材料化學(xué)(第2版)作者曾兆華、楊建文編著第一章課件

1、材料化學(xué)Chapter1 IntroductionMaterials Chemistry1Chapter1 Introduction21.11.1材料與化學(xué)材料與化學(xué)1.21.2材料的分類材料的分類1.31.3材料化學(xué)的特點(diǎn)材料化學(xué)的特點(diǎn)1.41.4材料化學(xué)的在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用材料化學(xué)的在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用1.51.5材料化學(xué)的主要內(nèi)容材料化學(xué)的主要內(nèi)容Chapter1 Introduction本章內(nèi)容3鯊魚皮泳衣 鯊魚的皮膚上有一層極為細(xì)小的突起狀，相當(dāng)于小型的水囊，能在流動(dòng)時(shí)有序地引導(dǎo)周圍的水向同一方向流動(dòng)，使鯊魚更舒暢、省力地在水中游弋。 鯊魚皮泳衣是對(duì)采用仿生學(xué)原理制造出的競(jìng)技用游泳衣的形象

2、稱呼。它根據(jù)鯊魚皮的特性制作出來的，主要是性能是減小有用過程中水的阻力。鯊魚皮泳衣的發(fā)展歷史第一代鯊魚皮（2000年）采用纖維模仿鯊魚皮膚結(jié)構(gòu)，能引導(dǎo)周圍的水流，減少水阻力并提高游進(jìn)速度3%7.5%。作為鯊魚皮的代表，這款泳裝在悉尼奧運(yùn)會(huì)上風(fēng)靡全球，有83%的參賽選手選擇身穿鯊魚皮參加比賽。第二代鯊魚皮（2004年）在第1代的基礎(chǔ)上，在面料的表面加上顆粒狀的小點(diǎn)，目的是減少30%的水阻整體功能比第1代提升7.5%。2004年的雅典奧運(yùn)會(huì)獲得獎(jiǎng)牌的運(yùn)動(dòng)員中有47人就是穿著這款泳衣登上領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)的。二代二代第三代鯊魚皮（2007年）由防氧彈性紗和特細(xì)尼龍紗組成。它的彈性比同類產(chǎn)品高15%，可以減少肌肉

3、振動(dòng)和能量損耗。在2007年1年時(shí)間里，協(xié)助世界各國(guó)運(yùn)動(dòng)員先后21次打破世界紀(jì)錄。第四代鯊魚皮（2008年）第4代由極輕、低阻、防水和快干性能LZR Pulse面料組成，是全球首套以高科技熔接生產(chǎn)的無皺褶比賽泳裝。在近1個(gè)月內(nèi)產(chǎn)生的16項(xiàng)新的世界紀(jì)錄中，有14項(xiàng)是由選手穿著這款泳衣創(chuàng)造的。美國(guó)海軍用0.5馬力陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī) 廣州新電視塔摩天輪的廣州新電視塔摩天輪的1616個(gè)個(gè)“水晶水晶”觀光球艙，殼體采用觀光球艙，殼體采用新型高分子材新型高分子材料料，晶瑩剔透，能保證艙內(nèi)游客對(duì)，晶瑩剔透，能保證艙內(nèi)游客對(duì)塔外景色一覽無余。塔外景色一覽無余。美國(guó)最新型隱身戰(zhàn)斗機(jī)F-22使用吸波材料和吸波涂層使用吸波

4、材料和吸波涂層 Materials： Substances having properties which make them useful in machinery, structures, devices and products.Chapter1 Introduction1.1 材料與化學(xué)材料與化學(xué)Materials and Chemistry connected with function and, through that function, utilities.11Distinguish between Chemicals and Materials Chemicals：the u

5、tility lies primarily in their consumption. Materials: can be used repeatedly or continuously for an application that does not irreversibly convert them to something else.Chapter1 Introduction12Materials Science & ChemistryMaterials Science and Chemistry Atomic-molecular level interactionMateria

6、ls Chemistry: Chemistry related to structure, properties, preparation and applications of materials. Macroscopic perspectiveChapter1 Introduction13材料的發(fā)展v化學(xué)與材料親密接觸的歷史v人類第一個(gè)化學(xué)上的發(fā)現(xiàn)是火，這是公元前 50 萬年左右的事情。而人類第一次真正有意識(shí)地創(chuàng)造發(fā)明的自然界并不存在的“新材料” 陶器就是在火的幫助下制造出來的。v在燒制陶器的過程中人類又還原出了金屬銅和錫，發(fā)明了煉銅技術(shù)，從而把歷史推進(jìn)了青銅器時(shí)代。我國(guó)的四大發(fā)明中至少有

