材料化学导论第1章-绪论讲述.ppt

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1、1材料化学导论材料化学导论 生化学院生化学院 郭为民郭为民 联系方式：联系方式：15077285563 2 材料是社会经济文化发展赖以存在物质基础，而材料是社会经济文化发展赖以存在物质基础，而化学由于其是研究物质和创造新物质的科学，因之与化学由于其是研究物质和创造新物质的科学，因之与材料科学有着密不可分的关联，于是就形成了材料化材料科学有着密不可分的关联，于是就形成了材料化学科学。材料化学是研究材料的制备、组成、结构和学科学。材料化学是研究材料的制备、组成、结构和性能及其应用的一门学科。本课程是化学工程与工艺、性能及其应用的一门学科。本课程是化学工程与工艺、应用化学、生物化工、工业催化等专业研

2、究生的学位应用化学、生物化工、工业催化等专业研究生的学位课、专业课。通过该课程的学习，掌握材料的微观结课、专业课。通过该课程的学习，掌握材料的微观结构和转变的规律以及它们与材料的各种物理、化学性构和转变的规律以及它们与材料的各种物理、化学性能之间的关系，并运用这些规律改进材料性能、研制能之间的关系，并运用这些规律改进材料性能、研制新型材料的基础理论；培养从基本理论出发进行材料新型材料的基础理论；培养从基本理论出发进行材料设计、运用化学新概念进行材料制备及改性创新的能设计、运用化学新概念进行材料制备及改性创新的能力。力。课程简介：课程简介：31 1唐小真主编唐小真主编材料化学导论材料化学导论高教

3、出版社，高教出版社，199719972 2苏勉曾苏勉曾固体化学导论固体化学导论北京大学出版社，北京大学出版社，1996 1996 3 3申泮文等译，申泮文等译，WestWest著著固体化学及其应用固体化学及其应用高等教育出版高等教育出版 社，社，198919894 4丁马太丁马太材料化学导论材料化学导论厦门大学出版社，厦门大学出版社，1993 1993 5.5.张逢星张逢星 李珺均李珺均材料化学导论材料化学导论西北大学本科讲义，西北大学本科讲义，20012001主要参考书主要参考书4第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 材料化学理论基础材料化学理论基础第三章第三章 材料结构的表征材料结构的表征第

4、四章第四章 材料制备化学材料制备化学第五章第五章 材料的结构与物理性能材料的结构与物理性能第六章第六章 新型结构材料新型结构材料第七章第七章 新型功能材料新型功能材料第八章第八章 功能转换材料功能转换材料目 录5材料化学导论授课安排材料化学导论授课安排理论课：理论课：4848学时学时6第一章第一章 绪论绪论7一、材料的定义一、材料的定义1.1.材料：材料：是具有一定性能，可以用来制作器件、构是具有一定性能，可以用来制作器件、构件、工具、装置等物品的物质件、工具、装置等物品的物质。2.2.原料与材料：原料与材料：人们把自然界经过开采而获得的劳人们把自然界经过开采而获得的劳动对象称为原料，动对象称

5、为原料，原料一般不是为获得产品，而是原料一般不是为获得产品，而是生产材料，往往伴随化学变化。材料的特点往往是生产材料，往往伴随化学变化。材料的特点往往是为获得产品，一般从材料到产品的转变过程不发生为获得产品，一般从材料到产品的转变过程不发生化学变化。化学变化。材料和原料合称为材料和原料合称为原材料原材料。3.3.材料与物质：材料与物质：材料可由一种或多种物质组成。同材料可由一种或多种物质组成。同一物质由于制备方法或加工方法不同可以得到用途一物质由于制备方法或加工方法不同可以得到用途各异、类型不同的材料。各异、类型不同的材料。4.4.新材料：新材料：主要是指最近发展或正在发展之中的具主要是指最近

6、发展或正在发展之中的具有比传统材料性能更为优异的一类材料。有比传统材料性能更为优异的一类材料。8二、材料在人类历史进程中的巨大作用二、材料在人类历史进程中的巨大作用我们从以下几个方面来理解材料的重要作用：我们从以下几个方面来理解材料的重要作用：1.1.材料材料是人类赖以生活和生产的物质基础是人类赖以生活和生产的物质基础 人类的衣、食、住、行都离不开材料。人类社会人类的衣、食、住、行都离不开材料。人类社会发展的历史证明，材料是社会进步的物质基础与先导；发展的历史证明，材料是社会进步的物质基础与先导；它是赖以生存和发展、征服自然和改造自然的物质基它是赖以生存和发展、征服自然和改造自然的物质基础；是

