工程化学教程-第三章-物质的结构和材料的性质课件.ppt

第3章物质的结构和材料的性质l2.1 核外电子运动的状态核外电子运动的状态|学习要求明确核外电子运动的基本特征，理解微观粒子的基本性质（波粒二象性）；了解波函数表达的意义，理解原子轨道、电子云的含义；了解四个量子数的符号和表示的意义；l一一、电子运动的特征、电子运动的特征1.波粒二象性波粒二象性20世纪初，爱因斯坦提出了质能转换关系：世纪初，爱因斯坦提出了质能转换关系：E=mc2 由于由于 E=hv c=v hv=mc2=mc v 所以所以 =h/mc=h/p 式中，式中，c 为光速为光速,h为普朗克常数，为普朗克常数，h=6.626 10-34J/s,p为光子的动量为光子的动量电子的波粒二象性电子的波粒二象性？光的光的波、粒二象性揭示了光被人们忽略的另一面，反波、粒二象性揭示了光被人们忽略的另一面，反之，微观粒子是否也具有被忽视的另一面，即波动性质之，微观粒子是否也具有被忽视的另一面，即波动性质呢？呢？德德布罗意布罗意(de Broglie)提出微观粒子也具有波的提出微观粒子也具有波的性质，并假设：性质，并假设：=h/mv 式中，式中，为粒子波的波长；为粒子波的波长；v为粒子的速率，为粒子的速率，m为粒为粒子的质量子的质量19271927年，粒子波的假设被年，粒子波的假设被电子衍射电子衍射实验所证实。实验所证实。图图5.1 电子衍射示意图电子衍射示意图定向电子射线定向电子射线晶片光栅晶片光栅衍射图象衍射图象2.电子能量分布的不连续性、空间位置的概率性电子能量分布的不连续性、空间位置的概率性和能量变化的量子化特征和能量变化的量子化特征660nm435nm487nm狭缝狭缝电子束电子束氢氢放放电管电管 棱镜棱镜 式中，式中，为波数（频率的倒数），为波数（频率的倒数），R为为常数，常数，n1、n2必须是正整必须是正整数且数且n1 诱导力诱导力表表6.86.8 一些物质的分子间作用能一些物质的分子间作用能分子分子E(取向取向)E(诱导诱导)E(色散色散)E(总总)(kJmol-1)(kJmol-1)(kJmol-1)(kJmol-1)Ar0.0000.0008.498.49CO0.0030.0088.748.75HI0.0250.11325.825.9HBr0.6860.50221.923.1HCl3.301.0016.821.1NH313.31.5514.929.8H2O36.31.928.9947.2分子间力对物质物理性质的影响分子间力对物质物理性质的影响 一般来说,结构相似的同系列物质相对分子质量越相对分子质量越大大,分子变形性越大分子变形性越大,分子间力越强，熔、沸点越高分子间力越强，熔、沸点越高表表6.9 稀有气体的溶沸点、溶解度与极化率的关系稀有气体的溶沸点、溶解度与极化率的关系10-40Cm2V-1熔点熔点沸点沸点溶解度溶解度H2O乙醇乙醇丙酮丙酮He0.225-272.2-268.90.1370.5990.684Ne0.436-248.67-245.90.1740.8571.15Ar1.813-189.2-185.70.4146.548.09Kr2.737-156.0-152.70.888Xe4.451-111.9-1071.94Rn6.029-71-61.84.14211.2254.9(10-40Cm2V-1)1.655.897.333.