材料化学-前言课件

材料化学闫 柏 军材料化学闫柏军1绪 论材料化学与材料科学和固体化学的关系材料化学与材料科学和固体化学的关系材料科学的发展历程材料科学的发展历程 材料化学的研究范围材料化学的研究范围材料化学学科在我国的发展材料化学学科在我国的发展 绪论材料化学与材料科学和固体化学的关系2材料化学与材料科学和固体化学的关系材料化学与材料科学和固体化学的关系发展的渊源不同和研究者的角度差别，基本内容相同但名称基本上不同的学科现象 美国Kingery主编 IntroductiontoCeramics陶瓷导论 研究对象覆盖了几乎所有的无机非金属材料 Cahn主编 PhysicalMetallurgy译名是物理金属学 Cahn的书是以金属材料为研究对象，Kingery的书以无机非金属材料，但两者的基本内容十分相近 材料化学与材料科学和固体化学的关系发展的渊源不同和研究者的角3材料化学与材料科学和固体化学的关系材料化学与材料科学和固体化学的关系与材料化学研究的基本内容相同的学科 固体（固态）化学（solidstatechemistry）英国化学家West的专著固体化学及其应用 印度访问教授Rao在剑桥大学化学系写出的固态化学的新方向 材料化学与材料科学和固体化学的关系与材料化学研究的基本内容相4材料科学材料科学材料科学应包括4个方面的内容：（与）材料（有关的）物理、材料化学、与材料有关的力学和材料工程。研究对象：金属材料、无机非金属材料、有机小分子和高分子材料。材料科学材料科学应包括4个方面的内容：（与）材料（有关的）物5固体化学固体化学固体化学是无机化学的一个重要分支，是建立在固体物理、结构化学、物理化学等学科的基础上，为适应科技对材料科学的需要而成长起来的一门新学科。固体物理相对应，强调其学科的基础理论性。固体化学似乎更侧重于经典的化学概念。从化学键，甚至从量子化学入手，进而讨论结构等问题。固体化学固体化学是无机化学的一个重要分支，是建立在固体物理、6材料化学材料化学相对于固体化学而言，材料化学则是较新的名称是材料化学家从材料科学、材料的工艺与技术的角度出发，把固体物理、固体化学、相关理论（例如固体力学等）和工程方面有关无机材料研究的化学内容集中起来，加以分析、综合和提高，形成的一门独立学科 综上所述，材料化学是固体化学等理论学科在无机材料，主要是在无机非金属材料领域里的应用。材料化学又是材料科学的一个极重要的分支，它是关于无机材料，特别是无机非金属材料研究中化学问题的概括、总结和理论提升。材料化学相对于固体化学而言，材料化学则是较新的名称7材料科学的发展历程材料科学的发展历程科学家研究材料科学的历史比较短暂，始于19世纪中叶 一、19世纪中叶 二、20世纪20年代 三、20世纪50年代 四、20世纪60年代 五、20世纪末材料科学的发展历程科学家研究材料科学的历史比较短暂，始于198材料科学的发展历程材料科学的发展历程一、19世纪中叶 关注的问题是钢铁热处理过程的显微组织的变化，研究的工具限于金相显微镜。随后是相平衡的热力学与统计力学的建立，为探讨材料的相平衡和相变提供了理论基础材料科学的发展历程一、19世纪中叶9材料科学的发展历程材料科学的发展历程二、20世纪20年代原子结构的阐明、量子力学的建立为理解材料的根本结构提供了新的理论依据。X射线衍射、电子衍射和电子显微术，乃至电子隧道探针技术，为探测材料的微观结构提供了新的手段固体物理、物理化学为全面理解材料结构与性能关系提供了理论基础；合成化学的发展为合成层出不穷的新材料提供了手段材料科学的发展历程二、20世纪20年代10材料科学的发展历程材料科学的发展历程三、20世纪50年代金属学（化学冶金与物理冶金）已初具规模半导体技术的发展对材料的纯度和完整性提出了苛刻的要求，材料的研究向纵深发展金属学的理论与实验手段也向陶瓷学的领域延伸材料科学的发展历程三、20世纪50年代11材料科学的发展历程材料科学的发展历程四、20世纪60年代“材料科学”的名词问世随后，非晶材料科学、液晶材料科学和高分子材料科学相继问世，丰富了材料科学的内涵材料科学的发展历程四、20世纪60年代12材料科学的发展历程材料科学的发展历程五、20世纪末软物质科学蓬勃发展将液晶、高分子、胶体等领域的研究贯通起来将无机材料科学和有机材料科学辨证地融合起来材料科学的发展历程五、20世纪末13材料化学的研究范围材料化学的研究范围一、材料的制备原理二、材料的结构三、材料的表征 