化学与材料(课堂PPT)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
物理性质： ①光泽：金属晶体大多呈银白色，
Au—黄色，Bi—淡红，Cu—紫红色；
②密度：按5g.cm-3为标准, 分为轻金属,重金属；
7
③熔点：金属熔点差别很大。
如：Hg、W；
④导电、导热 ：金属越纯，导电、热性
越好;
⑤磁性：分铁磁材料(Fe、Co、Ni)；
顺磁材料(Mn、Cr、Mo、W）；
逆磁材料(Cu、Sn、Pb、Zn）；
第5章 化学与材料
1
基本要求
1、掌握各区元素原子的结构特征，并能从 原子的电子层结构了解常用工程材料在元 素周期系中的分布 2、了解近年来的新型材料(高分子材料, 陶 瓷材料, 纳米材料, 复合材料, 液晶材料)的 组成与性能
2
• 5.1 常用工程材料在周期系中的分布 • 5.2 几种新型材料 • 5.2.1 金属材料 • 5.2.2 高分子材料 • 5.2.3 陶瓷材料 • 5.2.4 复合材料 • 5.2.5 液晶材料
22
3.纳米陶瓷 从陶瓷材料的发展史上看，经历了三次飞跃 从陶器到瓷器-----第一次飞跃 从传统陶瓷到精细陶瓷---第二次飞跃 从精细陶瓷到纳米陶瓷---第三次飞跃 （超韧 性陶瓷）
• 纳米材料：粒径为1-100纳米，纳米材料具有 表面效应、界面效应、量子尺寸效应。
23
5.4 高分子材料 棉、麻、丝、毛、角、胶、塑料、
⑥延、展性：即机械加工性能良好；
⑦热胀冷缩(但Sb 、Bi相反)。
8
2 几种新型金属材料
轻质合金—以轻金属为主要成分的合金。
铝合金：密度小，强度高。 “硬铝”耐蚀，可用于车，不用于船。
钛合金：密度不大，强度很高，抗蚀
性好，耐高、低温（-200-
500℃），用于飞机。
9
硬质合金—以硬质化合物为硬质相， 以合金为粘结相的复合材料（TiN、
4
5.1常用工程材料在周期系中的分布
按化学活泼性分： 活泼 中等活泼 不活泼 s 区 ds区、p区 d区
5
Li--密度最小的金属,0.5gml-1 He----熔点最低的单质 Cr----硬度最大的金属(9) W----熔点最高的金属(3410℃) Hg---熔点最低的金属
6
5.2 金属材料
1 金属的性质
的物体.
20
目前已发现30种单质，8000种金属、 合金、化合物具有超导性。
1987年 赵宗贤等，
YBa2Cu3O7-x (Tc=90K)
1993年
Hg-Ba-Cu-O
(Tc=133.5K)
21
• 应用： • 1） 用超导材料输电 • 2） 超导发电机 • 3） 磁力悬浮高速列车 • 4） 可控热核聚变
3
材料的分类 1） 按用途分为结构材料和功能材料 结构材料：利用材料的力学和理、化性质 功能材料：利用材料的热、光、电、磁等性能 2） 按成分、特性分为： 金属材料 黑金属：铁、铬、锰及合金 有色金属：除了黑金属以外的金属 无机非金属材料（陶瓷材料）传统陶瓷 精细陶瓷 有机高分子材料：塑料、纤维、橡胶以及涂 料、黏合剂等 复合材料：由以上三种材料复合而成
聚合度
—CH2—
n
2 相对分子质量CH: 2—
⑴ 高分子化合物的相对分子质量应为：
M = 链节化学式量×n 但，同种高聚物，其聚合度并不相同。
26
因此，每一个大分子的相对分子质量 都不相同。
⑵ 高聚物的相对分子质量只有平均意义。
⑶ 由于聚合度不同引起的高聚物相对 分子质量各不相同的现象—高聚物相对 分子质量的多分散性
AlN、TiC、WC、SiC）具有高硬度、 耐磨、强度、韧性。
记忆合—金具有“记忆”自己形状特性
的合金。如Ti-Ni（各50%）合金，在
温度40度发生晶格转变：
菱形晶格
立方晶格
晶格的变化，改变了合金形状。 10
贮氢合金—以金属氢化物的形式吸收氢，是一种安
全、经济而有效ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ贮氢方法。
金属氢化物不仅具有贮氢特性，而且具有将 化学能与热能或机械能相互转化的机能，从而能 利用反应过程中的焓变开发热能的化学储存与输 送。
11
贮氢的原理
金属(M)与氢生成金属氢化物(MHx)
M + xH2 → MHx + H（生成热） 金属与氢的反应，是一个可逆过程。
