第8章材料化学基础正稿.pptVIP

第8章 材料化学基础 8.1引言 8.2常用工程材料在周期表中的分布与应用 8.3新型金属材料 8.4功能无机非金属材料 8.5有机高分子材料 8.6复合材料 8.7液晶材料 本章教学要求 1.了解高分子化合物的基本概念、命名和分类。 2.了解高分子化合物的基本结构与重要特性及了解高分子化合物的合成反应 4. 3.了解几种重要高分子材料和复合材料的性能及其应用。 5. 8.1引言 8.1.1材料的发展过程 材料的发展经历了以下阶段： 按使用性能 结构材料：主要利用材料的力学性能,以强度为特征，如建筑、构件 功能材料：主要利用材料物理和化学性能,以光、电、磁、热等性能为特征的材料 8.1.2材料的分类 材料是人类赖以生存和生产的物质基础。材料发展的历史反映了人类社会发展的文明史。新材料的研究和开发已被认为是当今社会发展的三大支柱之一。 材料的品种繁多，材料的分类方法主要有两种。 8.2常用工程材料在周期表中的分布与应用 8.2.1 S区元素组成的工程材料 8.2.2 P区与ⅡB元素组成的工程材料 8.2.3 d区与ⅠB元素组成的工程材料 8.2.1 S区元素组成的工程材料 S区金属元素的外电子层构型为ns1～2,而且原子体积大，单质的密度小5g.cm-3,属于轻金属。 ⅠA最外层只有一个电子，电子逸出所需能量小，常用作光电材料。 8.2.2 P区与ⅡB元素组成的工程材料 P区与ⅡB金属元素大多活泼性差，其长周期元素次外层d电子已填满，不参加成键，所以长周期单质Bi、Sn、Pb、Hg等是常用的硬度较小的低熔点金属。 P区的金属元素唯有铝较活跃，但它是易“钝化”的轻金属，铝元素可用来代替钢铁和铜，用作航空、航天飞行器的主要结构材料。此外，铝还有良好的导电、导热性能，常用来代替铜制造导电材料，特别是高压电缆。 P区的非金属单质碳（金刚石）的熔点（3652 ℃）及硬度是所有单质中最高的，它在商业和工业有很大的需求。碳、氮、硼、硅等非金属元素间能以共价键结合成化合物，这类化合物属于原子晶体，熔点高、硬度大，是工业上常用的耐高温、耐磨硬质结构材料。 位于P区对角斜线上的硼、硅、锗、砷、锑、硒、碲等都是半导体元素，在半导体单质中硅和锗被认为是最好的半导体材料。化合物半导体多由Ⅲ Α和 Ⅴ Α族元素组成，较典型的有GaAs,AIP 和 InSb等。 8.2.3 d区与ⅠB元素组成的工程材料 d区均为金属元素，外层电子构型为（n-1)d1-9ns1-2 ，属于重金属。大多数是高熔点金属，其中以钨的熔点（3410 ℃）最高，除ⅢB外,其余都有较有的硬度,,铬是所有金属中最硬的.因为这些元素的原子有较多未成对的d电子参加金属键的形成，所以金属键很强，它们中很多是重要合金材料（如高温合金、硬质合金等）的主要组成元素。 高温合金又称耐热合金，大多是利用d区合金元素制成的。 第Ⅳ Β，Ⅴ Β， Ⅵ Β族金属与碳、氮、硼等所形成的金属型化合物统称为硬质合金。 某些过渡金属、合金或金属化合物，在一定温度和压力条件下能大量吸收并可逆地释放H2气，可作为贮氢材料。 8.3新型金属材料 8.3.1 形状记忆合金 形状记忆合金也是一类金属功能材料。形状记忆合金有一个特殊转变温度，在转变温度以下，金属晶体处于一种不稳定结构状态；在转变温度（用 Tc 表示）以上，金属晶体是一种稳定结构状态。一旦把它加热到 Tc 以上，不稳定结构就转变成稳定结构，合金就恢复了原来的形状。即合金好像“记得”原先所具有的形状，故称这类合金为形状记忆合金。 例如Ti50Ni（Tc = 60℃）和Ti51Ni（Tc=–30℃）等。用镍钛形状记忆合金制成管接口，在使用温度下加工的管接口内径比外管径略小，安装时在低温下将其机械扩张，套接完毕在室温下放置，由于接口恢复原状而使接口非常紧密。这种管子固定法在F14型战斗机油压系统的接头及在海底输送管的接口固接均有很成功的实例。 氢是21世纪要开发和利用的新能源之一。氢能的优点是发热值高，没有污染且资源丰富。氢能燃烧将放出大量热能，每千克氢气燃烧产生的热能是媒的4倍以上。燃烧产物是水，没有任何污染气体产生。氢来源于水的分解，可以利用光能或电能分解水，而水是取之不尽的。 8.3.2 贮氢合金 贮氢合金是因金属或合金与氢形成氢化物，从而把氢贮存起来。金属都是密堆积结构，存在许多四面体和八面体空隙，可以容纳半径较小的氢原子。在贮氢合金中，一个金属原子能与2个，3个甚至更多的氢原子结合，生成金属氢化物。但并不是每种贮氢合金都能作为贮氢材料，具有实用价值的贮氢量大，金属氢化物既容易形成，稍稍加热又容易分解，室温下收，放氢的速度快。使用寿命长和成本低。目前正在研究开发的贮氢合金主要有三大系列：镁系贮氢合金；稀土