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材料导论第八章

Module 8

For 8-1 to 8-5

A. biomaterial

B. biocompatibility

C.biofunctionality

D. in vitro testing

E. in vivo testing

8-1 Any substance or combination of substances synthetic or natural origin, which can be used for any period of time, as a whole or as a part of a system which treats, augments, or replaces any tissue, organ, or function of the body.

A biomaterial

8-2 The ability of a material to perform with an appropriate host response in a specific application.

B biocompatibility

8-3 The ability to accomplish the predetermined functions of the medical device in a living organism.

C.biofunctionality

8-4 A term refers to that biomaterials are evaluated for biofunctionality and biocompatibility in a test tube or in a controlled artificial environment.

Din vitro testing

8-5 A term refers to that the biofunctional and biocompatible experimentation of biomaterials in done in or on the living tissue of a whole living organism.

E in vivo testing

8-7 What are the major groups of biomaterials?

Metallic biomaterials,

ceramic biomaterials,

polymeric biomaterials,

composite biomaterials

8-12 How are biomaterials classified according to the biocompatibility assessment of a biomaterial?

In vitro testing of biomaterials

In vivo testing of biomaterials

8-65 Polymers possess labile functional groups accessible to biological or nonbiological mechanisms of degradation.

Biodegradable polymers (P414)

8-66 The destruction and assimilation of organic polymers by living organisms and their enzymes, particularly fungi and bacteria.

Biodegradation (P 414)

8-67 A physical phenomenon upon which the release of degradable products leads to the mass losses of the polymer matrices.

Erosion (P 414)

8-68 The erosion occurs under the circumstance when the rate of bond cleavage is remarkably lower than the rate of water penetration, and the backbone cleavage of the polymer occurs uniformly throughout the interior of the device.

Bulk eroding

8-69 The erosion occurs under the circumstance when the rate of bond cleavage is remarkably higher than the rate of water penetration, and only the polymer at/near the surface is degraded.

Surface eroding

8-85 What are the chemical repeating units for alginate? Which repeating unit in the alginate is favorable for the formation of firm gels?

β-D-mannuronic (M), α-L-guluronic acid (G) joined by 1,4-glycosidic linkage (P406)

A high proportion of guluronic acid (a low M/G ration) in the polymer gives an alginate that forms firm gels

8-99 How does erosion differ from degradation?

The term “degradation” specifically refers to bond cleavage, whereas “erosion” refers to depletion of material.

补充：

1、What are the advantages of biopolymers over synthetic polymers?

Biopolymers can be degraded by enzymes and therefore they are biodegradable, which provides an additional advantage over the use of non-biodegradable synthetic polymers.

2、What are the differences between surface erosion and bulk erosion?

Surface eroding polymers undergo erosion at constant velocity at any time during erosion. The erosion occurs under the circumstance when the rate of bond cleavage is remarkably higher than the rate of water penetration, and only the polymer at/near the surface is degraded.

Bulk eroding polymers have no constant erosion velocity, and usually do not erode for long periods of time after which erosion sets in spontaneously. The erosion occurs under the circumstance when the rate of bond cleavage is remarkably lower than the rate of water penetration, and the backbone cleavage of the polymer occurs uniformly throughout the interior of the device.

3、What are the compositions and sources of the common naturally occuring biopolymers cellulose, starch,alginate, chitin and collagen?

Cellolose纤维素(P399)

Starch 淀粉(P400)is a homopolysachride whose monomer is a-D-glucose. Most of these glucose monomers are linked by hemiacetal bonds, called glucosidic linkages or

a-1-4linkages,a few are linked between the hydroxyls on carbons by a-1-6linkages Alginate 藻朊酸盐(P406)exist in brown algae(seaweed and kelp)

Chitin 甲壳素(P402)is one of the most abundant polysaccharides found in nature .it is found naturally in the shell of crustaceans such as crabs and shrimps, insect exoskeletons, fungal cell walls,microfauna and plankton

Collagen 胶原(P410)is widely distributed in skin bones teeth tendons eyes and most other tissues and organs and is involved in various cells in terms of their functional expression.

4、What is the classification of biomaterials three generations of?

1. Off-the-shelf materials with a common feature of biological “inertness”.

2. Exhibit clinically relevant controlled chemical breakdown and resorption in the physiological environment.

3. Are being designed to simulate specific cellular responses at molecular level.

一、补充教材：

Module5

5-1

，Understand the classification of polymers based on the types of monomers.