正向反应，吸氢、放热；逆向反应，释氢、吸热。
改变温度与压力条件可使反应按正向、逆向反复进 行，实现材料的吸释氢功能。
12
贮氢合金要求: 1) 贮氢量大； 2) 金属氢化物容易形成，稍加热
又容易分解； 3) 室温下吸、放氢的速度快； 4) 使用寿命长；成本低。
13
贮氢合金主要有三大系列： 镁系贮氢合金：MgH2, Mg2Ni 稀土系贮氢合金：
如：LaNi5中添加MnNiMn, MnNiAl 钛系贮氢合金： TiH4, TiMn1.5
14
5.3 陶瓷材料
1. 光导纤维 从高纯的二氧化硅或石英玻璃的熔
融体中，拉出直径约为100微米的细 丝，称为石英玻璃纤维。 （玻璃可以透光，但在传播过程中光 损耗较大，而用石英玻璃纤维光损 耗大为降低，故这种纤维称为光导 纤维。）
15
获得2009年度诺贝尔物理学奖的华人高 锟发明了石英玻璃，制造出世界上第一根 光导纤维，因此被冠以“光纤之父”的称 号。
光纤的组成：
• 光损耗较大光导纤维可以在短距离使用， 特别适合做人体内窥镜，如：胃镜、膀 胱镜、直肠镜、子宫镜等。
19
2.超导陶瓷 • 1911年荷兰物理学家Onnes发现汞（水
银）在4.2K附近电阻突然下降为零. • 超导电性：零电阻现象. • 超导临界温度：电阻突然消失的温度. • 超导体：在一定温度下具有超导电性
芯料—高折射率，高透光度，不析晶 的玻璃；
皮料—低折射率的玻璃；
16
光纤材料： 多组分玻璃光纤； 复合材料光纤； 石英光纤（高纯度或掺杂）。 通信原理： 光在芯料和皮料界面上全 反射，入射光封闭在芯料内， 经过无数次全反射，锯齿状 传播。
17
光缆结构图
18
• 利用光导纤维可以进行光纤通讯，用最 新的氟玻璃制成的光导纤维，可以把光 信号传输到太平洋彼岸而不需要任何中 继站。
橡胶、纤维┄它们是人们越来越熟悉 的有机高分子材料。无论是天然的 或合成的这类材料，在人们的生活和 工程技术中都占有越来越重要的地位。
24
• 高分子化合物：由一种或几种低分 子化合物聚合而成的相对分子量较 高的化合物（也称高聚物）
25
1 高分子化合物的组成： 特定结构单元多次重复而成:
聚乙烯
链节
Au—黄色，Bi—淡红，Cu—紫红色；
②密度：按5g.cm-3为标准, 分为轻金属,重金属；
7
③熔点：金属熔点差别很大。
如：Hg、W；
④导电、导热 ：金属越纯，导电、热性
越好;
⑤磁性：分铁磁材料(Fe、Co、Ni)；
顺磁材料(Mn、Cr、Mo、W）；
逆磁材料(Cu、Sn、Pb、Zn）；
第5章 化学与材料
1
基本要求
1、掌握各区元素原子的结构特征，并能从 原子的电子层结构了解常用工程材料在元 素周期系中的分布 2、了解近年来的新型材料(高分子材料, 陶 瓷材料, 纳米材料, 复合材料, 液晶材料)的 组成与性能
2
• 5.1 常用工程材料在周期系中的分布 • 5.2 几种新型材料 • 5.2.1 金属材料 • 5.2.2 高分子材料 • 5.2.3 陶瓷材料 • 5.2.4 复合材料 • 5.2.5 液晶材料
22
3.纳米陶瓷 从陶瓷材料的发展史上看，经历了三次飞跃 从陶器到瓷器-----第一次飞跃 从传统陶瓷到精细陶瓷---第二次飞跃 从精细陶瓷到纳米陶瓷---第三次飞跃 （超韧 性陶瓷）
• 纳米材料：粒径为1-100纳米，纳米材料具有 表面效应、界面效应、量子尺寸效应。
23
5.4 高分子材料 棉、麻、丝、毛、角、胶、塑料、
⑥延、展性：即机械加工性能良好；
⑦热胀冷缩(但Sb 、Bi相反)。
8
2 几种新型金属材料
轻质合金—以轻金属为主要成分的合金。
铝合金：密度小，强度高。 “硬铝”耐蚀，可用于车，不用于船。
钛合金：密度不大，强度很高，抗蚀
性好，耐高、低温（-200-
500℃），用于飞机。
9
硬质合金—以硬质化合物为硬质相， 以合金为粘结相的复合材料（TiN、
4
5.1常用工程材料在周期系中的分布
按化学活泼性分： 活泼 中等活泼 不活泼 s 区 ds区、p区 d区
5
Li--密度最小的金属,0.5gml-1 He----熔点最低的单质 Cr----硬度最大的金属(9) W----熔点最高的金属(3410℃) Hg---熔点最低的金属
6
5.2 金属材料
1 金属的性质
的物体.
