上大 無機(jī)化學(xué)b 第十七章材料與化學(xué)

1、2024年3月31日10時(shí)48分,材料科學(xué) 金屬材料陶瓷材料合成高分子材料,化學(xué)是材料發(fā)展的源泉,2024年3月31日10時(shí)48分,用途分類：結(jié)構(gòu)材料功能材料,結(jié)構(gòu)材料主要是利用材料的力學(xué)和理、化性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、工程建設(shè)、交通運(yùn)輸和能源等各個(gè)工業(yè)部門。,功能材料則利用材料的熱、光、電、磁等性能，用于電子、激光、通訊、能源和生物工程等許多高新技術(shù)領(lǐng)域。,2024年3月31日10時(shí)48分,按材料的成分和特性分類

2、 金屬材料 陶瓷材料 高分子材料 復(fù)合材料,黑色金屬材料有色金屬材料,傳統(tǒng)的陶瓷材料是以硅和鋁的氧化物為主的硅酸鹽材料，新近發(fā)展起來的特種陶瓷或稱精細(xì)陶瓷，成分?jǐn)U展到純的氧化物、碳化物、氮化物和硅化物等,合成材料，主要有塑料、合成纖維和合成橡膠，此外還有涂料和膠粘劑等。,由金屬材料、陶瓷材料和高分子材料復(fù)合組成的。,2024年3月31日10時(shí)48分,新材料的現(xiàn)狀與展望,信息功能材料

3、 結(jié)構(gòu)新材料能源材料 低維材料 生物材料 智能材料及系統(tǒng) 環(huán)境材料,所謂信息行業(yè)，主要包括通訊、計(jì)算機(jī)和控制等三個(gè)方面，指信息的獲取、傳輸、存儲(chǔ)、顯示、處理等。這些環(huán)節(jié)都以材料為基礎(chǔ)。信息產(chǎn)業(yè)以集成電路為基礎(chǔ) 集成電路的關(guān)鍵在于半導(dǎo)體材料、封裝材料和技術(shù)。記錄材料 ,敏感材料和敏感元件,光導(dǎo)纖維,,由于宇航事業(yè)的發(fā)展，對(duì)高溫、高比強(qiáng)度和高比剛度材料的要求越來越高。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度越高，單位推力的油耗越低。降低油

4、耗是當(dāng)前航空動(dòng)力研究的主要目標(biāo)之一。在民航中油耗占成本的40%。人們估計(jì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)效率與性能的提高約50%來自材料的改進(jìn)。對(duì)飛機(jī)性能的提高，材料所占比例達(dá)到2/3左右。,地面運(yùn)輸工具也要求高比強(qiáng)度和高比剛度材料，例如汽車每減重100kg，每升油就可以多跑0·5km。美國(guó)要求到2003年每升油由目前平均跑l2km提高到35km。有人做過估計(jì)，要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，37%要靠車輛的輕量化，40%來自于發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的提高，當(dāng)然這也與材

5、料密切相關(guān)。采用陶瓷材料是途徑之一。,金屬材料雖然在很多情況下，它們的耐高溫、比強(qiáng)度和比剛度都不占優(yōu)勢(shì)，但由于其工藝成熟，應(yīng)用廣泛，目前金屬材料仍然是結(jié)構(gòu)材料的重點(diǎn)，它的發(fā)展主要是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上加以改進(jìn)。例如，鋁鋰合金，在Al中加入2%一3%的Li，每加入1%，可使剛度增加6%，密度降低3%。Na３Al也己達(dá)到應(yīng)用的程度，不但可以用作高溫材料，也可用作耐磨和耐腐蝕材料。Fe3Al能代替不銹鋼用作耐腐蝕和高溫抗氧化材料。,能源材料包括能源結(jié)

6、構(gòu)材料、功能材料與含能(儲(chǔ)能)材料，也包括節(jié)能材料。(1)太陽能光電轉(zhuǎn)換材料 (2)高密度蓄電池 (3)燃料電池 (4)高溫超導(dǎo)電纜,納米粒子屬于零維材料， 一維材料主要是指各種纖維。纖維是復(fù)合材料的主要增強(qiáng)劑。高強(qiáng)度和高模量纖維材料包括玻璃纖維、聚晶體纖維(例如碳纖維、氮化硼纖維等)、有機(jī)纖維、金屬纖維、晶須等。 二維材料指的是薄膜，例如金剛石薄膜。金剛石具有高硬度、高耐磨性、高導(dǎo)熱率、高電絕緣性、高折射率、高透過率和耐

7、化學(xué)腐蝕等優(yōu)良性能 .,1991年發(fā)現(xiàn)的納米碳管，可以看成是二維材料，直徑只有幾個(gè)納米，而其強(qiáng)度比鋼高達(dá)100倍，密度僅為鋼的1局，是很有前途的復(fù)合材料增強(qiáng)劑，它的導(dǎo)電性又超過銅，可能成為納米級(jí)的電子線路材料。,國(guó)際生物材料會(huì)議經(jīng)討論確定，與活體相聯(lián)系的域值入活體起某種生物體功能的材料稱為生物材料。 生物材料主要包括3個(gè)部分，首先是生物醫(yī)用材料，其次，仿生材料的研究 ,第三，生物工程,所謂智能材料是指能隨周圍環(huán)境改變而改變自身性