7、兩項(xiàng)是化學(xué)和材料的結(jié)合體v通過蒸煮草木灰把植物中的纖維物質(zhì)提煉出來制成了紙漿；v一硝二磺三木炭的組合則生成了火藥。 2KNO3 + 3C + S = N2+ 3CO2+ K2S + 169千卡“一硝二磺三木炭”的原理在抗日戰(zhàn)爭(zhēng)事情也發(fā)揮了巨大的作用。v18 世紀(jì)末分析化學(xué)的發(fā)展使得人們第一次認(rèn)識(shí)到鋼中存在有碳原子，而且碳原子在決定鋼的性質(zhì)方面起著十分關(guān)鍵的作用，從而促使人們開始從材料的組成角度來研究材料。v20 世紀(jì)初開始出現(xiàn)的合成材料就是在有機(jī)化學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上誕生的。v元素周期表的發(fā)現(xiàn)及其對(duì)材料科學(xué)的影響 進(jìn)入到近代后，化學(xué)開始有意識(shí)地向材料靠攏，并且逐漸地在理解材料的結(jié)構(gòu)和性能方面發(fā)揮著越

8、來越重要的作用。v現(xiàn)代的材料科學(xué)就是一種“煉金術(shù)”，它能變魔術(shù)般地以 90 多種元素為原料，從理論研究、應(yīng)用，到制造成雖然不是金子但是卻有可能比金子更為人類所需、更有價(jià)值、更加珍貴的新物質(zhì)。v化學(xué)家們經(jīng)過幾百年的努力，開發(fā)出了許多存在于自然界的天然化合物，同時(shí)也制備出了大量自然界所不存在的合成化合物，兩者的總和超過了2000 萬種，其中的一部分已經(jīng)成為了各種各樣的材料，構(gòu)成了現(xiàn)代文明社會(huì)的物質(zhì)基礎(chǔ)。v目前全世界的化學(xué)家們平均每天研究出 7000 多種新化合物，為材料的選擇提供了豐富的來源。 Development of materials材料的發(fā)展的幾個(gè)階段材料的發(fā)展的幾個(gè)階段材料的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展

9、和應(yīng)用是人類文材料的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展和應(yīng)用是人類文明的標(biāo)志。明的標(biāo)志。 材料的品種、質(zhì)量和產(chǎn)量，是直接材料的品種、質(zhì)量和產(chǎn)量，是直接衡量一個(gè)國(guó)家的科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水衡量一個(gè)國(guó)家的科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。平的重要標(biāo)志之一。 Chapter1 Introduction19 陶器制作：粘土及其它添加物，陶器制作：粘土及其它添加物，加熱燒結(jié)成較硬實(shí)體；人類社會(huì)結(jié)構(gòu)加熱燒結(jié)成較硬實(shí)體；人類社會(huì)結(jié)構(gòu)生活形態(tài)的改變。生活形態(tài)的改變。 青銅器：金屬產(chǎn)物的工具青銅器：金屬產(chǎn)物的工具武器武器農(nóng)具農(nóng)具禮器禮器祭器等取代泥制陶器；祭器等取代泥制陶器； 金屬使用：常溫的剛強(qiáng)度，紅熱時(shí)金屬使用：常溫的剛強(qiáng)度，紅熱時(shí)可鍛

10、煉成形性，熔融后的鑄造性?？慑憻挸尚涡?，熔融后的鑄造性。早期：三個(gè)時(shí)代早期：三個(gè)時(shí)代Chapter1 Introduction20PotteryPottery新石器時(shí)期新石器時(shí)期半山式菱形點(diǎn)紋壺半山式菱形點(diǎn)紋壺新石器時(shí)期新石器時(shí)期馬家窯式水紋彩陶缽馬家窯式水紋彩陶缽Chapter1 Introduction21ChinaChina康熙康熙 黃釉蓋罐黃釉蓋罐 乾隆乾隆 茶葉末六連瓶茶葉末六連瓶 Chapter1 Introduction22唐唐 三彩鴛鴦壺三彩鴛鴦壺 一種低溫鉛釉的陶器，采一種低溫鉛釉的陶器，采用黃、綠、褐等色釉在器用黃、綠、褐等色釉在器皿構(gòu)成花朵、斑點(diǎn)或不規(guī)皿構(gòu)成花朵、斑點(diǎn)或不

