《材料科学》PPT课件.ppt

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1、 第 一 章 绪 论材料科学 前 言 材 料 与 人 类 教 学 内 容 简 介初 步 教 学 安 排 在 人 类 的 生 活 和 生 产 中 ， 材 料 是 必 需 的 物 质 基础 。 新 材 料 的 使 用 对 人 类 历 史 的 发 展 起 了 重 要 的作 用 。 20世 纪 70年 代 人 们 曾 把 材 料 、 信 息 、 能 源归 纳 为 现 代 文 明 的 三 大 支 柱 ， 现 在 又 预 言 新 的 技术 革 命 即 将 来 临 ， 并 且 把 信 息 技 术 、 生 物 技 术 和新 型 材 料 作 为 这 次 革 命 的 重 要 标 志 。 1 材 料 与 人 类材料

2、科学 现代科技与现代文明能源材料信息材料科学 一 、 材 料 是 人 类 社 会 进 步 的 里 程 碑 材 料 是 人 类 文 明 的 物 质 基 础 ， 从 远 古 的 石 器时 代 到 青 铜 器 时 代 ， 然 后 再 进 入 铁 器 时 代 ， 每 一种 新 材 料 的 出 现 和 使 用 ， 都 伴 随 着 生 产 力 和 科 学技 术 的 发 展 ， 标 志 着 人 类 文 明 的 进 步 。材料科学 l 公 元 前 10万 年 左 右 ， 原 始 人 采 用 天 然 的 石 、 木 、 竹 等 材 料 作为 工 具 。 史 称 “ 旧 石 器 时 代 ” 。l 公 元 前 60

3、00年 ， 人 类 发 明 了 火 ， 逐 渐 可 以 烧 制 陶 器 ， 后 来 又在 制 陶 的 基 础 上 又 发 明 了 瓷 器 。l 人 类 在 大 量 烧 制 陶 瓷 的 实 践 中 ， 熟 练 地 掌 握 了 高 温 加 工 技 术 ，利 用 这 种 技 术 烧 炼 矿 石 ， 逐 渐 冶 炼 出 铜 及 其 合 金 青 铜 ， 后 来发 展 到 炼 铁 。材料科学 绪论材料科学（ Stone Age） 石 器 时 代 ： 石 斧 、 凿 、 刀 、 铲 、 箭 头 、 纺 轮 、 钵 等 （ 西 安 半 坡 遗 址 ） 石 斧 绪论材料科学（ Bronze Age)巨 型 司

4、母 戊 鼎（ 河 南 安 阳 晚 商 遗 址 ）青 铜 器 时 代 : 湖 北 江 陵 楚 墓 出 土 越 王 勾 践 宝 剑 绪论材料科学 ron Age（ I ）铁 时 器 代 湖 南 长 沙 砂 子 塘 战 国 凹 形 铁 锄 绪论材料科学 绪论材料科学l 18世 纪 随 着 蒸 气 机 的 发 明 ， 欧 洲 爆 发 了 产 业 革 命 ， 工 业 迅 猛发 展 ， 推 动 和 促 进 了 以 钢 铁 为 中 心 的 金 属 材 料 的 大 规 模 发 展l 第 二 次 世 界 大 战 后 各 国 致 力 于 恢 复 经 济 ， 发 展 工 农 业 生 产 ，对 材 料 提 出 了 质

5、 量 轻 、 强 度 高 、 价 格 低 等 一 系 列 新 的 要 求 。具 有 优 异 性 能 的 工 程 塑 料 部 分 代 替 了 金 属 材 料 ， 合 成 纤 维 、合 成 橡 胶 、 涂 料 和 胶 粘 剂 等 都 得 到 了 相 应 的 发 展 。 绪论材料科学 绪论材料科学 绪论材料科学 绪论材料科学l 进 入 20世 纪 80年 代 以 来 ， 在 世 界 范 围 内 高 新 技 术 迅 猛 发 展 ，各 国 展 开 激 烈 的 竞 争 ， 都 想 在 生 物 技 术 、 信 息 技 术 、 空 间 技术 、 能 源 、 海 洋 开 发 等 领 域 占 有 一 席 之 地

