1、第8章,材料化學基礎(chǔ),8.1引言 8.2常用工程材料在周期表中的分布與應(yīng)用 8.3新型金屬材料 8.4功能無機非金屬材料 8.5有機高分子材料 8.6復(fù)合材料 8.7液晶材料,本章教學要求,1.了解高分子化合物的基本概念、命名和分類。,2.了解高分子化合物的基本結(jié)構(gòu)與重要特性及了解高分子化合物的合成反應(yīng),4.,3.了解幾種重要高分子材料和復(fù)合材料的性能及其應(yīng)用。,5.,8.1引言,8.1.1材料的發(fā)展過程,材料的發(fā)展經(jīng)歷了以下階段：,按使用性能,結(jié)構(gòu)材料：主要利用材料的力學性能,以強度為特征，如建筑、構(gòu)件,功能材料：主要利用材料物理和化學性能,以光、電、磁、熱等性能為特征的材料,8.1.2材料

2、的分類,材料是人類賴以生存和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。材料發(fā)展的歷史反映了人類社會發(fā)展的文明史。新材料的研究和開發(fā)已被認為是當今社會發(fā)展的三大支柱之一。,材料的品種繁多，材料的分類方法主要有兩種。,8.2常用工程材料在周期表中的分布與應(yīng)用,8.2.1 S區(qū)元素組成的工程材料,8.2.2 P區(qū)與B元素組成的工程材料,8.2.3 d區(qū)與B元素組成的工程材料,8.2.1 S區(qū)元素組成的工程材料,S區(qū)金屬元素的外電子層構(gòu)型為ns12,而且原子體積大，單質(zhì)的密度小5g.cm-3,屬于輕金屬。 A最外層只有一個電子，電子逸出所需能量小，常用作光電材料。,8.2.2 P區(qū)與B元素組成的工程材料,P區(qū)與B金屬元素大多活

3、潑性差，其長周期元素次外層d電子已填滿，不參加成鍵，所以長周期單質(zhì)Bi、Sn、Pb、Hg等是常用的硬度較小的低熔點金屬。,P區(qū)的金屬元素唯有鋁較活躍，但它是易“鈍化”的輕金屬，鋁元素可用來代替鋼鐵和銅，用作航空、航天飛行器的主要結(jié)構(gòu)材料。此外，鋁還有良好的導電、導熱性能，常用來代替銅制造導電材料，特別是高壓電纜。,P區(qū)的非金屬單質(zhì)碳（金剛石）的熔點（3652 ）及硬度是所有單質(zhì)中最高的，它在商業(yè)和工業(yè)有很大的需求。碳、氮、硼、硅等非金屬元素間能以共價鍵結(jié)合成化合物，這類化合物屬于原子晶體，熔點高、硬度大，是工業(yè)上常用的耐高溫、耐磨硬質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。,位于P區(qū)對角斜線上的硼、硅、鍺、砷、銻、硒、碲等

4、都是半導體元素，在半導體單質(zhì)中硅和鍺被認為是最好的半導體材料?；衔锇雽w多由 和 族元素組成，較典型的有GaAs,AIP 和 InSb等。,8.2.3 d區(qū)與B元素組成的工程材料,d區(qū)均為金屬元素，外層電子構(gòu)型為（n-1)d1-9ns1-2 ，屬于重金屬。大多數(shù)是高熔點金屬，其中以鎢的熔點（3410 ）最高，除B外,其余都有較有的硬度,鉻是所有金屬中最硬的.因為這些元素的原子有較多未成對的d電子參加金屬鍵的形成，所以金屬鍵很強，它們中很多是重要合金材料（如高溫合金、硬質(zhì)合金等）的主要組成元素。,高溫合金又稱耐熱合金，大多是利用d區(qū)合金元素制成的。,第 ， ， 族金屬與碳、氮、硼等所形成的金屬

