【正文】 ? 廣義的材料包括人們的思想意識(shí)之外的所有物質(zhì)(substance) ? 材料無處不在，無處不有 ???????工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)國(guó)防科學(xué)技術(shù)人民生活?????材料能源 現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱信息?????材料品種數(shù)量 國(guó)家現(xiàn)代化程度標(biāo)志之一質(zhì)量我國(guó)材料的歷史進(jìn)程 (Historical perspective) ? 漫長(zhǎng)而又曲折的歷程： ???簡(jiǎn)單→復(fù)雜單一性能→綜合性能???結(jié)構(gòu)材料→功能材料單一材料→復(fù)合材料 （S t o n e A g e ） 石器時(shí)代 ： 石斧、鑿、刀、鏟、箭頭、 紡輪、缽等（西安半坡遺址） 石斧 （B r o n z e A g e )巨型司母戊鼎（河南安陽晚商遺址）青銅器時(shí)代 : 湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍 中國(guó)古代鐵器的金相組織 湖南長(zhǎng)沙砂子塘戰(zhàn)國(guó)凹形鐵鋤 r on A ge（I ）鐵時(shí) 器代古代科技名著：“考工記”（先秦）、“夢(mèng)溪筆談”（宋代沈 括）、 “天工開物”（明代宋應(yīng)星） ? 明代后：封建統(tǒng)治、帝國(guó)主義侵略束縛了材料的發(fā)展 停滯狀態(tài) ? 解放后：材料科學(xué)受到重視和發(fā)展，被列為現(xiàn)代技術(shù)三大支柱之一。 R u l e ) 自????????????? ?? ???全 充 滿半 充 滿 全 空旋 方 向 相 同 三、 元素周期表 （ periodic Table of the Elements) ? 元素（ Element）： 具有相同核電荷的同一類原子總稱，共 116種，核電荷數(shù)是劃分元素的依據(jù) ? 同位素（ Isotope）： 具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的同一元素的原子 ? ? 元素有兩種存在狀態(tài)：游離態(tài)和化合態(tài)（ Free Stateamp。 ? 原子序數(shù)＝核電荷數(shù) 周期序數(shù)＝電子殼層數(shù) ? 主族序數(shù)＝最 外 層 電 子 數(shù) 零族元素最外層電子數(shù)為 8（氦為 2） ? 價(jià)電子數(shù)（ Valence electron） ?????????????????????????電離核電荷↑，原子半徑↓能↑，失電子能力↓，得電子能力↑最外層電子數(shù)相同，電子層數(shù)↑，原子半徑↑電離能↓，失電子能力↑，得電子能力↓同周期元素：左 右，金屬性↓，非金屬性↑同主族元素：上 下，金屬性↑，非金屬性↓? ※2 原子間的鍵合 ( Bonding type with other atom) ?????金屬鍵（M e t a l l i c b o n d i n g ）化學(xué)鍵（C h e m i c a l b o n d i n g ）離子鍵（I o n i c b o n d i n g ） 主 價(jià)鍵p r i m a r y i n t e r a t o m i c b o n d s共價(jià)鍵（c o v a l e n t b o n d i n g ）物理鍵（p h y s i c a l b o n d i n g ) , 次價(jià)鍵( S e c o n d a r y b o n d ing) ，亦稱V a n d e r W a a l s b o n d i n g氫鍵（H y d r o g e n b o n d i n??????????? 和g ) 介于化學(xué)鍵 范德華力之間? 一、金屬鍵（ Metallic bonding） 典型金屬原子結(jié)構(gòu)：最外層電子數(shù)很少，即價(jià)電子（ valence electron） 極易 掙脫原子核之束縛而成為自由電子（ Free electron）， 形成電子云（ electron cloud） 金屬中自由電子與金屬正離子之間構(gòu)成鍵合稱為金屬鍵 ? 