聚合物结构与性能课件-材料结构与性能.ppt
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1、材料结构与性能(材料结构与性能()-现名为现名为“聚合物结构与性能聚合物结构与性能”学习这门课的要求和建议学习这门课的要求和建议1.1.这门课涉及的方面很广,对知识多方面的了解非常必要,这门课涉及的方面很广,对知识多方面的了解非常必要,所以在学习过程中要广泛的阅读各方面的参考书所以在学习过程中要广泛的阅读各方面的参考书2.2.因为课程内容较深,需要大家集中精力来领会讲课的实因为课程内容较深,需要大家集中精力来领会讲课的实质,勤记笔记,多思考,真正掌握课程的内容质,勤记笔记,多思考,真正掌握课程的内容3.3.为了使大家能够深入了解课程的内容,课堂上提问多,为了使大家能够深入了解课程的内容,课堂上
2、提问多,大家随时准备回答问题,回答的对错不影响学习成绩,大家随时准备回答问题,回答的对错不影响学习成绩,大胆的发表自己的看法大胆的发表自己的看法4.4.期末考试是闭卷考试,但是考前提供复习提纲以便大家期末考试是闭卷考试,但是考前提供复习提纲以便大家更深入的学透课程的主要内容更深入的学透课程的主要内容5.5.最后按笔记和考试情况打分最后按笔记和考试情况打分课程大体目录课程大体目录n n序言n n第一章 物质世界的普遍规律及其层次结构n n第二章 元素周期律和元素的基本特征n n第三章 凝聚态材料的形成(包括四大材料)序言序言材料科学与工程和当代材料科学与工程和当代科技发展的关系科技发展的关系第一
3、节、概括了解材料第一节、概括了解材料1.材料的定义:可以用来制备有用物件的物质为了某种利用的可以用来制备有用物件的物质为了某种利用的目的而具备必要性质的物质目的而具备必要性质的物质2.材料的意义:是人类从事生产和生活的物质基础是人类从事生产和生活的物质基础 是人类文明的重要支柱是人类文明的重要支柱 其进步取决于社会生产力和科技进步其进步取决于社会生产力和科技进步 其发展将推动社会经济和科技的发展其发展将推动社会经济和科技的发展 3.材料发展的历史 材料应用的发展是人类发展的里程碑。人材料应用的发展是人类发展的里程碑。人类所有的文明进程都是一他们使用的材料来分类所有的文明进程都是一他们使用的材料
4、来分类的类的。1800200019002YEAR10486STRENGTH/DENSITY(IN.X106)BroneWoodStoneCastIronCompositesSteelAramidFibersCarbonFibers4.五次产业革命五次产业革命(1)石器时代:燧石,一种容易制成工具的石头 300,000 BC 3,500 BC新石器时代陶绘新石器时代陶绘钻木取火钻木取火(2)青铜器时代青铜器时代蟠龙方壶蟠龙方壶3,000 BC 十六世纪素身铜爵素身铜爵越王勾践宝剑越王勾践宝剑青铜:铜和锡的合金青铜:铜和锡的合金(3)蒸汽机时代蒸汽机时代n n以英国为中心,瓦特发明了蒸汽机n n铸
5、铁,铁金属1600AD-20世纪世纪 图为矗立在伯明翰市中心、纪念詹姆斯瓦特(右)等发明蒸汽机的铜雕像蒸汽机伦敦塔桥(4)化学工业兴起时代化学工业兴起时代n n以德国为中心以德国为中心n n煤焦化得到煤焦油等有机物,从而进行各种煤焦化得到煤焦油等有机物,从而进行各种反应反应 20世纪世纪德国化学家拜耳柏林柏林(5)电气和微电子产业时代电气和微电子产业时代n n以美国为中心n n计算机,半导体等n n电与机械统一的控制论 20世纪下世纪下芯片高温超导体 冯诺伊曼(6)新时代来临的预兆新时代来临的预兆n n生命科学和生物技术的发展n n包括纳米材料在内的新型材料的发展 21世纪世纪 据专家估计本世
