材料科学与工程-聚合物结构

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材料科学与工程方法论—4. 材料结构、性能与表征的因果关系

E tg （MPa）
3、材料的性能
陶瓷强度的测定： a. 弯曲强度：三点弯曲或四点弯曲方法； b. 抗拉强度：测定时技术上有一定难度，常用弯曲强度代替，弯曲强度比抗拉强度高 20~40%； c. 抗压强度：远大于抗拉强度，相差10倍左右，特别适合于制造承受压缩载荷作用的零部件。
2、材料的结构
b. 实际的晶体结构
◆点缺陷：是一种在三维空间各个方向上尺寸都很小，尺寸范围
约为一个或几个原子间距的缺陷。如空位 ( 正常晶格结点上，未被原子占有而空着的位臵 )、间隙(不占有正常的晶格位臵，而处在晶格间隙中的多余原子 )、臵换原子(臵换晶格结点上的原子，占据正常结点)。
空位
臵换原子
用化学式表示。Mg2Si
电子化合物：不遵守原子价规律，服从电子浓度规律；间隙化合物：过渡族金属元素与C、N、H、B等原子半径较
小的非金属元素形成的化合物。
显微组织：材料中各相及更微观组元 (化学或几何学的)的形
貌及含量所构成的图象。(显微镜下所观察到的金属中的各种晶粒的大小、形态和分布)
2、材料的结构
2、材料的结构
(2) 非金属的晶体结构
a. 陶瓷的组织结构：陶瓷：是由金属和非金属的无机化合物所构成的多晶固体物
质，实际上是各种无机非金属材料的总称。
晶体结构：以离子键为主的离子晶体(呈晶态) 以共价键为主的共价晶体(呈非晶态) 组织：晶相：是主要组成相。
(主晶相、次晶相、第三晶相) 材料的性能取决于主晶相。
高分子材料：以高分子化合物为主要组分的材料。高分子化合物是分子中含原子数很多，分子量很大的物质。高分子亦称大分子，高分子化合物又称高聚物或聚合物。结构：大分子链的组成：非金属或非金属元素组成。大分子链的构型：即高聚物结构单元的排列顺序和连接方式。大分子链的形态：线型结构：整个分子呈细长线条状

材料科学与工程开设课程

材料科学与工程开设课程
摘要：
1.材料科学与工程的概述
2.材料科学与工程的专业课程设置
3.材料科学与工程的实践性课程设置
4.材料科学与工程的选修课程设置
5.材料科学与工程课程的重要性
正文：
一、材料科学与工程的概述
材料科学与工程是一门研究材料结构、性能、制备和应用的学科，它涵盖了金属、陶瓷、聚合物和复合材料等各种材料。