5-5，5-6，5-8，5-9，5-11，5-13，5-17，5-21，5-24 (part I)，5-26，5-28，5-37，5-40，5-44 (carbon blacks )，5-45，5-46，5-49，5-52，5-54，

新补充：

1. Typical rubbers and plastics and their corresponding abbreviations.

2. Define the terms of caulks and geosynthetics?

3. What are the advantages of polymers over ceramics?

4. The processing methods for thermosetting plastics

Module7

7-1，7-5，7-6，7-8，7-12，7-13，7-14，7-16，7-17，7-18，7-19，7-26，7-27，7-28，7-30，7-32，7-34, 7-35, 7-37，7-38，7-39, 7-45, 7-47，7-51, 7-52，7-53, 7-57，7-59，7-66

材料科学基础问答

&2.1以NaCl晶胞为例，试说明面心立方紧密堆积中的八面体和四面体空隙的位置和数量。以NaCl晶胞中（001）面心的一个球（Cl-离子）为例，它的正下方有1个八面体空隙（体心位置），与其对称，正上方也有1个八面体空隙；前后左右各有1个八面体空隙（棱心位置）。所以共有6个八面体空隙与其直接相邻，由于每个八面体空隙由6个球构成，所以属于这个球的八面体空隙数为6×1/6=1。在这个晶胞中，这个球还与另外2个面心、1个顶角上的球构成4个四面体空隙（即1/8小立方体的体心位置）；由于对称性，在上面的晶胞中，也有4个四面体空隙由这个参与构成。所以共有8个四面体空隙与其直接相邻，由于每个四面体空隙由4个球构成，所以属于这个球的四面体空隙数为8×1/4=2。 #2.2试解释说明为什么在硅酸盐结硅酸盐晶体结构分类依据是什么？可分为哪几类，每类的结构特点是什么？（9分）答：硅酸盐晶体结构分类依据是：结构中硅氧四面体的连接方式。 1.岛状：硅氧四面体孤立存在； 2.组群状：硅氧四面体以两个、三个、四个或六个，通过共用氧相连成硅氧四面体群体，群体之间由其它阳离子连接； 3.链状：硅氧四面体通过共用氧相连，在一维方向延伸成链状，链与链之间由其它阳离子连接； 4.层状：硅氧四面体通过三个共用氧在两维平面内延伸成硅氧四面体层(高岭石1:1型，蒙脱石、滑石2：1)； 5.架状：每个硅氧四面体的四个顶角都与相邻的硅氧四面体共顶，形成三维空间结构。 #2.3鲍林规则：（1）配位体规则，围绕每个阳离子，形成一个阳离子配位多面体，阴、阳离子的距离决定了它们的半径之和，阳离子的配位数取决于它们的半径之比，与电价无关。（2）静电价规则，在一个稳定的离子化合物结构中，每一个阴离子的电价等于或者近似等于相邻阳离子分配给这个阴离子的静电价强度总和。3。阴离子配位数多面体的共顶，共棱和共面规则）在一个配位结构中，两个阴离子配位多面体共棱，特别是共面时，结构稳定会降低。（4）在一个含有不同阳离子的晶体结构中，电价高，配位数小的阳离子，趋向于不相互共享配位多面体要素。（5）节约规则，在同一个晶体结构中，本质上不同的结构单元的数目趋向于最小数目。@2.4MgO具有NaCl结构。根据O2-半径为0.140nm和Mg2+半径为0.072nm，计算球状离子所占据的体积分数和计算MgO的密度。并说明为什么其体积分数小于74.05%？(10分) 解：在MgO晶体中，正负离子直接相邻，a0=2(r++r-)=0.424(nm) 体积分数=4×(4π/3)×(0.143+0.0723)/0.4243=68.52% 密度=4×(24.3+16)/[6.023×1023×(0.424×10-7)3]=3.5112(g/cm3) MgO体积分数小于74.05%，原因在于 r+/r-=0.072/0.14=0.4235>0.414，正负离子紧密接触，而负离子之间不直接接触，即正离子将负离子形成的八面体空隙撑开了，负离子不再是紧密堆积，所以其体积分数小于等径球体紧密堆积的体积分数74.05%。 