材料结构与性能(5)PPT课件
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高分子材料的结构及其性能PPT(36张)
态。 此时，只有比链段更小的结构单元如链节、侧基等能够运动。 受外力作用时，只能使主链的键长和键角有微小的改变，外力去除后形变能迅速回复，这 是一种普弹性状态。
B、高弹性 随着温度的升高，当T＞Tg 时，分子的动能增加，使链段的自由旋转成为可能，此时，试
样的形变明显增加，在这一区域中，试样变成柔软的弹性体，称为高弹态。 高弹态时，弹性模量显著降低，外力去除后，变形量可以回复，有明显的时间依赖性。由
如图16-7，在间同立构高聚物中， 原子或原子团会交替分布在主链两侧； 在全同立构高聚物中，原子或原子团 则全部排列在主链同一侧；而在无规立构高聚物中，主链两侧原子分布是随机的。
这种化学成分相同，但由于不对称取代基沿分子主链分布不同的现象，就叫做 高分子的立体异构现象。
2、大分子链的构象及柔性 高聚物结构单元是通过共价键重复连接形成线型大分子，共价键的特点是键能
2、单体 高分子化合物是由低分子化合物通过聚合反应获得。
组成高分子化合物的低分子 化合物称作单体。所以我们经 常说，高分子化合物是由单体 合成的，单体是高分子化合物 的合成原料。如图16-2，聚乙 烯是由乙烯（CH2＝CH2）单 体聚合而成的。 高分子化合物的相对分子质 量很大，主要呈长链形，因此 常称作大分子链或者分子链。 大分子链极长，可达几百纳米以上，而截面一般小于1nm。
物，简称高聚物材料，是以高分子化合物为主要组分的有机 材料，可分为天然高分子材料和人工合成高分子材料两大类。 天然高分子材料包括如蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天然橡 胶、淀粉和蛋白质等。 人工合成高分子材料包括如塑料、合成橡胶、胶粘剂和涂料 等。工程上使用的主要是人工合成的高分子材料。
一、高聚物的基本概念 1、高聚物和低聚物 高分子化合物是指相对分子质量很大的化合物，其相对分子质量在5000
B、高弹性 随着温度的升高，当T＞Tg 时，分子的动能增加，使链段的自由旋转成为可能，此时，试
样的形变明显增加，在这一区域中，试样变成柔软的弹性体，称为高弹态。 高弹态时，弹性模量显著降低，外力去除后，变形量可以回复，有明显的时间依赖性。由
如图16-7，在间同立构高聚物中， 原子或原子团会交替分布在主链两侧； 在全同立构高聚物中，原子或原子团 则全部排列在主链同一侧；而在无规立构高聚物中，主链两侧原子分布是随机的。
这种化学成分相同，但由于不对称取代基沿分子主链分布不同的现象，就叫做 高分子的立体异构现象。
2、大分子链的构象及柔性 高聚物结构单元是通过共价键重复连接形成线型大分子，共价键的特点是键能
2、单体 高分子化合物是由低分子化合物通过聚合反应获得。
组成高分子化合物的低分子 化合物称作单体。所以我们经 常说，高分子化合物是由单体 合成的，单体是高分子化合物 的合成原料。如图16-2，聚乙 烯是由乙烯（CH2＝CH2）单 体聚合而成的。 高分子化合物的相对分子质 量很大，主要呈长链形，因此 常称作大分子链或者分子链。 大分子链极长，可达几百纳米以上，而截面一般小于1nm。
物，简称高聚物材料，是以高分子化合物为主要组分的有机 材料，可分为天然高分子材料和人工合成高分子材料两大类。 天然高分子材料包括如蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天然橡 胶、淀粉和蛋白质等。 人工合成高分子材料包括如塑料、合成橡胶、胶粘剂和涂料 等。工程上使用的主要是人工合成的高分子材料。
一、高聚物的基本概念 1、高聚物和低聚物 高分子化合物是指相对分子质量很大的化合物，其相对分子质量在5000
材料的结构与性能特点
材料的结构与性能特点第一章材料的结构与性能固体材料的性能主要取决于其化学成分、组织结构及加工工艺过程。
所谓结构就是指物质内部原子在空间的分布及排列规律。
