科学与工程基础知识描述.ppt

材料的化学键 1. 离子键 2. 共价键 3. 金属键 4. 分子间作用力 分子间作用力 形成：一个分子的正电荷部位与另一分子的负电荷部位间以微弱静电引力相引而结合在一起称为范德华力（或分子键）。 特性：分子晶体因其结合键能很低，所以其熔点很低，硬度也低。但其绝缘性良好。 玻璃是指具有玻璃转变点（玻璃化温度）的非晶态固体。 玻璃与其它非晶态的区别就在于有无玻璃转变点。 气体、熔体、玻璃和晶体的X射线衍射图 晶态与非晶态可以相互转化 传统方法：玻璃原料经加热熔融，再经快速冷却。 冷却速度106 ?C/s时，金属材料也可以形成非晶金属。 出现了许多新技术，获得玻璃态物质。 聚合反应 按单体和聚合物在反应前后组成和结构上的变化分类 加聚反应（addition polymerization)：单体通过相互加成而形成聚合物的反应。主要是烯类单体，如PVC、PE、PS、PMMA等。 特点：重复单元和单体结构相同、仅是电子结构变化、聚合物分子量是单体分子量的整数倍。 三、材料的性能 材料的性能是一种参量，用于表征材料在给定外界条件下的行为，它是材料微观结构特征的宏观反映。只有在充分了解各种材料性能特点的前提下，才能合理地选择、应用和发展各种材料。 物理化学性能 电学性能 力学性能 光学性能 热学性能 磁学性能 结晶学密度：由组成没有缺陷的连续晶格计算出来的理想密度； 相对密度：与结晶学密度意义相同； 理论密度：与结晶学密度含义相同，但考虑了固溶体和多相； 体积密度：包括所有晶格缺陷、各相和制备过程形成的气孔。 3）铁磁性及亚铁磁性物质，使磁场强烈增加； 铁磁性是一种材料的导磁率非常大、能沿磁场方向被强烈磁化的性质。这是因为铁磁质放入到磁场时，磁矩平行于磁场方向排列，形成了自发磁化。 xm≈10-1～105。 铁磁质在升高温度时，由于热运动磁矩的排列变为混乱，磁化变小。如再升高温度就变为顺磁性，这个温度称为居里温度。铁的居里温度为770℃-，镍为358℃。 亚铁磁性是材料中部分阳离子的原子磁矩与磁场反向平行，而另一些则平行取向所致的磁性行为。铁氧体MO·Fe2O3。 铁磁质按材料的磁学性质又分为硬铁磁质和软铁磁质。 硬铁磁质：一旦被磁化后磁力线难于消失，可用作为永磁铁；如有Fe-W、Fe-Co-W 软铁磁质：能沿磁场方向被强烈磁化，但磁场撤去后磁性立即消失。如Fe、Fe-Si-Al TITANIC Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果 能带理论 原子的价轨道线性组合成一系列相应的分子轨道，形成的分子轨道间能量差很小，它们在能量上基本上是连续的，称为能带。 由已充满电子的原子轨道所形成的低能量能带，称为满（价）带； 由未充满电子的能带组成的分子轨道称为导带； 导带与满带间能级差为禁带（能隙）。 导体：导体中导带和价带之间没用禁区，电子进入导带不需要 能量，因而导电电子浓度很大，外电场能改变价电子的 速度或能量分布，造成价电子的定向流动。 绝缘体：导带与价带之间（禁带）能量差太大，一般在能级差 大于5ev时，而价带又被电子填满，在外电场或其他 因素作用下，不能改变价电子的速度或能量分布，因 此不可能导电。 半导体：导带与价带之间（禁带）能带差较小（通常 △E≤3ev），在光照或加热条件下，价带上电子可以 激发到空带上形成导带，因而空带及原来的价带（由 于形成空位）也变成导带而可以导电，因此半导体可 以导电。 例1：一价的金属锂中价电子就只填充了2S带中的一半能级（位于能带底部的能级），因而在很小的外电场作用下最高的被填充能级（费米能级）上的电子就能跃迁到相邻的空能级上，从而其下层能级上的价电子又能跃迁到上一层，依次类推，这样就改变了价电子的能量和速度分布，形成定向电流。 4 磁性 物质在磁场的作用下都会表现