四大材料(北京化工大学).ppt

四大材料各自的特征四大材料各自的特征及不同功能的内在机理及不同功能的内在机理四大材料四四大大材材料料金属材料金属材料无无机非金属材料机非金属材料高分子材料高分子材料复复合材料合材料金属材料定义：由金属原子堆砌而成的材料特点：金属原子的原子核较重，核外电子云较多，原子最外层电子较少，处于自由运动状态，当金属原子相互靠近而产生相互作用时，都易失去最外层电子而成为离子。金属原子之间以金属键相互作用，三维空间有序排列。一 金属材料的特点1金属光泽金属光泽，当可见光照到金属表面时，价电子吸收光子的能量发生跃迁，光子不能通过金属，使其表现为不透明，宏观上表现为金属光泽。2导电性导电性，由于自由电子的存在，且金属的价带导带重叠，电子很容易受到激发从价带跃迁到导带，因而金属是很好的导体。3导热性导热性，离子的振动和电子的运动使之具有导热性。4机械性能机械性能：a 高强度高强度，由于金属键的存在，使金属具有较高的强度。b 塑性塑性，金属晶格中位错的运动使之具有良好的延展性和抗冲击性。无机非金属材料定义：是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。特点：在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。无机非金属材料传统无机非金属材料：水泥、玻璃、陶瓷等。新型无机非金属材料绝缘材料、压电材料、磁性材料、光学材料、高温结构陶瓷材料、无机非金属材料的功能特性由于无机非金属材料的内部是由比金属键作用更强的离子键和混合键组成的，所以物质内部作用效果更强，稳定性更好，使得无机非金属材料具有耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀等特点。新型无机非材料：耐高温强度高高温结构陶瓷电学特性半导体材料光学特性光导纤维生物特性人造骨骼人造牙齿等 高分子材料定义：高分子材料是由相对分子质量较高 的化合物构成的材料。从行业角度分四类：塑料、橡胶、纤维、涂料从聚合机理分：连锁聚合、逐步聚合从聚合方法分：本体、溶液、悬浮、乳液聚合高分子材料的功能特性1 原子由共价键相连，分子量大，具有高度饱和性。2 键的位置不能随意移动，较易断裂，分子间范德华力作用强度较低，拉伸时可以改变链的构象，当外力撤除时可以回复到稳定构象，具有多弹性。3 熔融时分子链互相缠结，致使分子链段运动困难，因而粘度很高。高分子材料的功能特性4 结构规整的聚合物分子链可以在适当条件下结晶，远程序差，存在熔限。高分子材料独特的结构和易改性、易加工特点，使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能，从而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个领域，并已成为现代社会生活中衣食住行用各个方面不可缺少的材料。复合材料定义：复合材料是指那些含有多个组分，且不同的组分有机地结合在一起、具有新的材料性能的新材料特点：典型的复合材料是在一个特定的基体中填充有一种或多种填充体既能保留原组分或材料的主要特色，并通过复合效应获得原组分所不具备的性能；可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得新的优越性能复合材料增强体（结构复合材料）基体+功能体（功能复合材料）分类：无机非金属基复合材料金属基复合材料聚合物基复合材料。复合材料的功能特性影响复合材料性能的主要方面有基体：金属、非金属、聚合物填料：纤维、功能填料等界面效应复合材料必须通过对组分的选择、各组分分布设计和工艺条件的控制等，以期保证原组分材料的优点相互补充，同时利用复合材料的复合效应使之出现新的性能，最大限度地发挥复合的优势。复合材料的功能特性1 比强度和比模量高。2 通过纤维的抹除和断裂吸收能量使其具有优异的力学性能。3 耐化学腐蚀性好，电性能热性能好。4 层次强度低，易分层破坏，属脆性材料。5 具备各向异性的性能及与之相关性能的可设计性。总之不同材料具有不用的功能特性，这些都是由组成材料的单元以及单元之间的作用决定的。复合材料作为一种新型材料，可以有效地实现不同材料之间的功能互补。关于复合材料的研究对材料的发展起着非常重要的作用 谢谢观看谢谢观看四大材料如何相互促进及主要途径和思想四大材料间差异1金属金属：晶体，研究金属材料要研究晶体结构、晶格晶系、晶体缺陷等，可以借助于光学显微镜观察细微组织。X射线测定金属和合金内部各相的晶体结构。化学性质研究其组成、不同温度的相结构、耐腐蚀性、杂志含量等。力学性质研究其拉伸、韧性、耐疲劳、硬度以及蠕变。2高分子材料：高分子材料：不同的聚合物有不同的研究方法，膨胀计、DSC测Tg，比热/比体积测Tm，GPC测分子量。高分子材料要研究的化学性质包括组成、结晶度、分子量及分布、阻燃性、晶体结构、耐化学腐蚀性。力学性质包括拉伸性质、抗冲击性、压缩性质、模量。3陶瓷材料：陶瓷材料：为晶体，除要研究晶格晶系、缺陷外还要研究陶瓷的孔隙度、表观体积、真实体积，硬度可以用邵氏硬度计测，冲击强度用简支梁和悬臂梁测量。研究其化学组成、孔隙度、颗粒尺寸、耐腐蚀性。力学性质包括压缩性质、韧性和热冲击性。4复合材料：复合材料：研究增强相和基体，棒状增强体对复合材料的增强效果。化学性质研究包括组成、基体/增强体的结合、增强体的化学本质。力学性质包括拉伸性质、压缩性质、韧性和蠕变。如何相互促进根据上述这四种材料的不同特性及研究方法可以得出材料的发展是主要利用其材料的特性。各种材料性质相互补才能最终符合人类的应用。随着科学的进步和现实的需要，单一材料已经不能满足人们的需要，因而在今后一段或者是很长的时间里，材料终将会以多元复合作为主导，以达到各种性能的组合最佳状态。先进技术的发展不仅仅是设计的完美更在于使用的先进 材料更好的运用仿生学四大材料对我们的启示重点突出，全面进步是必然重点突出，全面进步是必然（1）在以复合材料的合成与应用为主题的今天，我们除了要在既定的聚合物中添加既有复合，也应该同时合成更多的聚合物以及不同结构和官能团的添加小分子，以健全材料体系的完备性。（2）学科间、领域间相互渗透相互促进更加有利于整体科学水平的提高。（3）科学应该紧跟数学步伐，朝着科学的量化、定理化，而非当今主要的经验式的、表述性的科学。启示健全理论体系是保障健全理论体系是保障 现今相关文献资料、以及琐碎的知识点已经非常丰富，但显得凌乱。这就需要在已有成果的基础上，有更多的杰出的科学家对该领域进行实际意义上的总结，尽量使后人较快较容易较全面地接受到前人的成果，从而为复合材料的最终研究与制备提供理论上的指导，好开展进一步的工作。总结 当今社会，材料科学与工程的发展越来越倾向于吸收各种材料的优点，一些梯度材料将会迅速发展起来，将金属与非金属，金属与高分子等结合起来，增加他们的结合力，达到四大材料的并合。这样可以使我们的材料更能符合人们的意愿。