材料的相互作用组成物质的质点（原子、分子或离子）间的相互作用力称为结合键。
主要有共价键、离子键、金属键、分子键。
离子键形成：正、负离子靠静电引力结合在一起而形成的结合键称为离子键。
特性：离子键没有方向性，无饱和性。
NaCl晶体结构如图所示。
性能特点：离子晶体的硬度高、热膨胀系数小，但脆性大，具有很好的绝缘性。
典型的离子晶体是无色透明的。
共价键形成：元素周期表中的ⅣA、ⅤA、ⅥA族大多数元素或电负性不大的原子相互结合时，原子间不产生电子的转移，以共价电子形成稳定的电子满壳层的方式实现结合。
这种由共用电子对产生的结合键称为共价键。
氧化硅中硅氧原子间共价键，其结构如图所示。
性能特点：共价键结合力很大，所以共价晶体的强度、硬度高、脆性大，熔点、沸点高，挥发度低。
金属键形成：由金属正离子与电子气之间相互作用而结合的方式称为金属键。
如图所示。
性能特点：1)良好的导电性及导热性；2)正的电阻温度系数；3)良好的强度及塑性；4)特有的金属光泽。
分子键形成：一个分子的正电荷部位与另一分子的负电荷部位间以微弱静电引力相引而结合在一起称为范德华键（或分子键）。
特性：分子晶体因其结合键能很低，所以其熔点很低，硬度也低。
但其绝缘性良好。
材料的结合键类型不同，则其性能不同。
常见结合键的特性见表1-1。
晶体材料的原子排列所谓晶体是指原子在其内部沿三维空间呈周期性重复排列的一类物质。
晶体的主要特点是：①结构有序；②物理性质表现为各向异性；③有固定的熔点；④在一定条件下有规则的几何外形。
理想的晶体结构1.晶体的基本概念(1) 晶格与晶胞晶格是指描述晶体排列规律的空间格架。
从晶格中取出一个最能代表原子排列特征的最基本的几何单元，称为晶胞。
晶胞各棱边的尺寸称为晶格常数。
(2) 晶系按原子排列形式及晶格常数不同可将晶体分为七种晶系(3) 原子半径原子半径是指晶胞中原子密度最大方向相邻两原子之间距离的一半。
材料科学基础完整ppt课件
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
离子% 结 ）= [-1 e 合 -1 4(X A 键 X B )（ 2 1% 00
另一种混合键表现为两种类型的键独立 纯在例如一些气体分子以共价键结合，而 分子凝聚则依靠范德瓦力。聚合物和许多 有机材料的长链分子内部是共价键结合， 链与链之间则是范德瓦力或氢键结合。石 墨碳的上层为共价键结合，而片层间则为 范德瓦力二次键结合。
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5
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
八.材料科学研究的内容：材料结构的基础知识、
晶体结构、晶体缺陷、材料的相结构及相图、材
料的凝固、材料中的原子扩散、热处理、工程材
料概论等主要内容。 .
子，因此，它们都是良好的电绝缘体。但当
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16
处在
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
高温熔融状态时，正负离子在外电场作用 下可以自由运动，即呈现离子导电性。
2.共价键
（1）通过共用电子对形成稳定结构
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经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
三.结论
1.原子核周围的电子按照四个量子数的规定 从低能到高能依次排列在不同的量子状态 下，同一原子中电子的四个量子数不可能 完全相同。
材料科学基础-第五章-材料的相结构及相图-PPT
相图上为一条垂直线。
Mg2Si
Mg—Si相图
(2)电子化合物
由ⅠB族或过渡金属元素与ⅡB，ⅢB，ⅣB族元素
形成的金属化合物。
不遵守化合价规律，晶格类型随化合物电子浓度而
变化。
电子浓度为3/2时： 呈体心立方结构（b相）；
