無機(jī)材料化學(xué)（課堂PPT）

1、1無機(jī)材料化學(xué)無機(jī)材料化學(xué) 2010.032010.03（The Chemistry of Inorganic Materials） 李李 中中 軍軍Tel: 67783123el: 67783123-mail:E-mail:2關(guān)于該課程的開設(shè)及學(xué)習(xí)建議關(guān)于該課程的開設(shè)及學(xué)習(xí)建議 課程開設(shè)的指導(dǎo)思想課程開設(shè)的指導(dǎo)思想 材料已成為當(dāng)今科學(xué)技術(shù)和社會(huì)發(fā)展的重要支柱。材料已成為當(dāng)今科學(xué)技術(shù)和社會(huì)發(fā)展的重要支柱。 材料科學(xué)與化學(xué)日益融合并形成了新的化學(xué)分支材料科學(xué)與化學(xué)日益融合并形成了新的化學(xué)分支 科學(xué)科學(xué)-材料化學(xué)。材料化學(xué)。 化學(xué)學(xué)科本科生應(yīng)當(dāng)學(xué)

2、習(xí)了解材料科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)?；瘜W(xué)學(xué)科本科生應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)了解材料科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。 學(xué)習(xí)要求及建議學(xué)習(xí)要求及建議 課堂聽課的重要性課堂聽課的重要性 思考題是課程內(nèi)容和考試的重點(diǎn)思考題是課程內(nèi)容和考試的重點(diǎn) 歡迎同學(xué)們網(wǎng)上評(píng)教并對(duì)教學(xué)提出批評(píng)和建議歡迎同學(xué)們網(wǎng)上評(píng)教并對(duì)教學(xué)提出批評(píng)和建議3課程主要內(nèi)容：課程主要內(nèi)容： 第一章第一章 緒緒 論論 第二章第二章 無機(jī)材料的晶體結(jié)構(gòu)與缺陷無機(jī)材料的晶體結(jié)構(gòu)與缺陷 第三章第三章 無機(jī)材料的物理性質(zhì)無機(jī)材料的物理性質(zhì) 第四章第四章 無機(jī)材料的合成與制備無機(jī)材料的合成與制備 第五章第五章 納米材料簡(jiǎn)介納米材料簡(jiǎn)介 4 主要參考書：主要參考書： 1. 蘇勉曾，蘇勉曾，固

3、體化學(xué)導(dǎo)論固體化學(xué)導(dǎo)論，北京大學(xué)出版社，北京大學(xué)出版社， 1987 2. 唐小真等，唐小真等，材料化學(xué)導(dǎo)論材料化學(xué)導(dǎo)論，高等教育出版社，高等教育出版社，1994 3. 周亞棟，周亞棟，無機(jī)材料物理化學(xué)無機(jī)材料物理化學(xué)，武漢工業(yè)大學(xué)出版社，武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1994 4. 曾人杰，曾人杰，無機(jī)材料化學(xué)無機(jī)材料化學(xué)， 廈門大學(xué)出版廈門大學(xué)出版 社，社， 2001 5. 周志華等，周志華等，材料化學(xué)材料化學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，化學(xué)工業(yè)出版社，2006 6. 林建華等，林建華等，無機(jī)材料化學(xué)無機(jī)材料化學(xué)，北京大學(xué)出版社，北京大學(xué)出版社，2006 7.季惠明，季惠明，無機(jī)材料化學(xué)無機(jī)材料化學(xué), 天津大學(xué)

4、出版社天津大學(xué)出版社，2007 8. 曾兆華等，曾兆華等，材料化學(xué)材料化學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，化學(xué)工業(yè)出版社，20085第一章第一章 緒緒 論論 1.1 1.1 材料的發(fā)展及作用材料的發(fā)展及作用 1.2 1.2 材料的分類材料的分類 1.3 1.3 材料科學(xué)及其研究?jī)?nèi)容材料科學(xué)及其研究?jī)?nèi)容 1.4 1.4 材料化學(xué)及其研究?jī)?nèi)容材料化學(xué)及其研究?jī)?nèi)容 1.5 1.5 無機(jī)材料化學(xué)無機(jī)材料化學(xué)6 1.1 1.1 材料的發(fā)展及作用材料的發(fā)展及作用 材料的使用和發(fā)展同人類文明、科技進(jìn)步和社會(huì)材料的使用和發(fā)展同人類文明、科技進(jìn)步和社會(huì) 的發(fā)展密切相關(guān)。的發(fā)展密切相關(guān)。材料是具有一定性能和功能、可用于制作或加