氢键氢键同种分子间的氢键同种分子间的氢键 F F H H H H F F F 163pm140255pm不同种分子间的氢键不同种分子间的氢键 H HHN HO H或或 H HHNH OH通式通式：XHY如如分子内的氢键分子内的氢键H O O N O硝酸硝酸O O N H O邻硝基苯酚邻硝基苯酚分子内氢键由于受环状结构的限制，分子内氢键由于受环状结构的限制，XHY往往不往往不在同一直线上在同一直线上氢键的强度氢键的强度可用氢键键能表示可用氢键键能表示 即每拆开即每拆开1mol H Y 1mol H Y 键所需键所需的能量的能量通式通式：XHY氢键键能氢键键能一般一般 42kJ mol 1，远小于正常共价键键远小于正常共价键键能，与分子间力差不多能，与分子间力差不多如如:H2O 氢键键能为氢键键能为18.83 kJ mol 1，OH键能为键能为463 kJ mol 1 氢键具有饱和性和方向性氢键具有饱和性和方向性氢键形成对物质性质的影响氢键形成对物质性质的影响 熔、沸点熔、沸点 分子间的氢键存在使熔、沸点升高，如分子间的氢键存在使熔、沸点升高，如HF、H2O、NH3；分子内的氢键存在使熔、沸点降低；分子内的氢键存在使熔、沸点降低；表表 几种硝基苯酚的熔点几种硝基苯酚的熔点物质物质氢键氢键熔点熔点邻硝基苯酚邻硝基苯酚分子内分子内4545间位硝基苯酚间位硝基苯酚分子间分子间9696对位硝基苯酚对位硝基苯酚分子间分子间114114 溶解度溶解度 在极性溶剂中，若溶质和溶剂间存在氢键在极性溶剂中，若溶质和溶剂间存在氢键,则会使则会使溶质的溶解度增大，溶质的溶解度增大，如如HF、NH3在在H2O中的溶解度较大；中的溶解度较大；粘度增大粘度增大 如甘油、磷酸、浓硫酸均因分子间如甘油、磷酸、浓硫酸均因分子间氢键的存在，为粘稠状液体；氢键的存在，为粘稠状液体；密度密度 液体分子间的氢键存在，使分子发生缔合现液体分子间的氢键存在，使分子发生缔合现象；象；如如 nHF (HF)n 缔合缔合1.高分子化合物的结构高分子化合物的结构一级结构一级结构 指高分子链的构造和构型，包括分子指高分子链的构造和构型，包括分子中所含原子的数目、种类以及各原子互相连接的方式和中所含原子的数目、种类以及各原子互相连接的方式和次序，以及立体化学异构。次序，以及立体化学异构。l三三、高分子材料、高分子材料 立体异构立体异构：有规立构；几何立构；旋光立构。：有规立构；几何立构；旋光立构。有规有规立构：等规立构；间规立构；无规立构立构：等规立构；间规立构；无规立构 四种共聚物：无规共聚物；交替共聚物；嵌段共聚四种共聚物：无规共聚物；交替共聚物；嵌段共聚物；接枝共聚物物；接枝共聚物 线型高分子；支链形高分子；网状（交联）高分子线型高分子；支链形高分子；网状（交联）高分子间同立构高分子间同立构高分子全同立构高分子全同立构高分子无规立构高分子无规立构高分子二级结构二级结构 指高分子链由于主链化学键的指高分子链由于主链化学键的内旋转内旋转和和链段的热运动链段的热运动而产生的分子中各原子或基团在空间的而产生的分子中各原子或基团在空间的不同排列形式不同排列形式XZYC1va a.碳链上不带有任何其它原子或基团时，碳链上不带有任何其它原子或基团时，C-C单键旋转单键旋转是没有位阻效应，是没有位阻效应，C-C单键的内旋转完全是自由的。单键的内旋转完全是自由的。vb b.如果我们把如果我们把C1-C2键固定在键固定在Z轴上，则轴上，则（1）的自转的自转（内旋转）将带动（内旋转）将带动（2）的公转，由于有的公转，由于有C-C和和C-C之间之间键角的限制，所以键角的限制，所以（2）的轨迹是个圆锥面，所以的轨迹是个圆锥面，所以C3可可以出现在这个圆锥面的任何位置上。以出现在这个圆锥面的任何位置上。vc c.同理同理（2）的自转，带动的自转，带动（3）的公转的公转，（3）的轨迹的轨迹也是圆锥面，也是圆锥面，C4可以出现在圆锥面的任何位置上。可以出现在圆锥面的任何位置上。