7、人类进步的里程碑。础；是人类进步的里程碑。近代两次工业革命都是以近代两次工业革命都是以新材料的发现和应用为先导的。新材料的发现和应用为先导的。例如，钢铁工业的发展，为例如，钢铁工业的发展，为1818世纪以蒸汽机的发世纪以蒸汽机的发明和应用为代表的第一次工业革命奠定了物质基础。明和应用为代表的第一次工业革命奠定了物质基础。本世纪中叶以来，以电子技术，特别是微电子技本世纪中叶以来，以电子技术，特别是微电子技术的发明和应用为代表的第二次工业革命，硅单晶材术的发明和应用为代表的第二次工业革命，硅单晶材料则起着先导和核心作用料则起着先导和核心作用 92.2.材料是生产力发展的重要支柱材料是生产力发展的重

8、要支柱 纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每一种重要的新材料的发现和应用，都把人类支配自然一种重要的新材料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提高到一个新的水平。材料科学技术的每一次的能力提高到一个新的水平。材料科学技术的每一次重大突破都会引起生产技术的革命，大大加速社会发重大突破都会引起生产技术的革命，大大加速社会发展的进程，给社会生产和人们生活带来巨大的变化，展的进程，给社会生产和人们生活带来巨大的变化，把人类物质文明推向前进。把人类物质文明推向前进。例如，没有半导体材料就没有计算机技术；没有例如，没有半导体材料就没有计算机技术；没有耐高温、

9、高强度的特殊材料就没有航天技术；没有光耐高温、高强度的特殊材料就没有航天技术；没有光导纤维就不会有现代通讯；没有合成材料，今天的生导纤维就不会有现代通讯；没有合成材料，今天的生活还会这么丰富多彩吗？活还会这么丰富多彩吗？103.3.材料的使用程度是人类社会发展的里程碑材料的使用程度是人类社会发展的里程碑石器时代石器时代陶器时代陶器时代铜器时代铜器时代铁器时代铁器时代复合材料复合材料 从人类社会发展来看，使用材料经历了五大里程碑：从人类社会发展来看，使用材料经历了五大里程碑：11（1 1）石器时代）石器时代 石头是人类使用的第一种材料，因此人类历史的最石头是人类使用的第一种材料，因此人类历史的最

10、早时期被命名为早时期被命名为“石器时代石器时代”。这个时代又进一步划分为。这个时代又进一步划分为旧石器时代旧石器时代(公元前公元前2-32-3百万年至约百万年至约1 1万年万年)，从原始部落，从原始部落到母系社会；中石器时代到母系社会；中石器时代(公元前约公元前约1 1万年至万年至7-87-8千年千年)新新石器时代石器时代(公元前公元前7-87-8千年至千年至6 6千年千年)三个不同的历史时期。三个不同的历史时期。1213（2 2）陶器时代）陶器时代 陶陶是人类制备的是人类制备的第一种人造材料第一种人造材料。中国约在公元前中国约在公元前8000800060006000年的新石器时代早期，年的新

11、石器时代早期，开始制作陶器。开始制作陶器。新石器时期新石器时期马家窑式水纹彩陶体。马家窑式水纹彩陶体。新石器时期新石器时期半山式菱形点纹壶。半山式菱形点纹壶。恩格斯对此给予高度评价，认为陶器的出现是人恩格斯对此给予高度评价，认为陶器的出现是人类从蒙味转变为野蛮时代的标志。类从蒙味转变为野蛮时代的标志。14（3 3）青铜时代）青铜时代 青铜青铜是人类制造出来的是人类制造出来的第二种人造材料第二种人造材料。也是。也是第第一种合金材料一种合金材料。青铜时代大约起始于公元前。青铜时代大约起始于公元前50005000年。年。即原始社会到奴隶社会初期；即原始社会到奴隶社会初期；“青铜青铜”时代约在我国商时

12、代约在我国商周时代和私有制建立的前夜。周时代和私有制建立的前夜。青铜青铜铜锡合金铜锡合金含锡含锡1/6 1/6 韧性好韧性好制造钟鼎制造钟鼎含锡含锡2/5 2/5 硬度高硬度高制造刀斧制造刀斧1516湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑湖北江陵楚墓出土越王勾践宝剑 我国的商、周时期，是使用青铜器的鼎盛时代，我国的商、周时期，是使用青铜器的鼎盛时代，春秋战国时期的青铜兵器，留传着许多动人的故事。春秋战国时期的青铜兵器，留传着许多动人的故事。越王勾践和吴王夫差的宝剑，越王勾践和吴王夫差的宝剑，虽在地下尘封千年虽在地下尘封千年,出土时依然锋利无比出土时依然锋利无比，我国古代名剑大多出自吴越。，我国古代名剑大