5、型化合物統(tǒng)稱為硬質(zhì)合金。,某些過渡金屬、合金或金屬化合物，在一定溫度和壓力條件下能大量吸收并可逆地釋放H2氣，可作為貯氫材料。,8.3新型金屬材料,8.3.1 形狀記憶合金,形狀記憶合金也是一類金屬功能材料。形狀記憶合金有一個特殊轉(zhuǎn)變溫度，在轉(zhuǎn)變溫度以下，金屬晶體處于一種不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)；在轉(zhuǎn)變溫度（用 Tc 表示）以上，金屬晶體是一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)。一旦把它加熱到 Tc 以上，不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)就轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，合金就恢復(fù)了原來的形狀。即合金好像“記得”原先所具有的形狀，故稱這類合金為形狀記憶合金。,例如Ti50Ni（Tc = 60）和Ti51Ni（Tc=30）等。用鎳鈦形狀記憶合金制成管接口，在使用溫

6、度下加工的管接口內(nèi)徑比外管徑略小，安裝時在低溫下將其機械擴張，套接完畢在室溫下放置，由于接口恢復(fù)原狀而使接口非常緊密。這種管子固定法在F14型戰(zhàn)斗機油壓系統(tǒng)的接頭及在海底輸送管的接口固接均有很成功的實例。,氫是21世紀要開發(fā)和利用的新能源之一。氫能的優(yōu)點是發(fā)熱值高，沒有污染且資源豐富。氫能燃燒將放出大量熱能，每千克氫氣燃燒產(chǎn)生的熱能是媒的4倍以上。燃燒產(chǎn)物是水，沒有任何污染氣體產(chǎn)生。氫來源于水的分解，可以利用光能或電能分解水，而水是取之不盡的。,8.3.2 貯氫合金,貯氫合金是因金屬或合金與氫形成氫化物，從而把氫貯存起來。金屬都是密堆積結(jié)構(gòu)，存在許多四面體和八面體空隙，可以容納半徑較小的氫原子

7、。在貯氫合金中，一個金屬原子能與2個，3個甚至更多的氫原子結(jié)合，生成金屬氫化物。但并不是每種貯氫合金都能作為貯氫材料，具有實用價值的貯氫量大，金屬氫化物既容易形成，稍稍加熱又容易分解，室溫下收，放氫的速度快。使用壽命長和成本低。目前正在研究開發(fā)的貯氫合金主要有三大系列：鎂系貯氫合金；稀土系列貯氫合金如LaNi5 ，為了降低成本，用混合稀土Mm代替La，可得到MmNiMm, MmNiAl貯氫合金;鈦系貯氫合金。,貯氫合金用于氫動力汽車的試驗已獲成功。隨著石油資源逐漸枯竭，氫能源終將代替汽油，柴油驅(qū)動汽車，并一勞永逸消除燃燒汽油，柴油產(chǎn)生的污染。貯氫合金的用途不限于氫的貯存和運輸，它在氫的回收，分

8、離，凈化及氫的同位素吸收和分離等方面也有具體的應(yīng)用。,貯氫合金的應(yīng)用 作為貯運氫氣的容器 氫能汽車、電池上的應(yīng)用 分離、回收氫 制取高純度氫氣 氫氣靜壓機,1.鎂系貯氫合金,地殼中貯藏量豐富，價格便宜,密度小，僅為1.74g/cm3,優(yōu)點：,貯氫容量高，MgH2的含氫量達3.6%,Mg2Ni 兩種改良型： Mg2-xMxNi （MCa、Al） 優(yōu)點：易形成氫化物，分解反應(yīng)速度比Mg2Ni增大40以上；通過控制Al、Ca與Mg的置換量，可以調(diào)節(jié)平衡壓 Mg2Ni1-xMx （MV、Cr、Mn、Fe、Zn等） 優(yōu)點：氫化速度和分解速度均得到顯著提高,2.稀土類及鈣系貯氫合金,AB5型稀土類及鈣系貯

