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Introduction课程教案、知识点、字幕

同学们好

我们先聊一聊材料的重要性

材料是人类社会赖以生存的物质基础

也是科学发展的技术先导

信息 材料和能源

被誉为当代文明的三大支柱

新材料 信息技术和生物技术

被并列为新技术革命的重要标志

是因为材料与国民经济建设

国防建设和人民生活密切相关

作为材料学科的学生

As a student of material science

明确了学习材料的重要性

打好坚实的理论基础和实践基础

为将来成为具有一定创新能力的研究型人才

或者卓越的工程技术人才奠定基础

该课程是材料类专业重要的学科基础课程之一

是连接基础课和专业课的桥梁

是从事无机材料研发和创新的“铺路石”

也是考取材料学科研究生必考的专业课之一

首先 我们了解一下无机材料科学基础的研究对象

无机非金属材料科学与工程是一门

研究无机非金属材料合成与制备

组成与结构 性能 使用效能

四者之间的关系与规律的科学

这四方面也叫做材料的四要素

我们先讲合成与制备

合成是指促使原子 分子结合

而构成材料的化学与物理过程

研究既包括有关寻找新合成方法的科学问题

也包括以适当的数量和形态

合成材料的技术问题

搞研究要有创新

我们的创新就包括合成新材料

或者用新合成方法合成已有的材料

或者是合成出材料的某一新形态

制备是指研究如何控制原子与分子

使之构成有用的材料

制备与合成相似

但制备的概念更加宏观

还包括材料的加工 处理 装配和制造

总的来说

合成与制备是一个一系列连续过程

就是将原子 分子聚合起来

就是将原子 分子聚合起来

并最终转变为有用产品的过程

需要注意的是合成与制备不等同于工艺

工程性的研究固然重要

但我们一定不能忽视基础研究

在这门课程中将学习材料合成与制备的动力学过程

这方面的研究可以揭示

材料合成与制备过程的本质

为改进制备方法 建立新的制备技术提供科学基础

为什么不能忽视基础研究我们举例说明

例如在晶体生产中

如果不了解原料合成与生产各阶段发生的物理化学过程

热量与质量的传输 固液界面的变化

缺陷的生成以及环境参数对这些过程的影响

就不可能建立并掌握生长参数优化的制备方法

生长出具有所需组成 完整性 均匀性和物理性的晶体材料

再比如

陶瓷材料的微结构和特性缺少均匀性和重复性

可靠性差

为提高材料的可靠性

必须认真研究制备过程中每阶段所发生的化学 物理变化

我们再来讲组成和结构

组成指构成材料物质的原子 分子及其分布

在学习这门课程中

同学们会发现

除材料的主要组成外

少量杂质的添加对无机非金属材料结构与性能有重要影响

结构指原子 分子结合的形式

状态和空间分布

如这门课我们接触较多的晶体结构 缺陷结构等

接下来我们学习材料的分类

材料的分类方法比较多

首先我们按材料结晶状态分类

可分为单晶质材料

多晶质材料

非晶态材料和准晶态材料

单晶质材料是由一个比较完全的晶粒构成的材料

如单晶纤维 单晶硅等

单晶的结构基元

在三维空间内呈周期排列

这个结构特点决定单晶具有均匀性

各向异性 最大稳定性等特征

随着生产和科学技术的发展

天然单晶已经不能满足人们的需要

许多产业对单晶材料的需求大增

例如

钟表业对红宝石的大量需求

机械加工业对金刚石的需求等等

单晶材料的历史

就进入了人工制备的阶段

多晶质材料是由许多晶粒组成的材料

其性能与晶体大小和晶界的性质有密切的关系

如多晶陶瓷 多晶硅等

非晶态材料是由原子或分子

远程无序排列的固体材料

如玻璃 高分子材料等

非晶态材料应用十分广泛

例如

非晶铁合金作为良好的电磁吸波剂

用于隐身技术的研究领域

某些非晶合金具有良好的催化性能

已被开发用来制备工业催化剂

非晶硅和非晶半导体材料

在太阳能电池和光电器件方面广泛应用

准晶态材料不符合晶体的对称条件

但呈一定的周期性有序排列的

类似于晶态的固体

准晶体的发现翻开了晶体学新的一页

同时也在材料领域开拓了新的研究方向

2011年

诺贝尔化学奖授予

以色列科学家丹尼尔·谢赫特曼

以表彰他发现准晶体

准晶体带来了

材料化学 结构化学的革命

材料还可以按尺寸进行分类

零维材料是指粒子大小1-100nm的超微粒

一维材料指的是

光导纤维 碳纤维 硼纤维 陶瓷纤维等

其强度和刚度较高

还有大家经常听说的光导纤维

其信息传输量

远比铜 铅的同轴电缆大

光纤还有很强的保密性

所以近几年发展很快

二维材料 例如金刚石薄膜

高温超导薄膜 半导体薄膜

有些薄膜具有一定的电学或光学功能

如光学薄膜用于非线性光学

光开关 敏感与传感元件

用于显示或探测器

或者用于环保

或表面改性的保护膜

三维材料就是块状材料

我们介绍的第三种材料分类方法

是按化学组成进行分类

金属材料指的是

由化学元素周期表中的金属元素组成的材料

可分为由一种金属元素构成的单质

由两种或两种以上的金属元素

或金属与非金属元素构成的合金

无机非金属材料包括玻璃

非晶无机非金属材料

人工晶体材料

无机陶瓷材料

特种功能无机非金属材料

无机非金属材料种类繁多

用途各异

一般将其分为两大类

传统的和新型的无机非金属材料

高分子材料也叫高聚物

是由一种或几种简单低分子化合物

经聚合而组成的分子量很大的化合物

高聚物的种类繁多 性能各异

例如橡胶 纤维 塑料等等

such as rubber fiber plastic etc

复合材料是由两种或两种以上

化学性质 或组织结构不同的材料组合而成

复合材料是多相材料

既能保持原组成材料的重要特色

又通过复合效应使各组分的性能互相补充

获得原组分不具备的许多优良性能

根据基体不同

可分为金属基复合材料

无机非金属基复合材料等

第四种分类方法是按材料功能分类

也就是按产品的使用性能及用途分类

可将材料分为结构材料及功能材料两大类

结构材料是指具有较好的力学性能的材料

比如强度 韧性及高温性能等

水泥制品 建筑陶瓷 建筑玻璃都属于结构材料

功能材料是指具有特殊的电磁热光等

物理性能或化学性能的材料

利用的是材料结构力学功能以外的其他功能的材料

严格地说

结构材料也是一类功能材料

是属于力学功能型的一个大类

这次课我们主要讲了材料的四要素

和材料的四种分类方法

希望大家能够理解并掌握

同学们再见

Fundamentals of Inorganic Materials Science课程列表:

1 Introduction

-Introduction

-introduction

-Test for chapter 1

2 Crystal Imperfection

-2.1 Type of defect

--2.1 Types of point defects

--2.1 Types of point defects

-2.2.1 The expression methods of point defects

--2.2.1 The expression methods of point defects

--2.2.1 The expression methods of point defects

-2.2.2 The rules for writing of defect reaction equation

--2.2.2 The rules for writing of defect reaction equation

--2.2.2 The rules for writing of defect reaction equation

-2.3 Calculation of thermal defect concentration

--2.3 Calculation of thermal defect concentration

--2.3 Calculation of thermal defect concentration

-2.4 Non-stoichiometric compounds

--2.4 Non-stoichiometric compounds

--2.4 Non-stoichiometric compounds

-Homework for chapter 2

-Test for chapter 2

3 Solid solution

-3.1 The classification of solid solutions

--3.1 The classification of solid solutions

--3.1 The classification of solid solutions

-3.2 Substitutional solid solution

--3.2 Substitutional solid solution

--3.2 Substitutional solid solution

-3.3 Interstitial solid solution

--3.3 Interstitial solid solution

--3.3 Interstitial solid solution

-3.4 The research method of solid solutions

--3.4 The research method of solid solutions

--3.4 The research method of solid solutions

-3.5 Questions for crystal imperfection and solid solution

--Questions for crystal imperfection and solid solution

-Homework for chapter 3

-Test for chapter 3

4 Melt and glass

-4.1 Melt structure

--4.1 Melt structure

--4.1 Melt structure

-4.2 The properties of the melt

--4.2.1 The properties of the melt_viscosity

--4.2.2 The properties of the melt_surface tension

--4.2 The properties of the melt

-4.3 The characteristics of glass

--4.3 The characteristics of glass

--4.3 The characteristics of glass

-4.4 The formation of glass

--4.4.1 The formation of glass_kinetics conditions

--4.4.2 The formation of glass_crystal chemical conditions

--4.4 The formation of glass

-4.5 The structure of glass

--4.5 The structure of glass

--4.5 The structure of glass

-4.6 The typical glass

--4.6 The typical glass

--4.6 The typical glass

-4.7 Questions for melt and glass

--Questions for melt and glass

-Test for chapter 4

5 Phase equilibrium

-5.1 Phase equilibrium in silicate systems

--5.1 Phase equilibrium in silicate system

--5.1 Phase equilibrium in silicate system

-5.2 One-component system phase diagram

--5.2 One-component system phase diagram

--5.2 One-component system phase diagram

-5.3 Applications of one-component diagrams

--5.3 Applications of one-component diagrams

--5.3 Applications of one-component diagrams

-5.4 Binary diagrams

--5.4.1 Binary diagram with eutectic point

--5.4.2 Binary system with a congruent melting compound and one with an incongruent melting compound