5、工成材料是具有一定性能和功能、可用于制作或加工成 有用物件（器件、構(gòu)件、工具或裝置）的物質(zhì)。有用物件（器件、構(gòu)件、工具或裝置）的物質(zhì)。 材料在進(jìn)一步的加工過程中仍然保持原來的性質(zhì)。材料在進(jìn)一步的加工過程中仍然保持原來的性質(zhì)。 材料與物質(zhì)、材料與原料的區(qū)別。材料與物質(zhì)、材料與原料的區(qū)別。 材料是人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)必需的物質(zhì)基礎(chǔ)。材料是人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)必需的物質(zhì)基礎(chǔ)。 新材料的出現(xiàn)和使用會(huì)推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，新材料的出現(xiàn)和使用會(huì)推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展， 從而促進(jìn)科技和社會(huì)的進(jìn)步。從而促進(jìn)科技和社會(huì)的進(jìn)步。 性能包括：光、電、聲、磁、熱及力學(xué)等。性能包括：光、電、聲、磁、熱及力學(xué)等。7 按使用材料

6、的水平，劃分的人類社會(huì)發(fā)展歷史時(shí)期：按使用材料的水平，劃分的人類社會(huì)發(fā)展歷史時(shí)期： 石器石器時(shí)代時(shí)代青銅器青銅器時(shí)代時(shí)代鐵器鐵器時(shí)代時(shí)代鋼鐵鋼鐵時(shí)代時(shí)代 （工業(yè)革命時(shí)代）（工業(yè)革命時(shí)代） 早期早期人類材料知識(shí)的積累主要靠經(jīng)驗(yàn)，增加非常緩慢。人類材料知識(shí)的積累主要靠經(jīng)驗(yàn)，增加非常緩慢。工業(yè)革命以后工業(yè)革命以后，人類社會(huì)進(jìn)入科學(xué)時(shí)代，建立了物理學(xué)，人類社會(huì)進(jìn)入科學(xué)時(shí)代，建立了物理學(xué)和化學(xué)等學(xué)科，人類關(guān)于材料方面的知識(shí)和成果迅速增和化學(xué)等學(xué)科，人類關(guān)于材料方面的知識(shí)和成果迅速增加，促進(jìn)了材料的發(fā)展，也使材料在人類文明進(jìn)步、社加，促進(jìn)了材料的發(fā)展，也使材料在人類文明進(jìn)步、社 會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展中所產(chǎn)生的

7、作用更加明顯。會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展中所產(chǎn)生的作用更加明顯。 8 1718世紀(jì)：世紀(jì)：鋼鐵材料鋼鐵材料的出現(xiàn)，孕育了產(chǎn)業(yè)革命。的出現(xiàn)，孕育了產(chǎn)業(yè)革命。 19世紀(jì)末世紀(jì)末20世紀(jì)初：世紀(jì)初：電業(yè)材料電業(yè)材料的誕生和使用，使的誕生和使用，使電磁理論轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)力，促進(jìn)了電力工業(yè)的發(fā)展。電磁理論轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)力，促進(jìn)了電力工業(yè)的發(fā)展。 20世紀(jì)以來：世紀(jì)以來： 高分子材料高分子材料（30年代）年代）的出現(xiàn)，滿足了生產(chǎn)、生活的出現(xiàn)，滿足了生產(chǎn)、生活 及國民經(jīng)濟(jì)相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展對(duì)材料的需求，極大及國民經(jīng)濟(jì)相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展對(duì)材料的需求，極大 地促進(jìn)了現(xiàn)代物質(zhì)文明的發(fā)展；地促進(jìn)了現(xiàn)代物質(zhì)文明的發(fā)展； 高純半導(dǎo)體材料高純半導(dǎo)體材

8、料（50年代）年代）的問世，促進(jìn)了現(xiàn)代的問世，促進(jìn)了現(xiàn)代 信息技術(shù)的建立與發(fā)展；信息技術(shù)的建立與發(fā)展； 能源材料能源材料（放射性鐳、釙）的發(fā)現(xiàn)，使核能的開發(fā)（放射性鐳、釙）的發(fā)現(xiàn)，使核能的開發(fā) 利用成為現(xiàn)實(shí)；利用成為現(xiàn)實(shí)；920世紀(jì)以來：世紀(jì)以來： 先進(jìn)復(fù)合材料先進(jìn)復(fù)合材料、新型超合金材料新型超合金材料和各種和各種耐高溫材耐高溫材 料料、燒蝕材料燒蝕材料的開發(fā)，為空間技術(shù)的發(fā)展奠定的開發(fā)，為空間技術(shù)的發(fā)展奠定 了物質(zhì)基礎(chǔ)；了物質(zhì)基礎(chǔ)； 光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維的出現(xiàn)，使通信產(chǎn)業(yè)發(fā)生了質(zhì)的變化，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(chǎng)信息革命；引起了一場(chǎng)信息革命； 新型超導(dǎo)材料新型超導(dǎo)材料的研制和