2.5影响离子晶体结构的主要因素:1.化学式类型不同，2.阳、阴离子半径比值不同，3.极化性能影响配位数和晶体结构类型。 @4.1试述晶体结构中点缺陷的类型。以通用的表示法写出晶体中各种点缺陷的表示符号。试举例写出CaCl2中Ca2+置换KCl中 K+或进入到KCl间隙中去的两种点缺陷。答：晶体结构中的点缺陷类型共分为：间隙原子、空位和杂质原子等三种。在MX晶体中，间隙原子的表示符号为M I或X I；(2分)空位缺陷的表示符号为：V M或V X。(2分)如果进入MX晶体的杂质原子是A，则其表示符号可写成：A M或A X（取代式）以及A i（间隙式）。 #5.1试述影响置换型固溶体的固溶度的条件,和固溶体特点 1.离子尺寸因素，|（r1-r2）/r1|<15%才可形成连续固溶体2、离子的电价因素，离子价或离子价总和相同才可生成连续置换型固溶体3、晶体的结构类型，晶体结构相同是生成固溶体必要条件 4、电负性因素，电负性相近的元素，固溶体才可能具有大的溶解度。固溶体的特点：1）是单一均匀相；2）晶体的结构类型仍保持基质（溶剂组分）结构特点；3）两组分的组成可在一定范围内变化，其性质随组成呈线性变化。固溶体性质:1.活化晶格，促进烧结。2.稳定晶形。3.催化剂。4. 固溶体的电性能。5.透明陶瓷及人造宝石，达到透明度关键在于消除气孔，烧结过程中气孔消除主要靠扩散 6.1硼反常现象：试述B2O3中加入Na2O后,结构发生的变化, 答：B2O3中加入Na2O后, Na2O所提供的氧使[BO3]三角体变成[BO4]四面体，导致B2O3玻璃结构由两度空间的层状结构部分转变为三维的架状结构，从而加强了网络，并使玻璃的各种物理性质变好，这与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，其性质随R2O 或RO加入量的变化规律相反，出现硼酸盐玻璃的硼反常现象。 ##硼反常现象：硼酸玻璃随着Na2O（R2O）含量的增加，桥氧数增大，热膨胀系数逐渐下降。当Na2O含量达到15%—16%时，桥氧又开始减少，热膨胀系数重新上升，。##原因:当数量不多的碱金属氧化物同B2O3一起熔融时，碱金属所提供的氧不像熔融SiO2玻璃中作为非桥氧出现在结构中，而是使硼转变为由桥氧组成的硼氧四面体。致使B2O3玻璃从原来二度空间层状结构部分转变为三度空间的架状结构，从而加强了网络结构，并使玻璃的各种物理性能变好。这与相同条件下的硅酸盐玻璃性能随碱金属或碱土金属加入量的变化规律相反。双碱效应：当一种碱金属氧化物被另一种置换时电阻率不随置换量起直线变化 6.2表面张力的影响因素:1.温度，随温度升高而降低2.化学键，具有金属键的熔体表面张力>共价键>离子键>分子键3.与化学组成的关系，B2O3是陶瓷釉中降低表面张力的首选组分，4.离子晶体结构类型的影响，熔体内部质点之间的相互作用越大，表面张力越大。5.两种熔体混合时，表面张力不具加和性。 6.3玻璃通性（特性）:1.各向同性，2.介稳性3.熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性4.物理化学性质变化的连续性 6.4玻璃形成条件:1.热力学条件，随温度降低，熔体释放能量大小不同，可有三种冷却途径:结晶化、玻璃化、分相。2.动力学条件，成核速率与生长速率的极大值所处的温度范围很靠近，熔体易析晶不易形成玻璃；若玻璃形成温度附近粘度很大，易形成过冷液体而不易析晶；临界冷却速率大，则形成玻璃困难而析晶容易。3.结晶化学条件，氧化物的键强是决定它能否形成玻璃的重要条件；形成玻璃必须具有极性共价键或金属共价键型。 Cl K K KCl Cl V Ca CaCl2 ' 2 + + →? Cl K i KCl Cl V Ca CaCl2 2' 2 + + →??

