材料化学与物理绪论
高分子材料化学与物理-复旦大学材料科学系
2016年高分子材料化学与物理考试大纲一：高分子物理部分参考书目录：何曼君、陈维孝、董西侠编《高分子物理（修订版）》，复旦大学出版社，1990年10月何曼君、张红东、陈维孝、董西侠编《高分子物理（第三版）》，复旦大学出版社，2007年3月考试形式和试卷结构一、试卷满分及考试时间试卷满分为75分，考试时间为分钟.二、答题方式答题方式为闭卷、笔试.三、试卷内容结构四、试卷题型结构名词解释及简答题解答题（包括证明题）考试内容聚合物材料的结构特点1. 掌握高分子链结构的特点2. 理解高分子链结构的内容构造；构型；构象；结构单元；结构单元的键接结构；支化度；交联度；嵌段数；序列长度；旋光异构；几何异构等概念；3. 理解高分子链的远程结构分子的大小；内旋转构象链段；静态柔顺性；动态柔顺性等概念；4. 了解高分子链的构象统计方法；掌握末端距；均方末端距；均方根末端距；均方均方末端距；B条件；无扰尺寸A； Kuhn链段长度le；极限特征比C Y；均方旋转半径；无规线团的形状等概念；了解和掌握高分子的聚集态结构内容，包括：1. 高聚物分子间的作用力内聚能密度；2. 高聚物结晶的结构和形态聚合物结晶模型；晶态结构模型；非晶态模型；3. 高分子的结晶过程结晶度；结晶动力学；晶体生长；半结晶期；4. 结晶热力学熔限；5. 聚合物的取向态结构取向度；6. 了解高分子液晶及应用性能，如热致型液晶；溶致型液晶；高分子液晶的结构；高分子液晶相变；掌握高分子的分子运动特点及特点，包括：1. 高聚物分子运动的特点高分子分子运动现象；运动单元的多样性；高分子运动的时间依赖性；高分子运动的温度依赖性；2. 高聚物的次级松弛3. 高聚物的玻璃化转变聚合物的玻璃化转变理论；影响Tg的结构因素及改变Tg手段4. 晶态高聚物的分子运动5. 高聚物的粘性流动高分子粘性流动的特性; 牛顿流体; 非牛顿流体; 高分子流动理论6. 高分子粘度测试技术掌握和了解高分子溶液热力学基础知识和概念，主要内容包括：1溶液：理想溶液；无热溶液；正规溶液；非正规溶液（或真实溶液）；B溶液；2．高分子溶液溶度参数;3．柔性链高分子溶液热力学4．高分子稀溶液理论5．高分子浓溶液6．高分子在溶液中的扩散扩散系数；7．高分子在溶液中的粘性流动粘度；特性粘数；掌握高分子的分子量及其分布概念及典型的实验技术，包括：1．高分子分子量的统计意义；常用统计平均分子量；2．高分子分子量的测定技术端基分析法；沸点升高和冰点降低；气相渗透压（VPO ）；渗透压；3．高分子的分子量分布及其研究方法高分子溶液的相分离；实验测试技术；凝胶渗透色谱技术（GPC）掌握和了解聚合物的力学性能及其特点等，包括：1．描述力学行为的基本物理量高聚物力学性能的特点；2．高聚物的高弹性平衡态高弹形变的热力学分析；平衡态高弹形变的统计理论； 3．高聚物的粘弹性蠕变；应力松弛；粘弹性的模型描述； Maxwell 模型（应力松弛），Kelvin （Voigt）模型（蠕变），松弛时间和推迟时间谱；时温等效与转换；4. 高聚物的塑性和屈服材料的分类；高聚物屈服点；冷拉与成颈；非晶态高聚物、晶态高聚物、球晶拉伸过程片晶的变形；银纹现象；二：高分子化学部分参考书目：1. 潘祖仁主编. 高分子化学（第四或五版）.北京: 化学工业出版社, 20142 .潘才源主编. 高分子化学. 合肥: 中国科学技术大学出版社, 20013. 复旦大学高分子材料教研室, 高分子化学. 上海: 复旦大学出版社, 1995第一章绪论考试内容：高分子化学相关基本概念，聚合物名称、分子式、聚合反应式。
物理化学概述-绪论
现代化学键理论的形成 量子力学的兴起
结构化学形成 量子化学形成
⑶计算化学（Computational chemistry）时期
20世纪60年代，随着大容量高速电子计算机的发展，物理化学 的新生长点诞生——量子化学计算方法的研究。其中严格计算的 从头算方法、半经验计算的全略微分重叠和间略微分重叠等方法 的出现，扩大了量子化学的应用范围，提高了计算精度。
李远哲 J.C.Polanyi
1887年，自物理化学作为一门学科的正式形成后，大体经过了 三个时期的发展。
⑴化学热力学时期
19世纪中后期到20世纪初，物理化学家把热力学第一定律、第二定律 被广泛应用于各种化学体系进行研究，促使化学热力学蓬勃发展。
1867年，美国物理化学家Gibbs 通过对对多相平衡体系的研究提出了 相律。
美国化学家理查德·R·施罗克(Richard R. Schrock )其研究 主要从有机化学及无机化学的角度研究高氧化态金属配合物、相 关的催化反应及其催化机理。因其在烯烃复分解 反应的贡献，成为2005年诺贝尔化学奖获得者之 一。
美国化学家罗杰·科恩伯格(Roger D.Kornberg) 通过一系列的转录相关复合物（RNA聚合酶II、模 板DNA、合成出的mRNA、核苷酸、调控蛋白）的晶 体结构，从分子水平上帮助人们深入地理解真核转 录的分子机制。成为2006年诺贝尔化学奖获得者。
计算化学的发展，使定量的计算扩大到原子数较多的分子，并 加速了量子化学向其它学科的渗透。
1928～1933年，许莱拉斯、詹姆斯和库利奇计 算 He、H2，得到了接近实验值的结果。70 年代 又对它们进行更精确的计算，得到了与实验值几 乎完全相同的结果。
