材料化学绪论MC-1

材料结构分析方法第一章绪论§1－1 新材料和高技术1、材料科学简介“材料科学”一词是美国学者本世纪50年代末，60年代初提出的，即材料构成一门科学是近30多年的事，但实际上可追溯到古代。

因为材料就是用以制造有用物件的物质，历史上人们把材料的开发和作为人类进步的里程碑，如“石器时代”、“铜器时代”、“铁器时代”等，但在“理性上”认识到材料是一切科学技术发展的物质基础，也是改善人民生活质量所必须的一个重要方面，把它作为一门学科使材料科学能够优先发展，这种自觉行为的出现是近30多年来的事。

材料科学应当包括材料的合成与制备研究、材料的组成与结构的研究、材料的性质研究、材料的应用研究，因此又常称为材料科学与工程学，是多学科交叉的新兴学科，可用图简单表示如下：材料科学发展的灵魂是基础理论，材料科学发展的手段是技术。

化学、物理学、工程学是理论，材料的合成与制备过程、材料组成和结构分析过程、材料的性能测试过程，把材料做成有用器件则是技术。

因此材料科学和技术又密不可分。

这就是常合称为材料科学与工程学的原因。

2．高技术信息与新材料的关系在材料科学和工程技术研究中人们的注意力集中于高技术新材料上。

所谓高技术是指技术本身的水平是“高的”、“先进的”、“新兴的”、“前沿的”，有的甚至是“尖端的”；新材料是指新研制成功和正在研制中的具有优异特性和功能，能满足高技术需要的新型材料，根据其基本成分，新材料可归纳为新金属材料、无机非金属材料、高分子材料和先进复合材料四大类；根据材料的性质分为结构材料和功能材料，根据有用途则可分为能源材料、航空航天材料、信息材料和生物医用材料等。

当前人们最为关注的重点新材料有尖电子信息材料、先进复合材料、先进陶瓷材料、新型金属材料、高性能塑料和超导材料等六类，每类又可分3－50分支，共202个。

国外学者将高技术发展分为技术发明、技术创新和技术扩散三个阶段。

中国学者用高技术的研究开发、高技术的产品生产、高技术的应用扩散三个层次。

第一章绪论●材料和化学药品化学药品的用途主要基于其消耗；材料是可以重复或连续使用而不会不可逆地变成别的物质。

●材料的分类按组成、结构特点分：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料按使用性能分：Structural Materials ——主要利用材料的力学性能；Functional Materials ——主要利用材料的物理和化学性能按用途分：导电材料、绝缘材料、生物医用材料、航空航天材料、能源材料、电子信息材料、感光材料等等●材料化学的主要内容：结构、性能、制备、应用第二章材料的结构2.1 元素和化学键●了解元素的各种性质及其变化规律：第一电离能、电子亲和势、电负性、原子及离子半径●注意掌握各种结合键的特性及其所形成晶体材料的主要特点各种结合键主要特点比较●了解势能阱的概念：吸引能（attractive energy，EA）：源于原子核与电子云间的静电引力排斥能（repulsive energy，ER）：源于两原子核之间以及两原子的电子云之间相互排斥总势能（potential energy）：吸引能与排斥能之和总势能随原子间距离变化的曲线称为势能图（势能阱）较深的势能阱表示原子间结合较紧密，其对应的材料就较难熔融，并具有较高的弹性模量和较低的热膨胀系数。

2.2 晶体学基本概念●晶体与非晶体（结构特点、性能特点、相互转化）晶体：原子或原子团、离子或分子在空间按一定规律呈周期性地排列构成（长程有序）非晶体：原子、分子或离子无规则地堆积在一起所形成（长程无序、短程有序）晶态与非晶态之间的转变• 非晶态所属的状态属于热力学亚稳态，所以非晶态固体总有向晶态转化的趋势，即非晶态固体在一定温度下会自发地结晶，转化到稳定性更高的晶体状态。

