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材料化学绪论曾兆华版pdf•绪论•材料化学的基础知识•材料化学的研究方法与技术目•材料化学的应用领域与发展趋势•材料化学的挑战与机遇录01绪论材料化学的定义与重要性材料化学的定义材料化学是一门研究材料的制备、组成、结构、性质及其应用的科学。
材料化学的重要性材料化学是材料科学的基础，对于新材料的发现、设计和应用具有重要意义。
同时，材料化学也是化学、物理、工程等多学科交叉的领域，对于推动科学技术的发展具有重要作用。
材料化学的研究对象与任务材料化学的研究对象材料化学的研究对象包括金属、陶瓷、高分子、复合材料等各类材料。
材料化学的任务材料化学的主要任务是探索新材料的制备方法、研究材料的组成与结构、揭示材料的性质与性能之间的关系，以及开发具有特定功能的新材料。
材料化学的发展可以追溯到古代，人们通过经验和试错的方式制造各种材料。
随着科学技术的进步，人们开始运用化学和物理的原理来研究和制造材料，逐渐形成了材料化学这一学科。
材料化学的现状目前，材料化学已经成为一个十分活跃的领域，新材料层出不穷，应用领域不断拓展。
同时，随着计算机模拟和人工智能等技术的发展，材料化学的研究方法和手段也在不断更新和完善。
材料化学的发展历史材料化学的发展历史与现状VS02材料化学的基础知识原子结构与元素周期表原子结构原子由原子核和核外电子组成，原子核位于原子中心，由质子和中子组成，核外电子绕核运动。
元素周期表元素周期表是按照原子序数从小到大排序的化学元素列表。
它将化学元素按照其原子序数（即核内质子数）进行排序，具有相同的电子排布的元素被归入同一族，而具有相同外层电子数的元素则按原子序数递增的顺序排列成周期。
化学键与分子结构化学键化学键是指分子内或晶体内相邻两个或多个原子（或离子）间强烈的相互作用力的统称。
分子结构分子结构，或称分子立体结构、分子、分子几何，建立在光谱学数据之上，用以描述分子中原子的三维排列方式。
分子结构在很大程度上影响了化学物质的性质、色泽、密度、硬度等。
第一章绪论1.基本概念材料化学：化学与材料科学两者结合，从分子水平到宏观尺度认识与控制结构与性能或功能的基本关系；是关于材料制备、加工和分析的化学，它的作用是改进材料的组成、结构以及合成方法，开发具有突出性能或特殊功能的新型材料。
2.材料的分类（1）按组成、结构特点分：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料（2）按使用性能分：结构材料（主要利用材料的力学性能）功能材料（主要利用材料的物理和化学性能）（3）按状态分：单晶材料、多晶材料、非晶态材料、复合材料3.材料的构成要素当一种材料被创造、发现和生产出来时，该材料所表现出来的性质和现象是人们关心的中心问题，而材料的性质和现象取决于成分和各种层次上的结构，材料的结构又是合成和加工的结果，最终得到的材料制品必须能够、并且以经济和社会可以接受的方式完成某一指定的任务。
习题：1.什么是材料化学，应该从哪些角度来认识材料？2．你如何认识材料的结构与性能之间的关系？举例说明。
第二章材料化学的理论基础1.晶体的宏观特征：规则的几何外形、晶面角守恒、物理性质的各向异性、有固定的熔点。
2.晶体与非晶体之间的转化a 热力学：非晶态的吉布斯自由能高,是一种亚稳状态。
b 动力学：动力学上难以转化，（势垒高）如金刚石和石墨。
c 转化方法：机械能使晶体非晶化。
3.点阵：按连结任意两点所得向量进行平移后能够复原的一组点。
4.点阵的二个必要条件：（1）点数无限多；（2）各点所处环境完全相同。
5.平面点阵（晶面）指标（h k l）定义：一平面点阵在三个晶轴的倒易截数之比。
意义：用来标记一组互相平行且间距相等的平面点阵面与晶轴的趋向关系。
6.晶面间距d（hkl）定义：晶面指标为（h k l）的一组平面点阵中相邻的两平面点阵面间的垂直距离。
意义：每一种晶体物质都有一套特征d（hkl），是晶体物相分析的重要依据。
7.群：在一非空集合G中，当某种代数运算规定后，若集合同时满足封闭性、单位元素、逆元素、结合规律四个条件，则G构成一个群。
材料力学（材料化学专业）目的和要求材料力学课程的目的是使学生可以独立进行在比较简单的受力状态下材料的受力状况分析，并准确计算出该情况下材料的内力、变形等，并能够对材料的强度、刚度等性能指标作出准确的校核，以便最准确、安全和有效地利用材料。