6、。 发 展 高 新 技 术 的关 键 往 往 是 材 料 ， 因 此 新 型 材 料 的 开 发 本 身 就 成 为 一 种 高 新技 术 。 在 新 材 料 领 域 ， 近 年 来 相 继 在 超 导 材 料 、 生 物 材 料 、纳 米 材 料 等 方 面 取 得 了 较 大 突 破 。 “一 箭 双 星 ” “鑫 诺 二 号 ” 卫星 新型功能材料杨 利 伟 与 神 五 返 回 舱 聂 海 胜 和 费 俊 龙 “神 七 ” 实 现 太 空 行 走 嫦 娥 一 号 “探 月 工 程 ” 欧 洲 的 新 款 火 星 车 勇 气 和 机 遇 号 火 星 车 传 回 的 照 片 材 料 又 是

7、社 会 现 代 化 的 物 质 基 础 与 先 导 ， 特别 是 先 进 材 料 的 研 究 、 开 发 与 应 用 反 应 着 一 个国 家 科 学 技 术 与 工 业 水 平 。二 、 先 进 材 料 是 社 会 现 代 化 的 先 导材料科学 材料科学 在 人 类 的 生 活 和 生 产 中 ， 材 料 是 必 需 的 物 质基 础 。 人 们 的 衣 食 住 行 ， 无 一 不 与 材 料 密 切 相关 。 材 料 的 发 展 水 平 直 接 影 响 人 们 的 生 活 。三 、 材 料 与 人 们 的 日 常 生 活 密 切 相 关 2004年 7月 8日 ， 发 生 在 美 国 的

8、 一 起 指 控 ， 引起 了 北 京 乃 至 全 国 的 关 注 。 据 央 视 报 道 ， 美 国 环境 保 护 局 7月 8日 表 示 ， 由 于 杜 邦 公 司 20多 年 来 均未 通 报 其 制 造 特 氟 隆 的 一 种 关 键 原 料 可 能 会 给 人类 健 康 带 来 潜 在 危 害 ， 准 备 对 杜 邦 公 司 处 以 3亿美 元 的 重 罚 。 择 自 新 京 报 等 20041. 杜 邦 不 沾 锅 事 件 2004年 7月 8日 ， 发 生 在 美 国 的 一 起 指 控 ， 引起 了 北 京 乃 至 全 国 的 关 注 。 据 央 视 报 道 ， 美 国 环境

9、保 护 局 7月 8日 表 示 ， 由 于 杜 邦 公 司 20多 年 来 均未 通 报 其 制 造 特 氟 隆 的 一 种 关 键 原 料 可 能 会 给 人类 健 康 带 来 潜 在 危 害 ， 准 备 对 杜 邦 公 司 处 以 3亿美 元 的 重 罚 。 择 自 新 京 报 等 20041. 杜 邦 不 沾 锅 事 件 南 京 ： 销 售 明 显 趋 冷 广 州 ： 仍 然 卖 得 欢 上 海 ： 销 售 出 现 零 纪 录 北 京 ： 部 分 撤 下 货 架 重 庆 ： 多 数 大 商 场 停 售 香 港 ： 港 府 跟 进 成 都 ： 开 始 撤 柜 西 安 ： 未 引 注 意 仍

10、 热 销 济 南 ： 依 然 有 卖 南 宁 ： 消 费 者 多 不 知 情 沈 阳 ： 销 量 开 始 下 降 浙 江 ： 企 业 商 议 对 策 长 沙 ： 销 售 减 少 三 成 兰 州 ： 密 切 关 注 武 汉 ： 卖 不 动 太 原 ： 销 售 如 常 哈 尔 滨 ： 部 分 商 家 撤 柜 杭 州 ： 部 分 商 家 撤 柜 青 岛 ： 遭 “ 凉 水 ” 股 市 “ 苏 泊 尔 标 本 ” 当 时 网 上 新 闻 标 题 ： 所 谓 特 氟 隆 ， 是 美 国 杜 邦 公 司 对 其 研 发 的 所 有 含 氟 碳 氢树 脂 的 总 称 ， 包 括 聚 四 氟 乙 烯 、 聚