13、多出自吴越。17中国古铜镜中国古铜镜18战国青铜编钟战国青铜编钟19 巨型司母戊鼎巨型司母戊鼎（河南安阳晚商遗址）（河南安阳晚商遗址）20（4 4）铁器时代）铁器时代 铸铁铸铁人类制造和使用第人类制造和使用第3 3种人造材料，我国的铁器种人造材料，我国的铁器时代由何时开始，至今尚难断言。至迟始于春秋，距时代由何时开始，至今尚难断言。至迟始于春秋，距今今2700270022002200年前我国已经掌握了炼铁技术，比欧洲年前我国已经掌握了炼铁技术，比欧洲早早18001800年左右。年左右。2122湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄湖南长沙砂子塘战国凹形铁锄23（5 5）高分子时代）高分子时代 随着有机化学

14、的发展，在随着有机化学的发展，在2020世纪初出现世纪初出现合成塑料合成塑料、合成纤维合成纤维、合成橡胶合成橡胶等高分子材料，并被广泛的用于等高分子材料，并被广泛的用于生产和生活中。生产和生活中。24254.4.材料直接关系到国家的命脉材料直接关系到国家的命脉 在二次大战中，前苏联在血与火的洗礼中切身体在二次大战中，前苏联在血与火的洗礼中切身体会到材料对于国家存亡的至关重要性。会到材料对于国家存亡的至关重要性。19571957年世界上年世界上第一颗人造地球卫星第一颗人造地球卫星SputnikSputnik上天，震撼了整个世上天，震撼了整个世界，尤其是美国。彻底改变了人们对材料重要性的认界，尤其

15、是美国。彻底改变了人们对材料重要性的认识和对材料研究的态度。美国有识和对材料研究的态度。美国有2525的科技工作者致的科技工作者致力于材料研究，另有力于材料研究，另有2525的科技工作者从事与某些材的科技工作者从事与某些材料有关的研究工作。各先进国家投入巨大财力、人力料有关的研究工作。各先进国家投入巨大财力、人力和物力致力于材料研究，目的就是要发展国家实力。和物力致力于材料研究，目的就是要发展国家实力。26三、材料的发展过程三、材料的发展过程第一代为天然材料第一代为天然材料 在原始社会生产技术水平低下，在原始社会生产技术水平低下，人类使用的材料只能是自然界的动物、植物和矿物，人类使用的材料只能

16、是自然界的动物、植物和矿物，主要的工具是棍棒，用石料加工的磨制石器。主要的工具是棍棒，用石料加工的磨制石器。第二代为烧炼材料第二代为烧炼材料 烧炼材料是烧结材料和冶炼材烧炼材料是烧结材料和冶炼材料的总称。人类用天然的矿土烧结砖瓦和陶瓷，制料的总称。人类用天然的矿土烧结砖瓦和陶瓷，制出了出了玻璃和水泥玻璃和水泥，这些都属于，这些都属于烧结材料烧结材料；从各种天；从各种天然的矿石中提炼然的矿石中提炼铜、铁铜、铁等金属，则属于等金属，则属于冶炼材料冶炼材料；第三代材料为合成材料第三代材料为合成材料 在在2020世纪初期出现了化工世纪初期出现了化工合成产品，其中合成塑料、合成橡胶和合成纤维已合成产品，

17、其中合成塑料、合成橡胶和合成纤维已广泛地是用于生产和生活中。从广泛地是用于生产和生活中。从19071907年第一个小型年第一个小型酚醛树脂厂建立，到酚醛树脂厂建立，到19271927年第一个热塑性聚氯乙烯年第一个热塑性聚氯乙烯27塑料的生产实现商品化，塑料的生产实现商品化，19301930年建立了聚合物概念年建立了聚合物概念后，聚合物工业迅猛发展起来，这一领域的进展经后，聚合物工业迅猛发展起来，这一领域的进展经历了新型塑料和合成纤维的深入研究历了新型塑料和合成纤维的深入研究(1950-1970(1950-1970年年)、工程塑料、聚合物合金、功能聚合物材料的工业化工程塑料、聚合物合金、功能聚合

