完美晶体的结构.pptx
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1、张逢星(1954年9月20日出生)男 山西临猗人。教授、博士生导师。现任化学系副主任(主管教学),兼任陕西省化学会常务理事、无机化学专业委员会主任,中科院盐湖研究编委。主讲本科生材料化学导论、综合化学实验和研究生物理化学分析等课,指导硕士研究生和博士研究生。作为主要完成人合作出版中级无机化学、综合化学实验等教材。主要研究方向为物理无机化学和功能分子与材料化学,参加和主持国家自然科学基金项目、省自然科学基金项目、省教育厅科研基金以及省和学校面向21世纪教改项目和教育部创名牌课程项目近10项,发表学术论文100余篇,作为主持人和主要参加人获陕西省人民政府一等奖1项(2003)、二等奖2项(2001
2、,1995)、中国科学院科学奖二等奖1项(1992),陕西省高校科学技术进步奖一等奖1项(2004)、二等奖一项(1995),陕西省优秀自然科学论文三等奖一项(2001)。材料已成为当今科学技术和社会发展的重要支柱,材料科学与化学科学亦日益融合形成了新的化学分支科学材料化学。因之,化学学科本科生应当学习材料科学的知识。为此,为化学专业开设材料化学导论课程,旨在从结构和性能的关联角度介绍无机材料的基本概念,深化固体化学知识。该课程在化学系人才培养方案中作为专业指定选修课程设立,学时40,学分2。课程以课堂讲授为主,辅以习题解答,同时也可通过查阅文献完成小论文,借以了解材料化学领域某一方向的最新动
3、态。该课程平时成绩以课堂听讲和完成作业情况为主,占2030,课程结束考试采用笔试方式,占8070。目录第1章绪论第2章完美晶体的结构(复习)第3章晶体缺陷化学第4章固体的电性质与电功能材料第5章固体的光性质与光功能材料第6章固体的磁性与磁性材料第7章材料的合成与制备第8章沸石、层状和纳米材料材料化学导论1材料的定义、分类和作用1.1材料的定义国内外3部大型辞书对材料的定义:LongmanDictionary:anythingfromwhichsomethingisormaybemade。OxfordAdvancedLearnerEnglish-ChineseDictionary:thatofw
4、hichsomethingiscanbemadeorwhichsomethingisdone。辞海:人人们们把把自自然然界界经经过过开开采采而而获获得得的的劳劳动动对对象象称称为为原原料料。自自然然界界自自然然存存在在而而未未经经过过人人类类任任何何劳劳动动输输入入的的就就不不能能称称为为原原料料。例例如如,开开采采出出来来的的矿矿物物是是冶冶金金的的原原料料,种种植植出出来来的的小小麦麦是是制制造造面面粉粉的的原原料料,单单采采掘掘工工业业中中就就没没有有原原料料。在在加加工工工工业业中中,一一般般把把来来自自采采掘掘工工业业和和农农业业的的劳劳动动对对象象称称为为原原料料,把把经经过过工工
5、业业加加工工的的原原料料(如如钢钢铁铁、水水泥泥)称称为为材材料料。材材料料和和原原料合成为原材料料合成为原材料。辞海定义可以总结为:经经过过人人类类劳劳动动而而取取得得的的劳劳动动对对象象称称为为原原料料,经过二次加工的原料称为材料经过二次加工的原料称为材料。第1章材料化学绪论上述定义的欠缺及使用不便共性3个定义都指出了:材料是用来制作某种物件或完成事情。差异两种英文定义均未能指出材料使用过程中本质方面的变化。辞海的定义虽然阐阐明明了了原原料料和和材材料料之之间间的的联联系系和和区区别别,但也没有指出材料在使用中本质的变化。使用这些定义在实际中带来不便:化工品烧碱(NaOH)?按定义应是材料
6、,但类似不胜枚举的化工产品都是原料。来自采掘工业的沙石、木材等等?按定义似乎应是原料,习惯上将其归入建筑材料。思考?食盐在加工中失去了其原质。烧碱在应用于其它化工加工过程时,也要失去原质。所以,食盐和烧碱一般都看作是化工原料。原料在加工中一般均失去了原质。怎样定义材料?借助两个英语词组来说明材料的含义:在英语中,有2个短语来表示制造、制成,但其有明显的区分:“madeof”指构成或制成物品后,其物质的原质没有发生变化;“madefrom”指构成或制成物品后,其物质的原质已经发生变化,即失去了原质。可以如此来定义材料:经过人类劳动获得的、在进一步的加工过程中仍然保持原质的劳动对象称为材料。例子:
7、钢铁1.2材料的分类按照材料的化学属性可以分为4类:无机非金属材料有机高分子材料黑金属有色金属金属材料单晶形态多晶形态。烧结成型,制陶工艺。新型陶瓷材料(NewCeramics)或精细陶瓷(FineCeramics)。以脂肪族或芳香族的C-C共价键为基础结构的大分子组成。一般又分为塑料、橡胶和纤维。复合材料金属、无机非金属和有机高分子材料有机结合“杂化材料”:从80年代开始,日本理部化学研究所山田瑛、雀部博之等人,应用化学中“杂化”(hydrid)概念而提出。指两种以上不同种类的有机、无机、金属材料在原子、分子水平上杂化,从而产生具有新型原子、分子集合结构的物质。这种材料具有许多新性能和用途:
8、0维:超微粒子无机材料高分子络合物一维:超取向化各向异性高分子材料杂化高分子构成二维:超薄膜化金属材料高分子复体三维:叠层化多维、多孔化构造机制:离子界面消失,完全结晶化构造机制:离子界面消失,完全结晶化按材料的性能分类任何材料在使用过程中都能提供可资利用的某种或某些功能。根据这些性能可以将材料分为2大类:结构材料(Structuralmaterial):以力学性能,如受力形变、脆性断裂和强度等作为应用性能,如制造工具、机器、车辆用的钢铁材料,建筑房屋、桥梁和铁路用的混凝土材料。这些材料都具有抵抗外力作用而保持自己的形状、结构不变的优良力学性能。功能材料(Functionalmaterial)
9、:此概念1965年由美国贝尔研究所的J.A.Morton博士提出,现已被各国材料界重视和接受。其定义是:具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学和生物学功能及相互转化的性能,被用于非结构目的的高技术材料。材料的功能及其示例材料的功能及其示例热学性能热容、热传导、热稳定;光学性能与光的作用、吸光、发光和透光性;电学性能导电、介电和压电性等;磁学性能永磁、硬磁、软磁等;化学性能反应性、催化等;生物功能人造器官、骨骼和牙齿等。举例:弹性材料应用力学性能用于非结构目的属于功能材料;结构陶瓷应用力学性能用于结构目的属于结构材料;普通玻璃应用光学性能用于结构目的属于结构材料;耐火砖应用热学性能用
10、于结构目的属于结构材料。混混合合分分类类 在在一一个个体体系系中中同同时时使使用用性性能能和和化化学学属属性性进进行行分分类。类。有机电池分离膜电极材料场调制元件多孔化(多D)光集成电路存贮元件叠层化(3D)超薄膜化(2D)开关元件新分子构成太阳能电池光导性液晶超取向化各向异性(1D)光电元件有机导电材料热敏材料霍尔元件超微粒化(0D)高分子催化剂磁体全息照相存贮器非线性光学元件光学元件高分子络合物高分子复合体杂化无机材料高分子材料金属材料图图.杂化材料的形成与特性杂化材料的形成与特性金属材料非金属材料高分子材料复合材料金属结构材料金属功能材料新型陶瓷材料特种玻璃超耐热合金非晶合金轻质合金等导
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