9、開發(fā)，將推動(dòng)無損耗的研制和開發(fā)，將推動(dòng)無損耗 輸輸 電、磁流發(fā)電以及受控?zé)岷朔磻?yīng)堆等現(xiàn)代能電、磁流發(fā)電以及受控?zé)岷朔磻?yīng)堆等現(xiàn)代能 源的發(fā)展。源的發(fā)展。10 材料是先進(jìn)技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。材料是先進(jìn)技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。 材料材料、信息信息和和能源能源稱為現(xiàn)代科技的三大支柱，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)。其中材料又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(biāo)志：衡量國家現(xiàn)代化程度的直接標(biāo)志：擁有的擁有的材料品種、質(zhì)量和產(chǎn)量材料品種、質(zhì)量和產(chǎn)量衡量國家科技和生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標(biāo)志：衡量國家科技和生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標(biāo)志：新材料的研究和開發(fā)能力新材料的研究和開發(fā)能力11新材

10、料發(fā)現(xiàn)、研究和使用的其它作用新材料發(fā)現(xiàn)、研究和使用的其它作用： 影響和改變社會(huì)及人們的觀念、行為和生活方式影響和改變社會(huì)及人們的觀念、行為和生活方式 例如：高分子材料已成為社會(huì)生活和生產(chǎn)活動(dòng)不可缺少的基礎(chǔ)材料，例如：高分子材料已成為社會(huì)生活和生產(chǎn)活動(dòng)不可缺少的基礎(chǔ)材料， 它的廣泛使用影響和改變著社會(huì)、及人們的某些觀念和生活方式。它的廣泛使用影響和改變著社會(huì)、及人們的某些觀念和生活方式。 半導(dǎo)體及磁性材料的應(yīng)用，影響著人們的工作和生活，半導(dǎo)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(huì)行為。正在改變?nèi)藗兊乃季S和社會(huì)行為。 促進(jìn)相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展促進(jìn)相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展 如：

11、納米材料的研究和發(fā)展改變了人們對(duì)納米尺度物理、化學(xué)乃至如：納米材料的研究和發(fā)展改變了人們對(duì)納米尺度物理、化學(xué)乃至 生命現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和觀念，拓展了人類對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的深度。生命現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和觀念，拓展了人類對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的深度。 產(chǎn)生和帶動(dòng)一系列高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生和帶動(dòng)一系列高新技術(shù)產(chǎn)業(yè) 如：傳感器材料、半導(dǎo)體材料、磁性材料及納米材料。如：傳感器材料、半導(dǎo)體材料、磁性材料及納米材料。12第一代第一代 天然材料天然材料 取自于自然界的動(dòng)物、植物和礦物。取自于自然界的動(dòng)物、植物和礦物。 第二代第二代 燒煉材料燒煉材料 包括燒結(jié)材料和冶煉材料。包括燒結(jié)材料和冶煉材料。 第三代第三代 合成材料合成材料 包括合成塑

12、料、合成纖維、合成橡膠。包括合成塑料、合成纖維、合成橡膠。 第四代第四代 可設(shè)計(jì)材料可設(shè)計(jì)材料根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)特殊性能的材料。根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)特殊性能的材料。 如：玻璃鋼復(fù)合材料如：玻璃鋼復(fù)合材料 第五代第五代 智能材料智能材料 能隨環(huán)境、時(shí)間的變化改變自己的性能或能隨環(huán)境、時(shí)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。形狀，具有感知、自我調(diào)節(jié)和反饋能力。如：形狀記憶合金（如：形狀記憶合金（Ti-Ni 1:1） 變色玻璃變色玻璃人類使用的材料若按其發(fā)展水平歸納，大致可分為五代：人類使用的材料若按其發(fā)展水平歸納，大致可分為五代：131.2 1.2 材料的分類材料的分類 1. 根據(jù)

13、化學(xué)屬性（化學(xué)組成）材料可分為：根據(jù)化學(xué)屬性（化學(xué)組成）材料可分為： 金屬材料金屬材料 無機(jī)非金屬材料（無機(jī)材料）無機(jī)非金屬材料（無機(jī)材料） 有機(jī)高分子材料有機(jī)高分子材料 材料可根據(jù)其化學(xué)屬性、聚集狀態(tài)、物理性能、材料可根據(jù)其化學(xué)屬性、聚集狀態(tài)、物理性能、用途及使用特性（功能）進(jìn)行分類。用途及使用特性（功能）進(jìn)行分類。14金屬材料金屬材料 以金屬元素為主要成份的材料。以金屬元素為主要成份的材料。包括：包括： 黑色金屬黑色金屬：鋼、鐵、錳、鉻及它們的合金。：鋼、鐵、錳、鉻及它們的合金。 有色金屬有色金屬：黑色金屬以外的其它各種金屬及其合金。：黑色金屬以外的其它各種金屬及其合金。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：具有

