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這是一個關(guān)于無機材料化學介紹PPT課件,主要介紹了材料的發(fā)展及作用、材料的分類、材料科學及其研究內(nèi)容、材料化學及其研究內(nèi)容、無機材料化學等內(nèi)容。關(guān)于該課程的開設(shè)及學習建議課程開設(shè)的指導思想 材料是當今科學技術(shù)和社會發(fā)展的重要支柱。新材料研究是解決能源和環(huán)境問題的重要途徑之一。材料化學是材料科學的重要分支,也是化學的組成部分。化學本科專業(yè)應(yīng)當學習、了解材料化學的基礎(chǔ)知識。學習要求及建議課堂聽課的重要性思考題是課程內(nèi)容和考試的重點 歡迎同學們網(wǎng)上評教并對教學提出批評和建議課程主要內(nèi)容:第一章 緒 論 第二章 無機材料的晶體結(jié)構(gòu)與缺陷 第三章 無機材料的物理性質(zhì) 第四章 無機材料的合成與制備 第五章 納米材料簡介 主要參考書:1. 蘇勉曾,固體化學導論,北京大學出版社,1987 2. 唐小真等,材料化學導論,高等教育出版社,1994,歡迎點擊下載無機材料化學介紹PPT課件哦。
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關(guān)于該課程的開設(shè)及學習建議課程開設(shè)的指導思想 材料是當今科學技術(shù)和社會發(fā)展的重要支柱。新材料研究是解決能源和環(huán)境問題的重要途徑之一。材料化學是材料科學的重要分支,也是化學的組成部分。化學本科專業(yè)應(yīng)當學習、了解材料化學的基礎(chǔ)知識。學習要求及建議課堂聽課的重要性思考題是課程內(nèi)容和考試的重點 歡迎同學們網(wǎng)上評教并對教學提出批評和建議課程主要內(nèi)容:第一章 緒 論 第二章 無機材料的晶體結(jié)構(gòu)與缺陷 第三章 無機材料的物理性質(zhì) 第四章 無機材料的合成與制備 第五章 納米材料簡介 主要參考書:1. 蘇勉曾,固體化學導論,北京大學出版社,1987 2. 唐小真等,材料化學導論,高等教育出版社,1994 3. 周亞棟,無機材料物理化學,武漢工業(yè)大學出版社,1994 4. 曾人杰,無機材料化學, 廈門大學出版 社, 2001 5. 周志華等,材料化學,化學工業(yè)出版社,2006 6. 林建華等,無機材料化學,北京大學出版社,2006 7.季惠明,無機材料化學, 天津大學出版社,2007 8. 曾兆華等,材料化學,化學工業(yè)出版社,2008 第一章 緒 論 1.1 材料的發(fā)展及作用 1.2 材料的分類 1.3 材料科學及其研究內(nèi)容 1.4 材料化學及其研究內(nèi)容 1.5 無機材料化學 1.1 材料的發(fā)展及作用 材料的使用和發(fā)展同人類文明、科技進步和 社會的發(fā)展密切相關(guān)。 石器時代→青銅器時代→鐵器時代→鋼鐵時代 (工業(yè)革命) 17-18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:電業(yè)材料的誕生和使用,促進 了電力工業(yè)的發(fā)展,使電磁理論轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)力。 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 及相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展對材料的需求,極大地促進了 現(xiàn)代物質(zhì)文明的發(fā)展; 高純半導體材料(50年代)的問世,導致了以計算 機為主體的微電子工業(yè)的迅速發(fā)展,促進了現(xiàn) 代信息技術(shù)的建立; 能源材料(放射性鐳、釙)的發(fā)現(xiàn),使核能的開發(fā) 利用成為現(xiàn)實; 20世紀以來: 先進復(fù)合材料、超合金材料和各種耐高溫材料、 燒蝕材料等的開發(fā),為空間技術(shù)的發(fā)展奠定了 物質(zhì)基礎(chǔ); 光導纖維的出現(xiàn),使通信產(chǎn)業(yè)發(fā)生了質(zhì)的變化, 引起了一場信息革命; 新型超導材料的研制和開發(fā),將推動無損耗輸 電、磁流發(fā)電以及受控熱核反應(yīng)堆等現(xiàn)代能 源的發(fā)展。 