[理学]材料化学课件 chapter

材料化学概论物质的性质与结构物理性质化学性质密度、熔点、沸点、硬度、颜色、导电性、导热性等燃烧性、可燃性、稳定性、反应活性、氧化还原性等原子结构与谱图原子核电子层12质子和中子构成原子核，决定电子在核外按照能量高低分布原子质量，形成不同的电子层能级跃迁3电子吸收能量发生跃迁，发射光谱或吸收光谱化学键类型与性质离子键共价键金属与非金属元素之间形成的化非金属元素之间形成的化学键，学键，靠静电作用维持靠电子对共享维持金属键范德华力金属元素之间形成的化学键，靠分子间的作用力，比化学键弱，自由电子云维持靠分子间电偶极矩相互作用固体材料的晶体结构晶胞晶格晶体结构的基本单元，重复排列形成晶胞在空间排列形成的点阵，描述了整个晶体晶体的几何形状对称性晶体结构具有特定的对称性，体现了晶体结构的规律性晶格类型与晶格参数简单立方晶格1原子在立方体的顶点上排列体心立方晶格2原子在立方体的顶点和中心排列面心立方晶格3原子在立方体的顶点和面心排列六方密堆积4原子在六方棱柱的顶点和中心排列晶体缺陷与性能点缺陷原子在晶格中的空位或间隙原子线缺陷晶格中原子排列不规则，形成位错面缺陷晶体中存在的晶界、孪晶界面等晶体结构分析方法射线衍射X1利用射线照射晶体，分析衍射图样，确定晶体结构X电子衍射2利用电子束照射晶体，分析衍射图样，确定晶体结构中子衍射3利用中子束照射晶体，分析衍射图样，确定晶体结构材料的热力学性质焓变1反应体系焓的变化，反映反应的热效应熵变2反应体系熵的变化，反映反应的混乱程度变化吉布斯自由能变3反应体系吉布斯自由能的变化，反映反应的自发性熔点、沸点与溶解度°°100C100C熔点沸点物质从固态转变为液态时的温度物质从液态转变为气态时的温度1g/100g溶解度一定温度下，某物质在溶剂中达到饱和状态时的浓度相图与相变相图相变表示物质在不同温度、压力下存在的相态关系的图物质在不同温度、压力下发生相态转变的过程相平衡与状态图溶液的浓度与活度浓度活度溶液中溶质的含量，常用质量分数、摩尔浓度等表示溶液中溶质的有效浓度，反映溶质在溶液中的真实活动能力电化学基础及应用电极电势电池电极与电解质溶液之间建立的电利用化学反应产生电流的装置，位差用于储能和发电电解利用电流驱动非自发化学反应的过程，用于金属冶炼和电镀化学反应动力学反应速率1反应进行的快慢程度，常用单位时间内反应物浓度变化来表示活化能2反应物分子从基态转变为活化状态所需的最低能量反应机理3反应进行的具体步骤和反应中间体的性质催化反应与机理催化剂可以改变反应速率而不改变反应平衡的物质催化机理催化剂与反应物形成中间体，降低反应活化能，加速反应速率催化剂的类型均相催化、多相催化、酶催化等高分子材料概论高分子由大量单体通过化学键连接而成的长链状化合物1聚合反应2单体通过化学反应连接形成高分子的过程高分子材料3以高分子为主要成分的材料，具有特殊的力学、热学、光学性质高分子的合成方法加聚反应1单体直接连接成高分子，不产生副产物缩聚反应2单体连接成高分子，同时生成小分子副产物开环聚合3环状单体通过开环反应生成高分子聚合物的结构与性能10^310^6分子量玻璃化转变温度高分子链的平均长度，影响材料的力高分子从玻璃态转变为橡胶态的温度学性能，影响材料的热性能10^9结晶度高分子材料中结晶部分的比例，影响材料的力学性能金属材料的结构与性能金属键合金金属原子之间形成的化学键，靠自由电子云维持，赋予金属良好的由两种或多种金属元素组成的混合物，通过改变合金成分和热处理导电性、导热性和延展性工艺可以获得不同的性能陶瓷材料的结构与性能复合材料的结构与性能增强相基体提高材料强度和刚度的材料，如纤维、颗粒等承载增强相的材料，如树脂、金属等新型材料的研究进展纳米材料智能材料12尺寸在纳米尺度的材料，具有能够感知环境变化并做出响应独特的物理化学性质，在催化的材料，在传感、驱动等领域、生物医药等领域应用广泛应用广泛生物材料3与生物组织相容性好的材料，在医疗器械、组织工程等领域应用广泛材料的微观表征技术扫描电子显微镜SEM1利用电子束扫描样品表面，形成图像，用于观察材料的表面形貌和微观结构透射电子显微镜TEM2利用电子束穿过样品，形成图像，用于观察材料的内部结构和晶体缺陷原子力显微镜AFM3利用微悬臂梁扫描样品表面，获取表面形貌信息，用于观察材料的表面形貌和纳米尺度的结构材料的宏观表征技术拉伸试验冲击试验硬度试验测试材料在拉伸载荷下的力学性能，如抗测试材料在冲击载荷下的力学性能，如冲测试材料抵抗压痕的能力，如维氏硬度、拉强度、弹性模量等击韧性等洛氏硬度等材料合成与制备方法粉末冶金法1将粉末压制成型，再进行烧结，制备金属、陶瓷等材料熔融法2将原料加热熔融，冷却成型，制备金属、玻璃等材料化学气相沉积法CVD3利用气相反应在衬底上沉积薄膜，制备半导体、陶瓷等材料材料的性能测试与分析力学性能测试1拉伸、压缩、弯曲、扭转等测试，评估材料的强度、硬度、韧性等热学性能测试2热膨胀、热传导、熔点、玻璃化转变温度等测试，评估材料的耐热性能电学性能测试3电阻率、介电常数、导电率等测试，评估材料的导电性能材料的应用领域10^310^6电子材料建筑材料用于制造电子器件，如硅、锗、砷化用于建筑工程，如水泥、钢筋、玻璃镓等等10^9生物材料用于医疗器械、组织工程等领域，如高分子材料、金属材料等材料研究的前沿方向纳米材料生物材料探索纳米材料的合成、制备、性能和应用，开拓新的材料应用领域研制新型生物材料，用于修复组织、器官损伤，解决医疗难题材料化学的未来发展本章小结与思考题本章内容概述思考题本章介绍了材料化学的基本概念和重要知识点，包括物质的性质材料化学在日常生活中的应用有哪些？材料化学研究的未来

1.

2.与结构、化学键、晶体结构、热力学性质、电化学基础、高分子方向有哪些？如何设计新型材料？

3.材料、金属材料、陶瓷材料、复合材料等。