6、纪据专家估计本世纪20年代人年代人类将迎接下一个经济时代,即类将迎接下一个经济时代,即生生物技术经济产业时代物技术经济产业时代的到来的到来第二节、当今世界科技发展的现状和趋势第二节、当今世界科技发展的现状和趋势uu生命科学与生物技术生命科学与生物技术生命科学与生物技术生命科学与生物技术uu信息科学与工程信息科学与工程信息科学与工程信息科学与工程uu材料科学与工程材料科学与工程材料科学与工程材料科学与工程uu新型能源科学新型能源科学新型能源科学新型能源科学uu环境科学环境科学环境科学环境科学uu海洋科学海洋科学海洋科学海洋科学uu宇航科学宇航科学宇航科学宇航科学uu安全科学安全科学安全科学安全科
7、学21世纪人类面临的八大领域:世纪人类面临的八大领域:此八大领域均与材料的重要性有关1.生命科学和生物技术生命科学和生物技术2121世纪的生命科学将向最基本的、最复杂的微观和宏世纪的生命科学将向最基本的、最复杂的微观和宏观两极发展:观两极发展:u一方面分子生物学和量子生物学将广泛地向其分支一方面分子生物学和量子生物学将广泛地向其分支 学科领域渗透学科领域渗透u一方面生态学又向研究具有复杂功能的生态系统乃一方面生态学又向研究具有复杂功能的生态系统乃 至生物圈方向发展。至生物圈方向发展。最后,必将把微观与宏观整体地联系起来,即把分子、细最后,必将把微观与宏观整体地联系起来,即把分子、细胞、个体、群
8、体、群落等生命不同结构层次作为一个有机胞、个体、群体、群落等生命不同结构层次作为一个有机系统进行深入研究。因此,分子生物学、细胞生物学、脑系统进行深入研究。因此,分子生物学、细胞生物学、脑科学和生态学仍然是人们关注的焦点。科学和生态学仍然是人们关注的焦点。1.1 1.1 生命科学将成为生命科学将成为 自然科学的带头学科自然科学的带头学科 DNA分子是双螺旋结构,其螺旋的骨架是由核苷酸的糖(脱氧核糖)和磷酸相结合而成的,从彼此反向的两根螺旋分别伸长开来的碱基相互结合而形成双螺旋 分子生物学将在生命科学中保持主流地位分子生物学将在生命科学中保持主流地位2020世纪末,人类基因组全部测试工作基本完成
9、预示着新世纪世纪末,人类基因组全部测试工作基本完成预示着新世纪生命科学必将酝酿着一系列新的宏大突破。生命科学必将酝酿着一系列新的宏大突破。基因组学基因组学这个计划与曼哈顿原子弹计划、阿波罗登这个计划与曼哈顿原子弹计划、阿波罗登月计划并称月计划并称20世纪人类三大科学计划。世纪人类三大科学计划。蛋白质组学蛋白质组学:以基因组全序列为基础,从整个基因组及其全套蛋白质产物的结构以基因组全序列为基础,从整个基因组及其全套蛋白质产物的结构-功能出发去了解生命活动的全貌。功能出发去了解生命活动的全貌。20012001年以来,国际人类年以来,国际人类蛋白质组组织蛋白质组组织(HUPO)(HUPO)正正式成立
10、式成立 人类基因组计划的成功实施,为了真正破译、读懂遗传信息,各国科人类基因组计划的成功实施,为了真正破译、读懂遗传信息,各国科学家随即将生命科学的战略重点转到以阐明人类基因组整体功能为目学家随即将生命科学的战略重点转到以阐明人类基因组整体功能为目标的功能基因组学上。这样蛋白质自然成为新的研究焦点。以研究一标的功能基因组学上。这样蛋白质自然成为新的研究焦点。以研究一种细胞、组织或完整生物体所拥有的全套蛋白质为特征的蛋白质组学种细胞、组织或完整生物体所拥有的全套蛋白质为特征的蛋白质组学自然就成为功能基因组学中的自然就成为功能基因组学中的“中流砥柱中流砥柱”,构成了功能基因组学研,构成了功能基因组
11、学研究的战略制高点。究的战略制高点。细胞生物学还作为生命科学的基础科学继续发展细胞生物学还作为生命科学的基础科学继续发展动物细胞结构植物细胞结构细胞是生命的基本单位,细胞的特殊性决定了个体的特殊性,因此,细胞是生命的基本单位,细胞的特殊性决定了个体的特殊性,因此,对细胞的深入研究是揭开生命奥秘、改造生命和征服疾病的关键。对细胞的深入研究是揭开生命奥秘、改造生命和征服疾病的关键。现代细胞生物学从显现代细胞生物学从显微水平,超微水平和微水平,超微水平和分子水平等不同层次分子水平等不同层次研究细胞的结构、功研究细胞的结构、功能及生命活动。在我能及生命活动。在我国基础学科发展规划国基础学科发展规划中,