vd d.事实上事实上，（1）和和（2）同时自转，所以同时自转，所以（2）和和（3）同时在公转，所以同时在公转，所以，（4）的活动余地就更大了。的活动余地就更大了。ve e.一个高分子有许多单键，每个单键都能内旋转，所以一个高分子有许多单键，每个单键都能内旋转，所以高分子在空间的形态有无穷多个。高分子在空间的形态有无穷多个。一个分子链在无外力作用时会有众多的分子空间一个分子链在无外力作用时会有众多的分子空间形态，绝大部分为卷曲状。高分子链这种强烈卷曲形态，绝大部分为卷曲状。高分子链这种强烈卷曲的倾向称为（分子）链的倾向称为（分子）链的的柔顺性柔顺性，它对高聚物的弹，它对高聚物的弹性和塑性等有重要影响。性和塑性等有重要影响。v内旋转完全自由的内旋转完全自由的C-C单键是不存在的，因为碳键单键是不存在的，因为碳键上总要带有其它原子或基团，当这些原子或基团充上总要带有其它原子或基团，当这些原子或基团充分接近时，电子云之间将产生斥力使单键的内旋转分接近时，电子云之间将产生斥力使单键的内旋转受到阻力，受到阻力，所以高分子的形态（构象）也不可能是所以高分子的形态（构象）也不可能是无穷多的，而是相当多的无穷多的，而是相当多的三级结构三级结构 高分子化合物的聚集状态结构高分子化合物的聚集状态结构 从结晶状态来看，线型结从结晶状态来看，线型结构的高聚物分为构的高聚物分为晶态高聚物晶态高聚物和非晶态高聚物和非晶态高聚物，或者两者或者两者共存。共存。高聚物中结晶性区域称为高聚物中结晶性区域称为结晶区结晶区，非结晶区域称，非结晶区域称非非结晶区结晶区，结晶的多少称，结晶的多少称结晶度（高聚物含晶体结构的质结晶度（高聚物含晶体结构的质量百分数）量百分数）。按聚集态的紧密和规整程按聚集态的紧密和规整程度，聚合物可分为无定形、度，聚合物可分为无定形、介晶（液晶）和结晶三种相介晶（液晶）和结晶三种相态。态。2.高分子化合物的溶解性高分子化合物的溶解性高聚物溶解的两个阶段：高聚物溶解的两个阶段：溶胀溶胀 溶剂分子渗入高聚物内部，使高分子链间产生松溶剂分子渗入高聚物内部，使高分子链间产生松动，并通过溶剂化使高聚物膨胀成凝胶状。动，并通过溶剂化使高聚物膨胀成凝胶状。溶解溶解 高分子链从凝胶表面分散进入溶剂中，溶解形高分子链从凝胶表面分散进入溶剂中，溶解形成均一的溶液。成均一的溶液。一般一般线型线型（包括带支链）的高聚物，在适当的溶剂中常（包括带支链）的高聚物，在适当的溶剂中常可以溶解。可以溶解。如聚苯乙烯（彩色玩具）可溶于苯或甲苯，如聚苯乙烯（彩色玩具）可溶于苯或甲苯，有机玻璃（绘图直尺）可溶于氯仿或丙酮。有机玻璃（绘图直尺）可溶于氯仿或丙酮。但但体型体型高聚时，通常只发生溶胀而不能溶解。高聚时，通常只发生溶胀而不能溶解。溶剂选择的原则是溶剂选择的原则是“相似相溶相似相溶”，极性大的高聚物，极性大的高聚物选用极性大的溶剂；极性小的高聚物先用极性小的溶剂。选用极性大的溶剂；极性小的高聚物先用极性小的溶剂。例如，未硫化的天然橡胶是弱极性的，可溶于汽油、苯、例如，未硫化的天然橡胶是弱极性的，可溶于汽油、苯、甲苯等非极性或弱极性溶剂中。甲苯等非极性或弱极性溶剂中。晶态高聚物一般需将其加热至熔点附近，待晶态高聚物一般需将其加热至熔点附近，待晶态转变晶态转变为非晶态为非晶态后，溶剂分子才能渗入，使高聚物逐渐溶解。后，溶剂分子才能渗入，使高聚物逐渐溶解。相对分子质量大的高聚物，链间作用力大，不利于其相对分子质量大的高聚物，链间作用力大，不利于其溶解。溶解。3.高分子材料的机械性能、电性能高分子材料的机械性能、电性能机械性能：机械性能：拉伸强度拉伸强度、压缩强度、弯曲强度、抗冲击压缩强度、弯曲强度、抗冲击强度等强度等。