14、優(yōu)良的力學(xué)性能具有優(yōu)良的力學(xué)性能（高強(qiáng)度和高塑性的配合、高強(qiáng)度和高塑性的配合、 優(yōu)良的可加工性優(yōu)良的可加工性）及優(yōu)異的物理特性及優(yōu)異的物理特性。 性能與成分、顯微組織結(jié)構(gòu)和制造工藝密切相關(guān)。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：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，在近代的物質(zhì)文明中，金屬材料起了關(guān)鍵的作用， 至今這類材料仍然至今這類材料仍然用途最廣用途最廣、用量最大用量最大。 15高分子材料高分子材料 由脂肪族或芳香族的碳由脂肪族或芳香族的碳- -碳共價(jià)鍵為碳共價(jià)鍵為 基本結(jié)構(gòu)的大分子所構(gòu)成基本結(jié)構(gòu)的大分子所構(gòu)成。組成特點(diǎn)：組成特點(diǎn)：化學(xué)組成簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)有規(guī)律?；瘜W(xué)組

15、成簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)有規(guī)律。 一般是由一種或幾種簡(jiǎn)單化學(xué)組成的一般是由一種或幾種簡(jiǎn)單化學(xué)組成的結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元 多次重復(fù)連接而成?？煞譃椋憾啻沃貜?fù)連接而成?？煞譃椋禾烊桓叻肿硬牧希禾烊桓叻肿硬牧希耗静摹⑵じ?、天然橡膠、棉、麻、絲、生漆等。木材、皮革、天然橡膠、棉、麻、絲、生漆等。 合成高分子材料：合成高分子材料：塑料、橡膠、纖維、涂料及粘合劑等。塑料、橡膠、纖維、涂料及粘合劑等。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：質(zhì)量輕、比強(qiáng)度大、絕緣性和耐腐蝕性好質(zhì)量輕、比強(qiáng)度大、絕緣性和耐腐蝕性好，且易加工成形、，且易加工成形、 原料易得。原料易得。 應(yīng)用：應(yīng)用：用途廣泛用途廣泛：日常生活及信息、能源、航空航天、國防等領(lǐng)域。：日常生活

16、及信息、能源、航空航天、國防等領(lǐng)域。16傳統(tǒng)無機(jī)材料：傳統(tǒng)無機(jī)材料：以以硅酸鹽化合物硅酸鹽化合物為主要成分為主要成分 。 包括：玻璃、陶瓷、水泥和耐火材料等。包括：玻璃、陶瓷、水泥和耐火材料等。 在歐美國家，硅酸鹽材料統(tǒng)稱為在歐美國家，硅酸鹽材料統(tǒng)稱為“陶瓷陶瓷”或或“陶瓷制陶瓷制品品” 。新型無機(jī)材料新型無機(jī)材料 ：包括：包括：氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、 硅化物、硅化物、硫化物、含氧酸鹽及其它鹽類和非金屬單質(zhì)硫化物、含氧酸鹽及其它鹽類和非金屬單質(zhì)。 在歐美各國，稱做在歐美各國，稱做 “精細(xì)陶瓷精細(xì)陶瓷” （Fine Ceramics）、）、 “工程陶瓷工

17、程陶瓷” （Engineering Ceramics）等。）等。無機(jī)材料無機(jī)材料 由非金屬單質(zhì)及金屬與非金屬元素組成的由非金屬單質(zhì)及金屬與非金屬元素組成的 化合物所構(gòu)成的材料?？煞譃椋夯衔锼鶚?gòu)成的材料。可分為：17無機(jī)材料種類繁多，其原因有：無機(jī)材料種類繁多，其原因有： 化學(xué)組成千變?nèi)f化化學(xué)組成千變?nèi)f化 組成相同，晶體結(jié)構(gòu)或形態(tài)不同，也可構(gòu)成迥然不同的材料組成相同，晶體結(jié)構(gòu)或形態(tài)不同，也可構(gòu)成迥然不同的材料 氧化鋁氧化鋁：?jiǎn)尉B(tài)，用作寶石、激光材料。單晶態(tài)，用作寶石、激光材料。 多晶燒結(jié)體，電爐基板、高溫電爐管、切削材料。多晶燒結(jié)體，電爐基板、高溫電爐管、切削材料。 纖維狀多晶體，高強(qiáng)優(yōu)質(zhì)絕

18、熱材料。纖維狀多晶體，高強(qiáng)優(yōu)質(zhì)絕熱材料。 多孔多晶體體，催化劑載體或傳感材料。多孔多晶體體，催化劑載體或傳感材料。 碳：碳： 石墨，導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐高溫、耐磨、潤(rùn)滑材料。石墨，導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐高溫、耐磨、潤(rùn)滑材料。 金剛石，硬度最大、絕熱體。金剛石，硬度最大、絕熱體。 C60（原子簇化合物，由原子簇化合物，由60個(gè)碳原子構(gòu)成的球形個(gè)碳原子構(gòu)成的球形32面體），面體）， 碳納米管，碳納米管， 它們是含有多個(gè)不飽和鍵的高度共軛體系。它們是含有多個(gè)不飽和鍵的高度共軛體系。 在導(dǎo)電、超導(dǎo)、磁性及催化等方面表現(xiàn)出在導(dǎo)電、超導(dǎo)、磁性及催化等方面表現(xiàn)出 獨(dú)特性能。獨(dú)特性能。18 特點(diǎn)：由特點(diǎn)：由離子鍵和共價(jià)鍵的

