1、無機材料化學(xué)，2010.03，雙軍Tel 3360 67783123e-Mail 3360材料科學(xué)和化學(xué)日益融合，形成了新的化學(xué)地球科學(xué)材料化學(xué)?；瘜W(xué)系本科生要學(xué)會理解材料科學(xué)的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)要求及建議課程教學(xué)的重要性考試問題是課程內(nèi)容和考試的重點，歡迎學(xué)生在線評價，對課程提出批評和建議。過程的主要內(nèi)容：第一章引言第二章無機材料的晶體結(jié)構(gòu)和缺陷第三章無機材料的物理性質(zhì)第四章無機材料的合成和制備第五章納米材料介紹，主要參考：1。秀美，固體化學(xué)導(dǎo)論，北京大學(xué)出版社，1987 2。唐小珍等，材料化學(xué)導(dǎo)論，高等教育出版社，1994 3。主兒童，無機材料物理化學(xué)，武漢工業(yè)大學(xué)出版社

2、，1994年。證人杰，無機材料化學(xué)，廈門大學(xué)出版社，2001 5北京大學(xué)出版社，2006 7。桂慧明，無機材料化學(xué)，天津大學(xué)出版社，2007 8。增和諧等材料化學(xué)、化學(xué)工業(yè)出版社，2008，第一章引言，1.1材料的發(fā)展和作用1.2材料的分類1.3材料科學(xué)和研究內(nèi)容1.4材料化學(xué)和研究內(nèi)容1材料是具有性能和功能的材料，可用于制作或加工成有用的物件(零件、元件、工具或裝置)。材料在進一步加工過程中保持其原始性質(zhì)。材料和材料、材料和原料的差異。材料是人類生活和生產(chǎn)活動所需的物質(zhì)基礎(chǔ)。新材料的出現(xiàn)和使用將促進社會生產(chǎn)力的發(fā)展，促進科學(xué)技術(shù)和社會的進步。性能包括光、傳記、聲音、磁、熱和動力學(xué)。根據(jù)材料使

3、用水平劃分的人類社會發(fā)展歷史時期：石器時代青銅時代鐵器時代鐵器時代鋼鐵時代(工業(yè)革命時代)，早期人類材料知識的積累主要依靠經(jīng)驗，增長很慢。產(chǎn)業(yè)革命后，人類社會進入了科學(xué)時代，建立了物理學(xué)、化學(xué)等學(xué)科，人類材料方面的知識和成果迅速增加，促進了材料的發(fā)展，也使材料在人類文明進步、社會經(jīng)濟、科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的產(chǎn)生作用更加明顯。1718世紀：鋼鐵材料的出現(xiàn)孕育了產(chǎn)業(yè)革命。19世紀末20世紀初：電力工業(yè)材料的誕生和使用，將電磁理論轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，促進了電力工業(yè)的發(fā)展。20世紀以來：高分子材料(30年代)的出現(xiàn)滿足了生產(chǎn)、生活和國民經(jīng)濟相關(guān)領(lǐng)域的材料開發(fā)需求，極大地促進了現(xiàn)代物質(zhì)文明的發(fā)展。高純度半導(dǎo)體材料(

4、50年代)的出現(xiàn)促進了現(xiàn)代信息技術(shù)的建立和發(fā)展。能源材料(放射性钚、钚)的發(fā)現(xiàn)使原子能的開發(fā)和利用成為現(xiàn)實。20世紀以來：先進復(fù)合材料、新型高溫合金材料、各種高溫材料、切削材料的開發(fā)為宇宙技術(shù)的發(fā)展奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。光纖的出現(xiàn)使通信產(chǎn)業(yè)發(fā)生了質(zhì)的變化，引發(fā)了信息革命。新型超導(dǎo)材料的研究和開發(fā)將促進無損耗輸電、磁流發(fā)展、受控?zé)嵩痊F(xiàn)代能源的發(fā)展。材料是高科技的物質(zhì)基礎(chǔ)。材料、信息和能源被稱為現(xiàn)代技術(shù)的三個茄子支柱，其中材料也是能源和信息的物質(zhì)基礎(chǔ)。，衡量國家現(xiàn)代化程度的直接標志：所擁有的材料品種、質(zhì)量和產(chǎn)量是衡量國家科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標志：新材料的研發(fā)能力、新材料發(fā)現(xiàn)、研究和使用的其他