主要影响因素：主要影响因素：(1)平均分子质量平均分子质量（或平均聚合度）的增大，有利于增（或平均聚合度）的增大，有利于增加分子链间的作用力，可使拉伸强度与冲击强度等有所加分子链间的作用力，可使拉伸强度与冲击强度等有所提高。提高。强度强度：天然橡胶（：天然橡胶（M r=20万）万）丁苯橡胶（丁苯橡胶（M r=45万）万）(2)极性取代基或链间能形成氢键时极性取代基或链间能形成氢键时，能增加分子链之，能增加分子链之间的作用力而提高其强度。间的作用力而提高其强度。拉伸强度拉伸强度:聚氯乙烯聚氯乙烯(含极性基团含极性基团-Cl)聚乙烯聚乙烯 (3)适度交联适度交联有利于增加分子链之间的作用力。有利于增加分子链之间的作用力。如聚乙烯交联后，冲击强度可提高如聚乙烯交联后，冲击强度可提高34倍。倍。(4)在在结晶结晶区内分子链区内分子链排列紧密有序排列紧密有序，可使分子链之间，可使分子链之间的作用力增大，机械强度也随之增高。的作用力增大，机械强度也随之增高。机械强度机械强度:高结晶聚乙烯高结晶聚乙烯 低结晶聚乙烯低结晶聚乙烯(5)主链含苯环或侧链引入芳环、杂环取代基主链含苯环或侧链引入芳环、杂环取代基等的高聚等的高聚物，其强度和刚性比含脂肪族主链的高聚物的要高。物，其强度和刚性比含脂肪族主链的高聚物的要高。强度强度：芳香尼龙芳香尼龙(如芳纶如芳纶-1313)普通尼龙普通尼龙电绝缘性和抗静电性电绝缘性和抗静电性高分子化合物通常以共价键结合，一般不存在自由电高分子化合物通常以共价键结合，一般不存在自由电子和离子，因此子和离子，因此高聚物通常是很好的绝缘体高聚物通常是很好的绝缘体，可作为，可作为绝缘材料。绝缘材料。高聚物的极性越小，其绝缘性越好。高聚物的极性越小，其绝缘性越好。极性高聚物极性高聚物 分子链节结构不对称的高聚物，如聚分子链节结构不对称的高聚物，如聚氯乙烯，聚酰胺等。氯乙烯，聚酰胺等。非极性高聚物非极性高聚物 分子链节结构对称的高聚物，如聚乙分子链节结构对称的高聚物，如聚乙烯，聚四氟乙烯等。烯，聚四氟乙烯等。例：例：试比较下列高聚物的电绝缘性：试比较下列高聚物的电绝缘性：聚四氟乙烯聚四氟乙烯聚氯乙烯聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯分子的极性可用相对介电常数分子的极性可用相对介电常数衡量，通常非极性高衡量，通常非极性高聚物的聚物的2，弱极性或中等极性高聚物的弱极性或中等极性高聚物的24，强极强极性高聚物的性高聚物的4。表表7.2 7.2 常见高聚物的相对介电常数常见高聚物的相对介电常数高聚物高聚物 高聚物高聚物 聚四氟乙烯聚四氟乙烯 2.0 聚氯乙烯聚氯乙烯 3.23.6 聚丙烯聚丙烯 2.2 聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸甲酯甲酯 3.33.9 低密度聚乙烯低密度聚乙烯 2.252.35 硅树脂硅树脂 2.754.20 高密度聚乙烯高密度聚乙烯 2.302.35 尼龙尼龙66 66 4.0 聚苯乙烯聚苯乙烯 2.453.10 酚醛树脂酚醛树脂 5.0 6.5 电绝缘材料的高聚物可分为：电绝缘材料的高聚物可分为：（1）链节结构对称且无极性基团链节结构对称且无极性基团的高聚物，如聚乙烯，的高聚物，如聚乙烯，聚四氟乙烯，对直流电和交流电都绝缘，可用作高频电聚四氟乙烯，对直流电和交流电都绝缘，可用作高频电绝缘材料。绝缘材料。（2）无极性基团，但链节结构不对称的高聚物无极性基团，但链节结构不对称的高聚物，如聚，如聚苯乙烯，天然橡胶等，可用做中频电绝缘材料。