11、全 氟 乙 丙 烯 及 各 种 共 聚 物 。由 于 其 独 特 优 异 的 耐 热 、 耐 低 温 、 自 润 滑 性 及 化 学 稳 定 性 能 等 ，而 被 称 为 “ 拒 腐 蚀 、 永 不 粘 的 特 氟 隆 ” 。 它 带 给 人 们 的 便 利 ，最 常 见 的 就 是 不 粘 锅 ， 其 他 如 衣 物 、 家 居 、 医 疗 甚 至 宇 航 产 品中 也 有 广 泛 应 用 。特 氟 隆 （ Teflon） 因 为 全 氟 辛 酸 铵 有 8个 碳 原 子 组 成 ， 所 以 在 杜 邦 内 部 被 称 作C-8， 美 国 环 保 署 的 指 控 正 是 围 绕 这 8个 碳

12、 原 子 展 开 。 而 并 不 是国 内 普 遍 报 道 的 针 对 特 富 龙 或 者 不 粘 锅 。 尽 管 美 国 食 品 药 物 管 理 局 和 美 国 消 费 者 产 品 安 全 委 员 都 拒 绝对 特 富 龙 进 行 调 查 ， 但 是 美 国 国 家 环 保 署 还 是 盯 上 了 全 氟 辛 酸铵 全 氟 辛 酸 铵 环 境 科 学 与 技 术 杂 志 受 美 国 环 保 署 的 资 助 ， 自 去 年 以 来组 织 专 家 学 者 ， 对 来 自 美 国 、 哥 伦 比 亚 、 巴 西 、 比 利 时 、 意 大利 、 波 兰 、 印 度 、 马 来 西 亚 和 韩 国

13、的 473名 志 愿 者 进 行 了 抽 血化 验 ， 结 果 发 现 这 些 志 愿 者 的 血 液 中 无 一 例 外 地 都 含 有 全 氟 辛酸 残 留 物 。 其 中 ， 美 国 和 波 兰 的 志 愿 者 血 液 中 的 全 氟 辛 酸 含 量 最 高 ，平 均 超 过 30ng ml， 韩 国 、 比 利 时 、 马 来 西 亚 、 巴 西 、 意 大 利和 哥 伦 比 亚 次 之 ， 介 于 3ng ml与 29ng ml之 间 ， 印 度 最 低 ，不 到 3ng ml。 美 国 国 家 环 保 署 EPA宣 称 的 杜 邦 公 司 没 有 遵 守 “有 毒 物 质控 制 法

14、 （ TSCA） ”和 “资 源 修 复 法 （ RCRA） ”， 对 全 氟 辛 酸铵 进 行 技 术 报 告 的 问 题 ， 杜 邦 公 司 称 已 完 全 遵 守 了 通 报 制 度的 规 定 ， 并 反 对 任 何 有 关 全 氟 辛 酸 铵 有 害 人 体 健 康 或 环 境 的说 法 ， 杜 邦 公 司 将 提 出 法 律 交 涉 正 式 否 认 美 国 国 家 环 保 署 的这 一 指 摘 ； 杜 邦 公 司 的 三 点 声 明 ： 有 人 怀 疑 涂 有 特 富 龙 涂 层 的 不 沾 锅 等 炊 具 因 含 有 全 氟辛 酸 铵 而 易 致 癌 ， 其 实 全 氟 辛 酸 铵

15、 是 一 种 加 工 助 剂 ， 这 种 加工 助 剂 随 着 产 品 的 完 成 ， 已 从 制 造 过 程 中 除 去 ， 涂 有 特 富 龙涂 层 的 不 沾 锅 等 炊 具 不 含 该 助 剂 ； 全 氟 辛 酸 铵 也 不 是 一 种 致 癌 物 质 ， 2003年 4月 ， 当 美 国 国家 环 保 署 （ EPA） 宣 布 将 对 全 氟 辛 酸 铵 进 行 审 查 时 ， EPA指 出 ，它 不 认 为 消 费 者 有 任 何 理 由 在 其 调 查 过 程 中 需 要 停 止 使 用 任何 与 全 氟 辛 酸 铵 有 关 的 民 用 和 工 业 产 品 。 国 家 质 量 监