5、作用：影響和改變社會和人們的觀念、行為和生活方式。例如高分子材料已經(jīng)成為社會生活和生產(chǎn)活動不可缺少的基礎(chǔ)材料，廣泛使用，影響社會。半導(dǎo)體和磁性材料的應(yīng)用影響著人們的工作和生活，改變著人們的思維和社會行為。促進相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。納米材料的研究和發(fā)展改變了納米尺度物理、化學(xué)、生命現(xiàn)象的認識和觀念，擴大了人類對自然界的認識深度。生產(chǎn)和領(lǐng)導(dǎo)傳感器材料、半導(dǎo)體材料、磁性材料和納米材料等一系列高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。第一代天然材料是從自然界的動物、植物、礦物中提取的。第二代燃燒材料包括燒結(jié)材料和冶煉材料。第三代合成材料包括合成塑料、合成纖維和合成橡膠。第四代可設(shè)計材質(zhì)是根據(jù)實際需要設(shè)計特殊性能的材質(zhì)。例如：玻璃鋼

6、復(fù)合第五代智能材料可以隨著環(huán)境、時間的變化改變自身的性能或外觀，具有檢測、自我曹征和反饋功能。例如：形狀記憶合金(Ti-Ni 1:1)變色玻璃，人類使用的材料按發(fā)展水平概括，大致可分為五代。1.2材料的分類，1 .根據(jù)化學(xué)屬性(化學(xué)組成)材料，可以分為金屬材料、無機材料(無機材料)、金屬材料是以金屬元素為主要成分的材料。黑色金屬：包括鋼、鐵、錳、鉻及其合金。有色金屬：黑色金屬以外的多種金屬及其合金。特點：具有良好的力學(xué)性能(高強度和高塑性配合，良好的可加工性)和卓越的物理特性。性能與成分、顯微組織結(jié)構(gòu)及制造工藝密切相關(guān)。應(yīng)用：在近代的物質(zhì)文明中，金屬材料起了重要作用，到目前為止，這種材料仍然是

7、用途最廣、使用最多的。高分子材料由脂肪族或芳香族的碳碳碳共價鍵構(gòu)成，是基本結(jié)構(gòu)的大分子。構(gòu)成特征：化學(xué)構(gòu)成簡單，結(jié)構(gòu)規(guī)律。通常，由一個或多個簡單化學(xué)組成的結(jié)構(gòu)單元多次重復(fù)連接在一起。天然高分子材料：木材、真皮、天然橡膠、棉、麻、絲、生漆等。合成高分子材料：塑料、橡膠、纖維、涂料、膠粘劑等。特點：質(zhì)量輕，強度大，絕緣性和耐腐蝕性好，加工容易，原料容易獲得。應(yīng)用：用于日常生活和信息、能源、航空航天、國防等多種用途。傳統(tǒng)無機材料：以硅酸鹽化合物為主要成分。包括玻璃、陶瓷、水泥、耐火材料等。在歐洲和美國，硅酸鹽材料統(tǒng)稱為“陶瓷”或“陶瓷產(chǎn)品”。新型無機材料：包括氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物、

8、硫化物、氧酸鹽和其他鹽類和非金屬單體。在歐洲和美國各國，被稱為細陶瓷(Fine Ceramics)、工程陶瓷(Engineering Ceramics)等。無機材料是由非金屬單質(zhì)、金屬和非金屬元素組成的化合物構(gòu)成的材料?？梢苑譃椋簾o機材料的各種原因，化學(xué)成分相同，晶體結(jié)構(gòu)或其他形式，也可以構(gòu)成非常不同的材料氧化鋁：單晶狀態(tài)，寶石，用作激光材料。多晶燒結(jié)體，電爐基板，高溫爐管，切削材料。纖維上多晶，高強度，高品質(zhì)隔熱材料。多孔多晶體、催化劑載體或傳感材料。碳：石墨、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性、高溫、耐磨性、潤滑材料。鉆石、最大硬度、隔熱層。C60(原子簇化合物，由60個碳原子組成的球形32面體)，碳納米管是包