9、氫合金主要有以下幾個類型：,3.鈦系貯氫合金,8.4功能無機非金屬材料,8.4.1 光導纖維,8.4.2 超導陶瓷,8.4.3 納米陶瓷,8.4功能無機非金屬材料,無機非金屬材料又稱陶瓷材料。陶瓷材料傳統(tǒng)陶瓷材料和精細陶瓷材料。,傳統(tǒng)陶瓷或稱普通陶瓷，其產(chǎn)品絕大部分屬于以黏土、長石、石英等無機非金屬礦物為主要原料燒成的硅酸鹽制品。 主要用做日用器皿、建筑陶瓷、工藝陶瓷等。 傳統(tǒng)陶瓷具有良好的電絕緣性和耐化學腐蝕等特性，因此部分陶瓷還用于電力工業(yè)（低壓電器）和化學工業(yè)中。,傳統(tǒng)陶瓷,24,精細陶瓷或稱特種陶瓷，它是以精制的高純天然無機物或人工合成無機化合物為原料，采用精密控制的工藝進行燒結(jié)的制品

10、。,精細陶瓷,按其使用性能分,結(jié)構(gòu)陶瓷,功能陶瓷,導電陶瓷 超導陶瓷 壓電陶瓷 半導體陶瓷 電子陶瓷 磁性陶瓷 生物陶瓷等,附圖 光導纖維,光導纖維簡稱光纖，以傳光和傳像為目的的一種光波傳導介質(zhì)。,光導纖維的最大應(yīng)用是激光通訊，它具有信息容量大、重量輕、抗干擾、保密性好等優(yōu)點。,8.4.1 光導纖維,8.4.2 超導陶瓷,具有超導性的陶瓷材料。其主要特性是在一定臨界溫度下電阻為零即所謂零阻現(xiàn)象。在磁場中其磁感應(yīng)強度為零，即抗磁現(xiàn)象或稱邁斯納效應(yīng)。高臨界溫度（90開以上）的超導陶瓷材料組成有YBa2Cu3O7-，Bi2Sr2Ca2Cu3O10，Tl2Ba2Ca2Cu3O10。,超導陶瓷在諸如磁懸

11、浮列車、無電阻損耗的輸電線路、超導電機、超導探測器、超導天線、懸浮軸承、超導陀螺以及超導計算機等強電和弱電方面有廣泛應(yīng)用前景。,1973年，人們發(fā)現(xiàn)了超導合金鈮鍺合金，其臨界超導溫度為23.2K。該記錄保持了13年。,1986年，設(shè)在瑞士蘇黎世的美國IBM公司的研究中心報道了一種氧化物（鑭鋇銅氧）具有35K的高溫超導性，打破了傳統(tǒng)“氧化物陶瓷是絕緣體”的觀念，引起世界科學界的轟動。,1986年底，美國貝爾實驗室研究的氧化物超導材料，其臨界超導溫度達到40K，液氫的“溫度壁壘”（40K）被跨越。,從19861987年的一年多的時間，臨界超導溫度提高了100K以上，這在材料發(fā)展史，乃至科技發(fā)展史上

12、是一大奇跡！,1987年2月，美國華裔科學家朱經(jīng)武和中國科學家趙忠賢相繼在釔鋇銅氧系材料上把臨界超導溫度提高到90K以上，液氮的禁區(qū)（77K）也奇跡般地被突破了。,1987年底，鉈鋇鈣銅氧系材料又把臨界超導溫度的記錄提高到125K。,納米陶瓷是指在陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)中，晶粒、晶界以及它們之間的結(jié)合都處在納米水平（1100nm），使得材料的強度、韌性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷的許多不足，并對材料的力學、電學、熱學、磁學、光學等性能產(chǎn)生重要影響，為替代工程陶瓷的應(yīng)用開拓了新領(lǐng)域。,8.4.3 納米陶瓷,8.5有機高分子材料,8.5.1高分子化合物的基本概念,8.5.2高分子化合物的命名與分

13、類,8.5.3高分子化合物的合成,8.5.4高分子化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),高分子化合物（高分子、高聚物或聚合物）的分子比低分子化合物的分子要大很多。通常低分子有機化合物的相對分子質(zhì)量在1000以下，而高分子化合物的相對分子質(zhì)量在1萬以上，有的可達上千萬。,8.5有機高分子材料,8.5.1高分子化合物的基本概念,1.單體,例 聚氯乙烯的分子是由許多氯乙烯結(jié)合而成：,單體聚合成高分子化合物的低分子化合物,單體：,*平均聚合度 n 鏈節(jié)的式量 = 高聚物的平均相對分子質(zhì)量,鏈節(jié)組成高分子鏈的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元,鏈節(jié)數(shù)高分子鏈所含鏈節(jié)的數(shù)目，即聚合度（DP）,2.鏈節(jié)與鏈節(jié)數(shù),1命名,（1）習慣命名:按原料單體

