上海交通大学：《材料与文明》课程教学资源（课程讲义）2. Materials foundation

上游充通大睾 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 1896 1935 987 2006 材料科学基础知识概述 赵冰冰 材料科学与工程学院 2016

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 1896 1935 1987 2006 材料科学基础知识概述 赵冰冰 材料科学与工程学院 2016

图 反馈 1.前几周准备ppt的同学时间比较匆忙 一10.12选定题目，10.27开始ppt 2.讨论课 什么样的新型材料问世？ 材料的发展推动了文明的进步文明的进步孕 育了新材料的发展？ 材料科学与工程学院 2 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 反馈 1. 前几周准备ppt的同学时间比较匆忙 ——10.12 选定题目，10.27 开始ppt 2. 讨论课 什么样的新型材料问世？ 材料的发展推动了文明的进步/文明的进步孕 育了新材料的发展？ 2

图 题目 ·生物、防水、防火、防紫外线、化妆品 ·碳纤维、铝合金、碳铝复合材料、钛合金 ·船舶/海洋工程、耐腐蚀性 ·人造皮革、皮草、服装 ·极高温材料、极低温材料、抗高压材料、航空材 料 ·记忆陶瓷、半导体 石墨烯、复合材料 材料科学与工程学院 3 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 题目 • 生物、防水、防火、防紫外线、化妆品 • 碳纤维、铝合金、碳铝复合材料、钛合金 • 船舶/海洋工程、耐腐蚀性 • 人造皮革、皮草、服装 • 极高温材料、极低温材料、抗高压材料、航空材 料 • 记忆陶瓷、半导体 • 石墨烯、复合材料 • …… 3

改进/发明材料要素 。What?成分、结构... ·Why?性能、用途... ·How?工艺、成本.. ·Next?问题、改进..… 材料科学与工程学院 4 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 改进/发明材料要素 4 • What？成分、结构…… • Why？性能、用途…… • How？工艺、成本…… • Next？问题、改进……

③ 化学键和材料分类 (a)covalent bond Or 无机非金属 a::o:心： (b)heteropolar bond Q0OQ (c)metallic bond← 金属材料 (⑧) electron gas 有机高分子 And (d)van-der-Waals-bond ● The bonds in a solid are usually mixed bonds 材料科学与工程学院 5 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 化学键和材料分类 5 (a) covalent bond (a) (b) (g) (d) (b) heteropolar bond A B (d) van-der-Waals- bond (c) metallic bond electron gas (e) 无机非金属 金属材料 Or And 有机高分子 The bonds in a solid are usually mixed bonds

晶体结构 非晶体： Seven crystal systems7种晶系 原子混乱排列； system axis lengths and angles symmetry of the unit cell 短程有序，长程无序。 cubic a=b=c, 0=β=y=90° 晶体： tetragonal 原子作规则排列；有明确衍 a=b≠c, 0=β=y=90° 射图案； orthorhombic a≠b≠C, 平移周期性(1、2、3、4、6 0=β=y=90° 这5种旋转轴) rhombohedral a=b=c. (trigonal) 0=β=y≠900 准晶 1984年，丹尼尔谢林特曼发现了三维世界中的 hexagonal a=b≠C,0=β=90°， 20面体准品。这一准晶的拼图形式由两种不同的 菱形组成。他们发现的这一五次对称性结构产生 Y=120° 于像化后快速冷却的A-Mn合金中。 2009年，矿物学上的一个发现 为准品是否能在自然条件下形 monoclinic a≠b≠C, 成提供了证据：俄罗斯的一块 铝锌铜矿上发现了 0=y=90°≠ A163Cu24Fe13组成的准晶颗粒. triclinic a≠b≠c, 2011年诺贝尔化学奖授予以色列科学家达尼埃 0aβy≠90° 尔谢赫特曼，以表彰他“发现了准品”。 材料科学与工程学院 6 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 晶体结构 6 system a c b a c b b a c a a a a a c b a a c a a a a hexagonal triclinic cubic tetragonal orthorhombic rhombohedral (trigonal) monoclinic axis lengths and angles symmetry of the unit cell a=b=c, a=b=g=90o a=bc, a=b=g=90o abc, a=b=g=90o a=b=c, a=b=g90o a=bc, a=b=90o , g=120o abc, a=g=90ob abc, abg90o 非晶体： 原子混乱排列； 短程有序，长程无序。 晶体： 原子作规则排列；有明确衍 射图案； 平移周期性（1、2、3、4、6 这5种旋转轴）。 Seven crystal systems 7 种晶系 准晶： 具有完全有序的结构； 然而又不具有晶体所应有的 平移对称性。 2011年诺贝尔化学奖授予以色列科学家达尼埃 尔·谢赫特曼，以表彰他“发现了准晶”。 准晶

图 晶体结构 cubic 14 Bravais lattices 14种布喇菲点阵 tetragonal orthorhombic rhombohedral monoclinic (trigonal) R a a hexagonal triclinic 材料科学与工程学院 7 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 7 orthorhombic rhombohedral (trigonal) hexagonal tetragonal cubic P a c b a b g I F a b c P I a b g P a C I F b c b a a g 1 a 2 a 1 ' a 2 ' c' R P a1=a2=a3 c monoclinic triclinic P C a b c b a b a g a b c P 晶体结构 14 Bravais lattices 14 种 布喇菲点阵

周 体心立方 (a) (b) BCC 尽 Body-centered cubic a 2a 材料科学与工程学院 8 3a=4R (c) School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 体心立方 8 4R a 3a 2a 3a =4R (c) (a) (b) BCC Body-centered cubic

图 面心立方 (a) (b) FCC Face-centered cubic 4R②a 2a=4R (c) 材料科学与工程学院 9 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 面心立方 9 (a) (b) (c) a 4R 2a 2a = 4R FCC Face-centered cubic

图 六排密方 a hexagonal (a) (b) HCP center of atom at 33 Hexagonal close-packed center of atom located in next unit cell 12 of an atom (c) 1/ 材料科学与工程学院 6 of an atom 10 School of Materials Science and Engineering

材料科学与工程学院 School of Materials Science and Engineering 10 (c) (a) (b) hexagonal c a center of atom located in next unit cell center of atom at       2 1 , 3 1 , 3 2 of an atom 12 1 6 of an atom 1 六排密方 HCP Hexagonal close-packed