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材料化学导论 张宝莲 田中华 1.1 材料与新材料的重要性 Def: 材料是人类用来制作物件，如用具、工具、元器件、设备设施、系统等的物质。 人与其它动物的区别：能有意识的制造和使用工具 人类文明史与材料的发展史密切相关。 材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料。如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物，一般都不算是材料。但是这个定义并不那么严格，如炸药、固体火箭推进剂，一般称之为“含能材料”，因为它属于火炮或火箭的组成部分。 邓小平：科学技术是第一生产力。 政治学家：生产力的进步是社会发展的根本原因，而劳动工具的发展是生产力进步的主要因素。 材料学家：材料是时代进步的标志。 青铜（主要为Cu、Sn合金） 铁 器 时 代 信息时代 材料的发展史 在人类发展史上材料的发展经过哪几个阶段？ 1．使用纯天然材料的初级阶段（旧石器时代 ）：群居洞穴，以狩猎为生，使用的工具是石器和骨器，这些骨器制作粗糙，用途尚未分化 2．人类单纯利用火制造材料的阶段（新石器时代、铜器时代和铁器时代 ）：分别以人类的三大人造材料为象征，即陶、铜和铁。这一阶段主要是人类利用火来对天然材料进行煅烧、冶炼和加工的时代（烧结材料和冶炼材料）。 材料的发展史 3．利用物理与化学原理合成材料的阶段：这一阶段以合成高分子材料的出现为开端，一直延续到现在，而且仍将继续下去。除合成高分子材料以外，人类也合成了一系列的合金材料和无机非金属材料。超导材料、半导体材料、光纤等材料都是这一阶段的杰出代表。 4．材料的复合化阶段 5．材料的智能化阶段 材料的发展史 4．材料的复合化阶段：20世纪50年代金属陶瓷的出现标志着复合材料时代的到来。随后又出现了玻璃钢、铝塑薄膜、梯度功能材料以及最近出现的抗菌材料的热潮，都是复合材料的典型实例。 现代复合材料最根本的思想不只是要使两种材料的性能变成3加3等于6，而是要想办法使他们变成3乘以3等于9，乃至更大。 5．材料的智能化阶段 材料的发展史 5．材料的智能化阶段：自然界中的材料都具有自适应、自诊断合自修复的功能。如所有的动物或植物都能在没有受到绝对破坏的情况下进行自诊断和修复。人工材料目前还不能做到这一点。但是近三四十年研制出的一些材料已经具备了其中的部分功能。这就是目前最吸引人们注意的智能材料，如形状记忆合金、光致变色玻璃等等。 材料的重要性 现代文明三大支柱 ：信息、能源、材料。 其中材料起决定性作用： 材料对信息科学的重要性——半导体材料 材料对能源的影响——绿色能源（太阳能利用过程中的光电转化材料、氢能利用过程中的储氢材料） 材料对航天航空的影响——很高的比强度和比刚度 以及宇航材料的耐超高温 材料对原子能技术的影响——核反应堆一般采用热中子堆，堆心的结构件必须采用锆合金，因为只有锆合金吸收中子的几率比较小，不会扼杀堆内的链式反应。所以，要建设核电工业系统，必须建立锆材料工业。 材料对生物技术的影响——生物医用材料 材料是现代文明的基石 1.2 材料科学与材料化学 （一）材料科学的形成 w 材料科学的形成： “材料”早存在，“材料科学”提出于20世纪60年代，1957年苏联卫星上天，美国震动很大，在大学相继建立十余个材料科学研究中心，自此开始，“材料科学”一词广泛应用。 材料科学的形成是科学技术发展的结果 第一，固体物理、无机化学、有机化学、物理化学等学科的发展，对物质结构和物性的深入研究，推动了对材料本质的研究和了解；同时，冶金学、金属学、陶瓷学等对材料本身的研究也大大加强，从而对材料的制备、结构和性能，以及它们之间的相互关系的研究也愈来愈深入，这为材料科学的形成打下了比较坚实的基础。 第二，在材料科学这个名词出现以前，金属材料、高分子材料与陶瓷材料科学都已自成体系，它们之间存在着颇多相似之处，可以相互借鉴，促进本学科的发展。如马氏体相变本来是金属学家提出来的，而且广泛地用来作为钢热处理的理论基础。但在氧化锆陶瓷材料中也发现了马氏体相变现象，并用来作陶瓷增韧的一种有效手段。 第三，各类材料的研究设备与生产手段也有很多相似之处。虽然不同类型的材料各有专用测试设备与生产装置，但更多的是相同或相近的，如显微镜、电子显微镜、表面测试及物理性能和力学性能测试设备等。在材料生产中，许多加工装置也是通用的。研究设备与生产装备的通用不但节约了资金，更重要的是相互得到启发和借鉴，加速了材料的发展。 第四，科学技术的发展的要求。长期以来，金属、高分子及无机非金属材料学科相互分割，自成体系。由于互不了解，习惯于使用金属材料的想不到采用高分子材料，即使想用，又对其不太了解，不敢问津。相反，习惯于用高分子材料的，也不想用金属材料或陶瓷材料。因此，科学技术发展对材料提出的新的要求，促进了材料科学的形成。 第五