9、含多個不飽和鍵的高共軛體系。在導(dǎo)電、超導(dǎo)、磁性、催化劑等方面發(fā)揮獨特性能。特征：由離子鍵和共價鍵結(jié)晶組成。材料脆，硬度大，強度高，耐化學(xué)性強，熱和電的絕緣性好。新型武器材料具有優(yōu)良的傳記、壓電、光學(xué)、電磁學(xué)和其他功能轉(zhuǎn)換等特性。應(yīng)用：新型武器材料的特殊性能和功能在現(xiàn)代高新技術(shù)及國民經(jīng)濟的許多領(lǐng)域中得到重要應(yīng)用。復(fù)合材料由聚合物、金屬和陶瓷等氣體和增強劑(增強劑)組成。強化劑是無機纖維(如玻璃(碳，SiC)纖維，稱為纖維強化。形成的材料分別稱為以聚合物(金屬、陶瓷)為基礎(chǔ)的復(fù)合材料氣體，強化劑為無機粉末(例如ZnO、SiO2、TiO2)，稱為粒子分散增強。2 .根據(jù)構(gòu)成和結(jié)構(gòu)特性，材料是金屬材料

10、、無機材料、高分子材料和復(fù)合材料、復(fù)合材料：上述材料中兩種以上有機結(jié)合，產(chǎn)生性能上的協(xié)同效應(yīng)，徐璐補充，獲得新性能的新材料。3 .根據(jù)材料的使用性質(zhì)或功能，材料可以分為結(jié)構(gòu)材料：利用材料的機械性質(zhì)。其特點是強度、剛度、韌性、耐磨性、硬度、疲勞強度等性能。功能材料：利用材料的物理化學(xué)性質(zhì)和物理化學(xué)效果，包括光、傳記、聲音、磁、熱和相互轉(zhuǎn)化。示例：超導(dǎo)、光電、熱電、壓電、光電、熱電和磁光、傳記光學(xué)、音響光學(xué)和激光材料。建筑材料、耐火材料、耐蝕材料能源材料、電子材料、醫(yī)療材料生物材料、光學(xué)材料、航空材料催化劑材料、激光材料、超導(dǎo)材料、5 .可以根據(jù)使用領(lǐng)域或用途進行劃分：4 .根據(jù)集成狀態(tài)，材料可以

11、分為單晶材料、多晶材料。材料系(主修)的相關(guān)內(nèi)容為：下一個科系主修：金屬材料冶金學(xué)、陶瓷材料、陶瓷學(xué)、高分子材料有機化學(xué)等三種茄子材料在發(fā)展初期各有特點，特別是科系基礎(chǔ)各不相同。一起研究可能會缺乏共同語言。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和材料研究的深入材料種類和領(lǐng)域的擴大，除了金屬、陶瓷、高分子材料外，還出現(xiàn)了復(fù)合材料。屬于同一功能的材料范圍也在擴大(例如半導(dǎo)體材料)。對材料的內(nèi)在規(guī)律也有更深的認識。徐璐在其他種類的材料中，界面和表面、晶體結(jié)構(gòu)和微觀缺陷、材料的擴散和相變等有共同之處。由于牙齒，有必要統(tǒng)一相關(guān)資料的研究內(nèi)容，形成材料科學(xué)體系。徐璐將不同學(xué)科的知識融合在一起形成新的材料學(xué)科和體系也是科學(xué)技術(shù)發(fā)

12、展的必然結(jié)果。各種材料的研究理論和方法可供徐璐參考和參考。各種材料的研究手段很相似。特別是性能測試和結(jié)構(gòu)表征設(shè)備常用。徐璐對其他類型材質(zhì)的全面了解有助于材質(zhì)的相互替代和最佳材質(zhì)選擇。有利于復(fù)合材料開發(fā)。擴大專業(yè)知識的廣度有利于人才培養(yǎng)。引發(fā)材料科學(xué)形成的另一個原因：1957年蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星首先受到了美國的沖擊。20世紀50年代末，美國政府制定“國家材料計劃”60年后，美國成立了“材料研究中心”，并在大學(xué)設(shè)立了“材料科學(xué)與工程系”或“材料科學(xué)與工程系”。材料研究中心的建立標志著開始統(tǒng)一考慮各種材料。材料科學(xué)系的成立是把材料的整體看作自然科學(xué)的一個領(lǐng)域。60年代，美國學(xué)者首先提出了“材料科學(xué)”

