材料与化学科学发展概况
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熟铁，其质软，不能作为结构材料使用。 含碳量在2Fra Baidu bibliotek0%以上称铸铁，其抟硬而脆。 含量在0.7-1.8%之间，则称钢，钢兼具
较高的强度和韧性，因此在工程上获得 广泛的应用。
• 与此相似合金钢的性能是以合金元素的 一定含量为条件的。钢中加铬，可提高 钢的耐蚀性，但只有当钢中含铬量在12 ％以上时，才能成为耐蚀性强的不锈钢。 加入锰特别硬，称为猛钢。
• 目前人们正在探索实现三维集成电路的 可能性。
２、化学是材料发展的源泉
• 化学与材料科学保持着相互依存、相互 促进。
• 新分子和新材料的飞速增长（平均每天 递增7000种）
• 年份 1900 1945 1970 1975 1980 1985 1990 1999 化合物数目/万55 110 236.7 414.8 593 785 1057.6 2000
• 根据当时有代表性的材料将人类社会划 分为：
• （１）石器时代：（旧石器时代－－原 始人采用天然的石、木、竹、骨等材料 作为狩猎工具；新石器时代－－公元前 ６０００年，人类发明了火，掌握了钻 木取火技术，用以烧制陶瓷。）瓷器的 出现已成为中华民族文化的象征之一， 对世界文化产生过深远的影响。
• （２）青铜器时代：这是人类社会出现 最早的金属材料，中国历史上曾有过灿 烂的青铜文化。
• （２）按材料成分和特性分：金属材料、 陶瓷材料、高分子材料和复合材料。复 合材料是由金属材料、陶瓷材料、高分 子材料组成的。复合材料的强度、刚度 和耐腐蚀性能比单一材料更为优越，是 一类更为广阔发展前景的新型材料。
（３）材料也可分为传统材料和新型材料。
• 传统材料是指生产工艺已经成熟，并投 入工业生产的材料。新型材料是指新发 展或正在发展的具有特殊功能的材料， 如高温超导材料、工种材料、功能高分 子材料。
• （３）铁器时代：用铁作为材料来制造 农具，铁在农业上的广泛应用，推动了 以农业为中心的科学技术日益进步；以 钢铁为中心的金属材料大规模发展，有 力地摧毁了封建社会的生产方式，萌发 了资本主义。
（４）聚合物时代
• 二战后各国致力于恢复经济，发展工农 业生产，对材料提出了质量轻、强度高、 价格低等一系列要求。具有优良性能的 工程塑料部分地代替了金属材料。合成 高分子材料的问世是材料发展的重大突 破，从此以金属材料、陶瓷材料、高分 子材料为主体，建立了完整的材料体系， 形成了材料科学。
• 为了使计算机体积小、质量轻，人们把 许多晶体管和连线集成在硅基片上，出 现了集成电路。集成电路不仅是计算机 技术的基础，也是现代社会中通迅、电 视、遥控等微电子技术的基础。
• 半导体材料的发展，用半导体材料代替 电子管，使计算机技术跨进了一大步；
• 现在最大规模的集成电路，每个硅基片 上的晶体管数目已达到５５０万个 (Pentium PRO1995)，因而对新单晶硅材 料的纯度要求日益提高。（例如计算机 内存为64Ｋ，则要求集成电路在7mm2大 小的芯片上连接10万个晶体管，晶体管 之间用线宽为3um的布线互相连接起 来。）
• 无机非金属材料多由非金属元素与金属 元素所组成。以离子键或共价键为结合 方式，以氧化物、碳化物等非金属化合 物为表现形式。因而具有许多独特的性 能，如硬度大，熔点高，耐热性好，热 和电的良好绝缘体。
• 杂质对材料性能有严重的影响，要提高 材料的纯度。
（2）化学键类型与材料性能的关系
• 化学键类型是决定材料性能的主要依据， 三大类材料的划分，就是按各类材料中 起主要作用的化学键类型。
• 金属材料主要由金属元素所组成，以金 属键为其中的基本结合方式，并以固溶 体和金属化合物合金形式出现。
• 因此表现出与金属键有关的特性，如金 属光泽、良好的导电导热性，较高强度、 硬度和机械加工性能。