18、物材料的工业化(1970-1980(1970-1980年年)、分子设计、高性能、高功能聚合、分子设计、高性能、高功能聚合物的合成（物的合成（19901990年）等几个发展进程；年）等几个发展进程；第四代为可设计的材料第四代为可设计的材料 近代出现了根据实际需要近代出现了根据实际需要去设计特殊性能的材料，去设计特殊性能的材料，金属陶瓷金属陶瓷、铝塑薄膜铝塑薄膜等复等复合材料属于这一类。合材料属于这一类。第五代为智能材料第五代为智能材料 智能材料是近三四十年来研制智能材料是近三四十年来研制的一类新型功能材料，它们随时间、环境的变化改的一类新型功能材料，它们随时间、环境的变化改变自己的性能或形状，好

19、像具有智能。例如变自己的性能或形状，好像具有智能。例如形状记形状记忆合金忆合金就属于这一类。就属于这一类。28 新材料的每次使用都引起人类社会的巨大变革和新材料的每次使用都引起人类社会的巨大变革和生产力革命。生产力革命。1818世纪以来世界范围内的生产力变革和世纪以来世界范围内的生产力变革和技术革命都以新材料使用为龙头：技术革命都以新材料使用为龙头：第一次技术革命第一次技术革命产业革命：产业革命：始于始于1818世纪的英世纪的英国产业革命，使得以手工技术为基础的资本主义工场国产业革命，使得以手工技术为基础的资本主义工场手工业过渡到采用机器大生产的资本主义工厂制度。手工业过渡到采用机器大生产的资

20、本主义工厂制度。这场工业革命的物质基础是钢铁材料，而伴随的新技这场工业革命的物质基础是钢铁材料，而伴随的新技术则是蒸汽机的发明；术则是蒸汽机的发明；第二次技术革命第二次技术革命电气革命：电气革命：18791879年爱迪生发明年爱迪生发明了电灯，把电力革命的曙光带给了人类，一系列电气了电灯，把电力革命的曙光带给了人类，一系列电气材料相继诞生与广泛应用，产生了巨大的生产力变革；材料相继诞生与广泛应用，产生了巨大的生产力变革；四、材料与新技术革命四、材料与新技术革命29第三次技术革命第三次技术革命电子革命：电子革命：2020世纪中叶，新导世纪中叶，新导电、导磁材料和半导体材料的发明和应用，使大规电、

21、导磁材料和半导体材料的发明和应用，使大规模集成块问世，带来了计算机的广泛应用，以及原模集成块问世，带来了计算机的广泛应用，以及原子能的利用，大大发展了生产力和科学技术；子能的利用，大大发展了生产力和科学技术；第四次技术革命第四次技术革命有人说目前正处在第四次技术有人说目前正处在第四次技术革命的前夜。这次技术革命以信息技术、新材料技革命的前夜。这次技术革命以信息技术、新材料技术、新能源技术和生物工程技术为基础。亦有人把术、新能源技术和生物工程技术为基础。亦有人把材料、能源和信息科学看作是现代科学技术的三大材料、能源和信息科学看作是现代科学技术的三大支柱，而材料科学技术成为三大科学技术支柱之首支柱

22、，而材料科学技术成为三大科学技术支柱之首。30五、材料的分类五、材料的分类1.1.按组成、结构特点分按组成、结构特点分金属材料金属材料由金属及合金构成的材料。由金属及合金构成的材料。黑色金属黑色金属：如钢铁、锰、铬及其合金；：如钢铁、锰、铬及其合金；有色金属有色金属：黑色金属以外的各种金属及其合金。：黑色金属以外的各种金属及其合金。无机非金属材无机非金属材由非金属单质或金属与非金属组由非金属单质或金属与非金属组成化合物所构成的材料。成化合物所构成的材料。传统无机非金属材料：传统无机非金属材料：水泥、玻璃、陶瓷等水泥、玻璃、陶瓷等 新型无机非金属材料：新型无机非金属材料：高温结构陶瓷、光导纤维等

23、高温结构陶瓷、光导纤维等如水晶如水晶(SiO(SiO2 2)、金刚石、金刚石(C)(C)、刚玉、刚玉(Al(Al2 2O O3 3)、新型陶、新型陶瓷材料或精细陶瓷，我国材料界习惯上称之为新型瓷材料或精细陶瓷，我国材料界习惯上称之为新型无机材料。无机材料。金属材料金属材料 金属材料是由金属材料是由金属元素金属元素组成组成的材料。可分为由的材料。可分为由一种一种金属元素金属元素构成的单质（构成的单质（纯金属纯金属）；由）；由两种两种或两种以上或两种以上的金属元素或金属与的金属元素或金属与非金属元素构成的非金属元素构成的合金合金。合金又。合金又可分为可分为固溶体固溶体和和金属间化合物金属间化合物。

