1、Review,1,Review,总复习,第一章 绪论,材料和化学药品 化学药品的用途主要基于其消耗； 材料是可以重复或连续使用而不会不可逆地变成别的物质。 材料的分类 材料化学的特点 材料化学的主要内容,Review,2,第二章 材料的结构,2.1 元素和化学键 了解元素的各种性质及其变化规律 注意掌握各种结合键的特性及其所形成晶体材料的主要特点 了解势能阱的概念,Review,3,4,各种结合键主要特点比较,Review,2.2 晶体学基本概念,晶体与非晶体 结构特点、性能特点、相互转化 晶格、晶胞和晶格参数 掌握相关概念 晶系 熟记7个晶系的晶格参数特征 了解14种空间点阵类型,Revie
2、w,5,晶向指数和晶面指数 理解晶面和晶向的含义 掌握晶向指数和晶面指数的确定,Review,6,晶面晶体点阵在任何方向上分解为相互平行的结点平面称为晶面，即结晶多面体上的平面。 晶向点阵可在任何方向上分解为相互平行的直线组（晶列），晶列所指方向就是晶向。,7,晶列,晶面簇,晶列和晶面簇,Review,Review,8,晶向指数与晶面指数：国际上统一采用密勒指数（Miller indices）来进行标定。,将坐标原点选在OP的任一结点O点，把OP的另一结点P的坐标经等比例化简后按X、Y、Z坐标轴的顺序写在方括号 内，则uvw即为OP的晶向指数。,晶向指数（crystallographic di
3、rection indices ）的确定：,Review,9,晶向指数实例,A: 110 B: 111 C:,终点减起点,Review,10,晶面指数（crystallographic plane indices ）的确定：,用（hkl）来表示一组平行晶面，称为晶面指数。数字hkl是晶面在三个坐标轴（晶轴）上截距(r, s, t)的倒数的互质整数比。,11,应该是(632),晶面指数示例,Chapter2 Structure of Materials,？,Review,12,晶面间距掌握较简单晶系的晶面间距计算正交晶系立方晶系,Review,13,2.3 晶体材料的结构,2.3.1 金属晶体
4、理解金属晶体的堆积模型 掌握单位晶胞原子数、配位数的确定 掌握原子堆积系数的计算,Review,14,Review,15,金属晶体的堆积模型,A1型最密堆积（面心立方）和A3型最密堆积（六方）,A2型密堆积（体心立方）,体心立方（BCC）,Review,16,a ：晶格单位长度 R ：原子半径,单位晶胞原子数 n = 2,Review,17,n = 4,面心立方（FCC）,Review,18,n = 6,六方密堆结构（HCP）,2.3.2 离子晶体,鲍林规则 理解鲍林规则 运用鲍林规则分析晶体结构 二元和三元离子晶体 了解各种离子晶体的结构特点 关注某些较有特点的离子晶体的结构与性能关系,Re
5、view,19,2.3.3 硅酸盐结构,硅酸盐结构特点 基本结构单元：硅氧四面体SiO4 四面体连接方式：共顶连接 硅酸盐结构类型 岛状、环状/链状、层状、网架状 各种类型的代表性硅酸盐及其性能特点,Review,20,2.4 晶体缺陷,基本概念 晶体中原子偏离理想的周期性排列的区域称作晶体缺陷 缺陷的种类 点缺陷 线缺陷 面缺陷 体缺陷,Review,21,2.4.1 点缺陷,种类：空位、间隙原子、置换式杂质原子、间隙式杂质原子 热缺陷和杂质缺陷的主要区别 肖特基缺陷 原子或离子移动到晶体表面或晶界的格点位上，在晶体内部留下相应的空位 弗伦克尔缺陷 原子或离子离开平衡位置后，挤入晶格间隙中，