16、 督 检 验 检 疫 总 局 2004年 10月 13日 宣 布 ， 市 场 上 销售 的 主 要 使 用 特 富 龙 涂 料 的 不 粘 锅 产 品 中 ， 均 未 检 出 PFOA(全 氟辛 酸 及 其 盐 类 )残 留 。 这 一 结 论 来 自 中 国 检 验 检 疫 科 学 院 组 织 实施 的 抽 样 检 测 结 果 。 美 国 巡 回 法 官 日 前 批 准 了 杜 邦 公 司 不 沾 锅 特 富 龙 材 料 C8污 染水 质 的 集 体 诉 讼 和 解 方 案 。 根 据 和 解 协 议 ， 杜 邦 公 司 同 意 支 付 至少 1.76亿 美 元 和 解 金 。 此 外 ，

17、杜 邦 公 司 还 将 负 担 那 些 提 起 诉 讼 的居 民 2260万 美 元 的 诉 讼 开 支 ， 并 可 能 被 迫 花 费 另 外 2.35亿 美 元 用于 一 项 监 控 当 地 受 C8物 质 影 响 的 居 民 健 康 状 况 的 医 疗 计 划 。 根 据和 解 协 议 ， 在 科 学 研 究 今 后 证 明 C8物 质 对 人 体 健 康 有 害 的 情 况 下 ，受 C8物 质 影 响 的 当 地 居 民 拥 有 进 一 步 提 出 诉 讼 的 权 力 。 （ 2005年3月 1日 ） 2005年 7月 1日 ， 美 国 环 保 署 公 布 了 “科 学 咨 询 委

18、员 会 ”的 一份 调 查 报 告 ， 称 通 过 动 物 实 验 发 现 ， C8能 引 发 一 系 列 肿 瘤 疾 病 ，具 有 致 癌 的 “启 发 性 证 据 ”。 因 此 报 告 结 论 “不 排 除 具 有 致 癌 的可 能 性 ”。 2006年 1月 25日 ， 在 美 国 环 境 保 护 署 的 倡 导 下 ， 包 括 杜 邦 在内 的 8家 美 国 公 司 1月 25日 同 意 分 阶 段 停 止 使 用 全 氟 辛 酸 铵 这 种制 造 “ 特 富 龙 (Teflon)”不 粘 锅 涂 料 所 需 的 化 学 原 料 ， 并 于 2015年 前 在 所 有 产 品 中 全

19、面 禁 用 全 氟 辛 酸 铵 。 这 是 美 国 工 业 界 应 对这 种 “ 可 疑 致 癌 物 ” 的 最 新 环 保 举 措 。 美 国 巴 尔 的 摩 太 阳 报 近 日 报 道 ， 美 国 约 翰 斯 霍 普 金 斯医 院 研 究 人 员 连 续 5个 月 抽 取 了 300名 新 生 儿 的 脐 血 ， 结 果 在 298名 宝 宝 体 内 发 现 了 工 业 用 化 学 物 质 全 氟 辛 酸 铵 的 踪 迹 。 这 项 研究 受 到 美 国 政 府 支 持 ， 专 门 研 究 全 氟 辛 酸 铵 对 新 生 儿 的 影 响 。 2006年 1月 15日 ， 美 国 环 保 署

20、 “ 科 学 咨 询 委 员 会 ” 全 票 通 过将 C8的 危 险 性 上 调 一 个 等 级 ， 为 “ 对 人 类 很 可 能 致 癌 ” 。 值 得注 意 的 是 ： 除 不 粘 锅 外 ， C8还 会 在 糖 果 包 装 纸 、 比 萨 盒 、 微 波爆 米 花 包 装 袋 。 l 2005年 10月 13日 ， 某 媒 体 刊 出 全 球 禁 用 日 韩 致 癌 保 鲜膜 转 道 中 国 文 章 ， 矛 头 直 指 日 韩 在 华 保 鲜 膜 生 产 企 业 ，称 PVC食 品 保 鲜 膜 对 人 体 有 比 较 大 的 危 害 。l 10月 14日 ， 报 道 进 一 步 深