材料科学与工程专业旨在培养具备创新能力、实践能力和广泛应用知识的高素质人才。

二、材料科学与工程的专业课程设置
材料科学与工程专业的课程主要包括基础课程和专业课程。

基础课程旨在为学生提供扎实的理论基础，包括高等数学、线性代数、大学物理、化学、力学等。

专业课程则涵盖了材料科学的基础理论、材料物理、材料化学、材料力学、材料工程基础等。

三、材料科学与工程的实践性课程设置
材料科学与工程的实践性课程主要包括实验课和实习。

实验课旨在让学生通过实验了解和掌握材料科学的基本实验技术和方法，包括材料制备、材料性能测试、材料结构分析等。

实习则让学生在实际的工作环境中应用所学的知识和技能，提高学生的实践能力和就业竞争力。

四、材料科学与工程的选修课程设置
材料科学与工程的选修课程主要包括材料科学研究方法、材料工程设计、材料科学与工程前沿、材料科学与工程伦理等。

这些课程旨在拓宽学生的知识面，提高学生的研究能力和综合素质。

五、材料科学与工程课程的重要性
材料科学与工程课程的重要性不言而喻。

它是我国战略性新兴产业的重要组成部分，对我国的经济发展、国防建设和民生改善都有着重要的影响。

高分子材料科学与工程专业知识技能

高分子材料科学与工程专业知识技能一、介绍高分子材料科学与工程是一门涉及高分子材料合成、加工、性能表征和应用的综合性学科。

其研究对象涉及聚合物、共聚物、复合材料等高分子材料，以及其在汽车、航空航天、电子、医药、建筑等领域的应用。

本文将围绕高分子材料科学与工程专业的知识和技能展开深入探讨，以帮助读者全面了解这一学科，并为相关专业的学生提供学习和就业指导。

二、高分子材料合成1.聚合反应在高分子材料科学与工程专业中，学生首先需要了解聚合反应的基本概念和原理。

聚合反应是指将单体分子通过化学反应形成具有线性或者支化结构的聚合物的过程。

对于不同种类的高分子材料，其聚合反应的方式和条件也会有所不同。

学生需要熟练掌握不同类型聚合反应的特点和条件，为后续的材料合成奠定基础。

2.聚合物合成方法在聚合物科学与工程专业中，学生还需要学习不同的聚合物合成方法，包括自由基聚合、离子聚合、环氧树脂固化等。

这些方法涉及到催化剂的选择、反应条件的控制、聚合物结构的调控等方面的知识。

掌握这些合成方法，对于学生将来从事高分子材料的研究和工程应用工作都具有重要意义。

三、高分子材料性能表征1.结构表征高分子材料的结构表征是对其分子结构、宏观形貌等特征进行分析和鉴定的过程。

通过使用一系列的仪器和技术，如核磁共振、红外光谱、激光粒度分析仪等，可以对高分子材料的结构进行深入研究。

学生需要学习不同的结构表征方法，并了解它们的适用范围和使用条件。

2.性能测试除了结构表征，高分子材料的性能测试也是学生需要掌握的重要技能之一。

拉伸强度、弯曲模量、热学性能、电学性能等指标都需要通过相应的测试方法进行表征。

学生需要学习这些性能测试方法的原理和操作技巧，为未来从事高分子材料性能评价和改性工作提供技术支持。

四、高分子材料应用1.功能高分子材料随着科技的不断进步，功能高分子材料在各个领域的应用日益广泛。

具有自修复功能的聚合物材料、智能感应材料、生物兼容高分子材料等。

第四章第一讲材料科学与工程基础(顾宜

第四章第一讲材料科学与工程基础(顾宜材料的性能materials property性能决定用途。

本章对材料的力学性能、热性能、电学、磁学、光学性能以及耐腐蚀性，复合材料及纳米材料的性能进行阐述。

4-1 固体材料的力学性能Mechanical Properties of Solid Materials结构件：力学性能为主非结构件：力学性能为辅，但必不可少mechanical property of materials stress and strain Elastic deformation Modulus Viscoelasticity permanent deformation Strength Fracture4-1-1 材料的力学状态mechanical states of matrials 1.金属的力学状态A 晶态结构，B 较高的弹性模量和强度，C 受力开始为弹性形变，接着一段塑性形变，然后断裂，总变形能很大， D 具有较高的熔点。

某些金属合金 A 呈非晶态合金， B 具有很高的硬度和强度，C 延伸率很低而并不脆。

D 温度升高到玻璃化转变温度以上，粘度明显降低，发生晶化而失去非晶态结构。

2. 无机非金属的力学状态A 玻璃相熔点低，热稳定性差，强度低。

B 气相(气孔)的存在导致陶瓷的弹性模量和机械强度降低。

C 陶瓷材料也存在玻璃化转变温度Tg。

D 绝大多数无机材料在弹性变形后立即发生脆性断裂，总弹性应变能很小。

陶瓷材料的力学特征高模量高强度高硬度低延伸率3. 聚合物的力学状态(1) 非晶态聚合物的三种力学状态①玻璃态②高弹态③粘流态(2) 结晶聚合物的力学状态A 结晶聚合物常存在一定的非晶部分，也有玻璃化转变。

B 在T g 以上模量下降不大Tm、TfC 在T m 以上模量迅速下降D 聚合物分子量很大，T mT f ,则在T m 与T f 之间将出现高弹态。

E 分子量较低，T m T f , 则熔融之后即转变成粘流态，玻璃化温度(Tg)是非晶态塑料使用的上限温度是橡胶使用的下限温度熔点(Tm)是结晶聚合物使用的上限温度4-1-2 应力和应变stress-strain If a load is static or changes relatively slowly with a time and is applied uniformly over a cross section or surface of a member, the mechanical behavior may be ascertained by a simple stress-strain test. These are mostly commonly conducted for materials at room temperature.4-1-2 应力和应变(stress and strain)应力：单位面积上的内力，其值与外加的力相等。

材料科学与工程基础

《材料科学与工程基础知识》是化学工业出版社2016年出版的一本书，作者是William D.Callister（小）和David g.Ransomware
本书是《材料科学与工程基础》的第四版。

与前三个版本相比，本版补充修订了多个新章节，并对其他章节进行了修订和扩充。

这本书分为20章，包括导言。

原子结构与原子键；金属与陶瓷结构；聚合物结构固体缺陷；扩散；力学性能变形与强化机理；失效；相图相变电性能；材料类型与应用；材料合成、制备与加工；复合材料；材料腐蚀与降解；热性能；磁性与能量；材料科学与光学性质工程所涉及的经济、环境与社会问题。