电子浓度为21/13时：呈复杂立方结构（g相）；
电子浓度为21/12时。呈密排六方结构（e相）；
体。
III. 电负性差因素
IV. 两元素间电负性差越小，越易形成固溶体，且形
成的固溶体的溶解度越大；随两元素间电负性差
增大，固溶度减小。
1）电负性差值ΔX<0.4~0.5时，有利于形成固溶体
2）ΔX>0.4~0.5，倾向于形成稳定的化合物
IV. 电子浓度因素
V. 电子浓度的定义是合金中各组成元素的价电子数总
子的价电子数恰好使负离子具有稳定的电子层
结构。
金属元素与周期表中的ⅣA，ⅤA，ⅥA元素
形成正常价化合物。
有较高的硬度，脆性很大。
例如：Mg2Si、Mg2Sn、Mg2Pb、MgS、MnS等
(1)正常价化合物
正常价化合物的分子式只有AB，A2B或AB2两种。
常见类型：
NaCl型
CaF2型
Cu原子形成四面体(16个)。
每个镁原子有4个近邻镁原子和12个近邻铜原子；
每个铜原子有6个近邻的铜原子和6个近邻的镁原子
。
Cu
Mg
II. 拉弗斯（Laves）相
②MgZn2型：六方晶系。
Mg原子形成硫锌矿结构；Zn原子形成四面体。
每个Mg原子有4个近邻Mg原子和12个近邻Zn原
子。
每个Zn原子有6个近邻Zn原子和6个近邻Mg原子
Mg2Si
Mg—Si相图
(2)电子化合物
由ⅠB族或过渡金属元素与ⅡB，ⅢB，ⅣB族元素
形成的金属化合物。
不遵守化合价规律，晶格类型随化合物电子浓度而
变化。
电子浓度为3/2时： 呈体心立方结构（b相）；
电子浓度为21/13时：呈复杂立方结构（g相）；
电子浓度为21/12时。呈密排六方结构（e相）；
体。
III. 电负性差因素
IV. 两元素间电负性差越小，越易形成固溶体，且形
成的固溶体的溶解度越大；随两元素间电负性差
增大，固溶度减小。
1）电负性差值ΔX<0.4~0.5时，有利于形成固溶体
2）ΔX>0.4~0.5，倾向于形成稳定的化合物
IV. 电子浓度因素
V. 电子浓度的定义是合金中各组成元素的价电子数总
子的价电子数恰好使负离子具有稳定的电子层
结构。
金属元素与周期表中的ⅣA，ⅤA，ⅥA元素
形成正常价化合物。
有较高的硬度，脆性很大。
例如：Mg2Si、Mg2Sn、Mg2Pb、MgS、MnS等
(1)正常价化合物
正常价化合物的分子式只有AB，A2B或AB2两种。
常见类型：
NaCl型
CaF2型
Cu原子形成四面体(16个)。
每个镁原子有4个近邻镁原子和12个近邻铜原子；
每个铜原子有6个近邻的铜原子和6个近邻的镁原子
。
Cu
Mg
II. 拉弗斯（Laves）相
②MgZn2型：六方晶系。
Mg原子形成硫锌矿结构；Zn原子形成四面体。
每个Mg原子有4个近邻Mg原子和12个近邻Zn原
子。
每个Zn原子有6个近邻Zn原子和6个近邻Mg原子
金属结构材料和性能教学课件
热膨胀行为
不同的金属具有不同的热膨胀行为。在高温下，一些金属可能发生相变，导致体积突然变化；而在冷却过程中，一些金属可能会发生收缩或硬化。了解不同金属的热膨胀行为对于材料加工和热处理工艺的制定具有重要意义。
热膨胀性
金属的导热系数是指单位时间内，单位面积的金属向周围介质传递热量的速率。导热系数的大小反映了金属的热传导能力，对金属的结构设计和热处理工艺的制定具有重要意义。
指金属材料在压力作用下，改变形状而不破裂的性能。
可锻性主要取决于金属材料的塑性和变形抗力。塑性越好，变形抗力越小，金属的可锻性就越好。可锻性良好的金属能够承受各种压力加工，如锻造、挤压、轧制等。
总结词
详细描述
可锻性
总结词
指金属材料在焊接过程中，能够形成优质焊接接头的难易程度。
详细描述
可焊性主要取决于金属的化学成分、物理性质和焊接工艺条件。可焊性良好的金属在适当的焊接条件下，能够形成连续、无缺陷的焊接接头，满足结构的连接要求。
轻质、高强度、耐腐蚀，广泛应用于航空、建筑等领域。
具有高度的耐腐蚀性和强度，广泛用于化工、食品加工等领域。
导电性好、耐腐蚀、美观，用于电气、建筑、装饰等领域。
建筑业
用于制造桥梁、高层建筑、工业厂房等。
制造业
用于制造机械零件、汽车零部件、船舶等。
航空航天