14、或聚合物的結(jié)構(gòu)特征命名,由一種單體合成得到的高聚物,在單體名稱前面冠以“聚”字：聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙二酰己二胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯等。,由二種單體合成得到的高聚物,在單體名稱后面加“樹脂” 或“共聚物” ：酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等。,8.5.2 高分子化合物的命名與分類,（2）系統(tǒng)命名：以聚合物的結(jié)構(gòu)重復(fù)單元(即高聚物分子中的最小重復(fù)單元)為基礎(chǔ)的命名方法。,先確定聚合物分子中的最小結(jié)構(gòu)單元，排出次序，然后按小分子有機物的命名規(guī)則給結(jié)構(gòu)重復(fù)單元命名并加括弧，最后在名稱前冠一“聚”字。,聚（1氯代乙烯 ）； PVC,為解決聚合物讀寫不便，常采用國際通用的英文縮寫符號，如PVC、ABS等。,表7

15、.1 一些聚合物的名稱、商品名稱、符號及單體,（2）按主鏈結(jié)構(gòu)分類,碳鏈聚合物 主鏈完全由碳原子組成。如聚乙烯：,雜鏈聚合物 主鏈除碳原子外，還含有氧、氮、硫等雜原子。如聚己二酰己二胺（尼龍-66）：,2.分類,（1）按性能和用途分類，在工程上高聚物可分為：塑料、纖維、橡膠三大類。,元素有機聚合物 主鏈由硅、硼、鋁與氧、氮、硫、磷等組成，側(cè)鏈是有機基團。如聚二甲基硅氧烷：,（4）按功能分類 通用高分子、工程材料高分子、功能高分子、仿生高分子等 。,元素無機聚合物 主鏈和側(cè)鏈均由無機元素或基團組成。如聚二氯磷腈：,（ 3 ）按熱性能不同分類 熱塑性聚合物和熱固性聚合物兩大類。,（ 5 ）按來源分

16、類 天然高分子和合成高分子。,聚合反應(yīng)由小分子單體合成聚合物的化學反應(yīng),8.5.3 高分子化合物的合成,加聚反應(yīng),僅由一種單體參加的加聚反應(yīng)稱為均聚反應(yīng)。均聚反應(yīng)反應(yīng)的產(chǎn)物叫均聚物,由兩種或兩種以上的單體參加的加聚反應(yīng)稱為共聚反應(yīng)。共聚反應(yīng)的產(chǎn)物叫共聚物。,共聚物往往可兼具兩種或兩種以上均聚物的一些優(yōu)異性能，因此通過共聚方法可以改善產(chǎn)品的性能。,加聚反應(yīng)由一種或多種單體相互加成，或由環(huán)狀化合物開環(huán)相互結(jié)合成聚合物的反應(yīng)。,均聚反應(yīng),共聚反應(yīng),1加聚反應(yīng),縮聚反應(yīng)由一種或多種單體相互縮合生成高聚物，同時有低分子物質(zhì)（如水、鹵化氫、氮、醇等）析出的反應(yīng)。,例如癸二酸和己二胺合成為尼龍-610的反應(yīng)

17、：,2縮聚反應(yīng),高分子化合物分子鏈的結(jié)構(gòu)形態(tài)有三種：線型、支鏈型和體型。,1.高分子鏈的結(jié)構(gòu)形態(tài),8.5.4 高分子化合物的結(jié)構(gòu)與性能,線形聚合物的分子具有長鏈結(jié)構(gòu)。,體型聚合物是由線型聚合物彼此貫穿、重迭和纏結(jié)在一起而形成。,支鏈型聚合物的分子主鏈上含有一定數(shù)量的側(cè)鏈。,高分子化合物的高分子鏈上存在著許多單鍵。主鍵上的單鍵可繞其鄰近的單鍵（以其為軸）作旋轉(zhuǎn)運動，這種現(xiàn)象稱為單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)。,圖85 單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)示意圖,2.高分子鏈中單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)和鍵的柔順性,分子鏈中以單鍵相連的相鄰兩鏈節(jié)之間還可以保持一定的鍵角而旋轉(zhuǎn)，因此，一個分子鏈在無外力作用時會有眾多的分子空間形態(tài)，絕大部分為卷曲狀。高分子