苯乙烯，天然橡胶等，可用做中频电绝缘材料。（3）链节结构不对称且有极性基团的高聚物链节结构不对称且有极性基团的高聚物，如聚氯，如聚氯乙烯，聚酰胺，酚醛树指等，可用做低频或中频电绝乙烯，聚酰胺，酚醛树指等，可用做低频或中频电绝缘材料。缘材料。4.4.高分子材料分类高分子材料分类多种分类方法，按性能分为：多种分类方法，按性能分为：塑料、橡胶和纤维塑料、橡胶和纤维三大三大类；按结构分：类；按结构分：碳链、杂链和元素有机高分子碳链、杂链和元素有机高分子；按功按功能分：能分：通用高分子、特殊高分子、功能高分子、仿生通用高分子、特殊高分子、功能高分子、仿生高分子、医用高分子高分子、医用高分子等；各种材料间无严格的界限。等；各种材料间无严格的界限。塑料组成：合成树脂（塑料组成：合成树脂（40-100%40-100%）、填料、增塑剂、）、填料、增塑剂、稳定剂、着色剂、发泡剂等稳定剂、着色剂、发泡剂等 六大通用塑料：六大通用塑料：PE,PP,PVC,PS,PE,PP,PVC,PS,酚醛树脂，氨基塑料酚醛树脂，氨基塑料 塑料特点：热缩性（加热软化成粘稠流体，可塑制成塑料特点：热缩性（加热软化成粘稠流体，可塑制成型，再型，再加热又可软化重塑），加热又可软化重塑），与热固性（加热不软化，与热固性（加热不软化，不熔融不溶解）不熔融不溶解）塑塑 料料橡胶橡胶 橡胶是高弹性的轻度交联的线型高分子化合物，在宽氛围内处橡胶是高弹性的轻度交联的线型高分子化合物，在宽氛围内处于高弹态于高弹态 天然橡胶：聚异戊二烯，人工合成橡胶可赋予耐酸、耐碱、耐天然橡胶：聚异戊二烯，人工合成橡胶可赋予耐酸、耐碱、耐油和耐辐射等性能。油和耐辐射等性能。几种橡胶：氟橡胶、硅橡胶、顺丁橡胶几种橡胶：氟橡胶、硅橡胶、顺丁橡胶纤维纤维分为：天然纤维、化学纤维（人造纤维和合成纤维）分为：天然纤维、化学纤维（人造纤维和合成纤维）合成纤维主要品种：锦纶、涤纶、晴纶、维纶、丙纶等合成纤维主要品种：锦纶、涤纶、晴纶、维纶、丙纶等胶粘剂和涂料胶粘剂和涂料（P106）5.几种重要的高分子化合物几种重要的高分子化合物塑料塑料聚氯乙烯结构式结构式:性能：性能：强极性，绝缘性好，耐酸碱，难燃，具有自熄性。缺点是介电强极性，绝缘性好，耐酸碱，难燃，具有自熄性。缺点是介电性能差，在性能差，在100 120即可分解出氯化氢，热稳定性差即可分解出氯化氢，热稳定性差 用途：用途：制制造造水水槽槽，下下水水管管；制制造造箱箱、包包、沙沙发发、桌桌布布、窗窗帘帘、雨雨伞伞、包装袋；还可做凉鞋、拖鞋及布鞋的塑料底等包装袋；还可做凉鞋、拖鞋及布鞋的塑料底等结构式结构式:聚四氟乙烯聚四氟乙烯性能：性能：耐酸碱，耐腐蚀，化学稳定性好，耐寒，绝缘性好，耐磨。缺耐酸碱，耐腐蚀，化学稳定性好，耐寒，绝缘性好，耐磨。缺点是刚性差点是刚性差 用途：用途：可用作高温环境中化工设备的密封零件，无油润滑条件下作可用作高温环境中化工设备的密封零件，无油润滑条件下作轴承、活塞等，还可做电容器、电缆绝缘材料轴承、活塞等，还可做电容器、电缆绝缘材料 结构式结构式:性能：性能：坚硬、耐高温、良好的机械性能、电绝缘性好、韧性好、抗坚硬、耐高温、良好的机械性能、电绝缘性好、韧性好、抗冲击性好、透明度高冲击性好、透明度高 用途：用途：制造继电器盒盖，计算机和磁盘的壳体、荧光灯罩、汽车及透制造继电器盒盖，计算机和磁盘的壳体、荧光灯罩、汽车及透明窗的玻璃等明窗的玻璃等聚碳酸酯（透明金属）聚碳酸酯（透明金属）ABS塑料塑料结构式结构式:性能：性能：无毒、无味，易溶于酮、醛、酯等有机溶剂。耐磨性、抗冲无毒、无味，易溶于酮、醛、酯等有机溶剂。