用于制造飞机、火箭、卫星等。
化工行业
用于制造压力容器、管道、阀门等。
硬度
金属材料抵抗局部变形或侵入的能力。常见的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
强度与硬度
韧性
金属材料在受到冲击或振动时吸收能量的能力。良好的韧性可以提高金属结构的稳定性和安全性，防止因冲击而产生的脆性断裂。
不同的金属具有不同的热膨胀行为。在高温下，一些金属可能发生相变，导致体积突然变化；而在冷却过程中，一些金属可能会发生收缩或硬化。了解不同金属的热膨胀行为对于材料加工和热处理工艺的制定具有重要意义。
热膨胀性
金属的导热系数是指单位时间内，单位面积的金属向周围介质传递热量的速率。导热系数的大小反映了金属的热传导能力，对金属的结构设计和热处理工艺的制定具有重要意义。
指金属材料在压力作用下，改变形状而不破裂的性能。
可锻性主要取决于金属材料的塑性和变形抗力。塑性越好，变形抗力越小，金属的可锻性就越好。可锻性良好的金属能够承受各种压力加工，如锻造、挤压、轧制等。
总结词
详细描述
可锻性
总结词
指金属材料在焊接过程中，能够形成优质焊接接头的难易程度。
详细描述
可焊性主要取决于金属的化学成分、物理性质和焊接工艺条件。可焊性良好的金属在适当的焊接条件下，能够形成连续、无缺陷的焊接接头，满足结构的连接要求。
轻质、高强度、耐腐蚀，广泛应用于航空、建筑等领域。
具有高度的耐腐蚀性和强度，广泛用于化工、食品加工等领域。
导电性好、耐腐蚀、美观，用于电气、建筑、装饰等领域。
建筑业
用于制造桥梁、高层建筑、工业厂房等。
制造业
用于制造机械零件、汽车零部件、船舶等。
航空航天
用于制造飞机、火箭、卫星等。
化工行业
用于制造压力容器、管道、阀门等。
硬度
金属材料抵抗局部变形或侵入的能力。常见的硬度测试方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。
强度与硬度
韧性
金属材料在受到冲击或振动时吸收能量的能力。良好的韧性可以提高金属结构的稳定性和安全性，防止因冲击而产生的脆性断裂。
材料化学-绪论ppt课件
McGraw-Hill Book Co., 2006 5. Brian S. Mitchell. An Introduction to Materials Engineering and Science. USA,
John Wiley & Sons, 2004. 6. William D, Callister J. Materials science and engineering: An introduction. 5th Ed.
➢ 芯片制造：光致抗蚀剂、化学气相沉积法、等 离子体刻蚀;
➢ 信息存储材料; ➢ 光电子材料; ➢ 光子晶体。
Chapter1 Introduction
21
环境和能源领域
➢ 清洁能源：光伏电池、太阳能电池、燃料电池 等；
➢ 可回收和可生物降解材料； ➢ 环境友好材料
结构材料领域
➢ 汽车和飞机：比以前更安全、轻便和省油； ➢ 特种涂料：具有防腐、保护、美化或其它用途
Chapter1 Introduction
8
Figure of materials development
Chapter1 Introduction
11
第一个合金材料： 铜锡合金（青铜）
含锡量1/6 —— 韧性好 —— 制造钟鼎
Allo y
含锡量2/5 —— 硬度高 —— 制造刀斧
结构与性能的关系
➢合成高分子（二十世纪初）
➢纳米材料（二十世纪80年代）
Chapter1 Introduction
16
1.2 材料的分类 Classification of Materials
按组成、结构特点分
Metallic Materials
Inorganic non-metallic Materials
John Wiley & Sons, 2004. 6. William D, Callister J. Materials science and engineering: An introduction. 5th Ed.