11、規(guī)則的幾何紋等，色彩斑斕則的幾何紋等，色彩斑斕的色釉裝飾。的色釉裝飾。雖稱為三彩，實(shí)際上并不限于三種色彩，往往雖稱為三彩，實(shí)際上并不限于三種色彩，往往采用二次燒成法，第一次素?zé)?，溫度約在攝氏采用二次燒成法，第一次素?zé)?，溫度約在攝氏一千度左右，燒成坯胎；第二次在素胎上施釉，一千度左右，燒成坯胎；第二次在素胎上施釉，另行釉燒而溫度八百度。另行釉燒而溫度八百度。Chapter1 Introduction23明明 掐絲琺瑯掐絲琺瑯 葫蘆式扁瓶葫蘆式扁瓶 橘皮釉橘皮釉 Chapter1 Introduction24Glass現(xiàn)代的水晶玻璃現(xiàn)代的水晶玻璃Warring StatesGlass Eye Be

12、adsGlassChapter1 Introduction25Figure of materials developmentChapter1 Introduction26Stone AgeStone ageChapter1 Introduction27MaterialsWoodStoneBonePotterythe Paleolithic Period the Neolithic Age Table 1-1 Distinguish between the Paleolithic Period and the Neolithic Age Distinguish between the Paleo

13、lithic Period and the Neolithic AgeChapter1 Introduction28Bronze AgeBronze ageChapter1 Introduction29含錫量含錫量1/6 韌性好韌性好 制造鐘鼎制造鐘鼎含錫量含錫量2/5 硬度高硬度高 制造刀制造刀斧斧Cu Sn Pb Zn第一個(gè)合金材料：銅錫合金（青銅）第一個(gè)合金材料：銅錫合金（青銅） 結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系A(chǔ)lloyChapter1 Introduction30中國(guó)古銅鏡中國(guó)古銅鏡Copper mirrorsChapter1 Introduction31Copper musical

14、 instrument戰(zhàn)國(guó)青銅編鐘戰(zhàn)國(guó)青銅編鐘 Chapter1 Introduction32Iron AgeIron AgeChapter1 Introduction33Equations 煉鐵過程的化學(xué)煉鐵過程的化學(xué)9COC2Fe11CO3Fe332 3CO2Fe3COFe32 CO4FeFeOCFe3 Chapter1 Introduction34鑄鐵鑄鐵鍛鐵鍛鐵鋼鐵鋼鐵依含碳量依含碳量和雜質(zhì)多少和雜質(zhì)多少鐵和碳的合金鐵和碳的合金Alloys of iron & carbonChapter1 Introduction35第八世紀(jì)的第八世紀(jì)的 Carolingian劍劍東方曲劍東方

15、曲劍 Persian 土耳其的土耳其的 Damascus 劍劍日本劍的鋒口部份日本劍的鋒口部份SwordsChapter1 Introduction36早期：純粹憑經(jīng)驗(yàn)工藝。早期：純粹憑經(jīng)驗(yàn)工藝。近現(xiàn)代：近現(xiàn)代：基本化學(xué)原理基本化學(xué)原理物質(zhì)微結(jié)構(gòu)物質(zhì)微結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良而價(jià)值更高的材料性能優(yōu)良而價(jià)值更高的材料高性能碳鋼和合金鋼鋼制品精煉工藝技術(shù)Chapter1 Introduction37v 鋼v 硅v 塑料v 合成材料v 半導(dǎo)體v 精密陶瓷v 復(fù)合材料v 納米材料v 我們現(xiàn)在所處的時(shí)代應(yīng)該稱為什么時(shí)代？Chapter1 IntroductionMetallic MaterialsInorganic

16、 MaterialsPolymersCompositesl 按組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分按組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分1.2 材料的分類材料的分類Classification of Materials39Structural Materials 主要利用材料的力學(xué)性能主要利用材料的力學(xué)性能Functional Materials 主要利用材料的物理和化學(xué)性能主要利用材料的物理和化學(xué)性能l 按使用性能分按使用性能分l 按用途分按用途分Classification of materials導(dǎo)電材料、絕緣材料、生物醫(yī)用材料、導(dǎo)電材料、絕緣材料、生物醫(yī)用材料、航空航天材料、能源材料、航空航天材料、能源材料、電子信息材料、感