基本内容及学时分配（共54学时）第一章绪论（4学时）1、材料力学的任务2、变形固体的基本假设3、内力、应力和截面法4、位移、变形和应变5、杆件变形的基本形式第二章拉伸、压缩和剪切（6学时）1、轴向拉伸与压缩的概念和实例2、拉伸或压缩时的内力和截面上的应力3、材料拉伸时的力学性能4、材料压缩时的力学性能5、失效、安全系数和强度计算6、轴向拉伸或压缩的变形7、轴向拉伸或压缩的变形能8、拉伸、压缩静不定问题9、温度应力和装配应力10、应力集中的概念11、剪切和挤压的实用计算第三章扭转（6学时）1、扭转的概念和实例2、外力偶矩的计算扭矩和扭矩图3、纯剪切4、圆轴扭转时的应力5、圆轴扭转时的变形6、扭转变形能7、圆柱形密圈螺旋弹簧8、矩形截面杆扭转理论简介第四章平面图形的几何性质（4学时）1、静矩和形心2、惯性矩和惯性半径3、惯性积4、平行移轴公式5、转轴公式主惯性轴第五章弯曲内力（10学时）1、弯曲的概念和实例2、梁的支座和载荷的简化3、剪力和弯矩4、剪力方程和弯矩方程剪力图和弯矩图5、载荷集度、剪力和弯矩间的关系第六章弯曲应力（6学时）1、梁的纯弯曲2、纯弯曲时的正应力3、横力弯曲时的正应力4、弯曲切应力5、提高弯曲强度的措施第七章弯曲变形（8学时）1、工程问题中的弯曲变形挠度和转角2、挠曲线的近似微分方程3、用积分法求弯曲变形4、用叠加法求弯曲变形5、弯曲变形能6、简单静不定梁7、提高弯曲刚度的措施第八章应力状态分析和强度理论（6学时）1、应力状态概述单向拉伸时斜截面上的应力2、二向和三向应力状态的实例3、二向应力状态分析4、二向应力状态的应力圆5、三向应力状态简介6、广义胡克定律7、复杂应力状态的变形比能8、强度理论概述9、四种常用的强度理论第九章组合变形（2学时）1、组合变形和叠加原理2、拉伸或压缩与弯曲的组合3、斜弯曲4、扭转与弯曲的组合第十章压杆稳定（2学时）1、压杆稳定的概念2、两端铰支细长压杆的临界压力3、其他支座条件下压杆的临界压力4、欧拉公式的适用范围经验公式5、压杆的稳定较核6、提高压杆稳定性的措施科技文献检索与利用（原化学文献）共18学时科技文献检索与利用课程的目的是使学生明确认识到科技文献的重要性，以及其在科学研究中的重要地位。
第一章（绪论）（1）材料的分类：金属、无机非金属、高分子、复合（2）材料四特性：结构、性能、制备和应用第三章（1）水热法原理：通过对高压釜加热、加压产生相对高温、高压的反应环境，使难溶或不溶物质溶解而达到不饱和，从而析出晶体。
（2）溶胶-凝胶法（sol-gel）原理：通过凝胶前驱体的水解缩聚制备金属氧化物材料。
前驱体：一般是无机盐和金属醇盐步骤：前驱体的水解、缩合——形成三维空间网络结构的凝胶——干燥、烧结固化应用：制备颗粒、纤维、表面涂膜和块状材料（3）液相沉淀法类型：直接沉淀法：在金属盐溶液中直接加入沉淀剂共沉淀法：在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，全部沉淀。
均匀沉淀法：利用化学反应使构晶离子缓慢均匀的释放出来。
（4）固相反应（凡是有固相参与的化学反应都称作固相反应）特点：固态直接参与化学反应。
一般包括相界面上的反应和物质迁移反应开始温度常常远低于反应物熔点。
矿化剂的影响（作用）1、改变反应机制，降低反应活化能。
2、影响晶核的生产速率。
3、影响结晶速率及晶格结构。
4、降低系统的共熔点，改善液相性质。
（5）插层法与反插层法插层法：把一些新原子导入晶体材料的空位。
反插层法：将晶体材料的某些原子有选择性的移除。
应用：固态锂离子电池的阴极材料石墨基质（石墨层间化合物GIC）（6）自蔓延高温合成法原理：利用反应物间化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料。
平衡机制：燃烧反应与结构化同步进行。
非平衡机制：化学反应与结构化不同步。
（7）非晶材料的制备制备需解决的两个问题：1、形成原子或分子混乱排列的状态：2、将热力学的亚稳态在一定的温度范围保存下来，使之不发生晶态转变。
液相骤冷制备原理：使熔体急速降温，使晶体生长来不及成核，从而把熔体中无序结构保留下来，得到无序的固体材料。
主要方法：喷枪法、活塞法、抛射法。
第四章（1）耐氧化性1、化学腐蚀：金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗。
电化学腐蚀：金属和电解质组成两个电极，组成腐蚀原电池，损耗材料。