材料导论 (26)

Module 4 (Metallic Materials金属材料) Video 4 Powder Metallurgy粉末冶金 Hello every one. Today, let us talk about Powder Metallurgy. 今天我们来谈谈粉末冶金. 译文：大家好！今天我们来谈谈粉末冶金。 What is Powder Metallurgy? 译文：什么是粉末冶金? Powder metallurgy (PM), frequently designated as P/M, is a technology, which involves converting the starting material to the required powder form, and then “sticking”the material back together again to produce a more or less solid object. Powdered metals can be ferrous, nonferrous, or a combination of ferrous and nonferrous elements with nonmetallic elements. 译文：粉末冶金通常也用P/M代表，该技术首先采用的材料为粉末状态，再将粉体材料通过“粘接”形成固体状。粉体金属可以是黑色金属、有色金属，或者黑色或有色金属元素与非金属元素的结合。 Then,how about powder metallurgy process? 译文：那么，粉末冶金工艺包括哪些呢？有缘学习更多驾卫星ｙｇｄ３０７６ The PM production technologies generally involve all or most of the following process steps:powder production,mixing of powders,forming of the mixed powder into a compact,sintering of the compact to enhance integrity and strength,and secondary operations. 译文： PM制备技术通常涉及以下步骤：粉体制备，粉体混合，将混合的粉体压制，将压缩件烧结以提高其整体性和强度，以及其它附加工艺。 Among of them, the three basic steps are: powder mixing (or powder blending)

同济大学复试材料科学导论总结2

第二篇材料的物性 8.理解物性的基本概念 1.波粒二象性：波粒二象性（wave-particle duality ）指的是所有的基本粒子或量子不仅可以部分地以粒子的术语来描述，也可以部分地用波的术语来描述。 2.常规情况下，有两类决定材料物性的主导因素：一类是原子系统，通常作为经典粒子处理，反映了位置序或粒子序(性)的效应；另一类是电子系统，通常表现出明显的量子力学特征，反映了动量序或德布罗意波序(性)的效应。 3.经典电导理论和量子力学理论的区别 1. 经典电导理论认为在外电场的作用下所有的自由电子都对电流有贡献；而量子力学理论认为只有费米能级附近的电子才对电流有贡献。 2. 根据量子力学理论，在理想周期性排列的晶格对能带中，电子的能量状态形成能带，能带之间是禁带，能带中的电子可以在晶格中自由运动，因此理想周期性排列的晶格对能带中电子没有散射作用，这是与经典电导理论不相同的。 4.