以色列化学家阿龙·切哈诺沃(Aaron Ciechanover)、阿夫拉 姆·赫什科(Avram Hershko)和美国化学家欧文·罗斯（Irwin Rose），在20世纪70—80年代发现泛素调节的蛋白质降解，揭示 了泛素调节的蛋白质降解机理，指明了蛋白质降解研究的方向， 成为2004年诺贝尔化学奖获得者。
物理冶金学(绪论,第一章)
二、新材料时代特征
不象以前的各个材料时代，它是一个由多种材料 决定社会和经济发展的时代；新材料以人造为特征； 新材料科学根据我们对材料的物理和化学性能的了解， 为了特定的需要设计和加工而成的。
三、材料的分类
按材料本身的性质分，主要有金属材料、陶瓷材料、 高分子材料、复合材料、液晶材料等。
按材料的作用分，有结构材料和功能材料。
第二节、典型金属的晶体结构n晶体结构
指晶体中质点（原子、分子等）排列的具体方式 , 属于同一种空间点阵的几种晶体结构形式。
☆金属的三种典型晶体结构 ☆晶体中原子的堆垛方式 ☆晶胞中的原子数 ☆点阵常数与原子半径R的关系 ☆晶带 ☆六方晶系的晶面指数与晶向
指数
☆晶面间距
一、金属的三种典型晶体结构
☆ ☆ ☆
面心立方 A1或fcc
体心立方 A2或bcc
密排六方 A3或hcp 属于简单六方点阵
图 1-11 面心立方晶胞 图 1-10 体心立方晶胞
二、晶体中原子的堆垛方式
☆ ☆ ☆
密排六方：密排面为（0001） ABABAB……
n面心立方：密排面为{111} ABCABCABC…… 体心六方：密排面为（100） ABABAB
☆晶胞参数：晶胞三条
棱边的边长a、b、c及晶 轴之间的夹角α、β、γ 称为晶胞参数。
☆基矢：a 、 b 、c
任一阵点的位臵： ruvw=Ua+Vb+Wc U、V、W：阵点坐标
四、七大晶系和十四种空间点阵
☆ 晶 系：根据晶胞的外形，即棱边长度之间的关系
和晶轴夹角的情况,将晶体分为七大晶系。
晶系、晶轴长度和夹角，例： 三斜 a≠b≠c α≠β≠γ≠90o K2CrO7 单斜 a≠b≠c α=γ=90o≠β β-S 正交 a≠b≠c α=β=γ=90o α-S 六方 a1=a2=a3≠c α=β=90o γ=120o Zn 菱方 a=b=c α=β=γ≠90o As， 四方 a=b≠c α=β=γ=90o β-Sn， 立方 a=b=c α=β=γ=90o Fe
材料化学与物理课程设计
材料化学与物理课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解材料化学与物理的基本概念，掌握材料的微观结构与宏观性能之间的关系；2. 学生能描述不同种类材料（如金属、陶瓷、高分子、复合材料）的化学组成、结构与性能特点；3. 学生能运用所学的材料化学与物理知识，解释现实生活中的材料现象。
技能目标：1. 学生具备运用实验方法对材料进行性质测试的能力，并能正确分析实验数据；2. 学生能够运用所学知识，设计简单的材料制备和改性方案；3. 学生能够运用科技文献检索、资料整理等方法，对材料化学与物理领域的热点问题进行初步研究。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习材料化学与物理，培养对科学的热爱和探究精神；2. 学生能够关注材料科学在生活中的应用，认识到材料科学对人类社会的重要性；3. 学生在团队合作中学会互相尊重、沟通协作，培养良好的团队精神和职业道德。
课程性质：本课程为高中学科课程，旨在让学生了解材料科学的基础知识，培养科学素养。
学生特点：高中学生具有较强的逻辑思维能力和实验操作能力，对科学现象充满好奇心。
教学要求：教师应注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，培养学生的创新能力和实践能力。
通过课程目标的分解，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面取得具体的学习成果，为后续的教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 引言：材料科学概述，介绍材料化学与物理的基本概念、研究内容和应用领域。
教材章节：第一章 绪论2. 材料的微观结构与性质：晶体学基础、晶体缺陷、材料的电学、磁学、光学性质等。
教材章节：第二章至第四章3. 常见材料类型：金属、陶瓷、高分子、复合材料的特点、制备方法及应用。
教材章节：第五章至第八章4. 材料性能测试与分析方法：力学性能、热性能、电性能等测试方法，以及实验数据分析。
教材章节：第九章5. 材料制备与改性：化学合成、物理制备、表面改性等方法的原理和应用。
教材章节：第十章、第十一章6. 材料化学与物理在实际应用中的案例分析：如新能源材料、生物医用材料、环境材料等。
《材料物理化学》PPT课件
什么是材料科学？
材料科学是一门以固体材料为研究对象，以固体物理、 热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为理论基础的边 缘交叉基础应用学科，它运用电子显微镜、X-射线衍射、 热谱、电子离子探针等各种精密仪器和技术，探讨材料的 组成、结构、制备工艺和加工使用过程与其机械、物理、 化学性能之间的规律的一门基础应用学科，是研究材料共 性的一门学科。