材料是先進技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。材料、信息和能源稱為現(xiàn)代科技的三大支柱, 其中材料又是能源和信息的物質(zhì)基礎(chǔ)。 新材料發(fā)現(xiàn)、研究和使用的其它作用: 影響和改變社會及人們的行為和生活方式 例如:高分子材料已成為社會生活和生產(chǎn)活動不可缺少的基礎(chǔ)材料, 它的廣泛使用影響和改變著社會及人們的某些觀念和生活方式。 半導體及磁性材料的應(yīng)用,影響著人們的工作和生活, 正在改變?nèi)藗兊乃季S和社會行為。 促進相關(guān)科學領(lǐng)域的發(fā)展 如:納米材料的研究和發(fā)展拓展了人類對自然界認識的深度,也促進 了對物理、化學及其他學科的認識和發(fā)展。 產(chǎn)生和帶動一系列高新技術(shù)產(chǎn)業(yè) 如:傳感器材料、半導體材料、磁性材料及納米材料。 第一代 天然材料 取自于自然界的動物、植物和礦物。 第二代 燒煉材料 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、合成橡膠。 第四代 可設(shè)計材料 根據(jù)實際需要去設(shè)計特殊性能的材料。 如:玻璃鋼復(fù)合材料 第五代 智能材料 能隨環(huán)境、時間的變化改變自己的性能或 形狀,具有感知、自我調(diào)節(jié)和反饋能力! ∪纾盒螤钣洃浐辖穑═i-Ni 1:1) 變色玻璃 1.2 材料的分類 1. 根據(jù)化學屬性(化學組成)材料可分為: 金屬材料 無機非金屬材料(無機材料) 有機高分子材料 金屬材料 以金屬元素為主要成份的材料。包括: 黑色金屬:鋼、鐵、錳、鉻及它們的合金。 有色金屬:黑色金屬以外的其它各種金屬及其合金。 特點:具有優(yōu)良的力學性能(高強度和高塑性的配合、 優(yōu)良的可加工性)及優(yōu)異的物理特性。 其性能與成分、顯微組織結(jié)構(gòu)和制造工藝密切相關(guān)。 應(yīng)用:在近代的物質(zhì)文明中,金屬材料起了關(guān)鍵的作用, 至今這類材料仍然用途最廣、用量最大。 高分子材料 由脂肪族或芳香族的碳-碳共價鍵為 基本結(jié)構(gòu)的大分子所構(gòu)成。 組成特點:一般是由一種或幾種簡單化學組成的結(jié)構(gòu)單元多次重 復(fù)連接而成;瘜W組成簡單、結(jié)構(gòu)有規(guī)律?煞譃椋骸√烊桓叻肿硬牧希耗静摹⑵じ、天然橡膠、棉、麻、絲、生漆等。 合成高分子材料:塑料、橡膠、纖維、涂料及粘合劑等。 可根據(jù)對材料性能的需要進行分子設(shè)計,由化學合成獲得。 特點:質(zhì)量輕、比強度大、絕緣性和耐腐蝕性好,且易加工成形! 應(yīng)用:用途廣泛:日常生活及信息、能源、航空航天、國防等領(lǐng)域。 傳統(tǒng)無機材料: 以硅酸鹽化合物為主要成分,也稱硅酸鹽材料。 包括:玻璃、陶瓷、水泥和耐火材料等。 也稱為“陶瓷”或“陶瓷制品” 。 新型無機材料 : 包括 氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、 含氧酸鹽及其它鹽類和非金屬單質(zhì)等。 若以燒結(jié)體形式稱為 “精細陶瓷” (Fine Ceramics)、 “工程陶瓷” (Engineering Ceramics)等。 也可以是粉體、纖維或薄膜等形式。 特點:無機材料多是兼有離子鍵和共價鍵的結(jié)晶構(gòu)成。 質(zhì)地脆、硬度大、強度高、抗化學腐蝕性強, 對熱和電的絕緣性良好。 新型無機材料具有優(yōu)良的 介電、壓電、熱電、 光學、磁學及其功能轉(zhuǎn)換特性。 應(yīng)用:新型無機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)域得到重要應(yīng)用。 