金属自由电子理论：金属的高导电性是由于那些处于紧靠费米能的半占有状态上的电子漂移形成(外加电压对大多数电子不产生净效应，因为它们可能跃迁到的较高能态均已被填满)。金属的功函数是从高的占有能级上取出一个电子所需的能量，在绝对零度时，即为费米能。在室温，只有很少的一些电子被激发到高于费米能，因此功函数在一个宽的温度范围内几乎是恒定的。自由电子理论能满意地解释绝大多数金属的导电性，但不能正确解释绝缘体。 5.能带的概念：能带理论就是认为晶体中的电子是在整个晶体内运动的共有化电子，并且共有化电子是在晶体周期性的势场中运动；结果得到：共有化电子的本征态波函数是Bloch 函数形式，能量是由准连续能级构成的许多能带。固体的导电性能由其能带结构决定。对一价金属，价带是未满带，故能导电。对二价金属，价带是满带，但禁带宽度为零，价带与较高的空带相交叠，满带中的电子能占据空带，因而也能导电，绝缘体和半导体的能带结构相似，价带为满带，价带与空带间存在禁带。半导体的禁带宽度从0.1～4电子伏，绝缘体的禁带宽度从4～7电子伏。在任何温度下，由于热运动，满带中的电子总会有一些具有足够的能量激发到空带中，使之成为导带。由于绝缘体的禁带宽度较大，常温下从满带激发到空带的电子数微不足道，宏观上表现为导电性能差。半导体的禁带宽度较小，满带中的电子只需较小能量就能激发到空带中，宏观上表现为有较大的电导率。根据电子能带结构，说明导体、半导体和绝缘体之间电导率差异的原因。 85u 1.导体中含有未满带，在外场作用下，未满带上的电子分布发生偏移，从而改变了原来的中心堆成的形态，占据不同状态的电子所形成的运动电流不能完全抵消，未抵消的部分就形成了电流。 2.从能带结构模型来看，在绝缘体和半导体中，能量较低的、被价电子所充满的价带与能量较高的未填充电子的导带之间，在原子平衡间距处没有交叠，即价带与导带之间被能量为Eg 的禁带所隔开。绝缘体的禁带宽度较宽而半导体的比较窄。由于绝缘体的电子能带结构特征在常温下几乎很少有电子可能被激发越过禁带，因此电导率很低。 3.半导体的能带结构与绝缘体相同，所不同的是它的禁带比较窄，电子跳过禁带不像绝缘体那样困难。如果存在外界作用（比如热、光辐射等），介带中的电子就有可能跃迁到导带中去。纯半导体的导电过程是依靠电子从充满价带激发到空的导带中实现的，价带失去电子同时形成电子空穴，因此导带中的电子浓度与价带中的空穴浓度相等，在室温下，半导体材料的导电性是由于晶体点阵中原子的振动使电子受到了激发进入导带中而引起的，这种空带中的电子导电和价带的空穴导电同时存在而引起的。 6.宏观和介观不均匀宏观不均匀性：这类材料如不同相的混合物，也包括一部分人工复合材料。介观不均匀性：在大于晶格常数的尺度内，晶粒生长、失衡分解和共析现象常造成这类静态的不均匀性，多晶陶瓷、玻璃陶瓷等复合材料常具有结构不均匀性，这类不均匀性也常被称为微结构、超微结构和纳米结构。 7.复相不均匀研究结构包括哪几方面？确定材料中所有存在的相，以及每相的含量和性质特征。确定各相的结构形貌特征，如尺寸、形状、晶粒取向和分布。确定材料中晶界和其他结构缺陷如位错、微裂纹和包裹物的特征。 8.费米子和玻色子费米子：粒子遵从泡利不相容原理，因而不能有2个粒子处于同一量子态Ei ，系统的波函数必然是反对称的，满足这些要求的粒子称为费米子。（电子、质子、中子等）费米狄拉克分布：玻色子：粒子不受泡利不相容原理的约束，因此系统对于能够处于相同量子态Ei 的粒子数目没有限制，描写粒子系统的波函数必然是对称的，满足这些要求的粒子称为玻色子。（光子）波色－爱因斯坦分布： 10.声子：能量为h ω/π的晶格震动的简正模能量量子，称为声子。