12、细胞生物学与分中,细胞生物学与分子生物学,神经生物子生物学,神经生物学和生态学并列为生学和生态学并列为生命科学的四大基础学命科学的四大基础学科。科。脑科学将代表生命科学发展的一个高峰脑科学将代表生命科学发展的一个高峰关于大脑功能的研究,已经成为现代科学最深奥的课题,也关于大脑功能的研究,已经成为现代科学最深奥的课题,也是最难攻克的科学堡垒。为了探索人脑奥秘,攻克各种疾病,是最难攻克的科学堡垒。为了探索人脑奥秘,攻克各种疾病,开发人工智能技术,欧美等国家纷纷制定了脑科学研究的长开发人工智能技术,欧美等国家纷纷制定了脑科学研究的长远计划,并宣布远计划,并宣布2121世纪是世纪是“脑科学时代脑科学时
13、代”。1.21.2生物技术生物技术2121世纪科学技术的核心是生命科学。世纪科学技术的核心是生命科学。以以基因克隆和重组技术基因克隆和重组技术日趋成熟日趋成熟,在农业、工业、医药和疾病防治景,在农业、工业、医药和疾病防治景,对人类的生活将产生重大影响对人类的生活将产生重大影响 基因技术对人类的贡献程度取决于对基因组基因技术对人类的贡献程度取决于对基因组的研究进展。耗资数十亿美元的人类基因组的研究进展。耗资数十亿美元的人类基因组计划在计划在20032003年已经提前完成,为揭示人类的年已经提前完成,为揭示人类的生长、衰老、疾病、死亡的秘密打下坚实的生长、衰老、疾病、死亡的秘密打下坚实的基础。基础
14、。用用 转转 变变 基基 因因 技技 术术 繁繁 殖殖 的的 一一 头头 牛牛 人工合成牛胰岛素人工合成牛胰岛素杂交水稻杂交水稻转基因鲤鱼转基因鲤鱼 生物芯片生物芯片技术是通过缩微技术,根据分子间特异性地相互作用生物芯片技术是通过缩微技术,根据分子间特异性地相互作用的原理,将生命科学领域中不连续的分析过程集成于硅芯片或的原理,将生命科学领域中不连续的分析过程集成于硅芯片或玻璃芯片表面的微型生物化学分析系统,以实现对细胞、蛋白玻璃芯片表面的微型生物化学分析系统,以实现对细胞、蛋白质、基因及其它生物组分的准确、快速、大信息量的检测。质、基因及其它生物组分的准确、快速、大信息量的检测。生物芯片技术生
15、物芯片技术广泛应用于科研、医疗、农业、食品、环境保广泛应用于科研、医疗、农业、食品、环境保护、司法鉴定等领域。成为与晶体管芯片一样重要的产业。护、司法鉴定等领域。成为与晶体管芯片一样重要的产业。史前人类史前人类金字塔的特殊结构秘密及金字塔的特殊结构秘密及UFO UFO 地球上的生命起源的奥秘地球上的生命起源的奥秘原始地球上积聚的前生物有机分原始地球上积聚的前生物有机分子(类蛋白质、类核酸、类脂、糖类等有机物质)是如何进化子(类蛋白质、类核酸、类脂、糖类等有机物质)是如何进化成生命的呢?成生命的呢?其他物种的遗传基因密码子使用频率其他物种的遗传基因密码子使用频率遗传基因与微观环境对遗传基因与微观
16、环境对DNADNA基因结构的影响基因结构的影响 氨基酸和遗传密码子碱基结构之间化学进化的耗散过程氨基酸和遗传密码子碱基结构之间化学进化的耗散过程四碱基内聚能密度类型对遗传密码子分布的调控机理四碱基内聚能密度类型对遗传密码子分布的调控机理染色体结构与染色体结构与“怪数怪数”之说之说尚需我们努力的方向:尚需我们努力的方向:有关金字塔的许多参数具有特殊意义有关金字塔的许多参数具有特殊意义:金字塔高金字塔高10亿亿=地球到太阳距离地球到太阳距离=1.5亿亿公里。公里。塔的周塔的周长长正好正好365.24365.24埃及米埃及米=1=1年的天数。年的天数。塔的自重塔的自重10101515=地球重量。地球
17、重量。金字塔金字塔锥锥角正好是自然塌落角正好是自然塌落现现象的象的稳稳定角定角5151 5050 4949,四,四边边长误边边长误差不到差不到2020厘米,它的厘米,它的辅辅角和西北角的高度相差角和西北角的高度相差仅仅1.271.27厘米,厘米,东东西西轴轴和南北和南北轴线轴线的方位的方位误误差不超差不超过过5 5弧秒,是最弧秒,是最稳稳定定锥锥角角结结构,构,这样这样的高精度建筑的高精度建筑连现连现代建筑科学与工程代建筑科学与工程技技术术也也难难以达到,不可思以达到,不可思议议。一座金字塔大一座金字塔大约约由由260260万万块块巨石巨石组组成,每成,每块块巨石平均重巨石平均重约约5 512