大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、 硅石、菱镁矿、白云母等）为原料制造的。
3. 有机高分子材料（高聚物）
高聚物是由一种或几种简单低 分子化合物经聚合而组成的分子量 很大的化合物。高聚物的种类繁多， 性能各异，其分类的方法多种多样。 按高分子材料来源分为天然高分子 材料和合成高分子材料；按材料的 性能和用途可将高聚物分为橡胶、 纤维、塑料和胶粘剂等。
特种玻璃（亦称为新型玻璃）是指采用精制、高 纯或新型原料，通过新工艺在特殊条件下或严格控制 形成过程制成的一些具有特殊功能或特殊用途的玻璃。
特种玻璃包括SiO2含量在85%以上或55%以下的硅 酸盐玻璃、非硅酸盐氧化物玻璃（硼酸盐、磷酸盐、 锗酸盐、碲酸盐、铝酸盐及氧氮玻璃、氧碳玻璃等）、 非氧化物玻璃（卤化物、氮化物、硫化物、硫卤化物、 金属玻璃等）以及光学纤维等。
复合材料的种类繁多，目前还没有统 一的分类方法，下面根据复合材料的三要素 来分类。按基体材料分类，有金属基复合材 料，陶瓷基复合材料，水泥、混凝土基复合 材料，塑料基复合材料，橡胶基复合材料等； 按增强剂形状可分为粒子、纤维及层状复合 材料；依据复合材料的性能可分为结构复合 材料和功能复合材料。
0.1.2 根据材料的性能分类
功能材料是具有优良的电学、磁学、光 学、热学、声学、力学、化学和生物学 功能及其相互转化的功能，被用于非结 构目的的高技术材料。
材料化学绪论曾兆华版pdf
材料化学绪论曾兆华版pdf•绪论•材料化学的基础知识•材料化学的研究方法与技术目•材料化学的应用领域与发展趋势•材料化学的挑战与机遇录01绪论材料化学的定义与重要性材料化学的定义材料化学是一门研究材料的制备、组成、结构、性质及其应用的科学。
材料化学的重要性材料化学是材料科学的基础，对于新材料的发现、设计和应用具有重要意义。
同时，材料化学也是化学、物理、工程等多学科交叉的领域，对于推动科学技术的发展具有重要作用。
材料化学的研究对象与任务材料化学的研究对象材料化学的研究对象包括金属、陶瓷、高分子、复合材料等各类材料。
材料化学的任务材料化学的主要任务是探索新材料的制备方法、研究材料的组成与结构、揭示材料的性质与性能之间的关系，以及开发具有特定功能的新材料。
材料化学的发展可以追溯到古代，人们通过经验和试错的方式制造各种材料。
随着科学技术的进步，人们开始运用化学和物理的原理来研究和制造材料，逐渐形成了材料化学这一学科。
材料化学的现状目前，材料化学已经成为一个十分活跃的领域，新材料层出不穷，应用领域不断拓展。
同时，随着计算机模拟和人工智能等技术的发展，材料化学的研究方法和手段也在不断更新和完善。
材料化学的发展历史材料化学的发展历史与现状VS02材料化学的基础知识原子结构与元素周期表原子结构原子由原子核和核外电子组成，原子核位于原子中心，由质子和中子组成，核外电子绕核运动。
元素周期表元素周期表是按照原子序数从小到大排序的化学元素列表。
它将化学元素按照其原子序数（即核内质子数）进行排序，具有相同的电子排布的元素被归入同一族，而具有相同外层电子数的元素则按原子序数递增的顺序排列成周期。
化学键与分子结构化学键化学键是指分子内或晶体内相邻两个或多个原子（或离子）间强烈的相互作用力的统称。
分子结构分子结构，或称分子立体结构、分子、分子几何，建立在光谱学数据之上，用以描述分子中原子的三维排列方式。
分子结构在很大程度上影响了化学物质的性质、色泽、密度、硬度等。
材料学概论1-绪论
材料是人类文明 发展的物质基础
内容：学习材料学的基本知识。主要涉及 到各种材料的组成、结构、性能、应用以 及它们之间的关系。 目的：材料类专业的入门课及专业基础课 之一。了解材料的基本知识，逐步扩大材 料的专业知识面，培养分析和解决有关材 料问题的初步能力。
第一章 绪论
1. 材料的定义与分类 2. 材料的地位和作用 3. 材料学的形成和发展
晶体管小到用 电子显微镜都 难以观察！
第三代半导体材料－宽禁带半导体
SiC, GaN, ZnO 等，半导体是一种宽禁带半导体材 料，是继第一代半导体材料硅（Si）和第二代半导 体材料砷化镓（GaAs）后，发展起来的第三代半导 体材料。 在高技术中，尤其是军用和光电子 领域有优势，可以应用于： 1）高温器件
2）高功率器件
3）高频高速 4）发光与激光
SiC与Si使用范围比较
击穿电压
SiC
电子漂移速度
Si
导热率
使用温度
(使用温度>500 º C)
SiC研究和应用现状
高质量大尺寸的 SiC 晶体几乎被美国 Cree公司垄断。我国生产器件用的SiC 晶体全部依赖进口。 2英寸晶片售价为：500－800美元/片
1927~1937 1937~1966 1966~1975 1975~现在
采矿工程与冶金
采矿与冶金 冶金 冶金与材料科学 材料科学与工程
3.3 材料科学的内容
材料科学的内容可以用一个四面体来表示，也就 是材料科学是研究一种材料的成分（结构）、合
成（工艺）、性质与效能及它们之间的关系。
效能(performance)
2010
2020
在发动机上叶片材料应用的年份
合金晶粒结构的变化（约1970年代）
材料物理化学论文(5篇)