19、結(jié)晶離子鍵和共價(jià)鍵的結(jié)晶構(gòu)成。構(gòu)成。 質(zhì)地脆、硬度大、強(qiáng)度高、抗化學(xué)腐蝕性強(qiáng)，質(zhì)地脆、硬度大、強(qiáng)度高、抗化學(xué)腐蝕性強(qiáng)， 對(duì)熱和電的絕緣性良好。對(duì)熱和電的絕緣性良好。 新型無機(jī)材料具有優(yōu)良的新型無機(jī)材料具有優(yōu)良的介電、壓電、光介電、壓電、光 學(xué)、學(xué)、 電磁學(xué)及其它功能轉(zhuǎn)換電磁學(xué)及其它功能轉(zhuǎn)換等特性。等特性。 應(yīng)用：新型無機(jī)材料的特殊性能和功能在現(xiàn)代應(yīng)用：新型無機(jī)材料的特殊性能和功能在現(xiàn)代高新高新 技術(shù)及國民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域技術(shù)及國民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域得到重要應(yīng)用。得到重要應(yīng)用。19 復(fù)合材料由復(fù)合材料由基體基體和和增強(qiáng)劑增強(qiáng)劑（補(bǔ)強(qiáng)劑）組成（補(bǔ)強(qiáng)劑）組成 基體可為：聚合物、金屬及陶瓷?；w可為：聚合物

20、、金屬及陶瓷。 增強(qiáng)劑為：無機(jī)纖維，如：玻璃（碳、增強(qiáng)劑為：無機(jī)纖維，如：玻璃（碳、SiC）纖維，稱為）纖維，稱為纖維增強(qiáng)。纖維增強(qiáng)。 形成的材料分別稱為形成的材料分別稱為聚合物（金屬、陶瓷）基復(fù)合材料聚合物（金屬、陶瓷）基復(fù)合材料 基體為有機(jī)聚合物，增強(qiáng)劑為無機(jī)粉體（如：基體為有機(jī)聚合物，增強(qiáng)劑為無機(jī)粉體（如：ZnO、SiO2 、 TiO2），稱為），稱為顆粒彌散增強(qiáng)。顆粒彌散增強(qiáng)。2.2.根據(jù)組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)根據(jù)組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，材料可分為：材料可分為： 金屬材料、無機(jī)材料、高分子材料和復(fù)合材料金屬材料、無機(jī)材料、高分子材料和復(fù)合材料復(fù)合材料復(fù)合材料：將上述材料中的兩種或兩種以上有機(jī)地結(jié)合將上

21、述材料中的兩種或兩種以上有機(jī)地結(jié)合 在一起，使它們?cè)谛阅苌蠀f(xié)同作用、互相取在一起，使它們?cè)谛阅苌蠀f(xié)同作用、互相取 長(zhǎng)補(bǔ)短，所得到的全新性能的新型材料。長(zhǎng)補(bǔ)短，所得到的全新性能的新型材料。203. 根據(jù)材料的使用特性或功能，根據(jù)材料的使用特性或功能，材料可分為：材料可分為： 結(jié)構(gòu)材料：結(jié)構(gòu)材料：利用材料的機(jī)械力學(xué)性能。以強(qiáng)度、剛度、利用材料的機(jī)械力學(xué)性能。以強(qiáng)度、剛度、 韌性、耐磨性、硬度、疲勞強(qiáng)度等性能為特征。韌性、耐磨性、硬度、疲勞強(qiáng)度等性能為特征。 功能材料：功能材料：利用材料的物理化學(xué)性質(zhì)和物理化學(xué)效應(yīng)利用材料的物理化學(xué)性質(zhì)和物理化學(xué)效應(yīng)包括光、電、聲、磁、熱及相互轉(zhuǎn)換。包括光、電、聲、

22、磁、熱及相互轉(zhuǎn)換。 例如：例如：超導(dǎo)、光導(dǎo)、熱電、壓電、光電、超導(dǎo)、光導(dǎo)、熱電、壓電、光電、 熱釋電及磁光、電光、聲光和激光等材料。熱釋電及磁光、電光、聲光和激光等材料。21 建筑材料、耐火材料、耐蝕材料建筑材料、耐火材料、耐蝕材料 能源材料、電子材料、醫(yī)用材料能源材料、電子材料、醫(yī)用材料 生物材料、光學(xué)材料、航空材料生物材料、光學(xué)材料、航空材料 催化材料、激光材料、超導(dǎo)材料催化材料、激光材料、超導(dǎo)材料 5. 按使用領(lǐng)域或用途可分為：按使用領(lǐng)域或用途可分為：4.4.按聚集狀態(tài)，按聚集狀態(tài)，材料可分為：材料可分為： 單晶材料、多晶材料、非晶材料及微晶材料單晶材料、多晶材料、非晶材料及微晶材料22

