现代仪器分析及材料研究方法绪论.pptx
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1、 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各异、类型不同的材料。原料原料(RawMaterials)与材料与材料由原料到材料由原料到材料原原料料一一般般不不是是为为获获得得产产品品,而而是是生生产产材材料料,往往往往伴伴随随化化学变化。学变化。材材料料的的特特点点往往往往是是为为获获得得产产品品,一一般般从从材材料料到到产产品品的的转转变过程不发生化学变化。变过程不发生化学变化。材料与物质材料与物质(MaterialsandMatter)第1页/共27页材料可以根据化学组成、状态、作用和使用领域分类。金属材料化学组成分类无机非金属材料components有机高
2、分子材料气态状态分类液态单晶state固态多晶 非晶 复晶作用分类功能材料function结构(工程)材料应用领域分类建筑、仪表、电子、医用application包装、耐火能源等。(二)材料的类别(二)材料的类别(classfication)第2页/共27页(1 1)黑色金属材料化学成分碳素钢、合金钢品质普通、优质、高级优质钢钢-金相组织或组织结构珠光体、贝氏体、马氏体和奥氏体Stell用途建筑工程、结构、工具、特殊性能、专业用钢冶炼方法平炉、转炉、电炉、沸腾炉钢灰铸铁可锻铸铁铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁特殊性能铸铁1、金属材料金属材料(metals)第3页/共27页 五大类五大类轻金属轻金属(4.5
3、8/cm2)铜、镍、铅、锌铜、镍、铅、锌贵金属贵金属金、银、铂、铑金、银、铂、铑类金属(半)类金属(半)硅、硒、砷、硼硅、硒、砷、硼稀有金属稀有金属钛、锂、钨、钼、镭钛、锂、钨、钼、镭常常用用的的稀稀有有金金属属材材料料有有:Al、Cu、Zn、Sn、Pb、Mg、Ni(2 2)有色金属)有色金属第4页/共27页a.金属键,常规法生产的为晶体结构;b.常温下固体熔点较高;c.金属光泽;d.纯金属范性大、展性、延性大;e.强度较高;f.导热、导电性好;g.空气中易氧化,如钢、铁等生成氧化膜,合金可改性,抗氧化性。(3 3)基本特性)基本特性 (PrincipalProperties)a.结构材料结构
4、材料:如机床如机床,建筑机械设备、工程交通工具;建筑机械设备、工程交通工具;b.导体材料,电线芯(铜)导体材料,电线芯(铜)c.工具工具(4 4)用途用途 (Application)第5页/共27页(1)分类(按成分,化学结构和用途分四大类)混凝土(水泥)玻璃Glass硅及耐火材料Silane陶瓷(器)Ceramics传统陶瓷(天然硅酸盐矿):各中粘土烧制而成。(SilicateCeramics)特种陶瓷(人工化合物:氧化物、氮化物、硼化物、碳化物)。2、无机非金属材料无机非金属材料(Inorganicnonmetals)第6页/共27页a.离子键、共价键及其混合键;b.硬而脆;c.熔点高、耐
5、高温抗氧化d.导热、导电性差;e.耐化学腐蚀性性好;f.耐磨;g.成型方式为粉末制胚、烧制成型(2)基本特性基本特性,以陶瓷为例,以陶瓷为例建筑卫生陶瓷:瓷砖、浴缸。建筑卫生陶瓷:瓷砖、浴缸。工工程程陶陶瓷瓷工工程程结结构构陶陶瓷瓷:反反应应釜釜(耐耐酸酸、耐耐腐腐蚀蚀)绝绝缘缘瓷瓶。瓷瓶。功能陶瓷:磁性、导电。功能陶瓷:磁性、导电。(3)用途用途第7页/共27页 (1)分类碳链CCC按主链结构杂链CNC=OCOCbackebone元素Si、P、B塑料Plastics通用塑料、工程塑料;热塑性、热固性橡胶Ruber天然、合成按使用性质纤维Fiber人造、合成粘合剂Adhesive涂料Coati
6、ng3.高分子材料高分子材料(polymers,Marcomolecules)第8页/共27页a.共价键,部分范氏键b.分子量大,无明显熔点,有玻璃化转变温度Tg和粘流温度Tf;c.力学状态有三态玻璃态、高弹态、粘流态d.比重小e.绝缘性好f.优越的化学稳定性g.成型方法多(2)基本性质)基本性质第9页/共27页结构材料:电视机壳体、冰箱壳体、轴承、机械零件绝缘材料:漆包线、电缆、绝缘版、电器零件建筑材料:贴面板、地贴包装材料:塑料袋、薄膜、泡沫塑料涂装:涂料粘合剂:粘合剂日用:织物(衣服)胶鞋运输:轮胎,传送带(3)用途)用途第10页/共27页定义:由两种以上组分组成,并且具有与其组成不同的
