子间距增大，从而使位错周围产生弹性应变，形成应力场④位错在晶体中引起的畸变在位错处最大，离位错线越远的晶格畸变越小，原子严重错排列的区域只有几个原子间距，因此，位错是沿位错线为中心的一条狭长管道螺旋位错的特征：①伯格斯矢量与刃型位错平行②螺旋位错分为左旋和右旋，根据螺旋面旋转方向，符合右手法则的称为右旋螺旋位错，符合左手法则的称为左旋位错③螺旋位错只引起剪切畸变，而不引起体积膨胀和收缩，因为存在晶格畸变，所以在位错线附近也形成应力场，同样的，离位错线距离越远，晶格畸变越小，螺旋位错也只包含几个原子宽度的线缺陷。
同济大学材料科学与工程学院考研专业课821材料科学基础大纲详解
821材料科学基础大纲详解本课程主要考察考生对材料科学的基础理论和专业知识的掌握程度，以及运用这些理论和知识解决实际问题的能力。
同时还将考察考生对常规材料表征技术的掌握程度和应用能力。
考查的知识要点包括以下内容:(1)材料及材料科学的含义:材料及材料的基本要素和相互之间的关系、材料的结构层次及材料结构与性能的关系、材料选择的基本原理;(2)材料的原子结构与分子结构:原子结构、原子间的键合、材料的化学组成和结构对性能的影响、高分子链的近程结构与远程结构:(3)固体材料结构基础:晶体的基本特性、晶体的结构特征(空间点阵和晶胞、晶向指数和晶面指数)、配位数和配位多面体、金属的晶体结构、离子晶体结构、共价晶体结构、高分子凝聚态结构(晶态结构、非晶态结构、取向结构)、非晶态的形成及结构特征、固体材料能带结构的基础知识(导体、半导体、绝缘体)及与性能之间的关系;(4)晶体的结构缺陷:缺陷分类、点缺陷的形成、位错的基本类型和特征、晶体结构缺陷对材料性能的影响;(5)材料的相结构与相变:相的定义、相结构、固溶体的概念及特点、相变的定义、相变的分类(按结构分类、按热力学分类、按相变方式分类、按原子迁移特征分类)、结晶的基本规律与条件:热力学条件、动力学条件(成核-长大机理);(6)高分子材料中的分子链运动:高分子链的内旋转及柔顺性的本质和影响因素，高分子材料的三种力学状态(玻璃态、高弹态及粘流态)、玻璃化转变温度;(7)金属材料、无机非金属材料、高分子材料及复合材料的结构特征、性能特点及其应用分析;(8)常规材料表征技术及应用:XRD、TEM、SEM、IR、DSC的工作原理、影响这些表征技术的主要因素及在材料研究中的应用。
考试题型: 专业术语或基本概念的解释、简答题、论述或辨析题、综合分析题等。
同济大学材料学院821专业课辅导讲义1
绪论1. 材料和材料科学的定义：材料：具有在特定条件下使用要求的形态和物理状态的物质（不包含燃料、化工原料或产品、食品和药品）。
材料科学：研究材料的化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系及变化规律的一门学科。
材料科学的内涵：核心问题是材料的组织结构与性能以及两者之间的关系。
2. 材料科学与工程的四要素模型及四要素之间的关系：材料的成分与结构是影响其各种性质的直接因素，加工过程通过改变材料的成分与结构从而影响其性质。
例如铁碳合金，不含碳时，即纯铁，延展性好但强度低；含碳量较低时，称之为钢，钢中含碳量增加，强度硬度上升，但塑性韧性下降。
由同一元素碳构成的不同材料如石墨和金刚石,也有着不同的性能。
结构与成分是材料研究的核心，性质是落脚点，根据材料的性质可以确定其使用效能，例如金属具有刚性和硬度，可做结构材料。
材料的制备/合成和加工不仅赋予材料一定的尺寸和形状,而且是控制材料成分和结构的必要手段。
如钢材可以通过退火、淬火、回火等热处理来改变它们内部的结构而达到预期的性能,冷轧硅钢片经过复杂的加工工序能使晶粒按一定取向排列而大大减少铁损。
3. 材料结构层次与材料结构和性能的关系：①原子结构②结合键内部结构③原子排列方式（晶体、非晶体）④显微组织⑤宏观组织（肉眼可见）讨论结构对性能的影响关系：①原子结构②结合键③原子排列方式④显微组织和缺陷 Eg.1 结合键受到原子结构影响，易失去电子的元素形成金属键，结合键为金属键，导致原子趋于紧密堆积，电子共有化使得受力形变时金属键不至于破坏，故而有很好的延展性。
Eg.2 组织是指金相观察方法观察材料内部时看到的涉及晶粒大小、方向、形状、排列方式等组成关系的组成物。