18、鏈這種強烈卷曲的傾向稱為（分子）鏈的柔順性。它對高聚物的彈性和塑性等有重要影響。,同一高聚物可以兼有晶態(tài)和非晶態(tài)兩種結(jié)構(gòu)。高聚物含晶體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量百分數(shù)稱結(jié)晶度。,聚合物中結(jié)晶性和非結(jié)晶區(qū),3非晶態(tài)高分子化合物的力學狀態(tài),常溫下處于固態(tài)的聚合物，根據(jù)其分子鏈在空間的排列情況可分為晶態(tài)和非晶態(tài)。晶態(tài)高聚物中，分子鏈排列規(guī)則；非晶態(tài)高聚物中，分子鏈的堆砌是無規(guī)則的。,高聚物中結(jié)晶性區(qū)域稱為結(jié)晶區(qū)，非結(jié)晶區(qū)域稱非結(jié)晶區(qū)。,玻璃態(tài) 溫度較低時高分子熱運動和鏈節(jié)的自由旋轉(zhuǎn)都很小，分子鏈節(jié)或整個分子鏈無法產(chǎn)生運動，高聚物呈現(xiàn)如玻璃體狀的固態(tài)。例如常溫下的塑料。,非晶態(tài)高聚物的物理形態(tài)：非晶態(tài)高聚物隨溫度的變

19、化，從固態(tài)逐漸變?yōu)橐簯B(tài)的過程中出現(xiàn)三種不同的力學狀態(tài)，即玻璃態(tài)、高彈態(tài) 、粘流態(tài) 。,高彈態(tài) 鏈節(jié)可以較自由地旋轉(zhuǎn)，但整個分子鏈不能移動。例如常溫下的橡膠。高彈態(tài)是高聚物所獨有的罕見的一種物理形態(tài)，在較小的外力作用下，能產(chǎn)生很大形變，除去外力后能可逆恢復(fù)原狀，表現(xiàn)出很高的彈性。,粘流態(tài) 高聚物分子鏈節(jié)可以自由地旋轉(zhuǎn)，整個分子鏈也能自由移動，從而成為能流動的粘液，比液態(tài)低分子化合物的粘度要大得多，又稱為塑性態(tài)。例如膠粘劑或涂料。,粘流化溫度 由高彈態(tài)向粘流態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度，用Tf 表示。,塑料與纖維: 要求Tg 高， Tf 低（較耐熱，加工成型溫度不高）。,橡膠：要求Tg 低， Tf 高（耐寒又耐熱

20、）。,玻璃化溫度 由高彈態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度，用Tg 表示。,非晶態(tài)聚合物的形變溫度曲線,通常將Tg高于室溫的高聚物稱為塑料； Tg低于室溫的高聚物稱為橡膠。,Tg是塑性材料的最高使用溫度。當溫度高于Tg時，材料會發(fā)生較大形變或斷裂。,Tg是橡膠的最低使用溫度當溫度。當溫度低于Tg時，材料會變脆。,一些非晶態(tài)高聚物的Tg和Tf值： 聚氯乙烯 Tg =81 Tf =175 聚苯乙烯 Tg =100 Tf =135 聚丁二烯(順丁橡膠) Tg =-108 天然橡膠 Tg =-73 Tf =122,4. 高分子化合物的性能,1力學強度,力學強度是指材料抵抗外力破壞的能力，通常駐機構(gòu)用抗拉、抗壓、抗彎