17、光材料等等電子信息材料、感光材料等等Chapter1 Introduction40金屬材料（金屬材料（Metallic Materials） 金屬材料通常由一種或多種金屬元素組成，其特征是金屬材料通常由一種或多種金屬元素組成，其特征是存在大量的離域電子，也就是說，這些電子并不鍵合存在大量的離域電子，也就是說，這些電子并不鍵合在特定原子上。在特定原子上。 通常具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、拋光表面的反光性、金通常具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、拋光表面的反光性、金屬光澤、延展性、塑性等。屬光澤、延展性、塑性等。 鋼材：在建筑、橋梁、設(shè)備等廣泛用作結(jié)構(gòu)材料。鋼材：在建筑、橋梁、設(shè)備等廣泛用作結(jié)構(gòu)材料。 銅材：常常作

18、為導(dǎo)電材料使用。銅材：常常作為導(dǎo)電材料使用。 新型金屬材料：如超塑性合金、形狀記憶合金、儲(chǔ)氫新型金屬材料：如超塑性合金、形狀記憶合金、儲(chǔ)氫合金等。合金等。 Chapter1 Introduction41ExamplesChapter1 Introduction42無機(jī)非金屬材料（無機(jī)非金屬材料（Inorganic Materials） 無機(jī)化合物材料：陶瓷、玻璃、水泥等。無機(jī)化合物材料：陶瓷、玻璃、水泥等。 單質(zhì)材料：?jiǎn)尉Ч?、金剛石、石墨等。單質(zhì)材料：?jiǎn)尉Ч?、金剛石、石墨等?以陶瓷為主?？捎米鹘Y(jié)構(gòu)材料、光學(xué)材料、電子材料以陶瓷為主?？捎米鹘Y(jié)構(gòu)材料、光學(xué)材料、電子材料等。等。 半導(dǎo)體材料：?jiǎn)尉?/p>

19、硅、砷化鎵、磷化銦、磷化鎵等。半導(dǎo)體材料：?jiǎn)尉Ч琛⑸榛?、磷化銦、磷化鎵等。用于制造集成電路、固態(tài)激光器、發(fā)光二極管、晶體用于制造集成電路、固態(tài)激光器、發(fā)光二極管、晶體管等。管等。Chapter1 Introduction43Architecture materialsChapter1 Introduction44高分子材料（高分子材料（Polymers） 高分子是由碳、氫、氧、硅、硫等元素組成的分子量高分子是由碳、氫、氧、硅、硫等元素組成的分子量足夠高的有機(jī)化合物。足夠高的有機(jī)化合物。 天然高分子材料：木材、天然橡膠、棉花、動(dòng)物皮毛天然高分子材料：木材、天然橡膠、棉花、動(dòng)物皮毛等。等。 合成

20、高分子材料：塑料、合成橡膠和合成纖維。合成高分子材料：塑料、合成橡膠和合成纖維。 功能高分子材料：工程塑料、導(dǎo)電高分子、高分子半功能高分子材料：工程塑料、導(dǎo)電高分子、高分子半導(dǎo)體、光導(dǎo)電高分子、磁性高分子、光功能高分子、導(dǎo)體、光導(dǎo)電高分子、磁性高分子、光功能高分子、液晶高分子、高分子信息材料、生物醫(yī)用高分子材料液晶高分子、高分子信息材料、生物醫(yī)用高分子材料、反應(yīng)性高分子、離子交換樹脂、高分子分離膜、高、反應(yīng)性高分子、離子交換樹脂、高分子分離膜、高分子催化劑及高分子試劑等。分子催化劑及高分子試劑等。Chapter1 Introduction45(3) ShoesChapter1 Introduc