24、无机非金属材料无机非金属材料 无机非金属材料是由无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐盐、锗酸盐等原料和（或）等原料和（或）氧化物、氮化物、碳化物、硼氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备等原料经一定的工艺制备而成的材料。是除金属材料、高分子材料以外所有材料的而成的材料。是除金属材料、高分子材料以外所有材料的总称。无机非金属材料种类繁多，用途各异，目前还没有总称。无机非金属材料种类繁多，用途各异，目前还没有统一完善的分类方法。一般将其分为统一完善的分类方法。一般将其分为传统的（普通的

25、）和传统的（普通的）和新型的（先进的）新型的（先进的）无机非金属材料两大类。无机非金属材料两大类。传传统统的的无无机机非非金金属属材材料料主主要要是是指指由由SiO2及及其其硅硅酸酸盐盐化化合合物物为为主主要要成成分分制制成成的的材材料料，包包括括陶陶瓷瓷、玻玻璃璃、水水泥泥和和耐耐火火材材料料等等。此此外外，搪搪瓷瓷、磨磨料料、铸铸石石（辉辉绿绿岩岩、玄玄武武岩岩等等）、碳碳素素材材料料、非非金金属属矿矿（石石棉棉、云云母母、大大理理石石等等）也属于传统的无机非金属材料。也属于传统的无机非金属材料。先进（或新型）先进（或新型）无机非金属材料是用无机非金属材料是用氧化物、氧化物、氮化物、碳化物

26、、硼化物、硫化物、硅化物氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。陶瓷按其概念和用途不同，陶瓷按其概念和用途不同，可分为两大类，即可分为两大类，即普通陶瓷普通陶瓷和和特特种陶瓷种陶瓷。传统的无机非金属材料传统的无机非金属材料 之一：陶瓷之一：陶瓷n普通陶瓷普通陶瓷即传统陶瓷，是指以即传统陶瓷，是指以粘土粘土为主要原料与其它为主要原料与其它天然矿物天然矿物原料经过粉碎混练、成型、煅烧等过程而制原料经过粉碎混练、成型、煅烧等过程而制成的各种制品。成的各种制品。n特种陶瓷特种陶瓷是用于各种现代工业及尖

27、端科学技术领域是用于各种现代工业及尖端科学技术领域的陶瓷制品。包括结构陶瓷和功能陶瓷。结构陶瓷的陶瓷制品。包括结构陶瓷和功能陶瓷。结构陶瓷主要用于主要用于耐磨损、高强度、耐高温耐磨损、高强度、耐高温等场所。功能陶等场所。功能陶瓷主要包括瓷主要包括电磁功能、光学功能电磁功能、光学功能及其它功能的陶瓷及其它功能的陶瓷材料。材料。传统的无机非金属材料传统的无机非金属材料 之二：玻璃之二：玻璃玻璃是由熔体过冷所制得的玻璃是由熔体过冷所制得的非晶态材料非晶态材料。根据其形成。根据其形成网络的组分不同可分为网络的组分不同可分为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃璃等，其网络形

28、成剂分为等，其网络形成剂分为SiO2、B2O3和和P2O5。传统的无机非金属材料传统的无机非金属材料 之三：水泥之三：水泥水泥是指加入适量水后水泥是指加入适量水后可成塑性浆体，既能在空气中可成塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能够硬化又能在水中硬化，并能够将砂、石等材料牢固地胶结在将砂、石等材料牢固地胶结在一起的细粉状水硬性材料。一起的细粉状水硬性材料。传统的无机非金属材料传统的无机非金属材料 之四：耐火材料之四：耐火材料耐耐火火材材料料是是指指耐耐火火度度不不低低于于1580的的无无机机非非金金属属材材料料。它它是是为为高高温温技技术术服服务务的的基基础础材材料料。耐耐火火材材料料

29、是是用用作作高高温温窑窑炉炉等等热热工工设设备备的的结结构构材材料料，以以及及用用作作工工业业高高温温容容器器和和部部件件的的材材料，并能承受相应的物理化学变化及机械作用。料，并能承受相应的物理化学变化及机械作用。大部分耐火材料是大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、硅石、菱以天然矿石（如耐火粘土、硅石、菱镁矿、白云母等）镁矿、白云母等）为原料制造的。为原料制造的。41高分子材料高分子材料以脂肪族或芳香族的以脂肪族或芳香族的C-C C-C 共价键为基础共价键为基础结构的大分子组成。结构的大分子组成。天然高分子材料：天然高分子材料：木材木材,天然橡胶天然橡胶,棉花棉花,动物皮毛等动物皮毛等。合