13、一詞。材料科學(xué)體系也開始相應(yīng)地建立起來。主要研究材料的構(gòu)成、結(jié)構(gòu)、加工制備工藝、性能、使用效率之間的相互關(guān)系和變化規(guī)律，為材料設(shè)計、制造和合理使用提供科學(xué)依據(jù)。材料科學(xué)研究內(nèi)容、材料科學(xué)、4個頂角研究內(nèi)容共同構(gòu)成材料科學(xué)研究系統(tǒng)，是基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)之間的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科，與物理、化學(xué)、化工、電子冶金等學(xué)科交叉和滲透。多學(xué)科是徐璐交叉滲透的新興邊緣學(xué)科。在熱力學(xué)、力學(xué)、固體物理學(xué)、固體化學(xué)、物理化學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)上，結(jié)合化工、冶金、機械、陶瓷等學(xué)科，研究材料的內(nèi)在規(guī)律和應(yīng)用，為材料工程等應(yīng)用學(xué)科提供和發(fā)展新材料、新工藝、新技術(shù)。解決了材料科學(xué)的科系定位和相關(guān)學(xué)科的關(guān)系，材料工程：可以使用固體材料的材

14、料和零件的制作方法，規(guī)定了指定的形式(如纖維、薄膜、陶瓷、復(fù)合砌塊等)和特定的熱、力、光、傳記、聲音等各種結(jié)構(gòu)和性能。1.4材料化學(xué)及其研究內(nèi)容，材料化學(xué)是材料科學(xué)和化學(xué)交叉形成的邊緣領(lǐng)域。它是材料科學(xué)的重要領(lǐng)域和應(yīng)用化學(xué)的一部分，是溝通化學(xué)和材料科學(xué)的橋梁。材料化學(xué)論述的主題是材料科學(xué)的化學(xué)問題。材料化學(xué)主要從材料科學(xué)的角度看問題，利用化學(xué)原理研究新材料的制備、構(gòu)成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用。在原子和分子水平上實現(xiàn)有目的的設(shè)計、合成、制備和修飾新材料。材料化學(xué)，傳統(tǒng)化學(xué)的一些領(lǐng)域保持著自己的特色，新的難度和高度擴大。化學(xué)原理、化學(xué)手段用于蛋白質(zhì)、DNA等的研究。用化學(xué)的基本原理和手段研究材料的制備、

15、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用。材料化學(xué)的出現(xiàn)和發(fā)展也是化學(xué)學(xué)科自身發(fā)展的必然結(jié)果。化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢：自身的持續(xù)發(fā)展；不斷地與其他學(xué)科交叉和滲透?；瘜W(xué)參與材料科學(xué)的優(yōu)點：材料制備是材料表征和性能及應(yīng)用研究的基礎(chǔ)。新材料的制造有很多化學(xué)問題?；瘜W(xué)家對物質(zhì)結(jié)構(gòu)和結(jié)合的復(fù)雜性有很深的理解?；瘜W(xué)家有精密的化學(xué)反應(yīng)實驗技術(shù)。對化學(xué)家的合成技巧和物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的深刻理解，在探索和開發(fā)新的構(gòu)成、新的結(jié)構(gòu)、新功能的材料方面，對材料的復(fù)合、整合、加工等有很大的作用。在原子和分子水平上有利于實現(xiàn)有目的的設(shè)計、制備和修飾新材料。主要采用新技術(shù)和新技術(shù)方法(包括軟化學(xué)方法和硬化學(xué)方法)合成新材料和新材料，使用現(xiàn)代實驗手段研究材料的構(gòu)成、結(jié)構(gòu)和特性與性能之間的關(guān)系。材料化學(xué)研究內(nèi)容，硬化學(xué)反應(yīng)(方法):極端條件下進行的化學(xué)反應(yīng)。合成通常不能合成的新物質(zhì)。例如超高壓、超高溫、超真空、低溫、強輻射和失重(失重)環(huán)境。軟化學(xué)反應(yīng)(方法):在溫和可