8、能的一類材料。利用這類材料可以滿足人類的某些要求，以達(dá)到自我診斷、自適應(yīng)甚至自修復(fù)的目的。變色眼鏡就是一個(gè)特例。具有特殊功能的智能材料有如下向幾種: (1)形狀記憶材料 (2)壓電材料 (3)導(dǎo)電高分子材料 (4)電流變性流體 (5)磁致伸縮材料 (6)高分子生物材料,環(huán)境材料又稱為綠色材料，它們是那些能與環(huán)境相協(xié)調(diào)并有利于環(huán)境保護(hù)的材料。采用這些材料可以節(jié)約資源和能源、少污染、少排放或零排放、或可以回收再

9、生、或可以循環(huán)利用、或可以通過降解而能凈化環(huán)境。目前在開發(fā)純天然材料、仿生材料、綠色包裝材料、環(huán)境降解材料、人居環(huán)境建材等方面，都已有較大的進(jìn)展,2024年3月31日10時(shí)48分,17-2 超細(xì)顆粒材料,17-2-1 超細(xì)顆粒的特性和合成方法1. 超細(xì)顆粒的特性表面效應(yīng)小尺寸效應(yīng)量子尺寸效應(yīng),超細(xì)顆粒是介于原子團(tuán)簇和微粉之間的一種新型材料。超細(xì)顆粒通常也指納米顆粒，一般在1~100nm之間。,2. 超細(xì)顆粒的合成方

10、法液相合成法化學(xué)氣相沉積法溶膠-凝膠法,,納米顆粒因面積大為增加，材料的擴(kuò)散系數(shù)增大，銅的自擴(kuò)散系數(shù)增大到傳統(tǒng)晶體的1016一1019倍，從而大大降低了銅的燒結(jié)溫度，這對(duì)陶瓷材料來說有特殊的意義，不但燒結(jié)溫度明顯降低，也是提高韌性的有效途徑。,由于它們的量子尺寸效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)所引起的周期邊界條件的破壞，使它們的聲、光、電、磁及熱力學(xué)等特性發(fā)生明顯變化，出現(xiàn)很多反常表現(xiàn)。例如，金屬在低溫下表現(xiàn)為電絕緣體;鐵電體變?yōu)轫橂婓w;鐵磁體顯

11、示順磁效應(yīng);金屬微粒反光能力下降到僅1%而成為黑體;鐵晶體斷裂強(qiáng)度提高了12倍等等。,醇鹽水解法 M(OR)n與醇混合，然后加水分解生成單一的氧化物或復(fù)合氧化物超細(xì)顆粒。醇鹽水解的特點(diǎn)是從醇溶液中直接分離出超細(xì)顆粒所以粉體純度高，粒徑小，粒徑分布窄，幾乎無團(tuán)聚現(xiàn)象。例如，電子陶瓷粉BaTiO3的生產(chǎn)就是一個(gè)成功的例子。,讓一種或數(shù)種物質(zhì)經(jīng)氣化在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在氣相中析出超細(xì)顆粒的方法。,溶膠-凝膠法又稱軟化學(xué)法，是將合

12、成產(chǎn)物的前驅(qū)體（無機(jī)鹽或金屬醇鹽）溶于溶劑（水或有機(jī)溶劑）中形成均勻的溶液，溶質(zhì)或溶劑產(chǎn)生水解或聚合反應(yīng)，反應(yīng)物聚集合成1nm左右的粒子并組成溶膠，經(jīng)放置一定時(shí)間后轉(zhuǎn)變?yōu)槟z，經(jīng)蒸發(fā)干燥可以得到粉末狀固體。,2024年3月31日10時(shí)48分,17-2-2 超細(xì)顆粒材料的種類1. 顆粒型材料2. 納米固體材料3. 超細(xì)顆粒膜材料4. 超細(xì)顆粒磁性液體材料,染料、顏料、涂料和催化劑軍屬于顆粒材料。,納米固體材料通常指晶粒尺寸只有幾

13、十納米的致密固體材料。,超細(xì)顆粒膜材料是指顆粒嵌于薄膜中所生成的復(fù)合薄膜,磁性液體是由超細(xì)顆粒包覆一層長(zhǎng)鏈的有機(jī)表面活性劑，高度彌散于一定基液中，而構(gòu)成穩(wěn)定的具有磁性的液體。,2024年3月31日10時(shí)48分,按化學(xué)組成：氧化物陶瓷氮化物陶瓷碳化物陶瓷陶瓷基復(fù)合材料,17-3 先進(jìn)陶瓷材料,按其使用性能 結(jié)構(gòu)陶瓷 功能陶瓷,精細(xì)陶瓷或高性能陶瓷，具有電、聲、光、磁、熱和力學(xué)等多種功能的新材料。,2024年3月31日10時(shí)

14、48分,17-3-1 結(jié)構(gòu)陶瓷材料,指發(fā)揮材料機(jī)械、熱、化學(xué)等效能的一類先進(jìn)陶瓷耐高溫、高強(qiáng)度、超硬度、耐磨損、抗腐蝕。,氮化硅陶瓷 氧化鋯陶瓷 氧化鋁透明陶瓷 羥基磷灰石生物陶瓷,2024年3月31日10時(shí)48分,17-3-2 功能陶瓷材料,功能陶瓷以電、磁、光、熱和力學(xué)性能及其相互轉(zhuǎn)換為主要特征1. 壓電陶瓷材料2. 敏感陶瓷材料3. 高溫超導(dǎo)陶瓷材料,2024年3月31日10時(shí)48分,10,精品課件！,202