化学与材料(课堂PPT)

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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
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、经济而有效的贮氢方法。
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。
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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
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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
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5.2 金属材料
1 金属的性质
⑥延、展性：即机械加工性能良好；
⑦热胀冷缩(但Sb 、Bi相反)。
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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。
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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、
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。）
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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。
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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
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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ห้องสมุดไป่ตู้正向、逆向反复进 行，实现材料的吸释氢功能。
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贮氢合金要求: 1) 贮氢量大； 2) 金属氢化物容易形成，稍加热
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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。
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5.4 高分子材料 棉、麻、丝、毛、角、胶、塑料、
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；
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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。
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光缆结构图
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• 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。
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。
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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
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。
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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
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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
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；
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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）；
的物体.
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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)
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• 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
第5章 化学与材料
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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
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• 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
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。
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• 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）
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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