21、tion46復(fù)合材料（復(fù)合材料（Composites） 復(fù)合材料：由兩種或多種不同材料組合而成的材料。復(fù)合材料：由兩種或多種不同材料組合而成的材料。 既保留原組分材料的特性，又具有原單一組分材料所既保留原組分材料的特性，又具有原單一組分材料所無法獲得的或更優(yōu)異的特性。無法獲得的或更優(yōu)異的特性。 金屬材料、無機(jī)非金屬材料和高分子材料相互之間或金屬材料、無機(jī)非金屬材料和高分子材料相互之間或同種材料之間均可復(fù)合形成復(fù)合材料。同種材料之間均可復(fù)合形成復(fù)合材料。 自然界的復(fù)合材料：例如樹木和竹子為纖維素和木質(zhì)自然界的復(fù)合材料：例如樹木和竹子為纖維素和木質(zhì)素的復(fù)合體；動(dòng)物骨骼則是由無機(jī)磷酸鹽和蛋白質(zhì)膠素的

22、復(fù)合體；動(dòng)物骨骼則是由無機(jī)磷酸鹽和蛋白質(zhì)膠原復(fù)合而成。原復(fù)合而成。 古老的復(fù)合材料：稻草增強(qiáng)粘土以及漆器（麻纖維和古老的復(fù)合材料：稻草增強(qiáng)粘土以及漆器（麻纖維和土漆復(fù)合而成）。土漆復(fù)合而成）。 傳統(tǒng)的復(fù)合材料：鋼筋混凝土，玻璃鋼。傳統(tǒng)的復(fù)合材料：鋼筋混凝土，玻璃鋼。Chapter1 Introduction47(6) Spaceflight materials首架復(fù)合首架復(fù)合材料飛機(jī)材料飛機(jī)Chapter1 Introduction48航空材料的主要要求是航空材料的主要要求是耐高溫、高比強(qiáng)、抗疲勞、耐高溫、高比強(qiáng)、抗疲勞、耐腐蝕、長(zhǎng)壽命和低成本。耐腐蝕、長(zhǎng)壽命和低成本。 多功能化、復(fù)合化、精細(xì)

23、化、智能化多功能化、復(fù)合化、精細(xì)化、智能化 Chapter1 Introduction49Examples波音公司開發(fā)之機(jī)體與復(fù)合材料波音公司開發(fā)之機(jī)體與復(fù)合材料 JChapter1 Introduction501.3 材料化學(xué)的特點(diǎn)材料化學(xué)的特點(diǎn)Characteristics of Materials Chemistry跨學(xué)科性：跨學(xué)科性： 既是化學(xué)學(xué)科的一個(gè)次級(jí)學(xué)科，又是材料科學(xué)的一個(gè)分既是化學(xué)學(xué)科的一個(gè)次級(jí)學(xué)科，又是材料科學(xué)的一個(gè)分支。支。 新材料的發(fā)展，往往源于其它科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的需求，這新材料的發(fā)展，往往源于其它科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的需求，這導(dǎo)致材料化學(xué)與物理學(xué)、生物學(xué)、藥物學(xué)等眾多學(xué)科緊導(dǎo)致

24、材料化學(xué)與物理學(xué)、生物學(xué)、藥物學(xué)等眾多學(xué)科緊密相連。密相連。 材料合成與加工技術(shù)的發(fā)展不斷地對(duì)諸如生物技術(shù)、信材料合成與加工技術(shù)的發(fā)展不斷地對(duì)諸如生物技術(shù)、信息技術(shù)、納米技術(shù)等新興技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生巨大影響。息技術(shù)、納米技術(shù)等新興技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生巨大影響。 通過分子設(shè)計(jì)和特定的工藝，可以使材料具備各種特殊通過分子設(shè)計(jì)和特定的工藝，可以使材料具備各種特殊性質(zhì)或功能，如高強(qiáng)度、特殊的光性能和電性能等，這性質(zhì)或功能，如高強(qiáng)度、特殊的光性能和電性能等，這些材料在現(xiàn)代技術(shù)中起著關(guān)鍵作用。些材料在現(xiàn)代技術(shù)中起著關(guān)鍵作用。Chapter1 Introduction51 材料化學(xué)是理論與實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，這是它與固體材