材料科学基础2复习题与参考答案

材料科学基础2复习题及部分参考答案一、名词解释 1、再结晶：指经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒的形核及长大，以无畸变的等轴晶粒取代变形晶粒的过程。 2、交滑移：在晶体中，出现两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移。 3、冷拉：在常温条件下，以超过原来屈服点强度的拉应力，强行拉伸聚合物，使其产生塑性变形以达到提高其屈服点强度和节约材料为目的。（《笔记》聚合物拉伸时出现的细颈伸展过程。） 4、位错：指晶体材料的一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列（晶体学缺陷）。（《书》晶体中某处一列或者若干列原子发生了有规律的错排现象） 5、柯氏气团：金属内部存在的大量位错线，在刃型位错线附近经常会吸附大量的异类溶质原子（大小不同吸附的位置有差别）,形成所谓的“柯氏气团”。（《书》溶质原子与位错弹性交互作用的结果，使溶质原子趋于聚集在位错周围，以减小畸变，降低体系的能量，使体系更加稳定。） 6、位错密度：单位体积晶体中所含的位错线的总长度或晶体中穿过单位截面面积的位错线数目。 7、二次再结晶：晶粒的不均匀长大就好像在再结晶后均匀、细小的等轴晶粒中又重新发生了再结晶。 8、滑移的临界分切应力：滑移系开动所需要的最小分切应力。（《书》晶体开始滑移时，滑移方向上的分切应力。） 9、加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象，又称冷作硬化。（《书》随塑性变形的增大，塑性变形抗力不断增加的现象。） 10、热加工：金属铸造、热扎、锻造、焊接和金属热处理等工艺的总称。（《书》使金属在再结晶温度以上发生加工变形的工艺。） 11、柏氏矢量：是描述位错实质的重要物理量。反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总积累。（《书》揭示位错本质并描述位错行为的矢量。）反映由位错引起的点阵畸变大小的物理量。 12、多滑移：晶体的滑移在两组或者更多的滑移面（系）上同时进行或者交替进行。 13、堆垛层错：晶体结构层正常的周期性重复堆垛顺序在某二层间出现了错误，从而导致的沿该层间平面（称为层错面）两侧附近原子的错排的一种面缺陷。 14、位错的应变能：位错的存在引起点阵畸变，导致能量增高，此增量称为位错的应变能。 15、回复：发生形变的金属或合金在室温或不太高的温度下退火时，金属或合金的显微组织几乎没有变化，然而性能却有程度不同的改变，使之趋近于范性形变之前的数值的现象。（《书》指冷变形金属加热时，尚未发生光学显微组织变化前（即再结晶前）的微观结构及性能的变化过程。） 16、全位错：指伯氏矢量为晶体点阵的单位平移矢量的位错。 17、弗兰克尔空位：当晶体中的原子由于热涨落而从格点跳到间隙位置时，即产生一个空位和与其邻近的一个间隙原子，这样的一对缺陷——空位和间隙原子，就称为弗兰克尔缺陷。（《书》存在能量起伏的原子摆脱周围原子的约束而跳离平衡位置进入点阵的间隙中所形成的空位（原子尺度的空洞）。） 18、层错能：单位面积层错所增加的能量。（《书》产生单位面积层错所需要的能量。） 19、表面热蚀沟：金属长时间加热时，与表面相交处因张力平衡而形成的热蚀沟。（《书》金属在高温下长时间加热时，晶界与金属表面相交处为了达到表面张力间的平衡，通过表面扩散产生的热蚀沟。） 20、动态再结晶：金属在热变形过程中发生的再结晶。二、填空题 1、两个平行的同号螺位错之间的作用力为排斥力，而两个平行的异号螺位错之间的作用力为吸引力。 2、小角度晶界能随位向差的增大而增大；大角度晶界能与位向差无关。 3、柏氏矢量是一个反映由位错引起的点阵畸变大小的物理量；该矢量的模称为位错强度。 4、金属的层错能越低，产生的扩展位错的宽度越宽，交滑移越难进行。 5、螺型位错的应力场有两个特点，一是没有正应力分量，二是径向对称分布。 6、冷拉铜导线在用作架空导线时，应采用去应力退火，而用作电灯花导线时，则应采用再结晶退火。 7、为了保证零件具有较高的力学性能，热加工时应控制工艺使流线与零件工作时受到的最大拉应力的方向一致，而与外加的切应力方向垂直。 8、位错的应变能与其柏氏矢量的模的平方成正比，故柏氏矢量越小的位错，其能量越低，在晶体中越稳定。 9、金属的层错能越高，产生的扩展位错的宽度越窄，交滑移越容易进行。

材料导论 (35)

Video 5: Amorphous or Crystalline State of Polymers Now, let’s talk about the solid state of polymers. Structurally, materials in solid state may be amorphous or crystalline. We all know that substances having small molecules (such as water, CO2 and methane) are normally totally crystalline as solids, or totally amorphous as liquids. In contrast, polymers are macro-molecules with high-molecular weight, and may have a wide molecular weight distribution. Therefore, the concept of crystallinity in polymers must be different from that in low-molecular-weight substances. 今天讲固态聚合物形态。从结构上讲，固态材料可呈无定形和结晶两种形态。固态小分子物质如水、二氧化碳和甲烷通常可呈完全结晶形态，而液相则是完全无定形的。相比而言，聚合物分子量很高，且具有一定分子量分布。因此，聚合物的结晶与小分子物质的结晶不同。 When polymers are cooled from the molten state or concentrated from a dilute solution, their chains could be randomly twisted, coiled and entangled. This twisting, coiling prevents the strict ordering of polymer chains, resulting in a disorder arrangement of polymer chains, only a short-range order of repeating units. Consequently, we can only get an amorphous solid. This is a common situation for polymers in solid state. Possibly, individual polymer chains are folded (back and forth) on themselves and packed in a regular manner or in an orderly fashion. This will form a three-dimensional long-range ordered arrangement, that is, a crystalline structure of polymer. 熔融态聚合物冷却时，或聚合物稀溶液浓缩时，分子链会随机蜷缩、缠绕。这种卷曲、缠结会阻止分子链有序排列，使分子链呈无序排布，只有重复单元结构可做短程有序排布。因此，通常固态聚合物呈无定形状态。当然，单根分子量也有可能自己来回折叠，以有序方式规整堆积，形成三维、长程有序排布，即形成聚合物结晶结构。 But, in fact, since polymer chains are very long, they have high molecular weights,