• ２０世纪８０年代以来，在世界范围内 高新技术（生物技术、信息技术、空间 技术、能源技术、海洋技术）迅猛发展， 国际上展开激烈的竟争。发展高新技术 的关键往往与材料有关，即根据需要来 设计具有特定功能的新材料。
• 能源、信息和材料已被公认为当今社会 发展的三大支柱产业。
例：计算机发展史
• 1946年世界第一台电子计算机ＥＮＩＡ Ｃ问世时，它是用18000只电子管组装而 成，计算机总质量达30多吨，占地150m2， 耗电几百千瓦。（计算速度不如现在的 一台微型计算器）；
• 新型材料的特点：
• （１）具有特殊的性能，能满足尖端技 术和设备制造的需要。如能在接近极限 条件下使用的超高温、超高压、极低压、 耐腐蚀、耐摩擦等材料。
• （２）新型材料的研制是多学科综合研 究成果。它要求以先进的科学技术为基 础，往往涉及到物理、化学、冶金等多 个学科。
• （３）新型材料从设计到生产，需要专 门的、复杂的设备和技术，它自身形成 一个独特的领域，称为新材料技术。
材料与化学
本章内容
• 1、材料科学发展概况 • 2、金属材料化学 • 3、无机非金属材料 • 4、有机高分子材料 • 5、复合材料
第一节、材料科学发展概况
• 《韦氏大辞典》材料：名词，指物质或 构成器件之物。化学：名词，指研究物 质的性质、组成及性质变化的科学。
• １、材料发展的历史从生产力的侧面反 映了人类社会发展的文明史。
• ３、材料分类
• （１）按用途分：结构材料和功能材料。 结构材料主要是利用材料的力学和理化 性质 ，广泛用于机械制造、工程建设、 交通运输 、和能源等各个部门；功能材
料则利用材料的热、光、电、磁等性能， 用于电子、激光、通讯、能源和生物工 程等许多高新技术领域。功能材料的最 新发展是智能材料，它具有环境判断功 能、自我修复功能和时间轴功能，智能 材料是21世纪材料。
4、材料的组成、结构与材料的性能
• （1）材料的组成和性能的关系 • 所有的材料都是由已知的109种元素单质
和它们的化合物组成的，组成不同，便 会得到物理、化学性质迥异的物质，材 料的组成对于控制、改变材料性能具重 要作用。
• 例如钢铁的性质与其中碳含量有密切关 系。不含碳或含碳少(0.04%以下)的铁称
较高的强度和韧性，因此在工程上获得 广泛的应用。
• 与此相似合金钢的性能是以合金元素的 一定含量为条件的。钢中加铬，可提高 钢的耐蚀性，但只有当钢中含铬量在12 ％以上时，才能成为耐蚀性强的不锈钢。 加入锰特别硬，称为猛钢。
• 目前人们正在探索实现三维集成电路的 可能性。
２、化学是材料发展的源泉
• 化学与材料科学保持着相互依存、相互 促进。
• 新分子和新材料的飞速增长（平均每天 递增7000种）
• 年份 1900 1945 1970 1975 1980 1985 1990 1999 化合物数目/万55 110 236.7 414.8 593 785 1057.6 2000
• 根据当时有代表性的材料将人类社会划 分为：
• （１）石器时代：（旧石器时代－－原 始人采用天然的石、木、竹、骨等材料 作为狩猎工具；新石器时代－－公元前 ６０００年，人类发明了火，掌握了钻 木取火技术，用以烧制陶瓷。）瓷器的 出现已成为中华民族文化的象征之一， 对世界文化产生过深远的影响。
• （２）青铜器时代：这是人类社会出现 最早的金属材料，中国历史上曾有过灿 烂的青铜文化。
• （２）按材料成分和特性分：金属材料、 陶瓷材料、高分子材料和复合材料。复 合材料是由金属材料、陶瓷材料、高分 子材料组成的。复合材料的强度、刚度 和耐腐蚀性能比单一材料更为优越，是 一类更为广阔发展前景的新型材料。
（３）材料也可分为传统材料和新型材料。
• 传统材料是指生产工艺已经成熟，并投 入工业生产的材料。新型材料是指新发 展或正在发展的具有特殊功能的材料， 如高温超导材料、工种材料、功能高分 子材料。
• （３）铁器时代：用铁作为材料来制造 农具，铁在农业上的广泛应用，推动了 以农业为中心的科学技术日益进步；以 钢铁为中心的金属材料大规模发展，有 力地摧毁了封建社会的生产方式，萌发 了资本主义。