21、入 ， 媒 体 称 致 癌 保 鲜 膜 在 中 国大 扩 散 ， 其 中 80 为 日 韩 产 品 。l 10月 17 20日 ， 卫 生 部 及 质 检 部 门 加 大 力 度 检 查 保 鲜 膜的 生 产 和 销 售 ， 同 时 表 示 我 国 的 生 产 标 准 未 过 时 。2、 保 鲜 膜 风 波 l 第 一 种 ： 聚 乙 烯 ， 简 称 PE。 这 种 材 料 主 要 用 于 食 品 的 包装 ， 目 前 我 国 国 内 市 场 上 销 售 的 家 庭 用 食 品 保 鲜 膜 大 多采 用 安 全 的 聚 乙 烯 。 l 第 二 种 ： 氯 乙 烯 ， 简 称 PVC。 这 种

22、材 料 也 可 以 用 于 食 品包 装 ， 但 它 对 人 体 的 安 全 性 有 一 定 的 影 响 。 一 些 超 市 生鲜 产 品 如 蔬 菜 、 水 果 及 熟 食 包 装 却 大 量 采 用 PVC保 鲜 膜 l 第 三 种 ： 聚 偏 二 氯 乙 烯 ， 简 称 PVDC。 用 于 熟 食 火 腿 等 产品 的 包 装 。保 鲜 膜 及 其 分 类 ： l PVC膜 中 有 两 种 物 质 具 致 癌 可 能 性 ， 一 是 VCM【 氯 乙 烯单 体 】 ， 一 是 DEHA【 二 （ 2 乙 基 己 基 ） 己 二 酸 酯 】 。l 如 果 VCM的 成 分 在 1PPM(度

23、 量 单 位 ： 百 万 分 之 一 )的 范 围内 是 无 毒 的 ， 如 果 超 标 就 有 致 癌 的 可 能 性 。l DEHA会 慢 慢 往 外 渗 ， 当 PVC保 鲜 膜 遇 上 熟 食 的 油 脂 ， 其中 的 增 塑 剂 更 容 易 释 放 出 来 ， 并 渗 入 食 物 之 中 。 DEHA食 用 后 会 干 扰 人 体 内 分 泌 ， 引 起 妇 女 乳 癌 、 新 生 儿 先 天缺 陷 、 男 性 精 虫 数 减 低 ， 甚 至 精 神 疾 病 等 。 。PVC膜 致 癌 可 能 性 分 析 ： 欧 盟 、 俄 罗 斯 政 府 呼 吁 民 众 不 要 购 买 中 国 生

24、 产的 塑 料 玩 具 ， 原 因 在 于 塑 料 中 加 入 了 一 种 有 致 癌 作用 的 增 塑 剂 邻 苯 二 甲 酸 酯 类 。 这 类 物 质 也 常 在 一 些 其 它 的 塑 料 制 品 ， 如 聚 苯乙 烯 、 聚 氯 乙 烯 中 存 在 。玩 具 风 波 3、 家 庭 装 修 4、 风 险 防 范 5、 体 育 竞 技 2 本 课 程 的 内 容 能 源 材 料 是 指 那 些 正 在 发 展 的 ， 可 能 支 撑 新 能源 体 系 的 建 立 ， 满 足 各 种 新 能 源 及 节 能 新 技 术 所要 求 的 一 类 材 料 。 按 使 用 目 的 可 分 为 ：

25、新 能 源 材料 、 节 能 材 料 和 储 能 材 料 。 如 太 阳 能 电 池 材 料 、储 氢 材 料 、 固 体 氧 化 物 燃 料 电 池 材 料 等 。 光 电 子 材 料 是 指 光 电 子 技 术 中 所 用 的 材 料 ， 它 对 于 满足 计 算 机 、 通 讯 、 航 天 工 业 等 领 域 的 应 用 至 关 重 要 。 在现 代 科 学 技 术 的 发 展 中 ， 电 子 学 和 光 子 学 已 形 成 交 叉 共生 的 发 展 关 系 。 光 电 子 技 术 是 现 代 信 息 科 学 技 术 的 重 要组 成 部 分 ， 信 息 的 传 递 可 由 光 子 负

26、担 ， 而 信 息 的 产 生 、处 理 、 检 测 、 存 储 和 显 示 等 功 能 ， 则 由 光 子 和 电 子 联 合完 成 。 光 电 子 信 息 系 统 包 括 光 载 波 源 、 光 控 制 和 信 号 加载 、 光 信 号 传 输 、 处 理 和 接 受 （ 检 测 和 显 示 ） ， 所 需 要的 光 电 子 器 件 材 料 多 种 多 样 ， 从 无 机 物 到 有 机 物 ， 从 单晶 到 非 晶 态 ， 从 半 导 体 到 绝 缘 体 ， 可 达 几 十 种 之 多 。 l 半 导 体 材 料l 磁 信 息 储 存 材 料l 信 息 传 输 材 料l 敏 感 元 器