材料概论论文

材料概论论文碳纤维复合材料班级：2011级材料化学姓名：邓开菊学号：20110513454

摘要:主要介绍了碳纤维复合材料的基本概述，并对它的一些结构性能、应用（主要在航空领域的应用）、发展，并分析了目前我国碳纤维复合材料的研究进展和应用前景。关键字：碳纤维复合材料、碳纤维树脂基复合材料、碳／碳复合材料、结构性能、发展、航空领域。 1、引言碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90％以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的“比强度”。碳纤维属于聚合物碳，是有机纤维经固相反应转变为纤维状的无机碳化合物。碳纤维是一种新型非金属材料，它和它的复合材料具有高强度、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热、比重小和热胀胀系数小等优异性能，碳纤维单独使用时主要是利用其耐热性、耐蚀性、导电性和其它性质。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa亦高于钢。因此CFRP（即碳纤维复合材料）的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。目前，碳纤维不仅广泛应用军事工业，而且在汽车构件、风力发电叶片、核电、油田钻探、体育用品、碳纤维复合芯电缆以及建筑补强材料领域也存在巨大应用空间，而其在航空领域的光辉业绩尤为引人注目。 2、碳纤维的发展碳纤维的出现是材料史上的一次革命。碳纤维是目前世界首选的高性能材料，具有高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种优异性能，正逐步征服和取代传统材料。现已广泛应用于航天、航空和军事领域。世界各国均把发展高性能碳纤维产业放在极其重要的位置。碳纤维除了在军事领域上的重要应用外，在民品的发展上有着更加广阔的空间，并已经开始深入到国计民生的

材料科学基础试题

第一章原子排列本章需掌握的内容：材料的结合方式：共价键，离子键，金属键，范德瓦尔键，氢键；各种结合键的比较及工程材料结合键的特性；晶体学基础：晶体的概念，晶体特性（晶体的棱角，均匀性，各向异性，对称性），晶体的应用空间点阵：等同点，空间点阵，点阵平移矢量，初基胞，复杂晶胞，点阵参数。晶系与布拉菲点阵：种晶系，14种布拉菲点阵的特点；晶面、晶向指数：晶面指数的确定及晶面族，晶向指数的确定及晶向族，晶带及晶带定律六方晶系的四轴座标系的晶面、晶向指数确定。典型纯金属的晶体结构：三种典型的金属晶体结构：fcc、bcc、hcp；晶胞中原子数、原子半径，配位数与致密度，晶面间距、晶向夹角晶体中原子堆垛方式，晶体结构中间隙。了解其它金属的晶体结构：亚金属的晶体结构，镧系金属的晶体结构，同素异构性了解其它类型的晶体结构：离子键晶体结构：MgO陶瓷及NaCl，共价键晶体结构：SiC陶瓷，As、Sb 非晶态结构：非晶体与晶体的区别，非晶态结构分子相结构 1. 填空 1. fcc结构的密排方向是_______，密排面是______，密排面的堆垛顺序是_______致密度为___________配位数是________________晶胞中原子数为___________，把原子视为刚性球时，原子的半径是____________；bcc结构的密排方向是_______，密排面是_____________致密度为___________配位数是________________ 晶胞中原子数为___________，原子的半径是____________；hcp结构的密排方向是_______，密排面是______，密排面的堆垛顺序是_______，致密度为___________配位数是________________，晶胞中原子数为 ___________，原子的半径是____________。 2. bcc点阵晶面指数h+k+l=奇数时，其晶面间距公式是________________。 3. Al的点阵常数为0.4049nm，其结构原子体积是________________。 4. 在体心立方晶胞中，体心原子的坐标是_________________。 5. 在fcc晶胞中，八面体间隙中心的坐标是____________。 6. 空间点阵只可能有___________种，铝晶体属于_____________点阵。Al的晶体结构是__________________， -Fe的晶体结构是____________。Cu的晶体结构是_______________， 7点阵常数是指__________________________________________。 8图1是fcc结构的(-1,1,0 )面，其中AB和AC的晶向指数是__________，CD的晶向指数分别是___________，AC所在晶面指数是--------------------。

材料导论 (56)