材料物理化学论文(5篇)材料物理化学论文(5篇)材料物理化学论文范文第1篇一、材料物理专业的特色材料物理专业是“讨论各种材料特殊是各种先进结构材料、新型功能材料物理基础、微观结构以及与性能之间关系的基本规律，为各种高新技术材料进展供应科学依据的应用基础学科，是理工融合的学科”[1，2]。
材料物理是物理学与材料科学的一个交叉学科，主要通过各种物理技术和效应，实现材料的合成、制备、加工与应用。
主要讨论范围包括材料的合成、结构、性质与应用；新型材料的设计以及材料的计算机模拟等[3]。
材料物理将理科的学问传授与工科的工程力量培育相结合，使传统材料工艺学与以现代物理学为基础的材料科学相融合，具有“亦工亦理，理工相融”的特点。
二、材料物理化学在材料物理专业中的作用和地位材料物理化学是贵州高校材料物理专业本科生的学位必修课程，这门课程是从物理化学的角度讨论材料科学与工程的基础理论问题，从基础的具有共性的原理及方法来论述各种材料的组成与结构、制备与合成、性能与应用的相互关系。
该门课程的教学目的在于提高同学的专业学问水平，培育同学科学的思维方式和独立的创新力量，以及综合运用基础理论来解决实际问题的力量。
材料物理化学是材料物理专业特别重要的专业基础课，它以高等数学、高校化学、高校物理等理论基础课程为基础。
高等数学是学习物理化学的重要手段和工具，物理化学只有通过数学语言的表达才能成其为真正的科学。
熟悉到高校物理和物理化学中热力学内容的连接，了解高校物理中原子结构学问的介绍，协调好与高校化学中原子结构部分内容的关系，突出重点，避开重复，讲清难点，是材料物理化学教学中值得留意和仔细对待的问题[4]。
材料物理化学同时也是材料物理专业的后续专业课程（材料腐蚀与防护等）的基础课程。
材料腐蚀与防护课程中的金属与合金的高温氧化的热力学部分，就要运用材料物理化学中诸多热力学基本学问，如G-T平衡图和克拉佩龙方程等。
材料物理化学犹如一座桥梁，将材料物理专业的前期基础课与后续专业课联接起来，以完善专业学问的系统与连贯性。
物理化学绪论
2019/12/8
绪论
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§0-３物理化学的研究方法
•统计力学方法：
用概率规律计算出体系内部大量质点微观运动的 平均结果，从而解释宏观现象并能计算一些热力学的 宏观性质。 •量子力学方法：
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绪论
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§0 –1物理化学的目的、内容和任务
Zn+2NH４Cl +2MnO２ = Zn(NO３)２ Cl2 + 2MnOOH
Pb + 2H２SO４+ PbO２ = 2PbSO４ +2H２O
NiOOH + M(H) = Ni(OH)２ + M 照相底片AgBr被感光后引起化学反应，而使图像显示出 来 植物中的叶绿素受光照后，可以把二氧化碳和水合成碳水 化合物 爆炸反应可以起巨大的压力，体积变化等
一、物理化学学科的形成
1．从宏观角度看，化学变化总是包含或 者伴随着各种能量形式的物理现象
例如，各种反应的能量效应（放热或吸热 ）； 电流效应；光效应；压力或体积的变化等
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绪论
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§0 –1物理化学的目的、内容和任务
Ca(NO3)2 .4H2O+Na2SO4.10H2O=CaSO4+2NaNO3+14H2O
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绪论
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§0-5 物理化学和中学化学教学
1、中学化学实验常用到硫酸和乙醇试剂，通常硫酸 的浓度是95-98%，乙醇的浓度是95%，为什么 不是 100%？
2、乙二醇的凝固点是261.7K, 而60%乙二醇的水溶 液的凝固点是224.2K（相差37度）。为什么两者的 凝固点相差这么大？
材料结构表征与应用第一章-绪论-课件
1表面成分分析 （可作深度分析）
2表面能带结构分 析
3表面结构定性分 析与表面化学研究
约0.4~2nm（俄歇 约0.5~2.5nm(金属
电子能量
及金属氧化物)；
50~2000eV范围内） 约4~10nm(有机化
（与电子能量及样 合物和聚合物)。
品材料有关）
1表面能带结构分 析 2表面结构定性分 析与表面化学研究
第一章 绪论
方法或仪器
分析原理
透射电镜（TEM）透射与衍射
检测信号
基本应用
透射电子与衍 射电子
1形貌分析（显微组织、晶体缺陷） 2晶体结构分析 3成分分析（配附件）
扫描电镜（SEM）电子激发二次 电子；电子吸 收和背散射
二次电子、背 散射电子和吸 收电子
电子探针 （EPMA）
电子激发特征X X光子 射线
第一章 绪论
材料分析是通过对表征材料的物理性质或 物理化学性质参数及其变化(称为测量信号或 表征信息)的检测实现的。即材料分析的基本 原理（或称技术基础）是指测量信号与材料成 分、结构等的特征关系。采用各种不同的测量 信号形成了各种不同的材料分析方法。