➢ 芯片制造：光致抗蚀剂、化学气相沉积法、等 离子体刻蚀;
➢ 信息存储材料; ➢ 光电子材料; ➢ 光子晶体。
Chapter1 Introduction
21
环境和能源领域
➢ 清洁能源：光伏电池、太阳能电池、燃料电池 等；
➢ 可回收和可生物降解材料； ➢ 环境友好材料
结构材料领域
➢ 汽车和飞机：比以前更安全、轻便和省油； ➢ 特种涂料：具有防腐、保护、美化或其它用途
Chapter1 Introduction
8
Figure of materials development
Chapter1 Introduction
11
第一个合金材料： 铜锡合金（青铜）
含锡量1/6 —— 韧性好 —— 制造钟鼎
Allo y
含锡量2/5 —— 硬度高 —— 制造刀斧
结构与性能的关系
➢合成高分子（二十世纪初）
➢纳米材料（二十世纪80年代）
Chapter1 Introduction
16
1.2 材料的分类 Classification of Materials
按组成、结构特点分
Metallic Materials
Inorganic non-metallic Materials
材料的结构与性能
A. 材料的化学成分和矿物组成
耐酸材料
以酸性氧化物SiO2为主
耐
碱
材
含有大量碱性氧化物 料
如CaO、MgO
Chemistry of Materials 2004, Chapter2
3/21/2020 1:08 PM
35
36
B.材料孔隙和结构
结晶的二氧化硅（石英） 有一定耐碱性 和
无定形二氧化硅（普通玻璃） 易溶于碱溶液
Chemistry of Materials 2004, Chapter2
范德华键
分子链受力滑动
3/21/2020 1:08 PM
27
28
（5）Comparison
化学键
物理键
离子键 共价键 金属键
范德华键 氢键
Chemistry of Materials 2004, Chapter2
3/21/2020 1:08 PM
3/21/2020 1:08 PM
41
2.2.4 Thermal Property
Heat Capacity
C
热容- 物质温度每升高1度所需要的热量
dQ dT
Thermal Expansion
热膨胀—原子间的平均距离随温度的升高而增加
Chemistry of Materials 2004, Chapter2
3/21/2020 1:08 PM
8
2.1.2 材料中的化学键合
Metallic bond-金属键 Ionic bond-离子键 Covalent bond-共价键 Hydrogen bond-氢键 Van der Waals bond
-范德华键
外层电子
1S2 nS2nP6
耐酸材料
以酸性氧化物SiO2为主
耐
碱
材
含有大量碱性氧化物 料
如CaO、MgO
Chemistry of Materials 2004, Chapter2
3/21/2020 1:08 PM
35
36
B.材料孔隙和结构
结晶的二氧化硅（石英） 有一定耐碱性 和
无定形二氧化硅（普通玻璃） 易溶于碱溶液
Chemistry of Materials 2004, Chapter2
范德华键
分子链受力滑动
3/21/2020 1:08 PM
27
28
（5）Comparison
化学键
物理键
离子键 共价键 金属键
范德华键 氢键
Chemistry of Materials 2004, Chapter2
3/21/2020 1:08 PM
3/21/2020 1:08 PM
41
2.2.4 Thermal Property
Heat Capacity
C
热容- 物质温度每升高1度所需要的热量
dQ dT
Thermal Expansion
热膨胀—原子间的平均距离随温度的升高而增加
Chemistry of Materials 2004, Chapter2
3/21/2020 1:08 PM
8
2.1.2 材料中的化学键合
Metallic bond-金属键 Ionic bond-离子键 Covalent bond-共价键 Hydrogen bond-氢键 Van der Waals bond
-范德华键
外层电子
1S2 nS2nP6
材料的结构与性能(共64张PPT)
是金属，也可是金属与非金
属。
组成合金的元素相互作用可 形成不同的相。
Al-Cu两相合金
单相
合金
两相 合金
⑴ 固溶体
固溶体。习惯以、、表示。
溶剂
溶质
固溶体是合金的重要组成相，实际合 金多是单相固溶体合金或以固溶体 为基的合金。
按溶质原子所处位置分为置换固溶体 和间隙固溶体。
Cu-Ni置换固溶体 Fe-C间隙固溶体
2)确定晶面指数的步骤如下：
由结点形成的空间点的阵列称空间点阵
〔1〕设晶格中某一原子为原点，通过该点平行于晶 但与化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韧性那么要高得多。