特點(diǎn)：電子共有化，既無飽和性又無方向性，形成低能量密堆結(jié)構(gòu) ? 性質(zhì)：良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，延展性好 二、離子鍵 （ Ionic bonding) 多數(shù)鹽類、堿類和金屬氧化物 ? 特點(diǎn)：以離子而不是以原子為結(jié)合單元，要求正負(fù)離子相間排列， 且無方向性，無飽和性 ? 性質(zhì)：熔點(diǎn)和硬度均較高，良好電絕緣體 ??? 靜電 鍵引力 離子 三、共價(jià)鍵（ covalent bonding） ? 亞金屬（ C、 Si、 Sn、 Ge）， 聚合物和無機(jī)非金屬材料 ? 實(shí)質(zhì)：由二個(gè)或多個(gè)電負(fù)性差不大的原子間通過共用電子對(duì)而成 ??? 鍵 電 對(duì) 鍵鍵 兩 鍵 間極性 ( P o l a r b o n d i n g ) : 共用 子 偏于某成 原子非極性 （N o n p o l a r b o n d i n g ) : 位于 成 原子中? 特點(diǎn)：飽和性 配位數(shù)較小 ，方向性（ s電子除外） ? 性質(zhì)：熔點(diǎn)高、質(zhì)硬脆、導(dǎo)電能力差 ? 實(shí)質(zhì)： 金屬原子 帶正電的正離子（ Cation） 非金屬原子 帶負(fù)電的負(fù)離子（ anion） e ? 四、范德華力 （ Van der waals bonding) ???????? 電應(yīng)鄰電華偶極矩的感 作用近 原子相互作用→ 荷位移→偶極子( d i p o l e s ） 范德 力? 包括：靜電力 (electrostatic)、 誘導(dǎo)力 (induction)和色散力(dispersive force) ? 屬物理鍵 ，系次價(jià)鍵，不如化學(xué)鍵強(qiáng)大，但能很大程度改變材料性質(zhì) ? 五、氫鍵 （ Hydrogen bonding） 極性分子鍵 存在于 HF、 H2O、 NH3中 ，在高分子中占重要地位， 氫 原子中唯一的電子被其它原子所共有（共價(jià)鍵結(jié)合），裸露原子核 將與近鄰分子的負(fù)端相互吸引 —— 氫橋 介于化學(xué)鍵與物理鍵之間，具有飽和性 ? ※3 高分子鏈 （ High polymer Chain) ???鏈 結(jié) 構(gòu) （ Chain Structure)高 分 子 結(jié) 構(gòu)聚 集 態(tài) 結(jié) 構(gòu) （ Structure of aggregation state)?????????應(yīng) 發(fā)劑 過 鍵將單單 應(yīng) 縮 應(yīng) 學(xué) 應(yīng) 釋 產(chǎn)（p l o y c o n d e n s a t i o n ) （p o l y a d d i t i o n ) 加聚反 添加引 通 共價(jià) 分子聚合 體—聚合反 聚反 化 反 ， 放出副 品 ???結(jié) 結(jié) 屬 學(xué)結(jié)鏈結(jié)遠(yuǎn) 結(jié) 結(jié) 態(tài) 鏈 順近程 構(gòu)：一次 構(gòu) 于化 構(gòu)構(gòu)程 構(gòu)：二次 構(gòu) 分子量、形 、 的柔 性、構(gòu)象? 近程結(jié)構(gòu) （ shortrange Structure) ? 一、結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成 （ the Chemistry of mer units) ? 聚乙烯 HHCCHH????????││─││? 主鏈以 C原子間共價(jià)鍵相聯(lián)結(jié) 加聚反應(yīng)制得 ? 如 聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚甲基丙稀酸甲酯，聚丙烯 ? 2. 雜鏈高分子 滌綸 O O H HC C O C C OHH??????│ │─ ─ ─ ─ ─ ─│ │? 