6、形成间隙原子离子，同时在原来位置上留下空位,Review,22,下标表示缺陷位置； 间隙位用下标i表示，M位置的用下标M表示，X位置的用下标X表示； 上标表示缺陷有效电荷。 正电荷用“”（小圆点）表示，负电荷用“ ”（小撇）表示， 零电荷用“”表示（可省略）。,点缺陷的表示方法,主符号表明缺陷的主体； 空位V，正离子M、负离子X、杂质原子L（对于具体原子用相应的元素符号）。,23,Review,缺陷方程式 了解缺陷方程式的基本原则 位置关系 质量平衡 电荷守恒 按照这些原则判断缺陷方程式是否正确 解读缺陷方程式的含义,Review,24,写出CaCl2溶解在KCl中的缺陷反应式,3 种可能性：
7、 Ca2+取代K+，Cl-进入Cl-晶格位置：Ca2+取代K+，Cl-进入间隙位置：Ca2+进入间隙位置，Cl-占据晶格位置：,Review,25,点缺陷对材料性能的影响,力学性质：晶体的机械强度大大降低 催化性能：催化反应发生的活性中心 电学性质：半导体掺杂 光学性质、颜色,Review,26,2.4.2 线缺陷和位错,位错：线缺陷的具体形式 柏格斯矢量的确定 从一个原子出发，移动n个晶格矢量，然后顺时针转向再移动m个晶格矢量，再顺时针转向移动n个晶格矢量，最后顺时针转向移动m个晶格矢量，到达终点原子。,Review,27,刃型位错和螺型位错 相同点：二者都是线缺陷 不同点： 刃型位错具有一
8、个额外的半原子面，而螺型位错无； 刃型位错的位错线与柏格斯矢量相垂直；螺型位错线与柏格斯矢量平行； 。,Review,28,面缺陷和体缺陷,晶体中的晶界或表面属于面缺陷。 表面的存在对材料的物理化学性能有重要的影响 体缺陷一般指材料中的空洞、夹杂物等 体缺陷的存在常常是有害的。,Review,29,2.5 固溶体,固溶体：一个（或几个） 组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态晶体。 种类： 置换型固溶体（无限固溶体） 填隙型固溶体（有限固溶体） 注意掌握影响形成置换型固溶体或填隙型固溶体的因素（粒子尺寸、电价等因素） 实验判断形成何种固溶体的方法 固溶体的
9、形成对晶体材料性质的影响,Review,30,第三章 材料的性能,化学性能 各种材料的化学性能特点 力学性能 各种力学性能的表征及一些简单计算 各种材料的力学性能特点 热性能 用势能阱解释材料热膨胀及其与键强的关系 各种材料的导热率,Review,31,电性能 能带理论解释各种材料的导电性 介电性基本概念 铁电性与压电性的原理 磁性 磁性的种类 磁畴和磁化曲线 光学性能 各种材料的光学性能特点,Review,32,第四章 材料化学热力学,化学热力学基础 埃灵罕姆图及其应用 G0-T线的斜率：与反应前后的气体分子数相关 G0-T线的相对位置G0-T曲线越在下方，金属氧化物的G0负值越大，其稳定性
10、也就越高。,Review,33,G0-T线的斜率：,氧化过程气体数目减少，则S00，斜率为正。 金属+O2金属氧化物 氧化过程气体数目增加，则S00, (- S0)0，斜率为负。氧化过程气体数目不变，则S0=0, (- S0)=0，斜率为零，即 G0几乎与温度无关。,34,Review,相平衡与相图 相图部分以二元相图为主 相律 杠杆规则 各种点、线、区及对应的自由度 利用相图考察材料的相态变化，例如从熔体降温时，相态的变化，以及各相的成分、含量及其变化,Review,35,杠杆规则,36,Review,5.1 晶体生长技术 5.2 气相沉积法 5.3 溶胶-凝胶法 5.4 液相沉淀法 5.5