如铁素体和珠光体。
材料热处理加工导致组织结构变化，其力学性能也有所差异。
4. 材料选择的基本原理①性能使用性原则：根据工作环境条件，按照材料的性能指标来选择相应的适用材料。
②失效性选择原则：对服役后失效的材料进行失效原因、解决对策分析，选择新的适用材料。
808材料科学基础讲义
808材料科学基础讲义第一章引言材料科学是研究材料的组成、性质、结构和性能之间关系的学科。
808材料科学基础讲义旨在介绍材料科学的基本概念、原理和应用。
本讲义将涵盖材料的分类、结构与性质、材料制备与加工等内容，帮助学习者建立起对材料科学的基础理解。
第二章材料的分类材料可以根据其组成、结构和性质进行分类。
常见的分类方法包括金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料。
金属材料具有良好的导电性和机械性能，常用于制造结构件和导电部件。
陶瓷材料具有良好的耐热性和耐腐蚀性，常用于制造耐火材料和绝缘材料。
高分子材料具有良好的电绝缘性和可塑性，常用于制造塑料和橡胶制品。
复合材料由两种或两种以上的材料组合而成，具有综合性能优异的特点，广泛应用于航空航天、汽车制造和建筑等领域。
第三章材料的结构与性质材料的性质与其结构密切相关。
材料的结构可以从微观和宏观两个层面进行描述。
微观结构主要指材料的晶体结构和非晶体结构。
晶体结构具有规则的原子排列方式，可以通过X射线衍射等方法进行表征。
非晶体结构具有无序的原子排列方式，常见于玻璃等非晶态材料。
宏观结构主要指材料的晶粒大小、晶界和孪晶等缺陷。
材料的性质包括力学性能、热学性能、电学性能等。
力学性能包括强度、硬度、韧性等指标，热学性能包括热膨胀系数、导热系数等指标，电学性能包括导电性和绝缘性等指标。
第四章材料制备与加工材料的制备与加工是指将原材料转化为具有特定形状和性能的材料的过程。
常见的材料制备方法包括熔融法、溶液法、气相法和固相法等。
熔融法是指将原材料加热至熔化状态，然后冷却固化成型的方法。
溶液法是指将原材料溶解在适当的溶剂中，然后通过结晶、蒸发等方式得到所需的材料。
气相法是指利用气相反应或气相沉积等方式制备材料。
固相法是指通过固相反应或烧结等方式制备材料。
材料的加工包括塑性加工、热加工和表面处理等。
塑性加工是指通过变形、锻造等方式改变材料的形状和性能。
热加工是指通过加热、熔化等方式改变材料的形状和性能。
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高分子近程结构
4高分子链的构型
a 旋光异构（立体异构）
旋光异构体
单体单元上侧基和取代基位置造成异构体互为镜影对称， 称为旋光异构体。
两种镜向乳酸分子不能叠加重合—旋光异构体
1.3 高分子链
1.3.1 高分子的近程结构
1 链结构单元的化学组成
乙烯（小分子） 分子式： C2H4 结构式: CH2=CH2
聚乙烯（PE）分子 （高分子）
原子间的键合
高分子链 原子间的键合
高分子链 原子间的键合 聚乙烯高分子链
单体单元
单体：乙烯
(结构单元、重复单元、链节)
书写法：
链节数n又称聚合度
金属键材料性质： 良好导电 良好导热性 延展性好
容易与其它元素起 反应
金属光泽
原子间的键合
延展性好
原子间的键合
1.2.2 离子键
两种不同原子接近时，其一原子外层电子转移到 另一原子外层轨道内，产生一个异号离子对，正 负离子因库仑力相互吸引，结合在一起。
有电子转移的键合:化学键
离子键特点：
原子结构与键合 原子结构
1.2.1金属键
原子间的键合
自由电子 电子气（电子海）
结合力：
正离子与电子气之间的静电力（库仑力）
金属键特点：
原子间的键合
电子共有化
无饱和性：
一个离子对周围电子海内所有电子都有引力
无方向性：
离子与电子之间作用力方向不限定
密堆结构
单种离子尽量彼此紧密靠近
氢键 原子间的键合
氢键性质
方向性：
先形成的共价键电偶极X—H与原子Y发生氢键结合时 只有当X—H---Y在同一条直线上时结合力最强。
氢键 原子间的键合
氢键性质
属于物理键 氢键结合力比范德瓦耳力大，但小于化学键，
属于次价键 具有无饱和性和方向性
氢键在高分子材料中较为重要
原子间的键合
氢键 —— 氢桥
顺序异构