耐磨性、抗冲击性能好击性能好 用途：用途：用于家用电器、箱包、装饰板材、汽车收音机等零部件用于家用电器、箱包、装饰板材、汽车收音机等零部件 橡胶橡胶 天然橡胶天然橡胶天然橡胶其化学组成是天然橡胶其化学组成是聚异戊二烯聚异戊二烯有有顺式顺式与与反式反式两种构型，它们两种构型，它们的结构简式分别为：的结构简式分别为：顺式顺式 反式反式 顺式顺式-1,4-1,4-聚异戊二烯聚异戊二烯适合做橡胶，其分子结构具有三个特点：适合做橡胶，其分子结构具有三个特点：（1）分子链的）分子链的柔顺性柔顺性较好较好（2）分子链间仅有较）分子链间仅有较弱弱的作用力的作用力（3）分子链中一般含有容易进行）分子链中一般含有容易进行交联交联的基团（如含不饱和双的基团（如含不饱和双键）键）丁苯橡胶丁苯橡胶结构式结构式:性能：性能：耐水，耐老化性能，特别是耐磨性和气密性好。缺点是不耐耐水，耐老化性能，特别是耐磨性和气密性好。缺点是不耐油和有机溶剂，抗撕强度小油和有机溶剂，抗撕强度小 用途：用途：为合成橡胶中最大的品种（约占为合成橡胶中最大的品种（约占50%50%），广泛用于制造汽车轮），广泛用于制造汽车轮胎，皮带等；与天然橡胶共混可作密封材料和电绝缘材料胎，皮带等；与天然橡胶共混可作密封材料和电绝缘材料 氯丁橡胶氯丁橡胶结构式结构式:性能：性能：耐油，耐氧化，耐燃，耐酸碱，耐老化，耐曲挠性及气密性耐油，耐氧化，耐燃，耐酸碱，耐老化，耐曲挠性及气密性都很好；缺点是密度较大，耐寒和弹性较差都很好；缺点是密度较大，耐寒和弹性较差 用途：用途：制造运输带、防毒面具，电缆外皮、轮胎、胶粘剂等制造运输带、防毒面具，电缆外皮、轮胎、胶粘剂等 顺丁橡胶顺丁橡胶结构式结构式:性能：性能：弹性、耐老化性和耐低温性、耐磨性，都超过天然橡胶；缺点弹性、耐老化性和耐低温性、耐磨性，都超过天然橡胶；缺点是抗撕裂能力差，易出现裂纹是抗撕裂能力差，易出现裂纹 用途：用途：为合成橡胶的第二大品种（约占为合成橡胶的第二大品种（约占15%15%），大约），大约60%60%以上用于制造以上用于制造轮胎轮胎 纤维纤维合成纤维合成纤维 具有优良的性能，例如强度大、弹性好、耐磨、具有优良的性能，例如强度大、弹性好、耐磨、耐腐蚀、不怕虫蛀等。因而广泛地用于工农业生产和人们日常耐腐蚀、不怕虫蛀等。因而广泛地用于工农业生产和人们日常生活中。生活中。天然纤维天然纤维合成纤维的条件合成纤维的条件 ：1.高聚物必须是高聚物必须是线型结构线型结构，且相对分子质量大小要适当。，且相对分子质量大小要适当。2.必须能够拉伸，这就要求高分子链应具有必须能够拉伸，这就要求高分子链应具有极性或链极性或链间能有氢键结合，或有极性基团间的相互作用间能有氢键结合，或有极性基团间的相互作用 聚对苯二甲酸乙二醇酯聚对苯二甲酸乙二醇酯(涤纶、的确凉涤纶、的确凉)结构式结构式:性能：性能：显著优点是：抗皱、保型、挺括、美观。对热、光稳定性好。显著优点是：抗皱、保型、挺括、美观。对热、光稳定性好。润湿时强度不降低，经洗耐穿，可与其他纤维混纺。年久不会润湿时强度不降低，经洗耐穿，可与其他纤维混纺。年久不会变黄。缺点是不吸汗，而且需要高温染色变黄。缺点是不吸汗，而且需要高温染色 用途：用途：是产量最大的合成纤维，大约是产量最大的合成纤维，大约90%90%作为衣料用（纺织品为作为衣料用（纺织品为75%75%，纺织物为纺织物为15%15%）。用于工业生产的只占总量的）。用于工业生产的只占总量的6%6%左右左右 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维(腈纶、人造羊毛腈纶、人造羊毛)结构式结构式:性能：性能：具有与羊毛相似的特性，质轻，保温性和体积膨大性优良。