25、料化學(xué)是理論與實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，這是它與固體化學(xué)的主要區(qū)別所在。化學(xué)的主要區(qū)別所在。 材料通過實(shí)驗(yàn)室的研究工作而得到深入的了解，從而材料通過實(shí)驗(yàn)室的研究工作而得到深入的了解，從而指導(dǎo)材料的發(fā)展和合理使用。指導(dǎo)材料的發(fā)展和合理使用。 高性能、高質(zhì)量及低成本的材料只有通過工藝的不斷高性能、高質(zhì)量及低成本的材料只有通過工藝的不斷改進(jìn)才能實(shí)現(xiàn)。改進(jìn)才能實(shí)現(xiàn)。 材料變?yōu)槠骷虍a(chǎn)品要解決一系列工程技術(shù)問題，這材料變?yōu)槠骷虍a(chǎn)品要解決一系列工程技術(shù)問題，這都需要理論和實(shí)踐的結(jié)合，一方面用理論指導(dǎo)實(shí)踐，都需要理論和實(shí)踐的結(jié)合，一方面用理論指導(dǎo)實(shí)踐，另一方面通過大量實(shí)踐使理論得到進(jìn)一步發(fā)展。另一方面通過大量實(shí)踐

26、使理論得到進(jìn)一步發(fā)展。Chapter1 Introduction52實(shí)踐性：生物醫(yī)藥領(lǐng)域 生物相容性材料：例如設(shè)計(jì)特殊的金屬合金和聚合物涂層，以保護(hù)人體組織不與人工骨頭置換體或其他植入物相排斥; 人造腎臟、血液氧合器、靜脈過濾器以及診斷化驗(yàn)等; 藥物、蛋白質(zhì)及基因的控制釋放。Chapter1 Introduction1.4 材料化學(xué)的在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用材料化學(xué)的在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用53 芯片制造：光致抗蝕劑、化學(xué)氣相沉積法、等離子體刻蝕; 信息存儲(chǔ)材料; 光電子材料; 光子晶體。Chapter1 Introduction54電子信息領(lǐng)域 環(huán)境和能源領(lǐng)域 清潔能源：光伏電池、太陽能電池、燃料電池等；

27、可回收和可生物降解材料； 環(huán)境友好材料結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域 汽車和飛機(jī)：比以前更安全、輕便和省油； 特種涂料：具有防腐、保護(hù)、美化或其它用途，可在結(jié)構(gòu)材料上使用； 智能化的結(jié)構(gòu)材料：由各種具有不同功能或性能的材料組合而成Chapter1 Introduction55新材料在高技術(shù)中的應(yīng)用 幾個(gè)實(shí)例v1982 年日本首次研制出了陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)小汽車。它的出現(xiàn)使發(fā)動(dòng)機(jī)重量減輕，提高燃燒度和節(jié)約燃料的愿望成為現(xiàn)實(shí)。v1988年前蘇聯(lián)一架以液氫為燃料的中型運(yùn)輸機(jī)首次試飛成功。液氫的沸點(diǎn)為 253C，攜儲(chǔ)液氫需要高效率的絕熱材料。液氫發(fā)動(dòng)機(jī)的使用，則意味著低溫極限技術(shù)已達(dá)到實(shí)用化程度。v1989 年日本一艘潛水調(diào)查

28、船下潛到6500 米的深海區(qū)，打破了美國(guó)、前蘇聯(lián)和德國(guó)的下潛紀(jì)錄。這艘潛水艇耐水艙使用的是一種高強(qiáng)度鈦合金，觀察窗使用的是一種新型的有機(jī)玻璃。v美國(guó)在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中使用的隱身戰(zhàn)斗機(jī)所以能隱身，就是使用了一種吸波材料和吸波涂層。v所謂隱形是指不易被雷達(dá)或紅外線、可見光、聲探測(cè)等傳感器發(fā)現(xiàn)。v隱形飛機(jī)之所以能夠隱形，主要是綜合采用了隱身外形技術(shù)、隱身材料技術(shù)、紅外線抑制和干擾技術(shù)、聲波隱身技術(shù)以及微電子技術(shù)等，具有降低其在雷達(dá)屏幕上的特征、壓制噪聲、減弱飛機(jī)紅外圖像特征、抑制無線電信號(hào)傳輸?shù)刃阅?。隱形飛機(jī)與材料 n 隱形武器由于其科技含量高，對(duì)材料要求苛刻，研制費(fèi)用異常高。n 美國(guó)的 F-117A 隱