分为刃型位错和螺型位错。
胞的三棱边作OX、OY、OZ三个坐标轴，以晶格常 溶质原子在固溶体中的极限浓度。
⑸ 原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半。
② 线缺陷—晶体中的位错
位错：晶格中一局部晶体相对于 另一局部晶体发生局部滑移，滑 移面上滑移区与未
位错。分为刃型位错和螺型位错。
刃型位错
螺型位错
刃型位错和螺型位错
刃位错的形成
刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个 原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原子面 的边缘就是刃型位错。
空位
间隙原子 置换原子
a. 空位： b. 间隙原子：
可以是基 体金属原子，也可以是 外来原子。
体心立方的四面体和八面体间隙
c. 置换原子：
点缺陷破坏了原子的平衡状态，
使晶格发生扭曲，称晶 格畸变。从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降。
空位
间隙原子
大置换原子
小置换原子
空位和间隙原子引起的晶格畸变
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最后，必将把微观与宏观整体地联系起来，即把分子、细 胞、个体、群体、群落等生命不同结构层次作为一个有机 系统进行深入研究。因此，分子生物学、细胞生物学、脑 科学和生态学仍然是人们关注的焦点。
14
1.1 生命科学将成为 自然科学的带头学科
DNA分子是双螺旋结构，其螺旋的骨 架是由核苷酸的糖（脱氧核糖）和磷 酸相结合而成的，从彼此反向的两根 螺旋分别伸长开来的碱基相互结合而 形成双螺旋
碑。人类所有的文明进程都是以他们使
用的材料来分类的。
STRENGTH/DENSITY(IN.X10^6)
Aramid
10
Fibers
Carbon
8
Fibers
6
Composites
4
2
Wood
Cast
Stone Brone Iron Steel
YEAR 1800 1900 2000
6
4.五次产业革命
4
第一节、概括了解材料
1. 材料的定义：
可以用来制备有用物件的物质为了某种利用的 目的而具备必要性质的物质
2. 材料的意义：
是人类从事生产和生活的物质基础 是人类文明的重要支柱 其进步取决于社会生产力和科技进步 其发展将推动社会经济和科技的发展
5
3. 材料发展的历史
材料应用的发展是人类发展的里程
用转变基因技术 繁殖的一头牛
基因技术对人类的贡献程度取决于对基因组 的研究进展。耗资数十亿美元的人类基因组 计划在2003年已经提前完成，为揭示人类的 生长、衰老、疾病、死亡的秘密打下坚实的 基础。
20
人工合成牛胰岛素 转基因鲤鱼
杂交水稻
21
生物芯片技术广泛应用于科研、医疗、农业、食品、环境保 护、司法鉴定等领域。成为与晶体管芯片一样重要的产业。
蒸汽机
图为矗立在伯明翰市中心、纪
念詹姆斯·瓦特（右）等发明蒸汽
机的铜雕像
9
(4)化学工业兴起时代
20世纪
以德国为中心
柏林
煤焦化得到煤焦油等有机物，从而进行各种 反应
德国化学家拜耳 10
(5)电气和微电子产业时代
20世纪下
以美国为中心 计算机，半导体等 电与机械统一的控制论
冯·诺伊曼
高温超导体
(1)石器时代：
300,000 BC — 3,500 BC
钻木取火
燧石，一种容易制成工具 的石头
新石器时代陶绘
7
(2)青铜器时代
3,000 BC — 十六世纪 青铜：铜和锡的合金
蟠龙方壶
素身铜爵
越王勾践宝剑
8
(3)蒸汽机时代
1600AD-20世纪
以英国为中心，瓦特发明了蒸汽机 铸铁，铁金属
伦敦塔桥
植物细胞结构
18
1.1.3脑科学将代表生命科学发展的一个高峰
关于大脑功能的研究，已经成为现代科学最深奥的课题，也 是最难攻克的科学堡垒。为了探索人脑奥秘，攻克各种疾病， 开发人工智能技术，欧美等国家纷纷制定了脑科学研究的长 远计划，并宣布21世纪是“脑科学时代”。
19
1.2生物技术
21世纪科学技术的核心是生命科学。 以基因克隆和重组技术日趋成熟, 在 农业、工业、医药和疾病防治景， 对人类的生活将产生重大影响
新型能源科学
环境科学 海洋科学 宇航科学
此八大领域均与材 料的重要性有关
安全科学
13
1.生命科学和生物技术
21世纪的生命科学将向最基本的、最复杂的微观和宏 观两极发展： 一方面分子生物学和量子生物学将广泛地向其分支
学科领域渗透 一方面生态学又向研究具有复杂功能的生态系统乃
至生物圈方向发展。
生物芯片