18、12吨,其中最吨,其中最重的达重的达16001600吨,吨,连现连现代工程技代工程技术术也也难难作到。作到。金字塔金字塔处处于地球北伟于地球北伟3030 的陆地重力中心,把的陆地重力中心,把陆陆地平分地平分为为两半,地球两极两半,地球两极轴轴心的位置心的位置每每一天都有一定的一天都有一定的变变化,但在经化,但在经2582725827年周期后,轴心位置又回到原年周期后,轴心位置又回到原来的位置,而有意思的是金字塔对角线之和也正符来的位置,而有意思的是金字塔对角线之和也正符25827.625827.6这个数字。这个数字。塔内有一种力量,可使金属不生塔内有一种力量,可使金属不生锈锈,一枚,一枚锈锈迹
19、斑斑的金属迹斑斑的金属变变得金光得金光灿烂灿烂,牛奶保牛奶保鲜鲜,水果保,水果保质质,病人康复,病人康复,头头痛,牙痛者痛,牙痛者进进金字塔内金字塔内过过一小一小时时左右就不痛左右就不痛了。一些菜籽了。一些菜籽进进金字塔就能金字塔就能发发芽,且苗芽,且苗长长4 4倍,叶倍,叶绿绿素多素多4 4倍。看起来金字塔是一倍。看起来金字塔是一个非常好的微波振个非常好的微波振谐谐腔体,形成各种生命的能量。腔体,形成各种生命的能量。现现在用在用类类似金字塔似金字塔结结构的建筑,构的建筑,或随便用或随便用纸纸、木板、木板、铁质铁质造的模型也有造的模型也有类类似上述似上述“金字塔效金字塔效应应”;作者也;作者也
20、发现发现用用纸纸做的金字塔盖在做的金字塔盖在脸脸上睡上睡觉觉,睡得很香,并,睡得很香,并进进入一些怪梦中。入一些怪梦中。通信卫星通信卫星信息信息人脑的延续人脑的延续2.2.信息技术信息技术 莱布尼茨发明的二进制在计算机以及信莱布尼茨发明的二进制在计算机以及信息理论中的运用,使得信息技术将继续在息理论中的运用,使得信息技术将继续在所有方面深刻地影响世界所有方面深刻地影响世界 n n单晶硅为代表的半导体微电子材料单晶硅为代表的半导体微电子材料n n激光晶体为代表的光电子材料;激光晶体为代表的光电子材料;n n介质陶瓷和热敏陶瓷为代表的电子陶瓷材料介质陶瓷和热敏陶瓷为代表的电子陶瓷材料n n钕铁硼(
21、钕铁硼(NdFeBNdFeB)永磁材料为代表的磁性材料;)永磁材料为代表的磁性材料;n n光纤通信材料光纤通信材料n n磁存储和光盘存储为主的数据存储材料磁存储和光盘存储为主的数据存储材料n n压电晶体与薄膜材料压电晶体与薄膜材料n n贮氢材料和锂离子嵌入材料为代表的绿色电池材料贮氢材料和锂离子嵌入材料为代表的绿色电池材料 这些基础材料及其产品支撑着通信、计算机、这些基础材料及其产品支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等现代信息产业的发展。信息家电与网络技术等现代信息产业的发展。电子信息材料 是指在微电子、光电子技术和新型元器件基础产品领域中所用的材料,主要包括:全球定位系统技术全球定位系统
22、技术GPS俄罗斯俄罗斯Glonass(格洛纳斯全球导航系统格洛纳斯全球导航系统)信息技术信息技术全方位的发展正在改变着人们几千年来形成的信息全方位的发展正在改变着人们几千年来形成的信息传递方式、人际间的沟通方式和社会管理的组织方式,并深传递方式、人际间的沟通方式和社会管理的组织方式,并深刻地影响着社会生活、企业和政府运作的方式。刻地影响着社会生活、企业和政府运作的方式。欧洲的欧洲的Galileo定位系统定位系统中国北斗定位系统中国北斗定位系统光子计算机、生物计算机、光子计算机、生物计算机、量子计算机都在加速研究量子计算机都在加速研究量子计算量子计算以色列已经研制出一种由以色列已经研制出一种由D
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