30、成高分子材料：合成高分子材料：塑料塑料,合成橡胶合成橡胶,合成纤维和粘合剂等合成纤维和粘合剂等。复合材料复合材料金属、无机非金属和有机高分子材料有机金属、无机非金属和有机高分子材料有机结合，可以在性能上起到协同作用，从而获得全新性结合，可以在性能上起到协同作用，从而获得全新性能的一类材料。如碳纤维、超细银粉、铜粉在涂料中能的一类材料。如碳纤维、超细银粉、铜粉在涂料中制成导电涂料等。制成导电涂料等。有机高分子材料（高聚物）高聚物是由一种或几种简单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。高聚物的种子量很大的化合物。高聚物的种类繁多，性能各异

31、，其分类的方类繁多，性能各异，其分类的方法多种多样。按高分子材料法多种多样。按高分子材料来源来源分为分为天然天然高分子材料和高分子材料和合成合成高分高分子材料；按材料的子材料；按材料的性能和用途性能和用途可可将高聚物分为将高聚物分为橡胶、纤维、塑料橡胶、纤维、塑料和胶粘剂和胶粘剂等。等。n橡橡胶胶的的特特点点是是室室温温弹弹性性高高，即即使使在在很很小小的的外外力力作作用用下下，也也能能产产生生很很大大的的形形变变（可可达达1000%），外外力力去去除除后后，能能迅迅速速恢恢复复原原状状。常常用用的的橡橡胶胶有有天天然然橡橡胶胶（异异戊戊橡橡胶胶）、丁丁苯苯橡橡胶胶、顺顺丁丁橡橡胶胶（聚丁二烯

32、）、乙丙橡胶（聚丁二烯）、乙丙橡胶和和硅橡胶硅橡胶等。等。n纤维受力时，形变不超过百分之二十纤维受力时，形变不超过百分之二十。纤维大分。纤维大分子子沿轴向作规则排列沿轴向作规则排列，其长径比较大，在较广的，其长径比较大，在较广的温度范围（温度范围（-50150）内，机械性能变化不大。）内，机械性能变化不大。常用的合成纤维有常用的合成纤维有尼龙、涤纶、晴纶尼龙、涤纶、晴纶和和维尼纶维尼纶等。等。n塑料塑料的弹性介于橡胶和纤维之间。的弹性介于橡胶和纤维之间。温度稍高些，受力形温度稍高些，受力形变可达百分之几至几百变可达百分之几至几百。有些塑料的形变是可逆的，有。有些塑料的形变是可逆的，有些塑料的形

33、变是永久的。些塑料的形变是永久的。根据塑料受热时行为的不同，分为根据塑料受热时行为的不同，分为热塑性热塑性和和热固性热固性塑料塑料两类。前者两类。前者受热时可以塑化和软化，冷却时则凝固成形，受热时可以塑化和软化，冷却时则凝固成形，再加热又可塑化软化再加热又可塑化软化。聚乙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯聚乙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯等等都属于此类；后者在都属于此类；后者在受热时可塑化和软化，并通过化学受热时可塑化和软化，并通过化学反应，使之固定成型，但冷却后不能再加热软化反应，使之固定成型，但冷却后不能再加热软化，酚醛酚醛塑料和脲醛塑料塑料和脲醛塑料就属此类。就属此类。n胶粘剂胶粘剂是指在常温下处于粘流态，

34、当受到外力作用时，是指在常温下处于粘流态，当受到外力作用时，会产生永久变形，外力撤去后又不能恢复原状的高聚会产生永久变形，外力撤去后又不能恢复原状的高聚物。物。复合材料复合材料 复合材料是由复合材料是由两种或两种以上两种或两种以上化学性质或组织结构不化学性质或组织结构不同的材料组合而成。同的材料组合而成。复合材料是多相材料，主要包括基本相复合材料是多相材料，主要包括基本相和增强相。和增强相。基体相是一种基体相是一种连续相连续相材料，它把改善性能的增强材料，它把改善性能的增强相材料相材料固结固结成一体的作用；增强相起成一体的作用；增强相起承受应力承受应力（结构复合材（结构复合材料）和料）和显示功