21、曲、抗沖擊等強度來衡量。主要決定于高分子主鏈的化學鍵、聚合度、結(jié)晶度的分子鏈之間的作用力大小。,(1) 聚合度的增大，有利于增加分子鏈間的作用力，可使拉伸強度與沖擊強度等有所提高。,(2) 極性取代基或鏈間能形成氫鍵時，能增加分子鏈之間的作用力而提高其強度。,強度：天然橡膠（M r=20萬） 丁苯橡膠（ M r =45萬）,拉伸強度: 聚氯乙烯(含極性基團-Cl) 聚乙烯,(3) 適度交聯(lián)有利于增加分子鏈之間的作用力。,如聚乙烯交聯(lián)后，沖擊強度可提高34倍。,(4) 在結(jié)晶區(qū)內(nèi)分子鏈排列緊密有序，可使分子鏈之間的作用力增大，機械強度也隨之增高。,機械強度: 高結(jié)晶聚乙烯 低結(jié)晶聚乙烯,(5)

22、主鏈含苯環(huán)或側(cè)鏈引入芳環(huán)、雜環(huán)取代基等的高聚物，其強度和剛性比含脂肪族主鏈的高聚物的要高。,強度： 芳香尼龍(如芳綸-1313) 普通尼龍,高分子化合物通常以共價鍵結(jié)合，一般不存在自由電子和離子，因此高聚物通常是很好的絕緣體，可作為絕緣材料。,高聚物的極性越小，其絕緣性越好。,非極性高聚物 分子鏈節(jié)結(jié)構(gòu)對稱的高聚物，如聚乙烯，聚四氟乙烯等。,極性高聚物 分子鏈節(jié)結(jié)構(gòu)不對稱的高聚物，如聚氯乙烯，聚酰胺等。,例：試比較下列高聚物的電絕緣性：,聚四氟乙烯 聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯,2) 電學性能,電絕緣材料的高聚物可分為：,（1）鏈節(jié)結(jié)構(gòu)對稱且無極性基團的高聚物，如聚乙烯，聚四氟乙烯，對直流電和交

23、流電都絕緣，可用作高頻電絕緣材料。,（2）無極性基團，但鏈節(jié)結(jié)構(gòu)不對稱的高聚物，如聚苯乙烯，天然橡膠等，可用做中頻電絕緣材料。,（3）鏈節(jié)結(jié)構(gòu)不對稱且有極性基團的高聚物，如聚氯乙烯，聚酰胺，酚醛樹指等，可用做低頻或中頻電絕緣材料。,分子的極性可用相對介電常數(shù)衡量，通常非極性高聚物的2，弱極性或中等極性高聚物的24，強極性高聚物的4。,表7.3 常見高聚物的相對介電常數(shù),靜電現(xiàn)象 兩種電性不同的物體相互接觸或磨擦時，會有電子的轉(zhuǎn)移而使一物體帶正電荷，另一種物體帶負電荷的現(xiàn)象。,靜電現(xiàn)象具有兩面性，它應(yīng)用于靜電印刷、油漆噴涂和靜電分離等。但靜電往往是有害的，例如腈綸纖維起毛球、吸灰塵；粉料在干燥運

24、轉(zhuǎn)中會結(jié)塊等。,常用的抗靜電劑是一些表面活性劑，其主要作用是提高高聚物表面的電導性，使之迅速放電，防止電荷積累。,另外，在高聚物中填充導電填料如炭黑、金屬粉、導電纖維等也同樣起到抗靜電的作用。,高聚物主要由C-C、C-H、C-O等牢固的共價鍵連接而成，含活潑的基團較少，且分子鏈相互纏繞，使分子鏈上不少基團難以參與反應(yīng)，因而一般化學穩(wěn)定性較高。,（1）穩(wěn)定性,一些含 高聚物不耐水， 在酸或堿的催化下會與水反應(yīng)。例如，聚酰胺與水的反應(yīng)：,高聚物一般化學穩(wěn)定性好，耐酸堿腐蝕，但不耐高溫，易老化。,3）高分子化合物的老化與防止,老化是指高聚物及其材料在加工、貯存和使用過程中，長期受化學、物理（熱、光、