生物芯片技术是通，将生命科学领域中不连续的分析过程集成于硅芯片或 玻璃芯片表面的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白 质、基因及其它生物组分的准确、快速、大信息量的检测。
芯片
11
(6)新时代来临的预兆
21世纪
生命科学和生物技术的发展 包括纳米材料在内的新型材料的发展
据专家估计本世纪20年代人 类将迎接下一个经济时代，即生 物技术经济产业时代的到来
12
第二节、当今世界科技发展的现状和趋势
21世纪人类面临的八大领域：
生命科学与生物技术
信息科学与工程
材料科学与工程
15
1.1.1分子生物学将在生命科学中保持主流地位
基因组学
20世纪末，人类基因组全部测试工作基本完成预示着新世纪 生命科学必将酝酿着一系列新的宏大突破。
这个计划与曼哈顿原子弹计划、阿波罗登 月计划并称20世纪人类三大科学计划。
16
蛋白质组学:
以基因组全序列为基础，从整个基因组及其全套蛋白质产物的结构 -功能出发去了解生命活动的全貌。 人类基因组计划的成功实施，为了真正破译、读懂遗传信息，各国科 学家随即将生命科学的战略重点转到以阐明人类基因组整体功能为目 标的功能基因组学上。这样蛋白质自然成为新的研究焦点。以研究一 种细胞、组织或完整生物体所拥有的全套蛋白质为特征的蛋白质组学 自然就成为功能基因组学中的“中流砥柱”，构成了功能基因组学研 究的战略制高点。
2001年以来，国际人 类蛋白质组组织 (HUPO)正式成立
17
1.1.2细胞生物学还作为生命科学的基础科学继续发展
细胞是生命的基本单位，细胞的特殊性决定了个体的特殊性，因此， 对细胞的深入研究是揭开生命奥秘、改造生命和征服疾病的关键。
动物细胞结构
现代细胞生物学从显 微水平，超微水平和 分子水平等不同层次 研究细胞的结构、功 能及生命活动。在我 国基础学科发展规划 中，细胞生物学与分 子生物学，神经生物 学和生态学并列为生 命科学的四大基础学 科。
材料结构与性能（Ⅱ）
-现名为“聚合物结构与性能”
1
学习这门课的要求和建议
1. 这门课涉及的方面很广，对知识多方面的了解非常必要， 所以在学习过程中要广泛的阅读各方面的参考书
2. 因为课程内容较深，需要大家集中精力来领会讲课的实 质，勤记笔记，多思考，真正掌握课程的内容
3. 为了使大家能够深入了解课程的内容，课堂上提问多， 大家随时准备回答问题，回答的对错不影响学习成绩， 大胆的发表自己的看法
4. 期末考试是闭卷考试，但是考前提供复习提纲以便大家 更深入的学透课程的主要内容
5. 最后按笔记和考试情况打分
2
课程大体目录
序言 第一章 物质世界的普遍规律及其层次结构 第二章 元素周期律和元素的基本特征 第三章 凝聚态材料的形成（包括四大材料）
3
序言
材料科学与工程和当代 科技发展的关系
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1.1 生命科学将成为 自然科学的带头学科
DNA分子是双螺旋结构，其螺旋的骨 架是由核苷酸的糖（脱氧核糖）和磷 酸相结合而成的，从彼此反向的两根 螺旋分别伸长开来的碱基相互结合而 形成双螺旋
碑。人类所有的文明进程都是以他们使
用的材料来分类的。
STRENGTH/DENSITY(IN.X10^6)
Aramid
10
Fibers
Carbon
8
Fibers
6
Composites
4
2
Wood
Cast
Stone Brone Iron Steel
YEAR 1800 1900 2000
6
4.五次产业革命
4
第一节、概括了解材料
1. 材料的定义：
可以用来制备有用物件的物质为了某种利用的 目的而具备必要性质的物质
2. 材料的意义：
是人类从事生产和生活的物质基础 是人类文明的重要支柱 其进步取决于社会生产力和科技进步 其发展将推动社会经济和科技的发展
5
3. 材料发展的历史
材料应用的发展是人类发展的里程
用转变基因技术 繁殖的一头牛
基因技术对人类的贡献程度取决于对基因组 的研究进展。耗资数十亿美元的人类基因组 计划在2003年已经提前完成，为揭示人类的 生长、衰老、疾病、死亡的秘密打下坚实的 基础。
20
人工合成牛胰岛素 转基因鲤鱼
杂交水稻
21
生物芯片技术广泛应用于科研、医疗、农业、食品、环境保 护、司法鉴定等领域。成为与晶体管芯片一样重要的产业。
蒸汽机
图为矗立在伯明翰市中心、纪
念詹姆斯·瓦特（右）等发明蒸汽
机的铜雕像
9
(4)化学工业兴起时代
20世纪
以德国为中心
柏林
煤焦化得到煤焦油等有机物，从而进行各种 反应
德国化学家拜耳 10
(5)电气和微电子产业时代
20世纪下
以美国为中心 计算机，半导体等 电与机械统一的控制论
冯·诺伊曼
高温超导体
(1)石器时代：
300,000 BC — 3,500 BC
钻木取火
燧石，一种容易制成工具 的石头
新石器时代陶绘
7
(2)青铜器时代
3,000 BC — 十六世纪 青铜：铜和锡的合金
蟠龙方壶
素身铜爵
越王勾践宝剑
