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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 材料是當(dāng)今科學(xué)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(xué)是材料科學(xué)的重要分支，也是化學(xué)的組成部分�；瘜W(xué)本科專業(yè)應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)、了解材料化學(xué)的基礎(chǔ)知識。學(xué)習(xí)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(diǎn) 歡迎同學(xué)們網(wǎng)上評教并對教學(xué)提出批評和建議課程主要內(nèi)容：第一章 緒 論 第二章 無機(jī)材料的晶體結(jié)構(gòu)與缺陷 第三章 無機(jī)材料的物理性質(zhì) 第四章 無機(jī)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(xué)導(dǎo)論，北京大學(xué)出版社，1987 2. 唐小真等，材料化學(xué)導(dǎo)論，高等教育出版社，1994 　 3. 周亞棟，無機(jī)材料物理化學(xué)，武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1994 　 4. 曾人杰，無機(jī)材料化學(xué)， 廈門大學(xué)出版 社， 2001 　 5. 周志華等，材料化學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，2006 　 6. 林建華等，無機(jī)材料化學(xué)，北京大學(xué)出版社，2006 7.季惠明，無機(jī)材料化學(xué)， 天津大學(xué)出版社，2007 　 8. 曾兆華等，材料化學(xué)，化學(xué)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(xué)及其研究內(nèi)容 1.4 材料化學(xué)及其研究內(nèi)容 1.5 無機(jī)材料化學(xué) 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(jìn)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(jì)：鋼鐵材料的出現(xiàn)，孕育了產(chǎn)業(yè)革命。 19世紀(jì)末－20世紀(jì)初：電業(yè)材料的誕生和使用，促進(jìn) 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(jì)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(jìn)了 現(xiàn)代物質(zhì)文明的發(fā)展； 高純半導(dǎo)體材料（50年代）的問世，導(dǎo)致了以計算 機(jī)為主體的微電子工業(yè)的迅速發(fā)展，促進(jìn)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(shí)； 20世紀(jì)以來： 先進(jìn)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(dǎo)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(dǎo)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?zé)岷朔磻?yīng)堆等現(xiàn)代能 源的發(fā)展。 材料是先進(jìn)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(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和社會行為。 促進(jìn)相關(guān)科學(xué)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(rèn)識的深度，也促進(jìn) 了對物理、化學(xué)及其他學(xué)科的認(rèn)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(dǎo)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(shí)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。　　　　　　　　　　　　　　如：形狀記憶合金（Ti-Ni 1:1） 變色玻璃 1.2 材料的分類 1. 根據(jù)化學(xué)屬性（化學(xué)組成）材料可分為： 金屬材料 無機(jī)非金屬材料（無機(jī)材料） 有機(jī)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(diǎn)：具有優(yōu)良的力學(xué)性能（高強(qiáng)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�！〗M成特點(diǎn)：一般是由一種或幾種簡單化學(xué)組成的結(jié)構(gòu)單元多次重 復(fù)連接而成。化學(xué)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�、皮革、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(jìn)行分子設(shè)計，由化學(xué)合成獲得。 　 特點(diǎn)：質(zhì)量輕、比強(qiáng)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(jī)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(jī)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(xì)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(diǎn)：無機(jī)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(qiáng)度高、抗化學(xué)腐蝕性強(qiáng)， 對熱和電的絕緣性良好。 新型無機(jī)材料具有優(yōu)良的 介電、壓電、熱電、 光學(xué)、磁學(xué)及其功能轉(zhuǎn)換特性。 應(yīng)用：新型無機(jī)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(jì)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(qiáng)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(qiáng)劑（補(bǔ)強(qiáng)劑）組成 基體可為：聚合物、金屬及陶瓷。 增強(qiáng)劑為：無機(jī)纖維，如玻璃（碳、SiC、Al2O3）纖維，稱為纖維增強(qiáng)。 對應(yīng)材料分別稱為聚合物（金屬、陶瓷）基復(fù)合材料。 無機(jī)粉體，如：ZnO、SiO2 、TiO2，稱為顆粒彌散增強(qiáng)。 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(jī)械力學(xué)性能。以強(qiáng)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(xué)性質(zhì)和物理化學(xué)效應(yīng)�！　　　　“�括光、電、聲、磁、熱及相互轉(zhuǎn)換。 例如：超導(dǎo)、光導(dǎo)、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(xué)材料、航空材料 催化材料、激光材料、超導(dǎo)材料 等等。 1.3 材料科學(xué)及其研究內(nèi)容 20世紀(jì)60年代以前，材料學(xué)科（專業(yè)）的有關(guān)內(nèi)容 分設(shè)在冶金、陶瓷和有機(jī)化學(xué)專業(yè)中: 金屬材料→冶金學(xué) 陶瓷材料→陶瓷學(xué) 高分子材料→有機(jī)化學(xué) 上述三類材料各有特點(diǎn)，學(xué)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(kuò)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(kuò)大（如半導(dǎo)體材料）。對材料內(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，有必要將相關(guān)材料的研究內(nèi)容統(tǒng)一形成材料 科學(xué)體系。 將不同學(xué)科的知識融為一體，形成一個新的材料學(xué)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(xué)設(shè)立 “材料科學(xué)系”或“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)的一個分支。 60年代，美國學(xué)者首先提出 “材料科學(xué)” 名詞。 　　　　 材料科學(xué)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(xué)依據(jù)。 　 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， 它與物理、化學(xué)、電子、冶金等學(xué)科相互交叉、滲透。 以熱力學(xué)、動力學(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、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 學(xué)科提供和發(fā)展新材料、新工藝和新技術(shù)。 1.4 材料化學(xué)及其研究內(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 分支學(xué)科。 它既是材料科學(xué)的重要分支，又是化學(xué)學(xué)科的組成部分， 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)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)在原子和分子水準(zhǔn)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(xué)問題�；瘜W(xué)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(xué)家掌握著精湛的化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗技術(shù)； 　化學(xué)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(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)驗手段研究材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。 硬化學(xué)（hard chemistry）反應(yīng)（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)。 如： 超高壓、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。 軟化學(xué)（soft chemistry）反應(yīng)（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 和機(jī)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(xué)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(xué)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(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)。 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(rèn)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(xué)性質(zhì)。 至此，化學(xué)和物理意義上對該化合物的認(rèn)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(jī)材料化學(xué)研究對象：無機(jī)材料研究無機(jī)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(xué)和無機(jī)化學(xué)的重要分支。第一章 　作　業(yè)： 1. 了解材料的分類。掌握按化學(xué)組成、化學(xué)組成和 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、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(xué)的研究內(nèi)容、研究對象、學(xué)科定位 及與化學(xué)相關(guān)學(xué)科的關(guān)系。 3. 掌握術(shù)語：軟化學(xué)方法、硬化學(xué)方法、復(fù)合材料、 新材料。ieC紅軟基地

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