23、1.3 1.3 材料科學(xué)及其研究?jī)?nèi)容材料科學(xué)及其研究?jī)?nèi)容 材料科學(xué)的提出材料科學(xué)的提出 20世紀(jì)世紀(jì)60年代以前，材料學(xué)科（專業(yè)）的有關(guān)內(nèi)容年代以前，材料學(xué)科（專業(yè)）的有關(guān)內(nèi)容 分設(shè)在以下學(xué)科專業(yè)分設(shè)在以下學(xué)科專業(yè): 金屬材料金屬材料冶金學(xué)冶金學(xué) 陶瓷材料陶瓷材料陶瓷學(xué)陶瓷學(xué) 高分子材料高分子材料有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué) 上述三類材料在發(fā)展初期上述三類材料在發(fā)展初期 各有特點(diǎn)，尤其是學(xué)科基礎(chǔ)各不相同。各有特點(diǎn)，尤其是學(xué)科基礎(chǔ)各不相同。 放在一起研究，會(huì)缺乏共同語言放在一起研究，會(huì)缺乏共同語言。 23 隨著科技發(fā)展和對(duì)材料研究的深入隨著科技發(fā)展和對(duì)材料研究的深入 材料的種類及領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大，材料的種類及

24、領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大，表現(xiàn)在表現(xiàn)在： 除了金屬、陶瓷和高分子材料，又出現(xiàn)了復(fù)合材料；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(kuò)大（如半導(dǎo)體材料）。屬于同一功能的材料的范圍也在擴(kuò)大（如半導(dǎo)體材料）。 對(duì)材料內(nèi)在規(guī)律也有了進(jìn)一步的了解：對(duì)材料內(nèi)在規(guī)律也有了進(jìn)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(kuò)散與相變等方面確有共同之處。材料中的擴(kuò)散與相變等方面確有共同之處。 鑒于此，有必要鑒于此，有必要將相關(guān)材料的研究?jī)?nèi)容統(tǒng)一形成材料科學(xué)將相關(guān)材料的研究?jī)?nèi)容統(tǒng)一形成材料科學(xué) 體系體系。 24將不

25、同學(xué)科的知識(shí)融為一體，形成一個(gè)新的材料學(xué)科體系將不同學(xué)科的知識(shí)融為一體，形成一個(gè)新的材料學(xué)科體系也是科技發(fā)展的必然結(jié)果：也是科技發(fā)展的必然結(jié)果： 各類材料的各類材料的研究理論和方法研究理論和方法可以互相借鑒、參考。可以互相借鑒、參考。 各類材料的各類材料的研究手段研究手段很相近，特別是很相近，特別是性能測(cè)試性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征與結(jié)構(gòu)表征設(shè)備往往是通用的。設(shè)備往往是通用的。 對(duì)不同類型材料的全面了解，有助于材料的對(duì)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。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(shí)面，有利于人才培養(yǎng)。拓寬專業(yè)知識(shí)面，有利于人才培養(yǎng)。

26、25促使材料科學(xué)形成的另一原因促使材料科學(xué)形成的另一原因： 1957年前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星首先上天對(duì)美國的震驚。年前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星首先上天對(duì)美國的震驚。 50年代末，美國政府制訂年代末，美國政府制訂 “國家材料規(guī)劃國家材料規(guī)劃” 60年開始，美國建立年開始，美國建立 “材料研究中心材料研究中心”，并在大學(xué)設(shè)立，并在大學(xué)設(shè)立 “材料科學(xué)系材料科學(xué)系”或或“材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系”。 材料研究中心的成立標(biāo)志著把各類材料開始統(tǒng)一考慮；材料研究中心的成立標(biāo)志著把各類材料開始統(tǒng)一考慮； 材料科學(xué)系的建立則是把材料的整體視為自然科學(xué)的一個(gè)分支。材料科學(xué)系的建立則是把材料的整體視為自然科學(xué)的一

27、個(gè)分支。 60年代，美國學(xué)者首先提出年代，美國學(xué)者首先提出 “材料科學(xué)材料科學(xué)” 名詞。名詞。 材料科學(xué)體系材料科學(xué)體系也隨之開始建立也隨之開始建立 。26 主要研究材料的組成、主要研究材料的組成、結(jié)構(gòu)、加工制備工藝、性結(jié)構(gòu)、加工制備工藝、性能和使用效能之間的相互能和使用效能之間的相互關(guān)系和變化規(guī)律，為材料關(guān)系和變化規(guī)律，為材料設(shè)計(jì)、制造和合理使用提設(shè)計(jì)、制造和合理使用提供科學(xué)依據(jù)。供科學(xué)依據(jù)。 材料科學(xué)的研究?jī)?nèi)容材料科學(xué)的研究?jī)?nèi)容性性 能能使用效能使用效能合成制合成制備工藝備工藝組成與結(jié)構(gòu)組成與結(jié)構(gòu)材料科學(xué)四個(gè)頂角的研究?jī)?nèi)容共同四個(gè)頂角的研究?jī)?nèi)容共同構(gòu)成材料科學(xué)的研究體系構(gòu)成材料科學(xué)的研究體