材料科学与工程的一级学科

材料科学与工程的一级学科
（原创版）
目录
1.材料科学与工程的定义与概述
2.材料科学与工程的一级学科分类
3.材料科学与工程各一级学科的研究方向与内容
4.材料科学与工程一级学科的发展前景
正文
材料科学与工程是一门研究材料结构、性能、制备和应用的学科，它涉及到多种材料的研究，如金属、陶瓷、聚合物和复合材料等。

随着科技的飞速发展，材料科学与工程在各个领域中发挥着越来越重要的作用，成为了推动我国科技进步的重要力量。

材料科学与工程是一级学科，下设多个二级学科。

这些二级学科分别为：
1.材料物理与化学：主要研究材料的物理性能、化学组成和结构，探索材料的制备方法、性能优化和应用。

2.材料学：研究材料的结构、性能、制备和应用，包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料等。

3.材料加工工程：研究材料的加工工艺和设备，包括铸造、锻造、焊接、热处理等各种加工方法。

各一级学科的研究方向和内容分别为：
1.材料物理与化学：材料制备、材料性能、材料结构、材料腐蚀与防护、材料计算等。

2.材料学：金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料、纳米材料、
生物材料等。

3.材料加工工程：铸造技术、锻造技术、焊接技术、热处理技术、模具设计与制造等。

材料科学与工程一级学科在我国的发展前景十分广阔。

随着国家对新材料、新技术的重视和大力支持，材料科学与工程领域的研究取得了举世瞩目的成果。

《材料科学与工程基础》-第二章-课后习题答案.pdf

材料科学与工程基础第二章课后习题答案1. 介绍材料科学和工程学的基本概念和发展历程材料科学和工程学是研究材料的组成、结构、性质以及应用的学科。

它涉及了从原子、分子层面到宏观的材料特性的研究和工程应用。

材料科学和工程学的发展历程可以追溯到古代人类使用石器和金属制造工具的时代。

随着时间的推移，人类不断发现并创造出新的材料，例如陶瓷、玻璃和合金等。

工业革命的到来加速了材料科学和工程学的发展，使得煤炭、钢铁和电子材料等新材料得以广泛应用。

2. 分析材料的结构和性能之间的关系材料的结构和性能之间存在着密切的关系。

材料的结构包括原子、晶体和晶界等方面的组成和排列方式。

而材料的性能则反映了材料在特定条件下的机械、热学、电学、光学等方面的性质。

材料的结构直接决定了材料的性能。

例如，金属的结晶结构决定了金属的塑性和导电性。

硬度和导电性等机械和电学性能取决于晶格中原子的排列方式和原子之间的相互作用。

因此，通过对材料的结构进行了解，可以预测和改变材料的性能。

3. 论述材料的性能与应用之间的关系材料的性能决定了材料的应用范围。

不同的材料具有不同的性能特点，在特定的应用领域中会有优势和局限。

例如，金属材料具有良好的导电性和导热性，适用于制造电子器件和散热器件。

聚合物材料具有良好的绝缘性和韧性，适用于制造电线和塑料制品等。

陶瓷材料具有良好的耐高温性和耐腐蚀性，适用于制造航空发动机和化学设备等。

因此，在材料科学和工程学中，对材料性能的研究是为了确定材料的应用和优化材料的性能。

4. 解释与定义材料的特性及其测量方法材料的特性是指材料所具有的特定性质或行为。

它包括了物理、化学、力学、热学、电学等方面的特性。

测量材料的特性需要使用特定的实验方法和设备。

例如，材料的硬度通常可以通过洛氏硬度试验仪或布氏硬度试验仪进行测量。

材料的强度可以通过拉伸试验或压缩试验来测量。

材料的导电性可以通过四探针法或霍尔效应进行测量。

通过测量材料的特性，可以对材料的性能进行评估和比较，并为材料的应用提供参考。

本科课程《材料科学与工程基础》教学大纲 (1)

四川大学本科课程《材料科学与工程基础》教学大纲一、课程基本信息课程名称（中、英文）：《材料科学与工程基础》（FUNDAMENTALS OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING）课程号（代码）：30014530课程类别：专业基础课学时/学分：48 /3先修课程：大学化学、大学物理、物理化学适用专业：高分子材料与工程等二级学科材料类专业开课时间：大学二年级下期二、课程的目的及任务材料科学与工程是二十世纪六十年代初期创立的研究材料共性规律的一门学科，其研究内容涉及金属、无机非金属和有机高分子等材料的成分、结构、加工同材料性能及材料应用之间的相互关系。