25、電、機械等）以及生物（霉菌）因素的綜合影響，發(fā)生裂解或交聯(lián)，導致性能變壞的現(xiàn)象。例如，塑料制品變脆、橡膠龜裂、纖維泛黃、油漆發(fā)粘等。,老化是物理性質(zhì)變壞的不可逆過程。主要有兩種過程：,降解 鏈斷裂，Mr變小 發(fā)粘、變軟、喪失機械強度,交聯(lián) 線型變體型變硬、變脆、喪失彈性，如天然膠、聚氯乙烯的老化,若在高聚物分子鏈中引入較多的芳環(huán)、雜環(huán)結(jié)構(gòu)，或在主鏈或支鏈中引入無機元素（如硅、磷、鋁等），均可提高其熱穩(wěn)定性。,為了延緩光、氧、熱對高聚物的老化作用，通?？稍诟呔畚镏屑尤敫黝惞夥€(wěn) 定劑、抗氧劑（芳香族胺類如二苯胺 和酚類等），或熱穩(wěn)定劑（如硬脂酸鹽等）。,（2）老化,8.6復(fù)合材料,8.6.1纖維增

26、強樹脂基復(fù)合材料,8.6.2纖維增強金屬基復(fù)合材料,8.6.3纖維增強陶瓷基復(fù)合材料,如果兩種或兩種以上的不同的材料通過復(fù)合工藝組成新的復(fù)合材料，它既能保持原來材料的優(yōu)點，又能克服單一材料的缺點。因此復(fù)合材料是在三大材料基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新材料。,復(fù)合材料的品種繁多，按增強體的物質(zhì)形態(tài)可分為：顆粒增強復(fù)合材料、夾層增強復(fù)合材料和纖維增強復(fù)合材料。目前發(fā)展較快的是纖維增強復(fù)合材料。按基體有可分為三類：樹脂基復(fù)合材料，金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料。,8.6復(fù)合材料,8.6.1 纖維增強樹脂基復(fù)合材料,玻璃鋼 玻璃鋼是由玻璃纖維和不飽和聚酯，環(huán)氧樹脂，酚醛樹脂，有機硅樹脂等復(fù)合而成的。玻璃鋼不僅強度

27、高，質(zhì)量輕，絕緣性能好，而且耐腐蝕，抗沖擊性強。它已廣泛應(yīng)用于飛機，汽車，輪船，建筑，石油化工設(shè)備和家具等行業(yè)。,2. 碳纖維增強塑料 碳纖維是將有機纖維在200300的空氣中加熱，使其氧化。再在10001500的稀有氣體中炭化制得的，具有耐高溫、質(zhì)輕、硬度大和強度高等特點。,8.6.2纖維增強金屬基復(fù)合材料,采用高強度、耐熱纖維與金屬組成金屬基復(fù)合材料，既可提高強度，降低相對密度。,基體金屬使用較多的是鋁、鎂、鈦以及某些合金。,碳纖維是金屬基復(fù)合材料中應(yīng)用最廣的增強材料。,8.6.3纖維增強陶瓷基復(fù)合材料,纖維增強陶瓷基復(fù)合材料可以增加陶瓷的韌性，這是解決陶瓷脆性的途徑之一。由纖維增強陶瓷做

28、成的陶瓷瓦片，用黏接劑貼在航天飛機的機身上，使航天飛機能安全的穿越大氣層返回地球。,8.7液晶材料,8.7.1相轉(zhuǎn)變和液晶相,8.7.2液晶的種類,8.7.3液晶特性與用途,8.7 液晶材料,液晶是介于固態(tài)與液態(tài)之間各向異性的流體，是發(fā)現(xiàn)較晚的一種物質(zhì)狀態(tài)。液晶，作為一種新的物態(tài)和新的材料出現(xiàn)具有其重要意義。,8.7.1 相轉(zhuǎn)邊和液晶相,如果構(gòu)成固體的分子具有明顯的幾何形態(tài)各向異性，它存在兩種有序性;分子位置的有序性和分子排列取向的有序性。把處于固相這類物質(zhì)逐漸加熱以增大分子的動能，當達到一定的溫度，這種分子位置和取向有序的固體物質(zhì)將通過兩種途徑變成各向同性液體。一種是物質(zhì)保持固態(tài)，但是分子的