28、系27 介于基礎(chǔ)科學(xué)與應(yīng)用科學(xué)之間的一門介于基礎(chǔ)科學(xué)與應(yīng)用科學(xué)之間的一門應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科， 它與物理、化學(xué)、化工、電子、冶金等學(xué)科相互交叉、滲它與物理、化學(xué)、化工、電子、冶金等學(xué)科相互交叉、滲透。是一門多學(xué)科相互交叉滲透的新興邊緣學(xué)科。透。是一門多學(xué)科相互交叉滲透的新興邊緣學(xué)科。 以熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、固體物理、固體化學(xué)及物理化學(xué)等以熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、固體物理、固體化學(xué)及物理化學(xué)等學(xué)科為理論基礎(chǔ)，結(jié)合化工、冶金、機(jī)械、陶瓷等學(xué)科，學(xué)科為理論基礎(chǔ)，結(jié)合化工、冶金、機(jī)械、陶瓷等學(xué)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(xué)科提供和發(fā)展

29、新材料、新工藝和新技術(shù)。學(xué)科提供和發(fā)展新材料、新工藝和新技術(shù)。 材料科學(xué)的學(xué)科定位與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系材料科學(xué)的學(xué)科定位與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系材料工程學(xué)：解決如何將固體物質(zhì)制成可以使用的材料和器件，使之具有指定的形態(tài)(如纖維、薄膜、陶瓷體、集成塊等)和規(guī)定各種結(jié)構(gòu)和性能，如具有特定的熱、力、光、電、聲、磁、化(學(xué))和生(物)功能。281.4 1.4 材料化學(xué)及其研究?jī)?nèi)容材料化學(xué)及其研究?jī)?nèi)容 材料化學(xué)是材料科學(xué)與化學(xué)相互交叉結(jié)合形成的邊緣性材料化學(xué)是材料科學(xué)與化學(xué)相互交叉結(jié)合形成的邊緣性 分支學(xué)科。分支學(xué)科。 它既是材料科學(xué)的重要分支，又是應(yīng)用化學(xué)的一部分，它既是材料科學(xué)的重要分支，又是應(yīng)用化學(xué)的一部分，

30、 是溝通化學(xué)和材料科學(xué)的橋梁。是溝通化學(xué)和材料科學(xué)的橋梁。 材料化學(xué)所論述的主題是材料科學(xué)中的化學(xué)問題。材料化學(xué)所論述的主題是材料科學(xué)中的化學(xué)問題。 材料化學(xué)主要從材料科學(xué)的角度看問題，運(yùn)用化學(xué)原理研究材料化學(xué)主要從材料科學(xué)的角度看問題，運(yùn)用化學(xué)原理研究新材料的制備、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)在原子和分新材料的制備、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)在原子和分子水準(zhǔn)上有目的的設(shè)計(jì)、合成、制備和修飾新材料。子水準(zhǔn)上有目的的設(shè)計(jì)、合成、制備和修飾新材料。 29化化 學(xué)學(xué)傳統(tǒng)方向傳統(tǒng)方向上上 的延的延 伸伸向材料科向材料科學(xué)的延伸學(xué)的延伸向生命科向生命科學(xué)的延伸學(xué)的延伸材料化學(xué)材料化學(xué)傳統(tǒng)化學(xué)的一傳統(tǒng)化

31、學(xué)的一些領(lǐng)域維持自些領(lǐng)域維持自身特色，不斷身特色，不斷向新的難度和向新的難度和高度拓寬。高度拓寬。 化學(xué)原理、化化學(xué)原理、化學(xué)手段在蛋白學(xué)手段在蛋白質(zhì)、質(zhì)、DNA等研等研究中應(yīng)用。究中應(yīng)用。 材料化學(xué)的出現(xiàn)和發(fā)展也是化學(xué)學(xué)科本身發(fā)展的必然結(jié)果。材料化學(xué)的出現(xiàn)和發(fā)展也是化學(xué)學(xué)科本身發(fā)展的必然結(jié)果?；瘜W(xué)學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)：自身不斷發(fā)展；不斷與其它學(xué)科相互化學(xué)學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)：自身不斷發(fā)展；不斷與其它學(xué)科相互交叉、滲透。交叉、滲透。30化學(xué)參與材料科學(xué)的優(yōu)勢(shì)：化學(xué)參與材料科學(xué)的優(yōu)勢(shì)： 材料制備是材料表征和性能及應(yīng)用研究的基礎(chǔ)；材料制備是材料表征和性能及應(yīng)用研究的基礎(chǔ)； 新材料制備中存在著大量的化學(xué)問題；新