四、材料的设计材料化学的研究范围一、材料的制备原理14材料化学的研究范围材料化学的研究范围一、材料的制备原理 粉末：水热法、溶胶凝胶法、微波法、固相反应法单晶：提拉法、区域熔融法、薄膜的外延生长薄膜：化学气相沉积、物理气相沉积、流延法等材料化学的研究范围一、材料的制备原理15材料化学的研究范围材料化学的研究范围二、材料的结构 1.晶体结构 2.晶态固体亚微观结构 3.纳米尺度结构 4.非晶态结构、表面结构和晶体组成和结构缺陷 材料化学的研究范围二、材料的结构16材料化学的研究范围材料化学的研究范围三、材料的表征 1.组成和结构的表征 衍射技术、显微技术、光谱技术2.物理性质的表征 力、声、光、热、电、磁等性质 材料化学的研究范围三、材料的表征17材料化学的研究范围材料化学的研究范围四、材料的设计(materials design)根据使用上的要求对材料的组成和结构进行设计以达到所要求的性能 为改善陶瓷的力学性质，设计出二氧化锆增韧陶瓷（陶瓷刀具）纳米晶粒陶瓷梯形材料改善材料的电学性质，设计出有机无机复合材料材料化学的研究范围四、材料的设计(materialsde18材料化学学科在我国的发展材料化学学科在我国的发展1980年，由浙江大学丁子上主持编写工科院校统编教材硅酸盐物理化学 张孝文等人为陶瓷专业编写了固体材料结构基础1986年，苏勉曾固体化学导论，这是我国第一本固体化学的书，又是国内第一本与无机材料化学直接相关的书 1993年，中科院上海硅酸盐研究所田顺宝等编著了无机材料化学 1998年，由师昌绪、柯俊以及Cahn）主持翻译的材料科学与技术丛书材料化学学科在我国的发展1980年，由浙江大学丁子上主持编写19材料化学学科在我国的发展材料化学学科在我国的发展1982年清华大学材料系李龙土、张孝文、黄勇和关振铎等一批著名学者翻译的陶瓷导论(Introduction to ceramics)1985年出版了北京科技大学金属物理教研组翻译的Cahn的专著物理金属学(Physical Metallurgy)1989年，苏勉曾、谢高阳和申泮文翻译West的固体化学及其应用(Solid State Chemistry and its Applications)，这本书对我国固体化学界的影响，在某些方面不亚于上述的陶瓷导论对材料科学界的冲击1990年，刘新生译出了Rao等人的著作固态化学的新方向(New Directions in Solid State Chemistry-Structure,Synthesis,Properties,Reactivity and Materials Design)1993年出版了李世普等翻译的Moulson和Herbert合写的著作电子陶瓷(Electroceramics)材料化学学科在我国的发展1982年清华大学材料系李龙土、张孝20本课程的教学计划1.材料制备（4）(1)高温固相反应法 (2)软化学方法 (3)气相输运法 (4)电化学法 (5)高压和水热法2材料鉴定和分析表征（10）(1)衍射技术 (2)显微技术 (3)光谱技术 (4)热分析及其应用 (5)X射线粉未技术及其应用本课程的教学计划1.材料制备（4）21本课程的教学计划3材料性能检测 （10）（1）力学性能测量（2）热学性能测量（3）电学性能测量（4）顺磁性能测量（5）光学性能测量（6）声学性能测量（7）功能转换性能测量4近世材料及其应用 （16）本课程的教学计划3材料性能检测（10）22本课程的教学计划参考书目参考书目1A.W.West,Solid state chemistry and its applications,John Wiley&Sons Ltd.,19842熊兆贤，无机材料研究方法，厦门大学出版社，厦门，20013苏免曾,固体化学及其应用,复旦大学出版社,上海,1989 本课程的教学计划参考书目23