29、取向有序性先遭到破壞，到更高的溫度才破壞位置有序性而形成各向同性液體，稱為塑晶。,另一種是物質(zhì)先失去位置有序性而形成液體，但是保留取向有序，直至更高的溫度才進一步破壞進入取向有序而形成各向性液體。這類物質(zhì)在位置有序受到破壞進入液態(tài)時，由于存在分子取向有序性，因此它們的物理性質(zhì)仍然是各向異性，這種各向異性的液體就是液晶。液晶是自然界兩大基礎(chǔ)原則流動性和有序性的有機結(jié)合，人們又把液晶形象的稱為“流動的晶體”。,8.7.2液晶的種類,根據(jù)結(jié)構(gòu)和分子排列，液晶可分為近晶向液晶、向列相液晶和膽甾向液晶。,此三種類型的液晶的液晶態(tài)是通過升溫到特定的溫區(qū)中顯示的，這一類液晶通稱為極致液晶。還有一類被稱為溶致

30、液晶，有機分子溶解在溶劑中，當濃度足夠高時，也可以呈現(xiàn)液晶相。這種液晶廣泛存在于自然界，特別是生物體內(nèi)。,8.7.3 液晶特性與用途,液晶是一種取向有序流體。一方面它是流體，另一方面又像晶體，具有雙折射等各向異性，并且其結(jié)構(gòu)會隨外場（電、磁、熱、力等）的變化而變化，從而導致其各向異性性質(zhì)的變化。,電光效應(yīng)是液晶最有用的性質(zhì)之一。所謂電光效應(yīng)是指在電場作用下，液晶分子的排列方式發(fā)生改變，從而使液晶光學性質(zhì)發(fā)生改變的效應(yīng)。絕大多數(shù)液晶顯示器件的工作原理都是基于這種效應(yīng)。,除液晶顯示外，液晶還用于溫度檢測、應(yīng)力檢測、無損檢測、醫(yī)療診斷、色譜和各種波譜分析等。,第八章 材料化學基礎(chǔ),1. 材料的分類

31、1）按用途分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料 結(jié)構(gòu)材料：利用材料的強度、韌性、彈性等力學性能 功能材料：利用材料的熱、光、電、磁等物理和化學性能,2）按成分、特性分為： 金屬材料 黑金屬：鐵、鉻、錳及合金 有色金屬：除了黑金屬以外的金屬 特殊金屬材料 無機非金屬材料：硅酸鹽材料、新型無機非金屬材料（特種陶瓷） 高分子材料：塑料、纖維、橡膠以及涂料、黏合劑等 復(fù)合材料：由以上三種材料復(fù)合而成,2.新型金屬材料： 儲氫合金、形狀記憶合金,3.功能無機非金屬材料 光導纖維：石英玻璃纖維（玻璃可以透光，但在傳播過程中光損耗較大，而用石英玻璃纖維光損耗大為降低，故這種纖維稱為光導纖維） 超導陶瓷 納米陶瓷,32,4

32、有機高分子材料 1）高分子化合物又稱高聚物。它是由一種或幾種低分子化合物聚合而成的化合物，分子量很大，一般約為104-106。 2）形成高分子化合物的低分子化合物叫做單體。高分子中重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元叫做鏈節(jié)，重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元數(shù)叫做鏈節(jié)數(shù)，即聚合度（DP）。 3）高聚物按性能與用途分類，在工程上可分為塑料、纖維、橡膠；按熱性能不同又可分為熱塑性聚合物、熱固性聚合物。,4）一種或多種具有不飽和鍵的單體在一定條件下（光照、加熱或化學試劑的作用）聚合，直到得到高分子化合物的反應(yīng)稱為加聚反應(yīng)；由加聚反應(yīng)形成的高聚物叫加聚物；由一種單體參加的加聚反應(yīng)稱為均聚反應(yīng)，均聚反應(yīng)的產(chǎn)物叫均聚物，由二種或二種以上單體參加的加聚反應(yīng)稱為共聚反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物稱為共聚物。,5）具有二個或二以上官能團的一種或多種單體之間縮合，失去低分子化合物（一般是H2O、NH3、醇、鹵化氫等）而變?yōu)楦呔畚锏倪^程稱為縮聚反應(yīng)。,6）高分子鏈的結(jié)構(gòu)形態(tài)有三種：線型、支鏈型、和體型。,7）非晶態(tài)高分子化合物在恒