四大材料的特征及内在机理

离子的 振动和 电子的 运动
金属 键存 在
温度 过高 原子 运动 剧烈 偏离 原来 位置
金属 键强 及金 属晶 格中 位错 的运 动
无机非金属材料
无机非金 属材料
新型
传统
半导体材 料
超硬耐高 温材料
硅酸盐材 料
新型无机非金属材料
• ★特征
• 多以共价键、离子键或共价离子混合键连 接。共价键具有高度的方向性和饱和性，
四大材料的特征及 功能内在机理
刘小玉 2012200259 材研1201
四大材料
金属材料 无机非金属材料
高分子材料
复合材料
金属材料
• ★特征
• 原子核较重，核外电子云较多，金属原子最外层
电子处于自由运动状态，每个电子可和若干个电 子随时作用形成金属键，从而形成金属材料
金属材料 ★功能及内在机理
复合材料
★功能及内在机理
比强度和
• 复合材料一般密度较小填料使材料 缺陷扩展受阻
比模量高 各向异性
• 填料无规分散
电热性能
• 填料构成传热导电网络
•谢谢观看！
金属 导电 导热 高强 高温 抗冲 塑性 光泽 性能 性能 度 变形 击
光照射 表面价 电子吸 收光子 跃迁光 子不能 通过金 属使其 表现不 透明宏 观即金 属光泽
自由电 子存在 且金属 价带导 带重叠 电子易 激发从 价带跃 迁到导 带 金属晶 格中位 错的运 动使之 具有良 好的延 展性和 抗冲击 性
高分子材料
★功能及内在机理
加工性能 抗冲击性 强度
• 分子间作用力小易熔融 • 分子缠结粘度高
• 分子链长互相缠结
• 分子链规整易结晶
复合材料

耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及
宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、 铁磁性和压电性
3.高分子材料
塑料－通用塑料、特种塑料和高强高韧工
程塑料
橡胶－天然橡胶和合成橡胶 纤维－尼龙、涤龙、维尼龙等 涂料－有机涂料、无机涂料等
高分子材料特性及机理
高分子材料具有易改性、易加工等特点：原子 由共价键相连，分子量大且分子量分布具有多
2.无机非金属材料
传统无机非金属材料－硅酸盐材料（水泥、玻 璃、陶瓷等）
新型无机非金属材料－半导体材料、超硬耐高
温材料、发光材料等
超硬材料
无机非金属材料特性及机理
无机非金属材料具有比金属键和纯共价键更强的离 子键和混合键，这种化合键所特有的高键能、高键 强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、
四大材料的特征及功能内在机理
金属材料
无机非金属材料
四大材料
高分子材料 复合材料
1．金属材料—由金属原子堆砌而成的材 料
金属原子最外 层电子处于自 由运动状态， 非常活泼，易 形成金属键
钢材
金属材料特性及内在机理
导电：电子的定向运动，金属的价带导带重 叠，电子很容易受到激发从价带跃迁到导带 导热：离子的振动和电子的运动 高强度：金属键的存在 延展性和抗冲击性：金属晶格中位错的运动
分散性，键较易断裂，分子间范德华力作用强
度较低，拉伸时可以改变链的构象
4.复合材料
由基体和填充体组 成
各组分性能相互补 充并彼此关联
具有原组分不具备 的性能
连续碳纤维复合材： 既能保留原组分或材料的主要性能，并通过复合 效应获得原组分所不具备的性能 可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼 此关联，从而获得新的优越性能 机理：增强材料的性能、基体的性能、复合材料的结 构及成型技术和界面的性能是影响复合材料性能 的主要因素，而复合界面对复合材料性能影响尤 为显著。界面效应包括传递效应、阻断效应、不 连续效应、散热和吸收效应、诱导效应

材料科学四要素的内涵和关系摘要：材料科学四要素的提出，在貌似不相关的材料之间找到了共同点，反映了材料科学与工程研究中的共性问题。

这里综述了材料科学四要素的内涵，并具体讨论了它们相互之间的关系与作用。

关键字：材料科学,四要素,共同点，内涵，关系与作用Connotation and relationship of four elementsin materials scienceAbstract:There find common ground in the material that seemingly do not related to eachother with the four elements of materials science that reflects the common problems in materials science and engineering research are proposed. Here reviewed the connotation of the four elements of materials science, And the relationship between them are discussed in detail.Key words: materials science，the four elements，common ground，connotation，relationship and effect材料是人类赖以生存和发展的物质基础。

它不仅是人类进化的标志，而且是社会现代化的物质基础与先导。

20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。

80年代以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。

这主要是因为材料与国民经济建设、国防建设和人民生活密切相关，材料的研究、开发和应用反映着一个国家的科学技术与工业水平。

材料科学四要素的内涵和关系众所周知，材料科学与工程是研究材料组成、结构、生产过程、材料性能与使用性能以及他们之间关系的学科。

因而把组成与结构、合成与生产过程、性质以及使用效能称之为材料科学与工程的四个基本要素。

把四个要素联结在一起便构成了一个四面体，如图1。

1性质性质是材料功能特性和效用的定量度量和描述.性质作为材料科学与工程四个基本要素之一，是理所当然的,既然材料是人们用于制造有用物品、器件和各种构件和产品的物质，它必然具有其特定的性能。

例如，金属材料具有刚性和硬度，可以用做各种结构件；它具有延展性,可以加工成受力或导电的线材；一些特种合金，如不锈钢、形状记忆合金、超导合金等，可以用作耐腐蚀材料、智能材料和超导材料等。

陶瓷具有很高的熔点、高的强度和化学惰性，可用作高温发动机和金属切削刀具等；而具有压电、介电、电导、半导体、磁学、机械特性的特种陶瓷，在相应领域发挥应用；但陶瓷的脆性则限制了他的应用。

利用金刚石的耀度和透明性,可制成光灿夺目的宝石和高性能光学涂层；而利用其硬度和导热性，可作切削和传导材料。

高分子材料以其各种独特的性能使其在各种不同的领域广泛应用，各类汽车材料、建筑材料、航空材料、电子电器材料等；反之，高分子材料组分的迁移特征，加速了其性能的退化，也对环境造成伤害；而其耐热性、耐候性较差，有限制了其在需要耐热和耐候领域的应用。

材料的性质也表示了其对外界刺激的整体响应，材料的导电性、导热性、光学性能、磁化率、超导转变温度、力学性能等都是材料在相应外场作用下的响应，正是这种响应创造了许多性能特殊的材料。

任何状态下的材料，其性能都是经合成或加工后材料结构和成分所产生的结果。

弄清性质和结构的关系,可以合成处性质更好的材料，并按所需综合性质设计材料。

而且最终将影响到材料的使用性能.图1 材料科学与工程的四要2结构成分材料化学组成/成分对其性能有着重要的影响。

由于分析化学的发展和分析仪器的进步,人们对化学成分影像材料性能的重要性认识越来越深刻。