材料结构的表征（或材料的分析方法）就 其任务来说，主要有三个，即成分分析、结构 测定和形貌观察。
7、拉曼光谱分析：是一种散射光谱分析方法。
第一章 绪论
分析方法
基本分析项目与应用
原子发射光谱分析 （AES）
原子吸收光谱分析 （AAS） X射线荧光光谱分析 （XFS） 紫外、可见（分子） 吸收光谱分析（UV、 VIS）
元素定性、半定量、定量分析。对 于无机物分析是最好的定性、半定 量分析方法。 元素定量分析
约0.4~2.0nm(光 电子能量 10~100eV范围内)。
材料学基础-绪论
本课件全面系统地介绍了材料科学的基本问题， 以金属材料为主，分析金属材料的成分、组织结 构、加工工艺与性能之间的关系及其变化规律， 其主要内容包括：晶体结构、晶体缺陷、塑性变 形、相图、扩散、凝固以及回复再结晶等，着重 于基本概念和基本理论。在此基础上又介绍了陶 瓷材料、高分子材料以及复合材料，为学习和研 究各种材料提供了必要的基础知识。
《材料科学基础》 的地位
学习《材料科学基础》 的意义
《材料科学基础》 的基本概念
绪论
如何学好 《材料科学基础》
《材料科学基础》 的内容
《材料科学基础》的基本概念
材料是指人类社会能接受地，经济地 的制造有用物品的物质。
材料科学是研究材料的成分、组织结构、制备工艺、加工工艺、 材料的性能与材料应用之间的相互关系的科学。材料科学是当 代科学技术发展的基础、工业生产的支柱，是当今世界的带头 学科之一。纳米材料科学与技术是20世纪80年代发展起来的新 兴学科，成为21世纪新技术的主导中心。
实例
材料
强度范 围 MPa 比强度 MPa
压气机叶 压气机 飞机尾翼 硼纤维铝合
片
机匣
金板和管
铝合金
钛合金 碳纤维复合 硼纤维增强
材料
铝合金
150－ 450
350－ 1000－1200 1500（顺 1100 （顺纤维方向）纤维方向）
55－160 80－ 625－750 570 245
美国待升空的航天飞机
材料科学 ：是一门科学，它从事与材料本质的发现、 分析和了解方面的研究，其目的在于提供材料结构的统 一描绘或模型，以及解释这种结构与性能之间的关系。 它包括下面的三个环节，核心是结构和性能。
工艺
材料科学
性能
(2024年)材料化学绪论曾兆华版
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THANKS
感谢观看
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材料化学绪论曾兆华版
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目录
• 绪论 • 材料结构与性能 • 材料制备与加工 • 材料化学分析方法 • 材料的应用与未来发展
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01 绪论
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材料化学的定义与特点
材料化学的定义
材料化学是一门研究材料的制备、组成、结构、性质和应用等各个方面的科学 。
材料化学的特点
材料化学具有多学科交叉性、应用广泛性和创新性等特点。它涉及物理学、化 学、材料科学等多个学科领域，旨在探索和开发具有优异性能的新材料，以满 足不断增长的科技需求。
2024/3/26
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材料化学的研究内容与任务
材料化学的研究内容
材料化学的研究内容包括材料的合成与制备、材料的组成与 结构、材料的物理与化学性质、材料的应用等方面。
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材料的晶体结构
晶体结构的基本概
念
晶体是由原子、离子或分子在三 维空间中周期性排列而成的固体 。晶体结构决定了材料的物理和 化学性质。
晶格与晶胞
晶格是晶体中原子、离子或分子 的排列方式，而晶胞是晶格中最 小的重复单元。晶格常数和晶胞 参数是描述晶体结构的重要参数 。
晶体缺陷
晶体中原子、离子或分子的排列 偏离理想结构的现象称为晶体缺 陷。缺陷对材料的性能有重要影 响，如导致材料强度降低、电学 性能变化等。
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材料化学的研究任务
材料化学的研究任务包括探索和开发新型高性能材料，优化 现有材料的性能，揭示材料性能与微观结构之间的关系，以 及推动材料科学的理论发展等。
物理化学 绪论
(2) 化学反应的速率和机理问题 一化学反应的速率有多大？ 反应是经过什么样的机理进行的？ 外界条件（如温度、压力、光照、浓度、催化 剂等）对反应速率有什么影响？ 怎样才能控制反应进行的速率？ 化学动力学：研究反应的速率和机理问题。
(1) 从宏观到微观 单用宏观的研究方法是不够的，只 有深入到微观，研究分子、原子层次的运动规律，才 能掌握化学变化的本质和结构与物性的关系。 宏观 (看得见的物体) 介观 (纳米材料) 粒子 膜 丝 管 棒 微观 (原子、分子)