32、材料制備中存在著大量的化學(xué)問題； 化學(xué)家對(duì)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)和成鍵的復(fù)雜性有著深刻的理解；化學(xué)家對(duì)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)和成鍵的復(fù)雜性有著深刻的理解； 化學(xué)家掌握著精湛的化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)；化學(xué)家掌握著精湛的化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)； 化學(xué)家的合成技巧和對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的深刻理解在探索化學(xué)家的合成技巧和對(duì)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)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。有利于實(shí)現(xiàn)在原子和合、集成、加工等方面可以大有作為。有利于實(shí)現(xiàn)在原子和 分子水平上有目的的設(shè)計(jì)、制備和修飾分子水平上有目的的設(shè)計(jì)、制備和修飾

33、 新材料。新材料。31 主要包括：主要包括：采用新技術(shù)和新工藝方法（包括軟化采用新技術(shù)和新工藝方法（包括軟化學(xué)方法和硬化學(xué)方法）合成新物質(zhì)和新材料，并學(xué)方法和硬化學(xué)方法）合成新物質(zhì)和新材料，并用現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)手段研究材料的組成、結(jié)構(gòu)與性用現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)手段研究材料的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)和性能的關(guān)系。質(zhì)和性能的關(guān)系。 材料化學(xué)的研究?jī)?nèi)容材料化學(xué)的研究?jī)?nèi)容32 硬化學(xué)硬化學(xué)（hard chemistry）反應(yīng)反應(yīng)（方法）：（方法）： 極端條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。合成常規(guī)下無法合成的新物質(zhì)。極端條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。合成常規(guī)下無法合成的新物質(zhì)。 如：如： 超高壓、超高溫、超高真空、超低溫、強(qiáng)輻射及無重超高壓、

34、超高溫、超高真空、超低溫、強(qiáng)輻射及無重力（失重）等環(huán)境下。力（失重）等環(huán)境下。 軟化學(xué)軟化學(xué)（soft chemistry）反應(yīng)反應(yīng)（方法）：（方法）： 溫和可控條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。通過控制反應(yīng)過程、途徑溫和可控條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。通過控制反應(yīng)過程、途徑和機(jī)制，設(shè)計(jì)中間和最終產(chǎn)物的組成和結(jié)構(gòu)，裁剪其物理和和機(jī)制，設(shè)計(jì)中間和最終產(chǎn)物的組成和結(jié)構(gòu)，裁剪其物理和化學(xué)性質(zhì)?；瘜W(xué)性質(zhì)。 如：沉淀反應(yīng)、如：沉淀反應(yīng)、 溶膠溶膠-凝膠反應(yīng)、水（溶劑）熱合成反應(yīng)、凝膠反應(yīng)、水（溶劑）熱合成反應(yīng)、 離子交換反應(yīng)等。離子交換反應(yīng)等。33 現(xiàn)代研究手段包括：現(xiàn)代研究手段包括： 電子顯微鏡、光電子能譜、電子顯微鏡

35、、光電子能譜、X-射線衍射分析、熱分析射線衍射分析、熱分析 及各類光譜技術(shù)和性能測(cè)試等及各類光譜技術(shù)和性能測(cè)試等 。 材料化學(xué)的研究對(duì)象主要是新材料。材料化學(xué)的研究對(duì)象主要是新材料。 新材料新材料指采用新工藝、新技術(shù)合成的具有新功能、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(xué)發(fā)展中占有極其重要的地位，新材料在材料科學(xué)發(fā)展中占有極其重要的地位， 是材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)。是材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)。 34 Materials of Chemistry （1989年創(chuàng)刊，美國）年創(chuàng)刊，美國） Jour

36、nal of Materials of Chemistry （1991年創(chuàng)刊，英國）年創(chuàng)刊，英國） Journal of Solid State Chemistry （美國）（美國） 近些年來，材料化學(xué)發(fā)展迅速，該領(lǐng)域的相關(guān)研究也經(jīng)常近些年來，材料化學(xué)發(fā)展迅速，該領(lǐng)域的相關(guān)研究也經(jīng)常發(fā)表在國際上頂尖級(jí)的化學(xué)學(xué)術(shù)刊物，如發(fā)表在國際上頂尖級(jí)的化學(xué)學(xué)術(shù)刊物，如： Advanced Materials J. Am. Chem. Soc. Angew. Chem. Int.Ed. Chemical Communication 材料化學(xué)方面的學(xué)術(shù)刊物材料化學(xué)方面的學(xué)術(shù)刊物35 材料物理性質(zhì)有兩方面含義：材料物理性質(zhì)有兩方面含義： 內(nèi)稟性質(zhì)內(nèi)稟性質(zhì) ( intrinsic properties ), 即即化合物的物理性質(zhì)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)。只決定于材料的組成和結(jié)構(gòu)，與材料的