• 通常呈晶体的物质如果将它从液态快速冷却下来也可能得到非晶态。

●晶格、晶胞和晶格参数周期性：同一种质点在空间排列上每隔一定距离重复出现。

周期：任一方向排在一直线上的相邻两质点之间的距离。

化学绪论知识在材料科学中的应用有哪些关键信息项：1、化学绪论知识的具体范畴2、材料科学的主要领域3、化学绪论知识在各材料科学领域的具体应用方式4、应用过程中的影响因素5、应用所带来的优势和局限性6、未来可能的发展趋势和研究方向1、引言11 化学绪论知识是化学学科的基础，涵盖了化学的基本概念、原理和方法。

12 材料科学作为一门交叉学科，与化学密切相关。

13 探讨化学绪论知识在材料科学中的应用具有重要意义。

2、化学绪论知识的范畴21 化学元素与原子结构211 元素周期表的规律和特性212 原子的电子构型和化学键的形成22 化学热力学与动力学221 热力学定律在化学反应中的应用222 反应速率和反应机制的研究23 溶液化学与化学平衡231 浓度、溶解度和酸碱平衡232 沉淀溶解平衡和配位平衡3、材料科学的主要领域31 金属材料311 钢铁、铝合金等的性能和制备312 金属的腐蚀与防护32 无机非金属材料321 陶瓷、玻璃和水泥的组成与结构322 新型无机非金属材料的研发33 高分子材料331 塑料、橡胶和纤维的合成与性能332 高分子材料的改性和应用34 复合材料341 纤维增强复合材料的特点和制备342 层状复合材料的性能优化4、化学绪论知识在金属材料中的应用41 利用原子结构知识优化合金成分411 根据元素的电子构型选择合适的合金元素，改善金属的性能。

412 控制杂质元素的含量，提高金属的纯度和质量。

42 依据化学热力学和动力学原理改进金属的制备工艺421 优化反应条件，提高金属的提取效率和纯度。

422 研究金属的相变过程，控制金属的组织结构。

43 通过溶液化学和化学平衡知识进行金属的表面处理431 电镀、化学镀等方法增加金属表面的防护层。

432 利用酸碱处理改善金属表面的粗糙度和润湿性。

5、化学绪论知识在无机非金属材料中的应用51 基于元素周期表选择合适的无机非金属元素511 制备具有特定性能的陶瓷材料。

材料化学材料化学是一门综合性学科，涉及到物质结构、性质和应用以及化学、物理、生物等多个学科领域。

本文将从材料化学的基本概念、发展历程和应用领域等方面进行介绍。

一、材料化学的基本概念材料化学是研究化学材料的结构、性质、制备和应用的学科。

它是一门跨学科的科学，涉及到物质的组成、形态、电学、热学、光学、磁学、力学、环境等多个方面，以及材料科学、化学、物理、生物等领域的知识。

它的目的是为了制造更好、更可靠、更经济、更环保的材料，解决人类面对的各种技术难题。

材料化学的研究对象是各种材料、组成物和表面现象，包括金属、非金属、有机和无机材料。

这些材料可以是制备新型材料的原料，也可以是被制作成各种产品的原材料。

例如电子器件、光电子元件、生物医药、化学催化剂、化妆品、建筑材料等，材料化学都有着广泛的应用。

二、材料化学的发展历程材料化学是一门新兴的学科，它的发展历程可以分为以下几个阶段：1. 原始阶段：早期的材料化学研究主要集中在金属和非金属材料上。

早在4000年前，中国就开始使用青铜来制作器具。

1728年，英国化学家布莱克在研究天然石墨时发现了石墨的导电性。

到19世纪末，人们开始研究非晶态材料和纳米材料。

2. 现代化阶段：20世纪初，宏观结构和微观结构的研究开始融合在一起。

发现了石墨烯材料，它具有优异的导电性、热导率和力学强度。

发现了固态电解质材料，它是用于高温燃料电池的重要组成部分。

还发现了具有超导性质的材料，可以用于核磁共振成像和能源转换。

3. 在新的材料化学时代，复杂性、多功能性和可编程性成为了研究热点。

材料的功能化、结构设计和控制成为了研究方向。

通过仿生学思想设计生物材料，开发出各种具有优异性能的新型材料。

利用计算机模拟和控制，发展了材料工程学和化学工程学。

三、材料化学的应用领域材料化学在各行各业都有广泛的应用，其中一些重要的应用领域如下：1. 电子器件：电子器件需要具备可靠的性能，包括高分辨率、低功耗、长寿命等。