27、件 材 料l 光 纤 通 讯 材 料l 光 电 显 示 材 料 生 态 环 境 材 料 是 指 那 些 具 有 良 好 的 使 用 性 能 或 功 能 ，并 且 能 够 和 环 境 相 协 调 的 材 料 。 生 态 环 境 材 料 是 90年 代在 国 际 高 技 术 新 材 料 研 究 中 形 成 的 一 个 新 领 域 。 这 类 材料 消 耗 的 资 源 和 能 源 少 ， 对 生 态 和 环 境 污 染 小 ， 再 生 利用 率 高 。 从 材 料 的 制 造 、 使 用 、 废 弃 直 至 再 生 循 环 利 用的 整 个 寿 命 过 程 ， 都 与 生 态 环 境 相 协 调 。

28、 因 此 生 态 环 境材 料 不 是 指 某 一 具 体 的 新 材 料 ， 而 是 指 那 些 考 虑 到 资 源和 环 境 问 题 的 新 材 料 的 总 称 。 生 态 环 境 材 料 研 究 的 主 要 内 容 ： 1. 直 接 面 临 的 与 环 境问 题 相 关 的 材 料 技 术 ， 如 生 物 可 降 解 材 料 、 环 境 污 染 修复 材 料 、 废 物 的 再 资 源 化 技 术 等 ； 2. 开 发 能 使 经 济 可持 续 发 展 的 环 境 协 调 性 材 料 ， 如 仿 生 材 料 、 环 境 保 护 材料 等 、 氟 利 昂 等 有 害 物 质 的 替 代 材

29、 料 ， 绿 色 新 材 料 等 ； 3. 材 料 的 环 境 协 同 性 评 价 ， 主 要 采 用 寿 命 全 程 评 价（ LCA） 法 。 l 作 为 生 物 体 部 分 功 能 或 形 态 修 复 的 材 料 称 为 生 物 医 用 材料 ， 简 称 生 物 材 料 （ Biomaterials） 。l 生 物 医 用 材 料 主 要 包 括 三 个 部 分 ： 一 是 硬 组 织 的 替 代 材料 ， 如 人 工 骨 、 人 工 牙 齿 等 ； 二 是 埋 入 生 物 体 内 部 的 植入 材 料 ， 如 人 工 血 管 、 人 工 肾 等 ； 三 是 作 为 药 物 定 位 的载

30、 体 ， 控 制 药 物 的 释 放 ， 使 之 长 效 平 和 。l 按 照 材 料 的 组 成 ， 生 物 医 用 材 料 可 分 为 四 类 ： 医 用 金 属和 合 金 ； 医 用 生 物 陶 瓷 ； 医 用 高 分 子 材 料 ； 医 用 复 合 生物 材 料 。 l 纳 米 材 料 及 其 最 新 进 展l 纳 米 材 料 在 电 子 信 息 领 域 的 应 用l 纳 米 材 料 在 航 天 航 空 领 域 的 应 用l 纳 米 材 料 在 环 保 和 能 源 领 域 的 应 用l 纳 米 材 料 在 生 物 医 药 利 用 的 应 用l 纳 米 技 术 与 人 类 未 来 l 自 我 诊 断 的 仿 生 材 料l 形 状 记 忆 合 金l 伸 缩 自 如 的 压 电 材 料l 排 列 有 序 的 电 （ 磁 ） 流 变 液l 刺 激 响 应 的 凝 胶 材 料l 信 息 世 界 的 “ 神 经 网 络 ” l 课 堂 教 学 是 主 要 的 教 学 形 式 ， 辅 助 以 专 题 录 像 、讲 座 等 形 式 ； l 学 校 课 程 中 心 ： , 材 料 科 学l 期 末 开 卷 考 试 。 3 本 课 程 的 教 学 安 排 l Tel: 68752003l Email:l地 址 ： 武 汉 大 学 物 理 学 院 一 楼 信 箱 方 鹏 飞联 系 方 式