单体具有不对称取代基产生的三种结构变化：
单体单元 取代基R
键接异构
单体具有多处双键，产生键接异构
高分子近程结构
异戊二烯的聚合
b 共聚物的序列结构
高分子近程结构
（a） 交替 （b） 无规 （c） 嵌段 （d） 接枝
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1.2.5氢键
表达式： X－H Y
式中X和Y代表F，O，N等电负性大非金属原子 －为共价键， 氢键。
原子间的键合
氢键ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ质
氢键 原子间的键合
饱和性：
氢原子尺寸小，而其它原子比较大，一旦氢与一原子 形成的氢键，由于负离子之间的相互排斥，另一个 电负性大的原子就难于再接近氢原子。 这就是氢键的饱和性。
高分子材料以共价键为主 无机非金属材料中有相当大比例
共价键特点
方向性
与电子云的方向性特点对应
饱和性 H
C
O 极性
原子间的键合
CH4 甲烷 H—C—H 键角109°28
— 表示共价键的键线 H20 水
H—O—H 键角104.5°
共价键材料性质
结构稳定（不溶解） 熔点高 硬度高 脆性大 不导电
•电离能 电负性
原子得到电子的能力(夺取其电子需要较大能量）
非金属元素电离能和电负性比金属元素大
•价电子
金属铬的价电子数： +1 +2 +3 +4 +5 +6
•各元素原子半径各异
原子结构与键合 原子结构
1.2原子间的键合
原子结合的方式： 金属键 离子键 共价键 范德瓦耳力 氢键
高分子链的结构
高分子聚集态结构
近程结构
远程结构
§1 原子结构与键合
1.3.1 高分子的近程结构
1 链结构单元的化学组成
单体单元 (结构单元、重复单元、链节)
高分子近程结构
2 分子链几何形态
（1）线型（2）支化 （3）交联（4）体型（三维网状分子结构）
3 结构单元的键接方式
高分子近程结构
a 均聚物结构单元的链接
高分子链 原子间的键合
许多高分子依靠分子力结合成为高分子材料： 聚合物、高聚物、高分子化合物、高分子材料
聚乙烯高分子粒子
碳链高分子
高分子链 原子间的键合 主链
侧基
杂链分子 主链不仅含碳，还含氧、氮、硫等原子
均聚物——由同一种单体聚合而成 共聚物——由两种以上的单体聚合而成
高分子结构
原子间的键合
电负性相差较大的原子结合，一般为金属与非金属
（材料必然由两种以上元素组成）
正负离子相间排列 离子尺寸差异是具体排列方式重要因素（几何因素） 离子键无方向性和饱和性（只考虑库仑力因素）
+－+－+－+－ －+－+－+－+ +－+－+－+－ －+－+－+－+
原子间的键合
离子键材料性质：
范德瓦耳力 原子间的键合
诱导力
范德瓦耳力 原子间的键合
色散力（伦敦力）
范德瓦耳力 原子间的键合
范德瓦耳力 原子间的键合
范德瓦耳力特点
物理键：无电子转移
次价键：结合力很小,大约为主价键力的1%—10% 主价键：金属键、离子键、共价键
范德瓦耳力无方向性、无饱和性
分子之间结合成的物质中普遍存在，也称为分子力
熔点高 正负离子静电力强，结合牢固
硬度高 同上原因
固态绝缘性好 （熔融及在溶液中离子可参与导电）
脆性大
离子键物体的脆性
F
+－+－+－+－
－+－+－+－+
+－+－+－+－ －+－+－+－+
原子间的键合
1.2.3共价键
原子间的键合
电负性相差不大的原子通过共用电子对的 方式产生结合力
共价键—— 一对电子的电子云局部重合
材料科学基础
2012-2013（1） （第2课）
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原子结构与键合 原子结构
•稳定的电子结构：
最外壳层中同一亚层各轨道上，全充满最稳定、 半充满、全空的状态较稳定
全充满
半充满
全空
元素周期表 原子结构与键合 原子结构
原子间的键合
C 金刚石（ 钻石） 熔点3550℃ 硬度是金属的数千倍
原子间的键合
1.2.4范德瓦耳力
具有偶极子的原子和分子间的库仑力 偶极子：电荷相等的一对带电体，如果各
自电荷中心不重合，称为偶极子。
范德瓦耳力
原子及分子产生偶极子的方式及其范德瓦耳力： 静电力 诱导力 色散力
静电力 极性分子之间的引力