强具有与羊毛相似的特性，质轻，保温性和体积膨大性优良。强韧（与棉花相同）而富有弹性，软化温度高。吸水率低，不适韧（与棉花相同）而富有弹性，软化温度高。吸水率低，不适宜作贴身内衣。缺点是强度不如尼龙和涤纶宜作贴身内衣。缺点是强度不如尼龙和涤纶 用途：用途：大约大约70%70%作衣料用（纺织物占作衣料用（纺织物占60%60%左右），用于工业生产的只占左右），用于工业生产的只占5%5%左右左右 聚乙烯醇纤维（维纶、维尼纶）聚乙烯醇纤维（维纶、维尼纶）结构式结构式:性能：性能：亲水性好，吸湿率可达亲水性好，吸湿率可达5%，和尼龙相等，与棉花（，和尼龙相等，与棉花（7%）相近。）相近。强度与聚酯或尼龙相近，拉伸弹性比羊毛差，比棉花好强度与聚酯或尼龙相近，拉伸弹性比羊毛差，比棉花好 用途：用途：70%用于工业生产，其中以布和绳索居多。可代替棉花作衣料用于工业生产，其中以布和绳索居多。可代替棉花作衣料用用 聚氯乙烯（氯纶）聚氯乙烯（氯纶）结构式结构式:性能：性能：它的抗张强度与蚕丝、棉花相当，润湿时也完全不变。最大的它的抗张强度与蚕丝、棉花相当，润湿时也完全不变。最大的优点是难燃性和自熄性。缺点是耐热性低、染色不好优点是难燃性和自熄性。缺点是耐热性低、染色不好 用途：用途：几乎都不作衣料用，作过滤网等工业产品约占几乎都不作衣料用，作过滤网等工业产品约占50%50%，室内装饰，室内装饰用占用占40%40%l2.4 晶体缺陷晶体缺陷 陶瓷和复合材陶瓷和复合材料料|学习要求掌握能带理论及对导体、半导体和绝缘体的区分及应用；了解晶体缺陷概念，明确晶体缺陷是无机材料产生结构敏感性的原因；了解陶瓷的结构，了解几类功能陶瓷及它们的应用；了解复合材料的性质和应用；l一一、固体能带理论、固体能带理论1.金属键和固体能带理论金属键和固体能带理论图图 1mol钠原子的钠原子的3s轨道能带轨道能带 充满电子的能带称为充满电子的能带称为满带满带，能量最高的满带称为能量最高的满带称为价价带带，没有电子的能带没有电子的能带称为称为空带空带，能量最低的空带能量最低的空带称为称为导带导带。从满带顶到导带底从满带顶到导带底(或空带底或空带底)的能量间隔很的能量间隔很大大，电子跃迁困难，这个能电子跃迁困难，这个能量间隔称为量间隔称为禁带禁带K一些基本概念一些基本概念 能带理论可以用来说明金属的一些物理性质：如金属能带理论可以用来说明金属的一些物理性质：如金属光泽、导热性、延展性，绝缘体的绝缘性和半导体的导光泽、导热性、延展性，绝缘体的绝缘性和半导体的导电性等；电性等；导体、半导体、绝缘体的能带示意图导体、半导体、绝缘体的能带示意图 本征半导体本征半导体：价带中极少数能量较高的电子能够越：价带中极少数能量较高的电子能够越过禁带而进入导带中，而显出有限的导电能力。过禁带而进入导带中，而显出有限的导电能力。本征半导体掺杂后可以在禁带范围内形成有限的局本征半导体掺杂后可以在禁带范围内形成有限的局部能级。部能级。掺杂半导体掺杂半导体：P P型半导体；型半导体；n n型半导体型半导体 n型半导体型半导体：掺杂的是富电子杂质，多余电子将填入：掺杂的是富电子杂质，多余电子将填入离导带底部很近的能级中，很容易被激发到导带中而离导带底部很近的能级中，很容易被激发到导带中而增加半导体的导电能力，这种局部能级叫增加半导体的导电能力，这种局部能级叫施主能级施主能级。p型半导体型半导体：掺杂的是缺电子杂质，会在离价带顶部：掺杂的是缺电子杂质，会在离价带顶部很近的局部能级中留下一些空穴，因此价带电子容易很近的局部能级中留下一些空穴，因此价带电子容易迁入而增加导电能力，这种局部能级叫迁入而增加导电能力，这种局部能级叫受主能级受主能级。