（４）聚合物时代
• 二战后各国致力于恢复经济，发展工农 业生产，对材料提出了质量轻、强度高、 价格低等一系列要求。具有优良性能的 工程塑料部分地代替了金属材料。合成 高分子材料的问世是材料发展的重大突 破，从此以金属材料、陶瓷材料、高分 子材料为主体，建立了完整的材料体系， 形成了材料科学。
• 为了使计算机体积小、质量轻，人们把 许多晶体管和连线集成在硅基片上，出 现了集成电路。集成电路不仅是计算机 技术的基础，也是现代社会中通迅、电 视、遥控等微电子技术的基础。
• 半导体材料的发展，用半导体材料代替 电子管，使计算机技术跨进了一大步；
• 现在最大规模的集成电路，每个硅基片 上的晶体管数目已达到５５０万个 (Pentium PRO1995)，因而对新单晶硅材 料的纯度要求日益提高。（例如计算机 内存为64Ｋ，则要求集成电路在7mm2大 小的芯片上连接10万个晶体管，晶体管 之间用线宽为3um的布线互相连接起 来。）
• 无机非金属材料多由非金属元素与金属 元素所组成。以离子键或共价键为结合 方式，以氧化物、碳化物等非金属化合 物为表现形式。因而具有许多独特的性 能，如硬度大，熔点高，耐热性好，热 和电的良好绝缘体。
• 杂质对材料性能有严重的影响，要提高 材料的纯度。
（2）化学键类型与材料性能的关系
• 化学键类型是决定材料性能的主要依据， 三大类材料的划分，就是按各类材料中 起主要作用的化学键类型。
• 金属材料主要由金属元素所组成，以金 属键为其中的基本结合方式，并以固溶 体和金属化合物合金形式出现。
• 因此表现出与金属键有关的特性，如金 属光泽、良好的导电导热性，较高强度、 硬度和机械加工性能。
• ２０世纪８０年代以来，在世界范围内 高新技术（生物技术、信息技术、空间 技术、能源技术、海洋技术）迅猛发展， 国际上展开激烈的竟争。发展高新技术 的关键往往与材料有关，即根据需要来 设计具有特定功能的新材料。
• 能源、信息和材料已被公认为当今社会 发展的三大支柱产业。
例：计算机发展史
• 1946年世界第一台电子计算机ＥＮＩＡ Ｃ问世时，它是用18000只电子管组装而 成，计算机总质量达30多吨，占地150m2， 耗电几百千瓦。（计算速度不如现在的 一台微型计算器）；
• 新型材料的特点：
• （１）具有特殊的性能，能满足尖端技 术和设备制造的需要。如能在接近极限 条件下使用的超高温、超高压、极低压、 耐腐蚀、耐摩擦等材料。
• （２）新型材料的研制是多学科综合研 究成果。它要求以先进的科学技术为基 础，往往涉及到物理、化学、冶金等多 个学科。
• （３）新型材料从设计到生产，需要专 门的、复杂的设备和技术，它自身形成 一个独特的领域，称为新材料技术。
材料与化学
本章内容
• 1、材料科学发展概况 • 2、金属材料化学 • 3、无机非金属材料 • 4、有机高分子材料 • 5、复合材料
第一节、材料科学发展概况
• 《韦氏大辞典》材料：名词，指物质或 构成器件之物。化学：名词，指研究物 质的性质、组成及性质变化的科学。
• １、材料发展的历史从生产力的侧面反 映了人类社会发展的文明史。
• ３、材料分类
• （１）按用途分：结构材料和功能材料。 结构材料主要是利用材料的力学和理化 性质 ，广泛用于机械制造、工程建设、 交通运输 、和能源等各个部门；功能材
料则利用材料的热、光、电、磁等性能， 用于电子、激光、通讯、能源和生物工 程等许多高新技术领域。功能材料的最 新发展是智能材料，它具有环境判断功 能、自我修复功能和时间轴功能，智能 材料是21世纪材料。
4、材料的组成、结构与材料的性能
• （1）材料的组成和性能的关系 • 所有的材料都是由已知的109种元素单质
和它们的化合物组成的，组成不同，便 会得到物理、化学性质迥异的物质，材 料的组成对于控制、改变材料性能具重 要作用。
• 例如钢铁的性质与其中碳含量有密切关 系。不含碳或含碳少(0.04%以下)的铁称