20
目前已发现30种单质，8000种金属、 合金、化合物具有超导性。
1987年 赵宗贤等，
YBa2Cu3O7-x (Tc=90K)
1993年
Hg-Ba-Cu-O
(Tc=133.5K)
21
• 应用： • 1） 用超导材料输电 • 2） 超导发电机 • 3） 磁力悬浮高速列车 • 4） 可控热核聚变
3
材料的分类 1） 按用途分为结构材料和功能材料 结构材料：利用材料的力学和理、化性质 功能材料：利用材料的热、光、电、磁等性能 2） 按成分、特性分为： 金属材料 黑金属：铁、铬、锰及合金 有色金属：除了黑金属以外的金属 无机非金属材料（陶瓷材料）传统陶瓷 精细陶瓷 有机高分子材料：塑料、纤维、橡胶以及涂 料、黏合剂等 复合材料：由以上三种材料复合而成
聚合度
—CH2—
n
2 相对分子质量CH: 2—
⑴ 高分子化合物的相对分子质量应为：
M = 链节化学式量×n 但，同种高聚物，其聚合度并不相同。
26
因此，每一个大分子的相对分子质量 都不相同。
⑵ 高聚物的相对分子质量只有平均意义。
⑶ 由于聚合度不同引起的高聚物相对 分子质量各不相同的现象—高聚物相对 分子质量的多分散性
AlN、TiC、WC、SiC）具有高硬度、 耐磨、强度、韧性。
记忆合—金具有“记忆”自己形状特性
的合金。如Ti-Ni（各50%）合金，在
温度40度发生晶格转变：
菱形晶格
立方晶格
晶格的变化，改变了合金形状。 10
贮氢合金—以金属氢化物的形式吸收氢，是一种安
全、经济而有效ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ贮氢方法。
金属氢化物不仅具有贮氢特性，而且具有将 化学能与热能或机械能相互转化的机能，从而能 利用反应过程中的焓变开发热能的化学储存与输 送。
11
贮氢的原理
金属(M)与氢生成金属氢化物(MHx)
M + xH2 → MHx + H（生成热） 金属与氢的反应，是一个可逆过程。
正向反应，吸氢、放热；逆向反应，释氢、吸热。
改变温度与压力条件可使反应按正向、逆向反复进 行，实现材料的吸释氢功能。
12
贮氢合金要求: 1) 贮氢量大； 2) 金属氢化物容易形成，稍加热
又容易分解； 3) 室温下吸、放氢的速度快； 4) 使用寿命长；成本低。
13
贮氢合金主要有三大系列： 镁系贮氢合金：MgH2, Mg2Ni 稀土系贮氢合金：
如：LaNi5中添加MnNiMn, MnNiAl 钛系贮氢合金： TiH4, TiMn1.5
14
5.3 陶瓷材料
1. 光导纤维 从高纯的二氧化硅或石英玻璃的熔
融体中，拉出直径约为100微米的细 丝，称为石英玻璃纤维。 （玻璃可以透光，但在传播过程中光 损耗较大，而用石英玻璃纤维光损 耗大为降低，故这种纤维称为光导 纤维。）
15
获得2009年度诺贝尔物理学奖的华人高 锟发明了石英玻璃，制造出世界上第一根 光导纤维，因此被冠以“光纤之父”的称 号。
光纤的组成：
• 光损耗较大光导纤维可以在短距离使用， 特别适合做人体内窥镜，如：胃镜、膀 胱镜、直肠镜、子宫镜等。
19
2.超导陶瓷 • 1911年荷兰物理学家Onnes发现汞（水
银）在4.2K附近电阻突然下降为零. • 超导电性：零电阻现象. • 超导临界温度：电阻突然消失的温度. • 超导体：在一定温度下具有超导电性
芯料—高折射率，高透光度，不析晶 的玻璃；
皮料—低折射率的玻璃；
16
光纤材料： 多组分玻璃光纤； 复合材料光纤； 石英光纤（高纯度或掺杂）。 通信原理： 光在芯料和皮料界面上全 反射，入射光封闭在芯料内， 经过无数次全反射，锯齿状 传播。
17
光缆结构图
18
• 利用光导纤维可以进行光纤通讯，用最 新的氟玻璃制成的光导纤维，可以把光 信号传输到太平洋彼岸而不需要任何中 继站。
橡胶、纤维┄它们是人们越来越熟悉 的有机高分子材料。无论是天然的 或合成的这类材料，在人们的生活和 工程技术中都占有越来越重要的地位。
24
• 高分子化合物：由一种或几种低分 子化合物聚合而成的相对分子量较 高的化合物（也称高聚物）
25
1 高分子化合物的组成： 特定结构单元多次重复而成:
聚乙烯
链节