8
(3)蒸汽机时代
1600AD-20世纪
以英国为中心，瓦特发明了蒸汽机 铸铁，铁金属
伦敦塔桥
植物细胞结构
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1.1.3脑科学将代表生命科学发展的一个高峰
关于大脑功能的研究，已经成为现代科学最深奥的课题，也 是最难攻克的科学堡垒。为了探索人脑奥秘，攻克各种疾病， 开发人工智能技术，欧美等国家纷纷制定了脑科学研究的长 远计划，并宣布21世纪是“脑科学时代”。
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1.2生物技术
21世纪科学技术的核心是生命科学。 以基因克隆和重组技术日趋成熟, 在 农业、工业、医药和疾病防治景， 对人类的生活将产生重大影响
新型能源科学
环境科学 海洋科学 宇航科学
此八大领域均与材 料的重要性有关
安全科学
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1.生命科学和生物技术
21世纪的生命科学将向最基本的、最复杂的微观和宏 观两极发展： 一方面分子生物学和量子生物学将广泛地向其分支
学科领域渗透 一方面生态学又向研究具有复杂功能的生态系统乃
至生物圈方向发展。
生物芯片
生物芯片技术是通，将生命科学领域中不连续的分析过程集成于硅芯片或 玻璃芯片表面的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白 质、基因及其它生物组分的准确、快速、大信息量的检测。
芯片
11
(6)新时代来临的预兆
21世纪
生命科学和生物技术的发展 包括纳米材料在内的新型材料的发展
据专家估计本世纪20年代人 类将迎接下一个经济时代，即生 物技术经济产业时代的到来
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第二节、当今世界科技发展的现状和趋势
21世纪人类面临的八大领域：
生命科学与生物技术
信息科学与工程
材料科学与工程
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1.1.1分子生物学将在生命科学中保持主流地位
基因组学
20世纪末，人类基因组全部测试工作基本完成预示着新世纪 生命科学必将酝酿着一系列新的宏大突破。
这个计划与曼哈顿原子弹计划、阿波罗登 月计划并称20世纪人类三大科学计划。
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蛋白质组学:
以基因组全序列为基础，从整个基因组及其全套蛋白质产物的结构 -功能出发去了解生命活动的全貌。 人类基因组计划的成功实施，为了真正破译、读懂遗传信息，各国科 学家随即将生命科学的战略重点转到以阐明人类基因组整体功能为目 标的功能基因组学上。这样蛋白质自然成为新的研究焦点。以研究一 种细胞、组织或完整生物体所拥有的全套蛋白质为特征的蛋白质组学 自然就成为功能基因组学中的“中流砥柱”，构成了功能基因组学研 究的战略制高点。
2001年以来，国际人 类蛋白质组组织 (HUPO)正式成立
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1.1.2细胞生物学还作为生命科学的基础科学继续发展
细胞是生命的基本单位，细胞的特殊性决定了个体的特殊性，因此， 对细胞的深入研究是揭开生命奥秘、改造生命和征服疾病的关键。
动物细胞结构
现代细胞生物学从显 微水平，超微水平和 分子水平等不同层次 研究细胞的结构、功 能及生命活动。在我 国基础学科发展规划 中，细胞生物学与分 子生物学，神经生物 学和生态学并列为生 命科学的四大基础学 科。
材料结构与性能（Ⅱ）
-现名为“聚合物结构与性能”
1
学习这门课的要求和建议
1. 这门课涉及的方面很广，对知识多方面的了解非常必要， 所以在学习过程中要广泛的阅读各方面的参考书
2. 因为课程内容较深，需要大家集中精力来领会讲课的实 质，勤记笔记，多思考，真正掌握课程的内容
3. 为了使大家能够深入了解课程的内容，课堂上提问多， 大家随时准备回答问题，回答的对错不影响学习成绩， 大胆的发表自己的看法
4. 期末考试是闭卷考试，但是考前提供复习提纲以便大家 更深入的学透课程的主要内容
5. 最后按笔记和考试情况打分
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课程大体目录
序言 第一章 物质世界的普遍规律及其层次结构 第二章 元素周期律和元素的基本特征 第三章 凝聚态材料的形成（包括四大材料）
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序言
材料科学与工程和当代 科技发展的关系