课件：机械设计基础 全套课件.pptx

绪论一、《材料科学基础》的基本概念二、《材料科学基础》的地位三、学习《材料科学基础》的意义四、如何学好《材料科学基础》《材料科学基础》的基本概念材料是指人类社会能接受地，经济地制造有用物品的物质。材料科学是研究材料的成分、组织结构、制备工艺、加工工艺、材料的性能与材料应用之间的相互关系的科学。材料科学是当代科学技术发展的基础、工业生产的支柱，是当今世界的带头学科之一。 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料。1nm=1/106 μm纳米材料科学与技术是20世纪80年代发展起来的新兴学科，成为21世纪新技术的主导中心。材料科学基础是进行材料科学研究的基础理论，它将各种材料（包括金属、陶瓷材料、高分子材料）的微观结构和宏观结构规律建立在共同的理论基础上，用于指导材料的研究、生产、应用和发展。它涵盖了材料科学和材料工程的基础理论。(a)(b)TiO2nanotubes (c)(d)CaTiO3TiO2nanotubes 光催化光电化学，储氢，氢敏传感器太阳能电池力学性能好，储氢、电子器件、电池等领域都有很好的发展。Carbon belt《材料科学基础》的地位 人类社会发展的历史阶段常常用当时主要使用的材料来划分。从古代到现在人类使用材料的历史共经历了七个时代，各时代的开始时间： 石器时代（公元前10万年） 青铜器时代（公元前3000年） 铁器时代（公元前1000年） 水泥时代（公元0年） 钢时代（1800年） 硅时代（1950年） 新材料时代（1990年）《材料科学基础》的意义材料科学基础是研究材料的成分、结构与性能之间关系及其变化规律的一门应用基础科学。本课程的特点及学习方法本课程特点：概念术语多，原理规律多，理论性强。相关学科多（物理学、化学、热力学、矿物学、金属学、陶瓷学以及高分子学等）学习方法： 作为一门应用学科，基础理论和基本概念要掌握，注意重点，做好笔记；理论联系实践，善于归纳总结；独立完成作业。课程安排性质：必修课，专业基础课学时：60 学时考核成绩：平时成绩20 % + 闭卷考试成绩80 %第一章 原子结构与键合重点与难点1、描述原子中电子的空间位置和能量的4个量子数。2、核外电子排布遵循的原则。3、元素性质、原子结构和该元素在周期表中的位置三者之间的关系。4、原子间结合键分类及其特点。※1.1 原子结构 一、物质的组成—分子、原子、离子1、分子：能单独存在，且保持物质化学特性的一种微粒。2、原子：化学变化中的最小微粒，是组成分子和物质的基本单元。 注意—原子不是物质的最小微粒。物质的最小微粒：夸克（quarks）二、原子的结构1、结构：原子核（质子+中子）+核外电子2、特点：（1）电中性，质子数 = 核外电子数； （2）体积小；（3）质量主要集中在原子核内。 质子：正电荷m=1.6726×10-27 kg原子核：位于原子中心、带正电中子：电中性m=1.6748×10-27 kg电子：核外高速旋转，带负电，按能量高低排列，m=9.1095×10-31 kg，约为质子的1/1836。（视频）三、原子的电子结构（重点掌握）原子的电子结构（原子间键合本质）决定材料分类：金属 陶瓷 高分子材料性能：物理 化学 力学在材料科学中，最关心的是原子的电子结构。1879年J.J Thomson 发现电子（electron)，揭示了原子内部秘密。1911年E.Rutherford提出原子结构有核模型。1913年N.Bohr 将M. Plank和A. Einstein 量子论原子结构的量子理论Rutherford 原子有核模型电 子 云量 子 壳 层电子云: 用统计的方法判断电子在核外空间某一区域内出现的几率的大小。(视频)1、原子中的一个电子的空间位置和能量可用四个量子数确定。（1）主量子数n—决定原子中电子能量以及与核的平均距离，即表示电子所处的量子壳层。n=1，2，3，4……；依次命名为K、L、M、N壳层。（2）轨道角动量量子数li—给出电子在同一量子壳层所处的能级（电子亚层）取值为0，1，2，…，n-1。例：若n=2，则有两个轨道角动量量子数l2=0和l2=1。说明：L壳层中，根据电子能量的差别，还包含两个电子亚层。规定记住说明：在同一量子壳层中，亚层电子的能量是按s, p, d, f, g的次序递增。（3）磁量子数mi—给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数。每个li下的磁量子数为2li+1。规定（4）自旋角动量量子数si—反映电子不同的自旋方向，规定：si为 和 ，反映电子顺时针和逆时针两种自旋方向，用“↑”和“↓”。总结主量子数 n 1 2 3 4主层 K