纳米
(2) 从体相到表相 在多相体系中，化学反应总是在 表相上进行，随着测试手段的进步，了解 表相反应 的实际过程，推动了表面化学和多相催化的发展。
0.3 物理化学的建立与发展
从燃素说到能量守 恒与转化定律，经历近 两个世纪，物化在十八 世纪开始萌芽。 俄国科学家罗蒙诺 索夫(1711-1765)最早 使用“物理化学”这一 术语。
十九世纪中叶形成： 1887年德籍俄国科学家W Ostwald和荷兰科学家 J H van’t Hoff 合办了第一本“物理化学杂志” (德文） 。
(3) 物质的性质与其结构之间的关系问题 物质的性质从本质上说是由物质内部的结构 所决定的。深入了解物质内部的结构，不仅可以 理解化学变化的内因，而且可以预见在适当外因 的作用下，物质的结构将发生什么样的变化。 结构化学( 物质结构）：从微观角度研究有关反应 的本质问题
0.2 物理化学的研究方法
材料化学习题汇总
材料化学习题汇总材料化学知识要点与习题解答汇总第⼀章绪论1.材料：⼈类社会所能够接受的经济地制造有⽤器件的物质。
（可以⽤来制造有⽤的构件、器件或物品的物质。
）或材料是具有满⾜指定⼯作条件下使⽤要求的形态和物理性状的物质。
2.材料化学：在分⼦结构层次上研究材料的合成、制备、理论，以及分⼦结构和聚集态结构、材料性能之间关系的科学。
3.智能材料：能够随着环境、时间的变化改变⾃⼰的性能或状态⼀类新型功能材料。
4.在先进材料、电⼦信息技术、⽣物技术三⼤未来⾼技术领域中，先进材料中的先进陶瓷和⾼分⼦基质材料将于今后25年内在世界上发挥重⼤作⽤，并可能是美国在国际⽣产和技术竞争中保持强⼒地位的关键技术领域。
5.在第四代材料（可设计材料）中，最具代表性的是复合材料。
6.按照材料的化学组成材料可以分为哪⼏类？答：按照材料化学组成，可以分为⾦属材料、⽆机⾮⾦属材料、有机⾼分⼦材料、复合材料。
7.按照材料的性能材料可以分为哪⼏类？答：按照材料的性能，可以分为（结构材料）和（功能材料）。
8.材料的结构分为哪⼏个层次？请举例说明。
答：材料的有效性总体上可以分为分⼦结构、分⼦聚集态结构和构成材料的外形结构等三个层次。
分⼦结构：属于原始基础结构，决定材料所具有的潜在功能；分⼦聚集态结构：决定材料所具有的可表现的实际功能；构成材料的外形结构：决定材料具有某种特定的有效功能。
例如贝克，贝壳的基本性质由构成它的碳酸钙和多糖基质（材料的分⼦结构）的结构决定，但⼆者通过有序组装（材料的聚集态结构）构成的复合材料决定了它的基本材料性质。
⽽且只有当这种材料构成⼀定的壳状结构（材料的外形结构）时，它才能起到贝壳的作⽤。
9.何为材料科学研究的四要素？答：材料科学研究的四要素是指材料的“基本性质”、“结构与成分”、“合成与加⼯”、“使⽤性能”。
基本性质：主要指材料的物理和化学性能等，⽤以确定材料功能特性和效⽤的描述；结构与成分：主要指材料的化学组成，物理和化学结构，⽤以确定制造每种特定材料所采取的合成和加⼯的结果；合成与加⼯：主要指建⽴原⼦、分⼦和分⼦团的新排列，在所有尺⼨上（从原⼦尺⼨到宏观尺⼨）对结构的控制，以及⾼效⽽有竞争⼒地制造材料和零件的演变过程；使⽤性能：主要指材料固有性质同产品设计、⼯程能⼒和⼈类需求相融合要⼀起的⼀个要素。
高分子化学与物理-第1章-绪论
涂料与粘合剂
01
涂料是一种能够涂覆在物体表面 并形成保护膜的高分子材料，具 有装饰和保护作用。
02
粘合剂是一种能够将两个物体粘 结在一起的物质，广泛应用于建 筑、机械、电子等领域。
05
高分子化学与物理的未来发展
高分子材料的绿色化
高分子结晶学
高分子结晶的结构与形态
01
描述高分子结晶的结构特点，以及不同形态的高分子结晶的形
成机制。
高分子结晶的成核与生长
02
研究高分子结晶的成核和生长过程，以及成核剂和生长因子对
高分子结晶形成的影响。
高分子结晶的动力学与热力学
03
探讨高分子结晶的动力学和热力学性质，如结晶速率、晶体熔
点和热稳定性等对高分子结晶性质的影响。
高分子化学与物理-第1章绪论
• 绪论 • 高分子的基本概念 • 高分子化学与物理的基本理论 • 高分子材料 • 高分子化学与物理的未来发展
01
绪论
高分子化学与物理的定义
01
02
03
高分子化学
研究高分子化合物的合成、 反应、结构和性能的化学 分支。
高分子物理
研究高分子物质的结构、 运动和转变的物理分支。
塑料的回收和再利用是当前研究的热 点，旨在减少环境污染和资源浪费。
橡胶
01
02
03
04
橡胶是一种具有高弹性和耐摩 擦性能的高分子材料，常用于 制造轮胎、密封件、减震器等
。
天然橡胶主要来源于橡胶树， 而合成橡胶则是由多种单体聚 合而成，如丁苯橡胶、顺丁橡
胶等。
橡胶的硫化是制造橡胶制品的 重要过程，通过硫化可以使其 具有更好的力学性能和耐久性
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4000BC 金属铸造工艺-人们得到了他们需要的形状。
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
这张埃及古墓壁画 是人类冶金业的最 早纪录之一
3500BC 从矿石中提炼铜-冶金业的黎明