29、形飛機(jī)單價(jià) 為 1.1 億美元，B-2隱形轟炸機(jī)單價(jià)更高達(dá) 5.3 億美元，比與機(jī)體等重量的黃金價(jià)值還要高。n 最近，美國(guó)又以 4000 億美元的天價(jià)，開始研制一種集“隱形、敏捷、高速”為一體的 F-35 新型隱形戰(zhàn)機(jī)。 F-117A 戰(zhàn)斗機(jī)周身幾乎全由直線構(gòu)成，機(jī)體表面使用了 6 種不同的雷達(dá)吸波涂層材料，大大降低了雷達(dá)探測(cè)度。經(jīng)科學(xué)家測(cè)試，雷達(dá)在距離 F-117A 飛機(jī) 600 米時(shí)，就已完全接收不到它發(fā)出的信號(hào)。在美國(guó)的航天史上發(fā)生過三起巨大災(zāi)難在美國(guó)的航天史上發(fā)生過三起巨大災(zāi)難 1967 年 1 月 27 日：阿波羅號(hào)飛船升空時(shí)爆炸，三名宇航員遇難 1986 年 1 月 28 日：挑戰(zhàn)

30、者號(hào)航天飛機(jī)升空時(shí)爆炸，包括一名女教師在內(nèi)的宇航員全部遇難 2003 年 2 月 1 日：“哥倫比亞號(hào)”航天飛機(jī)在完成 16 天的太空研究任務(wù)后，在返回大氣層時(shí)突然發(fā)生解體，機(jī)上 7 名宇航員全部遇難 “哥倫比亞號(hào)”是航天飛機(jī)第一次在即將著陸時(shí)發(fā)生的災(zāi)難?？针y發(fā)生后，由美國(guó)宇航局（NASA）組成了由材料和工藝工程師及科學(xué)家組成的調(diào)查組對(duì)飛機(jī)殘骸進(jìn)行了重組、殘骸材料的冶金分析以及模擬試驗(yàn)，分析了航天飛機(jī)爆炸的原因?！案鐐惐葋喬?hào)”航天飛機(jī)的爆炸，震驚了世人，同時(shí)也引起了人們對(duì)材料的關(guān)注，材料分析揭開了哥倫比亞空難之謎。 哥倫比亞空難與材料 這張照片是在哥倫比亞號(hào)返回地球的11天前拍攝并傳回的，通過

31、哥倫比亞號(hào)上隨機(jī)安裝的一架照相機(jī)拍攝。升空時(shí)，從燃料箱腳架處掉下的一塊隔熱泡沫砸到左翼碳碳復(fù)合材料面板下半部附近造成裂縫。而后高溫?zé)犭x子流穿過此處，使機(jī)翼鋁合金、鐵基合金、鈉基合金結(jié)構(gòu)熔化，導(dǎo)致航天飛機(jī)失控、機(jī)翼破壞和機(jī)體解體。Chapter1 Introduction 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)是指組成原子、分子在不同層次上彼此結(jié)材料的結(jié)構(gòu)是指組成原子、分子在不同層次上彼此結(jié)合的形式、狀態(tài)和空間分布，包括原子與電子結(jié)構(gòu)、合的形式、狀態(tài)和空間分布，包括原子與電子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)，相結(jié)構(gòu)、晶粒結(jié)構(gòu)、表面與晶分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)，相結(jié)構(gòu)、晶粒結(jié)構(gòu)、表面與晶界結(jié)構(gòu)、缺陷結(jié)構(gòu)等；在尺度上則包括納米以下、

32、納界結(jié)構(gòu)、缺陷結(jié)構(gòu)等；在尺度上則包括納米以下、納米、微米、毫米及更宏觀的結(jié)構(gòu)層次。所有這些層次米、微米、毫米及更宏觀的結(jié)構(gòu)層次。所有這些層次都影響產(chǎn)品的最終行為。都影響產(chǎn)品的最終行為。單個(gè)原子結(jié)構(gòu)原子的空間排列相態(tài)結(jié)構(gòu)材料化學(xué)是關(guān)于材料的材料化學(xué)是關(guān)于材料的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、性能性能、制備制備和和應(yīng)用應(yīng)用的化學(xué)的化學(xué) 1.5 材料化學(xué)的主要內(nèi)容材料化學(xué)的主要內(nèi)容64 性能性能性能是材料在一定的條件下對(duì)外部作用的反應(yīng)的定量性能是材料在一定的條件下對(duì)外部作用的反應(yīng)的定量表述。表述。力學(xué)性能：材料的強(qiáng)度、延性和剛度。物理性能：電、磁、光、熱等。Chapter1 Introduction 制備制備材料的合成與