氧化鋁:單晶態(tài),用作寶石、激光材料。 多晶燒結(jié)體,用作電路基板、高溫爐管、 切削工具材料。 纖維狀多晶體,高強優(yōu)質(zhì)絕熱材料。 多孔多晶體,催化劑載體或傳感材料。 結(jié)構(gòu)復(fù)合材料由基體和增強劑(補強劑)組成 基體可為:聚合物、金屬及陶瓷。 增強劑為:無機纖維,如玻璃(碳、SiC、Al2O3)纖維,稱為纖維增強。 對應(yīng)材料分別稱為聚合物(金屬、陶瓷)基復(fù)合材料。 無機粉體,如:ZnO、SiO2 、TiO2,稱為顆粒彌散增強。 如以聚合物為基體的復(fù)合材料。 3. 根據(jù)材料的使用特性或功能,材料可分為: 結(jié)構(gòu)材料:利用材料的機械力學性能。以強度、剛度、 韌性、耐磨性、硬度和形變等性能為特征。 功能材料:利用材料的物理化學性質(zhì)和物理化學效應(yīng)! “ü、電、聲、磁、熱及相互轉(zhuǎn)換。 例如:超導、光導、熱電、壓電、光電、熱釋電 及磁光、電光、聲光、激光和催化等。 建筑材料、耐火材料、耐蝕材料 能源材料、電子材料、醫(yī)用材料 生物材料、光學材料、航空材料 催化材料、激光材料、超導材料 等等。 1.3 材料科學及其研究內(nèi)容 20世紀60年代以前,材料學科(專業(yè))的有關(guān)內(nèi)容 分設(shè)在冶金、陶瓷和有機化學專業(yè)中: 金屬材料→冶金學 陶瓷材料→陶瓷學 高分子材料→有機化學 上述三類材料各有特點,學科基礎(chǔ)各不相同。 在發(fā)展初期放在一起研究,會缺乏共同語言。 隨著科技發(fā)展和對材料研究的深入材料的種類及領(lǐng)域在不斷擴大,表現(xiàn)在: 除了金屬、陶瓷和高分子材料,又出現(xiàn)了復(fù)合材料; 屬于同一功能的材料的范圍也在擴大(如半導體材料)。對材料內(nèi)在規(guī)律也有了進一步的了解: 不同種類材料中的界面與表面、晶體結(jié)構(gòu)與微觀缺陷 以及材料中的擴散與相變等方面確有共同之處。 鑒于此,有必要將相關(guān)材料的研究內(nèi)容統(tǒng)一形成材料 科學體系。 將不同學科的知識融為一體,形成一個新的材料學科體系的其它原因:各類材料的研究理論和方法可以互相借鑒、參考。各類材料的研究手段很相近,特別是性能測試 與結(jié)構(gòu)表征設(shè)備往往是通用的。對不同類型材料的全面了解,有助于材料的相互代用及最佳選材;有利于開發(fā)復(fù)合材料。 拓寬專業(yè)知識面,有利于人才培養(yǎng)。 1957年前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星首先上天對美國的震驚。 50年代末,美國政府制訂 “國家材料規(guī)劃” 60年開始,美國建立 “材料研究中心”,并在大學設(shè)立 “材料科學系”或“材料科學與工程系”。 材料研究中心的成立標志著把各類材料開始統(tǒng)一考慮; 材料科學系的建立則是把材料的整體視為自然科學的一個分支。 60年代,美國學者首先提出 “材料科學” 名詞。 材料科學體系也隨之開始建立 。 主要研究材料的組成、結(jié)構(gòu)、加工制備工藝、性能和使用效能之間的相互關(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依據(jù)。 介于基礎(chǔ)科學與應(yīng)用科學之間的一門應(yīng)用基礎(chǔ)學科, 它與物理、化學、電子、冶金等學科相互交叉、滲透。 以熱力學、動力學、固體物理、固體化學及物理化學等 學科為理論基礎(chǔ),結(jié)合化工、機械、陶瓷等學科,來研 究、探討材料的內(nèi)在規(guī)律和應(yīng)用,并為材料工程等應(yīng)用 學科提供和發(fā)展新材料、新工藝和新技術(shù)。 1.4 材料化學及其研究內(nèi)容 材料化學是材料科學與化學相互交叉結(jié)合形成的邊緣性 分支學科。 它既是材料科學的重要分支,又是化學學科的組成部分, 是溝通化學和材料科學的橋梁。 材料化學所論述的主題是材料科學中的化學問題。 