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
青铜：第一种合金
3000BC 青铜的使用-制造合金
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
绪 论 —材料与人类的日常生活
从古到今，材料与人类日常生活密切相关。材料的发 展与进步不断改善与提高人类的生活质量，历史学家早 就按人类使用材料的特点来划分 历史发展的阶段。 远古 时代，人类只能使用天然的石头作为工具，故称之为石 器时代。火的发现使人类多了一种改造自然的武器，人 类对材料的使用由天然材料向人工材料发展，开始了陶 器时代，接着是铜器时代、铁器时代、钢铁时代和新材 料时代（也即信息时代）。 材料与食物、居住空间、能源、信息共同组成了人类 生活的基本资源。
5. 无机材料化学与材料物理和材料工程学的关系
材料科学应包括材料化学、材料 物理和材料工程几个方面
材料物理：主要是研究材料光、电、磁 及机械性能等方面的基本原理和理论。 特点：进行抽象分析，建立模型。 不足：涉及具体材料不够，“有理无物” 材料化学： 发展新颖的材料制备方法。 从组成、结构、成键的方面理解材料 的性能为新材料的涉及奠定基础。 设计合成新型材料。 避免“有物无理”。 “新材料”这一概念在不同的领域的 涵 义不尽相同。
• 生命科学材料
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
• 解决方案之一就是开发填补龋齿的新材料。口腔
中特殊的物理及化学环境对臵入其中的材料是一 个严峻的考验。具体来讲，它需要满足下列要求： 耐口腔中的酸； 低热导率（这对你吃冷饮有好处）； 尽得住数年的咀嚼力； 耐骤冷骤热； 当然还要口感舒适。
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
1980’s 高温超导体，高温超导的革命时代。
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
钛结构自行车架的断面结构
钛钢的焊接
生活中的材料科学
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
1832年以来美国牙科协会一直 使用专用的汞合金，它通常有 下列材料组成： 50% Hg 汞 20% （最少） Ag 银 15% （最多） Cu 铜 15% （最多） Sn 锡 最近有一些病人抱怨口腔中发 生电化学反应会导致金属合金 的分解。
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
燧石，这种容易制成工具的石头，开始了制陶业的发展。
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
5500BC 天然金与铜被用作工具与武器， 开始了人类金属的使用。
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
5000BC 熔炼和锤击改变了铜的性能-材料开始发展
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
绪论－材料的分类
2. 材料的分类
a. 从来源上讲，材料可以分为： 天然的——木材，石料 合成——化学纤维，塑料，金属，陶瓷 半天然——纸张，布料
绪论－材料的分类
高性能陶瓷 化学纤维 钢材
塑料
人工制备材料
人工晶体
布料
材料
按来源分类
木材 石材
砖瓦
纸张
陶器
绪论－材料的分类
从组成角度
无机——高性能结构陶瓷，功能陶瓷，石料等 有机——木材，涂料，化纤，纸张等
2. 材料的分类
高性能陶瓷
化学纤维 钢材
纸张
按化学组成分类
有机材料
布料
材 料
无机材料
陶器 人工晶体
塑料
木材
石材
砖瓦
绪论－材料和人类社会发展的关系
3. 材料和人类社会发展的关系
1000 1200 1500 1700 1900 1950 1980 1990 2000 2010
43% 18%
9.1% 6.9% 3.6% 3.6% 3.9%3.9%3.8%3.7%
• 航空材料
718合金被广泛的用 于制造飞机发动机的压 缩机、叶片及紧固件。 图示为GE 90-92B 发动机 在车间起重机上接受最 后的检查。这种发动即 将装备在新型的波音777 客机上。
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
• 复合材料
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
• 未来汽车
汽车由于种种原因在不断发展：燃料短缺，空气污染，全 球危机——所有这些都迫使政府对汽车行业加以控制。但是一 些汽车制造商已能依仗自力，主动参与到革新重。福特2000与 西纳给2010这两款由材料工程师设计的汽车将成为未来交通工 具。材料科学领域给推进系统（包含内燃，气体涡轮机，及燃 料电池等混合电气系统）带来发展。铝合金工艺及低阻缆线等 领域的进展将使未来汽车行驶的更远，热耗减少，噪音也将比 现在的汽车更小。
绪论－本课程的重点