35、能显示功能（功能复合材料）的作用。复合材料既能保（功能复合材料）的作用。复合材料既能保持原组成材料的重要特色，又通过复合效应使各组分的性能持原组成材料的重要特色，又通过复合效应使各组分的性能互相补充，获得原组分不具备的许多优良性能。互相补充，获得原组分不具备的许多优良性能。复合材料的种类繁多，目前还没有统一的分类方法，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。按下面根据复合材料的三要素来分类。按基体材料基体材料分类，有分类，有金属基复合材料，陶瓷基复合材料，混凝土基复合材料，金属基复合材料，陶瓷基复合材料，混凝土基复合材料，塑料基复合材料，橡胶基复合材料塑料

36、基复合材料，橡胶基复合材料等；按等；按增强剂形状增强剂形状可分可分为为粒子、纤维粒子、纤维及及层状复合材料层状复合材料；依据复合材料的；依据复合材料的性能性能可分可分为为结构复合材料结构复合材料和和功能复合材料功能复合材料。502.2.按使用性能分按使用性能分 任何材料在使用过程中都能提供可资利用的某种任何材料在使用过程中都能提供可资利用的某种或某些功能。根据这些性能可以将材料分为两大类：或某些功能。根据这些性能可以将材料分为两大类：结构材料：结构材料：主要利用材料的力学性能主要利用材料的力学性能。如受力形变、。如受力形变、脆性断裂和强度等作为应用性能，如制造工具、机器、脆性断裂和强度等作为应

37、用性能，如制造工具、机器、车辆用的钢铁材料，建筑房屋、桥梁和铁路用的混凝车辆用的钢铁材料，建筑房屋、桥梁和铁路用的混凝土材料。这些材料都具有抵抗外力作用而保持自己的土材料。这些材料都具有抵抗外力作用而保持自己的形状、结构不变的优良力学性能。形状、结构不变的优良力学性能。功能材料：功能材料：主要利用材料的物理和化学性能主要利用材料的物理和化学性能。其定义。其定义是，具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力是，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相互转化的性能，被用于非学、化学和生物学功能及相互转化的性能，被用于非结构目的的高技术材料。例如：结构目的的高技术材料。例如

38、：51热学性能热学性能热容、热传导、热稳定；热容、热传导、热稳定；光学性能光学性能与光的作用、吸光、发光和透光性；与光的作用、吸光、发光和透光性；电学性能电学性能导电、介电和压电性等；导电、介电和压电性等；磁学性能磁学性能永磁、硬磁、软磁等；永磁、硬磁、软磁等；化学性能化学性能反应性、催化等；反应性、催化等；生物功能生物功能人造器官、骨骼和牙齿等。人造器官、骨骼和牙齿等。524.4.按材料的用途分按材料的用途分 建筑材料、电工材料、电子材料、航空航天材料、建筑材料、电工材料、电子材料、航空航天材料、通讯材料、包装材料、光学材料、感光材料、防火材料、通讯材料、包装材料、光学材料、感光材料、防火材

39、料、防水材料、耐火材料、耐酸材料、医用材料等等。防水材料、耐火材料、耐酸材料、医用材料等等。3.3.按聚集状态分按聚集状态分 单晶材料、多晶材料、微晶材料、非晶材料和单晶材料、多晶材料、微晶材料、非晶材料和液晶材料等。液晶材料等。53六、材料科学与材料化学六、材料科学与材料化学 材料，包括结构材料和功能材料，绝大多数属材料，包括结构材料和功能材料，绝大多数属于固体状态，因而材料科学也就是固体科学。它是于固体状态，因而材料科学也就是固体科学。它是研究材料的成分、结构、加工成型和性能及其相互研究材料的成分、结构、加工成型和性能及其相互影响和转化关系的一门科学。材料的推出过程如下：影响和转化关系的一

40、门科学。材料的推出过程如下：从材料的推出过程可以看到，新材料的研制和从材料的推出过程可以看到，新材料的研制和商品化涉及到许多科学门类，其中最基础的学科有商品化涉及到许多科学门类，其中最基础的学科有3 3个：个：54固体物理学：固体物理学：研究构成材料的固体的原子、离子及研究构成材料的固体的原子、离子及电子运动和相互作用的一般共性规律，提出各种模电子运动和相互作用的一般共性规律，提出各种模型和理论，以型和理论，以阐明固体的结构和性能之间的关系阐明固体的结构和性能之间的关系；固体化学：固体化学：研究固体材料中具体的各类研究固体材料中具体的各类固体物质的固体物质的合成方法、结构和表征、性质测定合成方