材料化學主要從材料科學的角度看問題,運用化學原理研究 新材料的制備、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用。實現(xiàn)在原子和分子水準上有目的地設(shè)計、合成、制備及修飾新材料。 材料制備是材料表征及性能和應(yīng)用研究的基礎(chǔ), 而新材料制備中存在著大量的化學問題;瘜W家對物質(zhì)結(jié)構(gòu)和成鍵的復(fù)雜性有著深刻的理解;化學家掌握著精湛的化學反應(yīng)實驗技術(shù); 化學家的合成技巧和對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的深刻理解,在探 索和開發(fā)具有新組成、新結(jié)構(gòu)和新功能的材料方面,在材料的 復(fù)合、集成、加工等方面可以大有作為。 主要包括:采用新技術(shù)和新工藝方法(包括軟化學方法和硬化學方法)合成新物質(zhì)和新材料,并用現(xiàn)代化的實驗手段研究材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。 硬化學(hard chemistry)反應(yīng)(方法): 極端條件下進行的化學反應(yīng)。合成常規(guī)下無法合成的新物質(zhì)。 如: 超高壓、超高溫、超高真空、超低溫、強輻射及無重力(失重) 等環(huán)境下。 軟化學(soft chemistry)反應(yīng)(方法): 溫和可控條件下進行的化學反應(yīng)。通過控制反應(yīng)過程、途徑 和機制,設(shè)計中間和最終產(chǎn)物的組成和結(jié)構(gòu),裁剪其物理和 化學性質(zhì)。 如:沉淀法、 溶膠-凝膠法、水(溶劑)熱合成法、微乳液法、 離子交換法等。 現(xiàn)代研究手段包括: 電子顯微鏡、光電子能譜、X-射線衍射、熱分析 及各類光譜技術(shù)和性能測試等 。材料化學的研究對象主要是新材料。 新材料:指采用新工藝、新技術(shù)合成的具有新功能、 新用途或者比常規(guī)材料在性能上有重大突破的材料。 新材料在材料科學發(fā)展中占有極其重要的地位, 是材料科學研究的熱點。 材料物理性質(zhì)有兩方面含義: 內(nèi)稟性質(zhì) ( intrinsic properties ), 即化合物的物理性質(zhì)。 只決定于材料的組成和結(jié)構(gòu),與材料的制備過程無關(guān)。 外賦性質(zhì)(extrinsic properties), 是材料的使用特性。 不僅取決于材料的組成和結(jié)構(gòu),還與材料的晶粒尺寸、 缺陷、雜質(zhì)和共生相、合成方法和加工過程等因素有關(guān)。 以BaFCl材料的認識和發(fā)展過程為例說明: 1824年發(fā)現(xiàn)在有Cl-存在下BaF2 可轉(zhuǎn)化成BaFCl; 1932年確定了晶體結(jié)構(gòu)及基本物理和化學性質(zhì)。 至此,化學和物理意義上對該化合物的認識已比較完善。 很多年后,人們從材料的角度又重新研究該化合物: 1965年研究了BaFCl : Sm的熒光性能; 1975年研究發(fā)現(xiàn)BaFCl : Eu在X射線激發(fā)下有高的熒光效率, 隨后制成X射線增感屏,廣泛用于醫(yī)用X 射線診斷系統(tǒng); 1983年研究發(fā)現(xiàn)該材料具有存儲X射線圖像的功能,利用 該特性開發(fā)出了X射線數(shù)字圖像儀。 1.5 無機材料化學研究對象:無機材料研究無機材料的制備、組成、結(jié)構(gòu)、性能 和應(yīng)用。其內(nèi)容是材料化學和無機化學的重要分支。第一章 作 業(yè): 1. 了解材料的分類。掌握按化學組成、化學組成和 結(jié)構(gòu)特點、及根據(jù)材料的使用特性或功能的材料 分類方法。 2. 了解材料化學的研究內(nèi)容、研究對象、學科定位 及與化學相關(guān)學科的關(guān)系。 3. 掌握術(shù)語:軟化學方法、硬化學方法、復(fù)合材料、 新材料。
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