11、 固相反应 5.6 插层法和反插层法 5.7 自蔓延高温合成法 5.8 非晶材料的制备,Review,37,第五章 材料的制备,将欲生长晶体的原料熔化，然后让熔体达到一定的过冷而形成单晶 提拉法 坩埚下降法 区熔法 焰熔法 液相外延法 关注各种方法的原理、特点,Review,38,5.1.1 熔体生长法,5.1.2 溶液生长法,主要原理：使溶液达到过饱和的状态而结晶。 过饱和途径： 利用晶体的溶解度随改变温度的特性，升高或降低温度而达到过饱和； 采用蒸发等办法移去溶剂，使溶液浓度增高。 介质： 水、熔盐（制备无机晶体） 丙酮、乙醇等有机溶剂（制备有机晶体）,Review,39,水溶液法 原理：
12、通过控制合适的降温速度，使溶液处于亚稳态并维持适宜的过饱和度，从而结晶。 制备单晶的关键：消除微晶及精确控温 水热法 在高压釜中，通过对反应体系加热加压（或自生蒸汽压），创造一个相对高温、高压的反应环境，使通常难溶或不溶的物质溶解而达到过饱和、进而析出晶体 熔盐法 使用液态金属或熔融无机化合物作为溶剂,Review,40,5.2 气相沉积法,PVD和CVD的简单原理 各种类型PVD和CVD的特点 CVD的化学反应类型 化学气相输运的原理和应用,Review,41,5.3 溶胶-凝胶法,原理 金属醇盐水解 水解产物缩合 酸催化和碱催化比较 酸催化条件下通常得到线形或带无规支链的缩聚产物 碱催化条
13、件下较容易形成交联网络状的产物 应用及优缺点,Review,42,43,Hydrolysis,Condensation,Review,5.4 液相沉淀法,直接沉淀法 简单、低成本；粒子粒径分布较宽，分散性差 共沉淀法 可获得含两种以上金属元素的复合氧化物 均匀沉淀法 沉淀剂由化学反应缓慢地生成 可获得粒子均匀、夹带少、纯度高的超细粒子 沉淀剂尿素、硫代乙酰胺：相关的反应,44,Review,5.5 固相反应,固相反应特点 固体直接参与化学反应 反应物浓度对反应影响很小 反应开始温度常远低于反应物的熔点或系统低共熔温度。 过程和机理 热力学因素：能自发进行的纯固相反应总是放热反应（为什么？） 动
14、力学因素：反应速率受扩散控制；升温有利于增加扩散速率 影响因素,Review,45,5.6 插层法和反插层法,插层法（或植入法）把一些新原子导入晶体材料的空位 反插层法（或提取法）有选择性地从晶体材料中移去某些原子 特点： 起始相与产物的三维结构具有高度相似性 产物相对于起始相其性质往往发生显著变化,46,Review,5.7 自蔓延高温合成法（SHS）,利用反应物之间的化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种技术 SHS的机理 SHS的反应类型 SHS的技术类型 SHS的特点,47,Review,5.8 非晶材料的制备,技术要点： 必须形成原子或分子混乱排列的状态； 必须将这种热力学上
15、的亚稳态在一定的温度范围内保存下来，使之不向晶态转变。 液相骤冷法制备各种非晶态金属和合金的主要方法,48,Review,第六章 金属材料,6.1 金属材料结构与性能 合金种类 铁的同素异形体 铁系合金的组织结构 奥氏体、马氏体 铁素体、渗碳体、珠光体,Review,49,6.2 超耐热合金,定义：能在7001200高温下仍能长时间保持所需力学性能，具抗氧化、抗腐蚀能力，且能满意工作的金属材料通称超耐热合金。 耐热合金的构成： 副族元素和第族元素形成的合金 超耐热合金分类,Review,50,为何？,提高超耐热合金性能的途径 在钢中加入对氧的亲和力比铁强的Cr、Si、Al等，可以优先形成稳定、