以无机功能和结构材料为主，介 绍制备方法、分析手段、结构与性能 之间的关系，结合各类材料的最新发 展趋势，介绍学科前沿动态。
基本内容
绪论 无机材料的制备方法 常用材料分析测试方法 无机材料的结构和电子结构 相平衡与相变 陶瓷材料－结构陶瓷和功能陶瓷 发光材料 生物无机材料
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
高强钢：这类金属将是未 来汽车的中坚力量。近来， 钢铁工业已经开发出一种 汽车用钢，比原先的轻24%， 而强度高34%。新型钢材的 优点是： 高撞击能量吸收率； 高强度-质量比； 实用新型制造工艺； 可以有多种不同性能(寿命、 防锈等）。
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
BaFCl结构
5. 无机材料化学与材料物理和材料工程学的关系
化学与材料科学所关心问题的异同
1965年，Kiss研究了BaFCl:Sm3+的荧光性质
1975年，Philips公司发现BaFCl:Eu2+是一种性能优良的X-射线 荧光材料,可以取代CaWO4用于X-射线增感屏
1983年，日本富士公司发现BaFCl:Eu2+是一种X-射线存储材 料，可以制成X-射线数字图像仪 化学 – 本征性质（内禀，intrinsic); 材料 – 非本征性质（外赋，extrinsic)
材料化学与物理
焦 桓
陕西师范大学化学与材料科学学院 E-mail: jiaohuan@
绪 论
1. 什么是材料？ 原料中取得生产物质的原料。 材料是制成成品的东西。
绪 论
a. 高分子材料——上个世纪三十年代发现，当时美国的产量 2 万吨。它的应用范围也有极大的局限性，但是到了八十 年代，其产量为 2000 多万吨。五十年间增加了 100 倍， 按体积计算已超过所有尽是材料的总和。 b. 半导体材料——它的发展是近几十年来材料科学发展的另 一个缩影，从五十年代开始发展，现在已成为工业和科学 技术的基础性材料。从工农业生产到科学研究，从人们的 日常生活到文化娱乐，社会管理，甚至战争都可以看到半 导体材料的缩影。
5. 无机材料化学与材料物理和材料工程学的关系
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 化学与材料科学所关心问题的异同
1842年，Berzelius研究BaF2溶解
性发现
BaF2 + Cl- → BaFCl↓+ F 1932年， X-射线确定晶体结构四 方晶系， 空间群为 P4/mmm 性质：无色透明层状（片状）晶体 化学性质稳定，不溶于水和 稀酸 从化学角度上讲，对BaFCl的认识 已比较完善，但从材料角度讲，还没 有开始。
1450BC 铁的发现
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
廉价的冶铁业
1500AD 炼铁的需要促使了鼓风机与熔炉的发明
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
1855AD Henry Bessemer拥 有钢铁冶炼的专利-当代 钢铁冶炼的出现。他的方 法使钢铁制品性能大大改 观而成本也降低不少。
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
更高的超导转变温度，实用化。
三基色荧光粉
微波介电陶瓷
白色发光二极管
超导体悬浮
绪论－材料化学、材料物理与材料工程
的联系与区别
材料科学包括材料化学、材料物理和材料工程，是
一门交叉科学。 材料物理——材料的内禀性质（Intrinsic Properties）, 决定与材料的组成和晶体结构，而与材料的制备过 程无关。 材料化学——材料的外赋性质（Extrinsic Properties）， 它不仅决定与材料的组成和晶体结构，而且与晶体 尺寸、缺陷、杂质和共生相，以及材料的合成和处 理方法有关。
绪论－参考书目
固体化学 及其应用
A.R. West
材料 化学 材料 物理
材料科学
材料 工程
材料科学与各学科的关系
材料工程： 材料制备工艺（包括组 成，制备条件）的优化 材料在具体器件和设备 中的应用
5. 无机材料化学与材料物理和材料工程学的关系
材料科学应包括三个学科是相互交叉、相互补充、相互 促进的。本课程以材料化学方面的知识为主，同时涉及 材料性质产生的物理机理以及材料在工程方面应用。 本课程涉及的范围
4. 材料科学在现代社会中的作用
科技、生产、生活对材料的新要求
现代化的建筑和现代化的室内装修要求优质的新型建筑材料 新型的显示技术和照明技术要求性能优良的新型荧光材料 高密小型电池及燃料电池要求新型电极材料和电解质材料 高密度的新型信息存储器件对磁性材料有新的要求
通讯技术要求光纤的衰减更小中继距离更长。放大材料。
1886AD 电化学方法冶 炼铝-使铝成为一种常
用金属。
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
1939 尼龙的商业发展，高分子材料发展的关键时期
绪论—材料是人类社会进步的里程碑
1950’S 高温合金的发展， 掺镍合金促进了喷气发动机的发展。
绪论—材料是人类社会进步的里程碑