主鏈除 C原子外還有其它原子如 O、 N 、 S等，并以共價(jià)鍵聯(lián)接，縮聚反應(yīng)而得，如聚對(duì)苯二甲酸乙二脂（ 滌綸 ）聚酯聚胺、聚甲醛、聚苯醚、聚酚等 ? 硅橡膠 ? ? 主鏈中不含 C原子，而由 Si、 B 、 P 、 Al、 Ti 、 As等元素與 O組成，其側(cè)鏈則有機(jī)基團(tuán)，故兼有無機(jī)高分子和有機(jī)高分子的特性，既有很高耐熱和耐寒性，又具有較高彈性和可塑性，如硅橡膠 ? 二硫化硅 聚二氯 — 氮化磷 33CHS i OCH????????│─│\ / \ /i/ \ / \S S SS SiS S SC l C lP N P NC l C l??││─││? 主鏈既不含 C原子，也不含有機(jī)基團(tuán)，而完全由其它元素所組成，這類元素的成鏈能力較弱，故聚合物分子量不高，并易水解 二、高分子鏈結(jié)構(gòu)單元的鍵合方式 （ bonding tape） ? 單烯類單體中 除乙烯分子是完全對(duì)稱的，其結(jié)構(gòu)單元在分子鏈中的鍵接方法只有一種外，其它單體因有不對(duì)稱取代，故有三種不同的鍵接方式（以氯乙烯為例）： 頭 — 頭 22CH CH CH CH CHCl Cl Cl─ ─ ─ ─ ─│ │ │2 2 2C H C H C H C H C HC l C l─ ─ ─ ─ ─││尾 — 尾 222C H C H C H C H C HC l C l─ ─ ─ ─ ─││頭 — 尾 雙烯類高聚物中，則更復(fù)雜，除有上述三種，還依雙鍵開啟位置而不同 ? （ Copolymers） ? 按結(jié)構(gòu)單元在分子鏈內(nèi)排列方式的不同分為 ???????無規(guī) 共聚物（Ran dom cop oly mer ）交替共聚物（ alt era nti ng cop oly mer ）嵌段共聚物（ blo ck cop oly mer ）接枝共聚物（gra ft cop oly mer ）o線 熱 變軟 動(dòng)熱鏈聯(lián) 線 膠 聯(lián) 變強(qiáng)韌狀性高分子（l i n e a r p o l y m e r s ）: 加 后 ，甚至流 ，可反復(fù)加工－ 塑性（therm plas tic）支 高分子（b r a n c h e d p o l y m e r s ）：交 高分子（c r o s s l i n k e d p o l y m e r ）： 性天然橡 用S 交 后 耐磨體型（立體網(wǎng) ）高分子（n e t w o r k o n t h r e e d i m e n s i o n a l poly????????? m e r ) 三 、 高分子鏈的結(jié)構(gòu) （ structure） 不溶于任何溶劑 ， 也不能熔融 ， 一旦受熱固化便 不能改變形狀 — 熱固性 （ thermosetting） 四、高分子鏈的構(gòu)型 （ Molecular configurations） ? 鏈的構(gòu)型系指分子中原子在空間的幾何排列 ， 穩(wěn)定的 ， 欲改變之須通過化學(xué)鍵斷裂才行 ?旋光異構(gòu)體 （ stereoisomerism） ?由烯烴單體合成的高聚物 在其結(jié)構(gòu)單元中有一不對(duì)稱 C原子，故存在兩種旋光異構(gòu)單元 ，有三種排列方式 處 鏈 兩側(cè)兩單處 鏈 邊體間無規(guī)（sy nd is ot ac ti c co nf ig ur at io ns ) : （is ot ac ti c co nf ig ur at io ns ) :（at ac ti c co nf ig ur at io nR取 代基交替地 在主 平面 ， 即 旋光異構(gòu) 元交替R取 代基全 在主 平面一 ， 即全部由一種旋光異構(gòu)同立構(gòu)全同立構(gòu)立構(gòu)????????? 鏈 兩側(cè) 規(guī)則s) : R取 代基在主 平面 不 排列? ?2CH CH R─ n 幾何異構(gòu) （ Geometrical isomerism） 雙烯類單體定向聚合時(shí)，可得到有規(guī)立構(gòu)聚合物。 數(shù)均相對(duì)分子量 每鏈節(jié)的質(zhì)量 ,b?對(duì)力學(xué)性能 起決定