7、新的性能的材料(1)分类按性能:结构复合材料功能复合材料按增强剂形状及增强机理:粒子增强纤维增强基体 Matrix 增强体Reinforcement金属金属、无机非金按复合方式无机非金属金属、无机非金属高分子(塑料,橡胶)金属、无机非金、高分子4、复合材料复合材料(composites)第11页/共27页 a.抗疲劳性能良好;b.结构件减震性好;c.比强度和比量高;d.耐烧能性和耐高温性能好e.具有良好的减摩、耐摩和耐润滑性能(2)基本性质)基本性质第12页/共27页无机高分子玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)汽车,游艇,碳纤维增强塑料飞机机翼、高尔夫球棍、撑杆跳杆金属陶瓷飞机螺旋桨叶综合金属韧性,陶
8、瓷耐高温性高分子高分子橡胶增韧塑料抗冲PSABS树脂减震材料(3)用途用途第13页/共27页(三)材料研究的内容物质的组成和结构取决于材料的制备和使用条件。在材料的制备和使用过程中,物质经历了一系列物理、化学或物理化学变化。因此,材料的制备工艺和使用过程,特别是前者直接决定了材料的组成和结构,从而决定了材料的性能和使用效能。第14页/共27页材料科学的发展趋势1、从简单物质到复杂物质;、从简单物质到复杂物质;随着对材料功能化要求的不断提高,构成材料随着对材料功能化要求的不断提高,构成材料的基本物质也越来越倾向于从简单物质到复杂物质。的基本物质也越来越倾向于从简单物质到复杂物质。2、从简单结构到
9、结构控制;、从简单结构到结构控制;对于同种材料,结构上的改变可以带来许多崭新对于同种材料,结构上的改变可以带来许多崭新的功能,而对简单的结构加以调控,才可能使功能得到优化。的功能,而对简单的结构加以调控,才可能使功能得到优化。3、从粉体材料到器件材料;、从粉体材料到器件材料;相对于粉体材料而言,当材料制备成器件后会具有相对于粉体材料而言,当材料制备成器件后会具有更为优良的功能。如在电子技术方面,涉及到半导体、电介质、超导体等材料。更为优良的功能。如在电子技术方面,涉及到半导体、电介质、超导体等材料。4、从块体材料到薄膜材料;、从块体材料到薄膜材料;纳米薄膜是一类具有广泛应用前景的新材料,如纳米
10、薄膜是一类具有广泛应用前景的新材料,如Fe2P薄膜具有优良的磁性能。薄膜具有优良的磁性能。5、从纯物质到复合、掺杂材料;、从纯物质到复合、掺杂材料;如:仅具有紫外线活性的纳米如:仅具有紫外线活性的纳米TiO2经经N掺杂掺杂后,具备了可见光的活性。后,具备了可见光的活性。第15页/共27页7、从单功能到多功能和智能材料;、从单功能到多功能和智能材料;(1)泡沫铝是一种在铝基体中均匀分布)泡沫铝是一种在铝基体中均匀分布着大量连通或不连通孔洞的新型轻质多功能材料,它兼有连续金属相和分散空气着大量连通或不连通孔洞的新型轻质多功能材料,它兼有连续金属相和分散空气相的特点,是集多种优良性能于一体的新型结构
11、功能泡沫材料。(相的特点,是集多种优良性能于一体的新型结构功能泡沫材料。(2)智能材料)智能材料是具有传感、反馈、自诊断、自修复、自适应、信息识别与积累、响应等功能,是具有传感、反馈、自诊断、自修复、自适应、信息识别与积累、响应等功能,如:形状记忆材料、电(磁)流变材料等。如:形状记忆材料、电(磁)流变材料等。8、从单层次到立体多层次材料;、从单层次到立体多层次材料;如:在高分子材料领域,借改变高分子材料如:在高分子材料领域,借改变高分子材料颗粒与不同粒径可溶性颗粒的混合重量比例,依据不同需要将原料颗粒依序填入颗粒与不同粒径可溶性颗粒的混合重量比例,依据不同需要将原料颗粒依序填入模具中形成所需
12、要的层次,制得包括有不同孔径、不同孔隙率或不同材料组成的模具中形成所需要的层次,制得包括有不同孔径、不同孔隙率或不同材料组成的双层或多层高分子材料,以满足组织工程的不同需求。双层或多层高分子材料,以满足组织工程的不同需求。6、从宏观到微观的纳米材料;、从宏观到微观的纳米材料;如:纳米如:纳米Al2O3颗粒加入到橡胶中,可以大大颗粒加入到橡胶中,可以大大增强其介电性能和耐磨性能。增强其介电性能和耐磨性能。第16页/共27页2、材料的化学结构分析;、材料的化学结构分析;在固体材料中拉曼激活的机制很多,反映的范围也在固体材料中拉曼激活的机制很多,反映的范围也很广,如分子振动、各种元激发(电子、声子、
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