--5.4.3 Other five types of phase diagrams of binary systems

--5.4 Binary diagrams

-5.5 Applications of binary phase diagrams

--5.5 Applications of binary phase diagrams

--5.5 Applications of binary phase diagrams

-5.6 Ternary diagrams

--5.6.1 Representation of ternary system composition

--5.6.1 Representation of ternary system composition

--5.6.2 Three-dimensional state diagram and plane projection diagram of a simple ternary system

--5.6.2 Three-dimensional state diagram and plane projection diagram of a simple ternary system

--5.6.3 (1) Basic types of ternary phase diagrams

--5.6.3 (2) Basic types of ternary phase diagrams

--5.6.3 (3) Basic types of ternary phase diagrams

--5.6.3 Basic types of ternary phase diagrams

-5.7 Applications of ternary phase diagrams

--5.7 Applications of ternary phase diagrams

--5.7 Applications of ternary phase diagrams

-5.8 Research methods of phase equilibrium

--5.8 Research methods of phase equilibrium

--5.8 Research methods of phase equilibrium

-5.9 Questions for phase equilibria

--Questions for phase equilibria

-Homework for chaper 5

-Test for chapter 5

6 Diffusion

-6.1 Overview of diffusion

--6.1 Overview of diffusion

--6.1 Overview of diffusion

-6.2 The kinetic equations of diffusion

--6.2 The kinetic equations of diffusion

--6.2 The kinetic equations of diffusion

-6.3 The thermodynamic equation of diffusion

--6.3 The thermodynamic equation of diffusion

--6.3 The thermodynamic equation of diffusion

-6.4 Diffusion mechanisms and diffusion coefficient

--6.4 Diffusion mechanisms and diffusion coefficient

--6.4 Diffusion mechanisms and diffusion coefficient

-6.5 Diffusion in solid

--6.5 Diffusion in solid

--6.5 Diffusion in solid

-6.6 Factors affecting diffusion

--6.6 Factors affecting diffusion

--6.6 Factors affecting diffusion

-6.7 Questions for diffusion

--Questions for diffusion

-Homework for chaper 6

-Test for chapter 6

7 Solid state reactions

-7.1 Overview of solid state reactions

--7.1 Overview of solid state reactions

--7.1 Overview of solid state reactions

-7.2 Kinetic equation of solid state reaction

--7.2 Kinetic equation of solid state reaction

-7.3 Factors affecting the solid state reaction

--7.3 Factors affecting the solid state reaction

--7.3 Factors affecting the solid state reaction

-Homeword for chapter 7

8 Phase transformation

-8.1 The categories of phase transformation

--8.1 The categories of phase transformation

--8.1 The categories of phase transformation

-8.2 Crystallization

--8.2.1 Crystallization thermodynamics

--8.2.2 Crystallization kinetics

--8.2 Crystallization

-8.3 Phase Separation of glass

--8.3 Phase separation of glass

--8.3 Phase separation of glass

-8.4 Questions for phase transformation

--Questions for phase transformation

-Test for chapter 8

9 Sintering

-9.1 Overview of sintering

--9.1 Overview of sintering

--9.1 Overview of sintering

-9.2 The driving forces and models of sintering

--9.2 The driving forces and models of sintering

--9.2 The driving forces and models of sintering

-9.3 Solid state sintering

--9.3.1 Evaporation-Condensation mass transfer

--9.3.2 Diffusion mass transfer

--9.3 Solid state sintering

-9.4 Liquid phase sintering

--9.4.1 Flow mass transfer

--9.4.2 Solution-Precipitation mass transfer

--9.4 Liquid phase sintering

-9.5 Grain growth and secondary recrystallization

--9.5.1 Grain growth

--9.5.2 Secondary recrystallization

--9.5 Grain growth and secondary recrystallization

-9.6 Factors affecting sintering

--9.6 Factors affecting sintering

--9.6 Factors affecting sintering

-9.7 Questions for sintering

--Questions for sintering

-Homework for chapter 9

-Test for chapter 9

Introduction笔记与讨论

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