材料科学、材料工业和高新技术的发展要求高分子材料与工程等二级学科材料类专业的学生必须同时具备“大材料”基础和“中材料”专业的宽厚知识结构。

本课程是材料类专业的学科基础课程，是联系基础课与专业课的桥梁。

本课程从材料科学与工程的“四要素”出发，采用“集成化”的模式，详细讲授金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料等各种材料的共性规律及个性特征。

使学生建立材料制备/加工——组成/结构——性能---应用关系的“大材料”整体概念，从原理上认识高分子材料等各种材料的基本属性，及其在材料领域中的地位和作用。

为以后二级学科“中材料”专业课程的学习、材料设计、以及材料的应用等奠定良好基础。

本课程采用中文教材与英文原版教材相结合，实施“双语”教学。

使学生通过本课程的学习，熟悉材料科学与工程领域的主要英文专业词汇，提高对英文教材的阅读理解能力。

三、课程的教学内容、要点及学时分配（以红字方式注明重点难点）第一章绪论（1学时）本章概要：简要介绍材料的定义及分类，材料科学与工程的基本内容。

使学生了解本课程的学习内容和学习方法。

讲授要点：材料的定义、分类材料科学与工程的定义、性质、重要性（举例）课程学习的目的、方法、要求第二章材料结构基础（15学时）本章概要：按照从微观到宏观、从内部到表面、从静态到动态、从单组分到多组分的顺序，阐述原子电子结构、原子间相互作用和结合方式，固体内部和表面原子的空间排列状态、聚集态结构的有序性、无序性和转变规律及相互关系。

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Various silicate structures arise from the different ways in which the SiO44-units can be combined into one-, two-, and three-dimensionallefin（烯烃）;
Example：
Alkyne/Alkine（炔烃）
Saturated （饱和）
Covalent Bond
All bonds are single ones and no new atoms may be joined without the removal of others that are already bonded.
Noncrystalline Solids
silica tetrahedron
silica crystals structure
2.9 Polymer Structures (聚合物结构)
2.9.1 Introduction Hydrocarbons（烃）
Hydrocarbons are composed of hydrogen and carbon. The intramolecular bonds are covalent.
Paraffin family： methane (CH4), ethane (C2H6), propane (C3H8) etc.
Unsaturated（不饱和）
Molecules that have double and triple covalent bonds are termed unsaturated.
-ane
Alkane（烷烃）
Methane(甲烷)
-ene
Alkene （烯烃）
Ethene(乙烯)
-yne
Alkyne （炔烃）
Ethyne(乙炔)
-ol
Alcohols（醇类） Ethanol(乙醇)
-ether
Ethers （醚类）
acid
Acids （酸类）
-ate
Ester （酯类）
Prefix of some organic compounds
There is a significant covalent character to the interatomic Si–O bonds which bonds are directional and relatively strong.
There is a 4 charge associated with every SiO44tetrahedron, since each of the four oxygen atoms requires an extra electron to achieve a stable electronic structure.
2.9.3 Fundamental Concepts (基本概念) P79
Mer
Polymer
－CH2－CH －CH2－CH－CH2－CH －CH2－CH－
CH3
CH3
CH3
CH3
Mer(单体单元，结构单元):
Structural entities, originates from the Greek word meros, which means part;
Methyl-
甲基
Methane
Ethyl-
乙基
Ethane
Propyl-
丙基
Propane
Butyl-
丁基
Butane
Pentyl-
戊基
Pentane
HexylHeptyl-
己基庚基
Hexane Heptane
Octyl-
辛基
Octane
Nonyl-
壬基
Nonane
Decyl-
癸基
Decane
Naming of Polymer Poly+name of momnomer
Alkene family： ethene (C2H4), propene (C3H6) etc. Alkyne family： ethyne (C2H2), propyne (C3H4) etc.
2.9.2 Naming of Polymer （聚合物命名）
Naming of Monomer
Postfix of some organic compounds
Polymer
Poly: 聚，多聚；Polymer was coined to mean many mers. A compound consisting of long-chain molecules, each molecule made up of repeating units connected together.
Types of covalent bond in hydrocarbons: Single covalent bond（单键）
Example：
Saturated hydrocarbons （饱和烃）; Alkane/ paraffin(烷烃)
Double covalent bond（双键） Triple covalent bond （三键）
2.8 silicate ceramics
Characteristics Structures of these materials in terms of unit
cells, it is more convenient to use various arrangements of an SiO44- tetrahedron . Each atom of silicon is bonded to four oxygen atoms, which are situated at the corners of the tetrahedron; the silicon atom is positioned at the center.
long-chain molecules:长链分子 repeating units：重复单元
Macromolecules （polymer) These molecules are in the form of long and