几个术语：几个术语：l二二、晶体缺陷和晶体材料、晶体缺陷和晶体材料1.晶体缺陷晶体缺陷孔穴缺陷孔穴缺陷置换缺陷置换缺陷间充缺陷间充缺陷图图：几几种种不不同同的的晶晶体体缺缺陷陷晶体缺陷对物质物理化学性质的影响晶体缺陷对物质物理化学性质的影响对力学性质的影响对力学性质的影响对电学性质的影响对电学性质的影响对光学性质的影响对光学性质的影响对催化剂性能的影响对催化剂性能的影响人工晶体人工晶体光学晶体；压电晶体；激光晶体光学晶体；压电晶体；激光晶体三、陶瓷材料三、陶瓷材料陶瓷陶瓷：经过高温热处理（烧结）而成的所有无机非金属材料。：经过高温热处理（烧结）而成的所有无机非金属材料。分为分为传统陶瓷和特种陶瓷传统陶瓷和特种陶瓷。传统陶瓷传统陶瓷：以粘土、长石、石英等无机非金属矿物为主要原：以粘土、长石、石英等无机非金属矿物为主要原料烧成的硅酸盐制品。料烧成的硅酸盐制品。特种陶瓷（精细陶瓷）特种陶瓷（精细陶瓷）：以精细的高纯天然无机物或人工合：以精细的高纯天然无机物或人工合成无机化合物为原料，采用精密控制的工艺进行烧结的制品。成无机化合物为原料，采用精密控制的工艺进行烧结的制品。分为：分为：结构陶瓷和功能陶瓷结构陶瓷和功能陶瓷。结构陶瓷结构陶瓷：具有机械功能、热功能和部分化学功能的陶瓷：具有机械功能、热功能和部分化学功能的陶瓷功能陶瓷功能陶瓷：具有光、电、磁、化学和生物特性，且具有相互：具有光、电、磁、化学和生物特性，且具有相互转换功能的陶瓷列为功能陶瓷。包括：转换功能的陶瓷列为功能陶瓷。包括：导电陶瓷、超导陶瓷、导电陶瓷、超导陶瓷、压电陶瓷、半导体陶瓷、电子陶瓷、磁性陶瓷压电陶瓷、半导体陶瓷、电子陶瓷、磁性陶瓷等等陶瓷的组成和结构陶瓷的组成和结构晶相晶相：因烧结温度低于原料的熔点，而使粉体内部基本保持原有：因烧结温度低于原料的熔点，而使粉体内部基本保持原有的组成和晶体结构。决定了陶瓷的刚性、导热性等物理性质。的组成和晶体结构。决定了陶瓷的刚性、导热性等物理性质。玻璃相玻璃相：一种非晶态的低熔点固相，是烧结过程中添加剂与主料：一种非晶态的低熔点固相，是烧结过程中添加剂与主料之间或者主料和粉体之间形成的新相。对制品起粘结作用、填充之间或者主料和粉体之间形成的新相。对制品起粘结作用、填充气孔以及降低烧结温度等，同时也提供一定的韧性。气孔以及降低烧结温度等，同时也提供一定的韧性。晶界相晶界相：为多晶体中晶粒分解处，尺寸为纳米级，其结构对陶瓷：为多晶体中晶粒分解处，尺寸为纳米级，其结构对陶瓷材料性能影响很大。材料性能影响很大。气相气相：陶瓷材料中残余的气孔，可以提高绝热性能，抗冲击能力：陶瓷材料中残余的气孔，可以提高绝热性能，抗冲击能力下降。适当的控制孔的大小、形态和分布可以制成各种陶瓷材料。下降。适当的控制孔的大小、形态和分布可以制成各种陶瓷材料。陶瓷的性能：陶瓷的性能：耐高温、良好的绝缘性、可赋予功能性；不易耐高温、良好的绝缘性、可赋予功能性；不易变形，但脆；韧性低变形，但脆；韧性低四、复合材料四、复合材料复合材料复合材料：将两种两种以上性质截然不同的物质加以：将两种两种以上性质截然不同的物质加以优化组合而成的一种多相固体新材料。分优化组合而成的一种多相固体新材料。分基体和增强基体和增强体体两组分两组分 微晶玻璃微晶玻璃：加晶核剂的特定组成的玻璃，在控制：加晶核剂的特定组成的玻璃，在控制条件下进行晶化处理，形成微晶均匀分散在玻璃相条件下进行晶化处理，形成微晶均匀分散在玻璃相的复合材料。的复合材料。金属陶瓷金属陶瓷：金属或者合金与陶瓷组成的复合材料：金属或者合金与陶瓷组成的复合材料 玻璃钢：玻璃钢：玻璃纤维和树脂复合而成的复合材料。玻璃纤维和树脂复合而成的复合材料。