16、致密的Cr2O3、Al2O3或SiO2等氧化物保护膜，成为提高耐热钢高温抗腐蚀的主要措施。 为了增强金属材料的耐高温蠕变性能，可以加入一些旨在提高其再结晶温度的合金元素，例如高熔点的合金元素W、Mo、V等。 奥氏体组织的钢比铁素体组织的钢耐热性高。Ni、Mn、N的加入能扩大和稳定奥氏体面心立方结构,Review,51,6.3 超低温合金,超低温对材料的特殊要求 防止低温脆性 需要具备低温下的热性能 必须是非磁性合金 超低温合金的研究 高锰奥氏体钢 铁锰铝新合金钢把铁镍铬不锈钢中的镍和铬分别由锰和铝代而制得（结构原理）,Review,52,6.4 超塑性合金,超塑性合金现象 金属在某一小的应力状
17、态下，可以延伸十倍甚至是上百倍，既不出现缩颈，也不发生断裂，呈现一种异常的延伸现象。 如何实现超塑性？ 超塑性合金的应用,Review,53,6.5 形状记忆合金,形状记忆合金特征（种类） 形状记忆效应机理形状记忆合金的应用,Review,54,6.6 储氢合金,储氢原理 吸热和放热 间隙固溶体、金属氢化物 储氢合金的应用 储氢容器 H2的回收与纯化 氢化物电极 功能转换,Review,55,6.7 非晶态金属材料,基本特征 结构性能特点 用途,Review,56,第七章 无机非金属材料,7.1 无机非金属材料的分类及特点 分类 结构特征,Review,57,7.2 水泥与玻璃 硅酸盐水泥的熟
18、料 熟料生产的化学过程 硅酸盐水泥的水化、凝结硬化 玻璃中的组分构成 形成体、中间体、改性剂 各种组分的作用 玻璃的制造 各个阶段 注意制造过程中加入某些助剂的作用,Review,58,7.3 陶 瓷,定义 陶瓷一般结构与基本性质 陶瓷分类 陶瓷原料制备方法,Review,59,结构陶瓷 概念：作为工程结构材料使用的陶瓷材料 结构陶瓷的工艺技术：提高韧性 致密化技术、细晶化技术、复合技术 氧化铝陶瓷的晶体结构特点 各种结构陶瓷的性能特点 功能陶瓷 典型的介电陶瓷、铁电和压电陶瓷 导电陶瓷（如何导电？） 敏感性陶瓷、光学陶瓷和生物陶瓷,Review,60,7.4 半导体材料,能带理论 半导体分类
19、及特点 掺杂半导体中的p-型掺杂和n-型掺杂 一些重要 半导体材料 半导体材料的应用,Review,61,7.5 超导材料,超导现象及其临界条件 超导材料的特性 两类超导体 超导理论简介 超导材料的应用,Review,62,第八章 高分子材料,功能高分子概述 结构与性能关系 官能团的性质与聚合物功能之间的关系 聚合物骨架的结构、组成与性质对功能高分子材料性能的影响 导电高分子（结构型） 结构特点、导电机理、应用 生物医用高分子 感光性高分子材料,Review,63,第九章 复合材料,复合材料分类 按形态、按基体 复合材料的基体材料 金属基复合材料组成特点 连续纤维增强 非连续增强（颗粒、晶须等
20、）金属基复合材料 陶瓷基体聚合物基体 种类 作用,Review,64,复合材料的增强相 纤维 晶须 颗粒 复合材料的复合原理 混合法则 增韧机理 界面作用,Review,65,第十章 纳米材料,纳米材料的定义 纳米材料种类 纳米材料的特性 纳米效应 纳米材料的特殊性质 纳米材料的制备 注意思考如何得到纳米尺度的材料，如何控制反应条件 纳米材料的应用,Review,66,关于考试,考试方式：半开卷（一张A4手抄） 考试时间：7月7日8:3010:00（按通知） 考试地点：艺308 试卷结构： 填空：20% 选择：40% 判断题：10% 简答题：20% 计算：10%,Review,67,Review,68,Good luck !,