33、制備就是將原子、分子聚合起來并最終材料的合成與制備就是將原子、分子聚合起來并最終轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏卯a(chǎn)品的一系列連續(xù)過程。合成與制備是提轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏卯a(chǎn)品的一系列連續(xù)過程。合成與制備是提高材料質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和提高經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵，高材料質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和提高經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵，也是開發(fā)新材料、新器件的中心環(huán)節(jié)。也是開發(fā)新材料、新器件的中心環(huán)節(jié)。65教學(xué)用書：教學(xué)用書：曾兆華，楊建文編著曾兆華，楊建文編著. . 材料化學(xué)材料化學(xué). . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社北京：化學(xué)工業(yè)出版社. 2008. 2008主要參考書目：主要參考書目：1. 1.楊興鈺楊興鈺. . 材料化學(xué)導(dǎo)論材料化學(xué)導(dǎo)論. . 武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版

34、社，武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，200320032. 2.劉光華編著劉光華編著. . 現(xiàn)代材料化學(xué)現(xiàn)代材料化學(xué). . 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，200020003. 3.周達(dá)飛主編周達(dá)飛主編. . 材料概論材料概論. . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，200120014. 4.Brian S. Mitchell. An Introduction to Materials Engineering and Science. USA, Brian S. Mitchell. An Introduction to Materials Engineering and

35、Science. USA, John Wiley & Sons, 2004.John Wiley & Sons, 2004.5. 5.William D, Callister J. Materials science and engineering: An introduction. 5th Ed. William D, Callister J. Materials science and engineering: An introduction. 5th Ed. , USA, John Wiley & Sons, 1999, USA, John Wiley &

36、 Sons, 19996. 6.Smith W F. Foundations of materials science and engineering. New York, Smith W F. Foundations of materials science and engineering. New York, McGraw-Hill Book Co., 1992McGraw-Hill Book Co., 19927. 7.Bradley D. Fahlman. Materials Chemistry. German, Springer, 2007Bradley D. Fahlman. Ma

37、terials Chemistry. German, Springer, 2007Chapter1 Introduction66思考題思考題 什么是材料化學(xué)？其主要特點(diǎn)是什么？什么是材料化學(xué)？其主要特點(diǎn)是什么？ 新石器時(shí)代的標(biāo)志是什么？新石器時(shí)代的標(biāo)志是什么？ 材料與試劑的主要區(qū)別是什么？材料與試劑的主要區(qū)別是什么？ 觀察一只燈泡，列舉出制造燈泡所需要的材料。觀察一只燈泡，列舉出制造燈泡所需要的材料。 材料按其組成和結(jié)構(gòu)可以分為哪幾類？材料按其組成和結(jié)構(gòu)可以分為哪幾類？ 簡(jiǎn)述材料化學(xué)的主要內(nèi)容。簡(jiǎn)述材料化學(xué)的主要內(nèi)容。 Chapter1 Introduction67第一章第一章 緒論緒論第二章

38、第二章 材料的結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu) 第三章第三章 材料的性能材料的性能 第四章第四章 材料化學(xué)熱力學(xué)材料化學(xué)熱力學(xué) 第五章第五章 材料的制備材料的制備 第六章第六章 金屬材料金屬材料 第七章第七章 無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料 第八章第八章 高分子材料高分子材料 第九章第九章 復(fù)合材料復(fù)合材料 第十章第十章 納米材料納米材料基礎(chǔ)部分基礎(chǔ)部分應(yīng)用部分應(yīng)用部分本課程的結(jié)構(gòu)Chapter1 Introduction68材料化學(xué)（再版目錄）第一章第一章 緒論緒論1.1 材料與化學(xué)材料與化學(xué)11.2 材料的分類材料的分類31.3 材料化學(xué)的特點(diǎn)材料化學(xué)的特點(diǎn)41.4 材料化學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用材料化學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用51.5 材料化學(xué)的主要內(nèi)容材料化學(xué)的主要內(nèi)容6第二章第二章 材料的結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)2.1 元素和化學(xué)鍵元素和化學(xué)鍵92.2 晶體學(xué)基本概念晶體學(xué)基本概念162.3 晶體缺陷晶體缺陷222.4 金屬材料的結(jié)構(gòu)金屬材料的結(jié)構(gòu)312.5 無機(jī)非金屬材料的結(jié)構(gòu)無機(jī)非金屬材料的結(jié)構(gòu)382.6 高分