41、法、结构和表征、性质测定和应用及其相互和应用及其相互关联；关联；材料工程学：材料工程学：解决如何将固体物质制成可以使用的解决如何将固体物质制成可以使用的结构材料和器件，使之具有指定的形态（如纤维、结构材料和器件，使之具有指定的形态（如纤维、薄膜、陶瓷体、集成块等）和薄膜、陶瓷体、集成块等）和规定各种结构和性能，规定各种结构和性能，如具有特定的热、力、光、电、声、磁、化（学）如具有特定的热、力、光、电、声、磁、化（学）和生（物）功能和生（物）功能。55 从新材料研制过程涉及的从新材料研制过程涉及的3 3门科学的研究对象可门科学的研究对象可以看出，以看出，固体化学或材料化学是新材料诞生的摇篮，固体

42、化学或材料化学是新材料诞生的摇篮，是材料科学中的中间链节是材料科学中的中间链节。化学是自然科学中唯一一。化学是自然科学中唯一一门创造新物质的科学。在过去的一个世纪之中，化学门创造新物质的科学。在过去的一个世纪之中，化学家以结构家以结构功能关系研究为主线，设计、合成了许功能关系研究为主线，设计、合成了许多具有各种功能的分子和物质。随着化学的发展，较多具有各种功能的分子和物质。随着化学的发展，较为完备的合成化学理论和方法、精确的定性和定量分为完备的合成化学理论和方法、精确的定性和定量分析，尤其是各类结构分析仪器的发展和应用，使得材析，尤其是各类结构分析仪器的发展和应用，使得材料化学科学发展到一个新

43、的水平，对新材料的研制和料化学科学发展到一个新的水平，对新材料的研制和推出起到重要的作用。推出起到重要的作用。56七、材料化学中基本化学问题七、材料化学中基本化学问题 在化学家参与新材料研制和推出之前，新材料的在化学家参与新材料研制和推出之前，新材料的研制基本上采用各种尝试法研制基本上采用各种尝试法把各种组分依照无理把各种组分依照无理论指导的配比加成，再根据性能要求来取舍。我们知论指导的配比加成，再根据性能要求来取舍。我们知道，每种材料的特定结构决定它的特定功能和用途。道，每种材料的特定结构决定它的特定功能和用途。它们的原始基础在于构成它们的分子结构，而实际功它们的原始基础在于构成它们的分子结

44、构，而实际功能则还取决于由分子构成的宏观物质的状态和结构。能则还取决于由分子构成的宏观物质的状态和结构。化学在研究开发新材料中一个作用就是用化学理论和化学在研究开发新材料中一个作用就是用化学理论和方法研究功能分子以及由功能分子构筑的材料的结构方法研究功能分子以及由功能分子构筑的材料的结构和功能关系，使人们能够设计新型材料。另外合成化和功能关系，使人们能够设计新型材料。另外合成化学提供的各种化学合成反应和方法使人们可以获得具学提供的各种化学合成反应和方法使人们可以获得具有所设计结构的材料。在有所设计结构的材料。在20 20 世纪后期有两个动向：世纪后期有两个动向：57一是具有特定功能的先进材料变

45、得越来越重要；一一是具有特定功能的先进材料变得越来越重要；一是高级材料对于特殊物理性质和材料的高级结构的是高级材料对于特殊物理性质和材料的高级结构的依赖性增加。因此，未来材料科学发展的化学基本依赖性增加。因此，未来材料科学发展的化学基本问题有以下几个：问题有以下几个：分子结构分子结构分子聚集体高级结构分子聚集体高级结构材料结构材料结构理化理化性能性能功能之间的关系功能之间的关系 掌握这些关系便可以减少掌握这些关系便可以减少盲目性，增加命中率。还需要建立测定高级结构的盲目性，增加命中率。还需要建立测定高级结构的方法，研究理化性能和功能与高级结构的关系。方法，研究理化性能和功能与高级结构的关系。合成功能分子与构筑高级结构的理论与方法的研究合成功能分子与构筑高级结构的理论与方法的研究如何构筑有序的高级结构是一个新的合成化学问题。如何构筑有序的高级结构是一个新的合成化学问题。或是在合成结构单元的时候，如何能够自组装成为或是在合成结构单元的时候，如何能够自组装成为所需的高级结构；或是在获得功能分子之后，再组所需的高级结构；或是在获得功能分子之后，再组装为材料。装为材料。