In the previous lectures, we have already know that degradation is a vital properites of biomaterials. Biodegradable polymers normally possess labile functional groups accessible to biological or non-biological mechanisms of degradation. Biodegradable polymeric biomaterials will gradually degrade into water soluble oligomers and monomers that eliminate from a human body after fulfilling their intended use. The use of biodegradable synthetic polymers as biomaterials is also due to that their mechanical and physical properties can readily be adjusted by varying preparation techniques and molecular structure. Therefore, biodegradable polymeric biomaterials are intensively studied and used in biomedical and tissue engineering applications. 在之前的课程中，我们已经知道降解是生物材料的一个重要特性。生物可降解聚合物通常具有生物可降解或非生物可降解机制的不稳定官能团。生物降解聚合物生物材料将逐渐降解为水溶性低聚物和单体，在完成预期的用途后可以从人体中去除。生物可降解合成聚合物作为生物材料的使用，还因为它们的机械和物理性能可以通过不同的制备技术和分子结构很容易地进行调整。因此，生物降解聚合物生物材料在生物医学和组织工程应用中得到了广泛的研究和应用。合成可降解材料在人体中完成使命以后呢，可以被降解成为水溶性的低聚物或者单体然后被人体排出，而且我们可以通过分子设计，可以实现合成可降解材料的不同力学和物理性质，以满足应用需要，因此此类生物材料非常的重要。 According to the mechanisms of erosion, degradable polymers can

材料概论知识点总结

材料概论知识点总结 1.材料学纲要结合键离子键、共价键、金属键（化学键）、分子键和氢键 1）几种结合键的区别？离子键是以正负离子间的相互作用力形成的结合。离子键材料由两种以上的电负性相差很大的原子构成。离子晶体的特性：（1）离子晶体是最密堆积的面心立方或六方密填结构，离子晶体的这种结构特征体现了离子键的各向同性。（2）对可见光透明，吸收红外波长。离子震动能级吸收。共价键不易失去价电子的原子倾向于与邻近原子共有价电子、成为8电子稳定结构。共价键以拉手结合。金属键具有方向性，价电子位于共价键附近的几率高于其他处。共价键形成的条件：原子具有相似的电负性、价电子之和为8。共价键材料的特性：（1）高硬度、高熔点、导电性差、低膨胀系数，这体现了共价键是强化和键。（2）性脆，延展性很差，这体现了共价键的方向性。陶瓷和聚合物；或完全、或部分是共价键。金属键金属原子失去价电子成为正离子、价电子成为自由电子，离子骨架浸泡在电子的海洋。本质：是离子、电子间的库仑相互作用。特性：无方向性，不易被破坏。使金属具有良好的延展性和导电性，是良好的导体。分子键由分子之间的作用力（范德华力）而形成的，由于分子键很弱，故结合成的晶体具有低熔点、低沸点、低硬度、易压缩等特性。氢键氢原子与电负性大的原子X以共价键结合，若与电负性大、半径小的原子Y（O F N等）接近，在X与Y之间以氢去为媒介，生成X-H...Y形式的一种特殊的分子间或分子内相互作用，成为氢键。 1）结合键对材料性能的影响。金属材料金属材料的结合键主要是金属键。金属特性：导电性、导热性好；正电阻温度系数；好的延展性；金属光泽等。陶瓷材料陶瓷材料是包含金属和非金属元素的化合物，其结合键主要是离子键和共价键，大多数是离子键。离子键赋予陶瓷相当高的稳定性，所以陶瓷材料通常具有极高的熔点和硬度，但同时陶瓷材料的脆性也很大。高分子材料高分子材料的结合键是共价键、氢键和分子键。其中，组成分子的结合键

材料科学概论考点总结

1·材料: 材料是人类社会所能接受的、可经济地制造有用物品的物质(Materials is the stuff from which a thing is made for using.) 2·材料的分类及类型: 按服役领域分类：结构材料 (受力，承载)，功能材料 (半导体，超导体以及光、电、声、磁等) 按化学组成分：金属材料，无机非金属材料，高分子材料，复合材料按材料尺寸分：零维材料，一维材料，二维材料，三维材料按结晶状态分：晶态材料，非晶态材料，准晶态材料 3·材料科学：是一门以实体材料为研究对象，以固体物理，热力学，动力学，量子力学，冶金，化工为理论基础的交叉型应用基础学科。4·材料的发展要素：材料的成分、组织结构、合成加工、性质与使用性能5·材料的力学性能：弹性模量，强度，塑性，断裂韧性，硬度 6·塑性变形：材料在外力作用下产生去除外力后不能恢复原状的永久性变形称为塑性变形。塑性变形具有不可逆性 7·能带：满带，空带，价带，禁带 8·磁性的分类：磁滞回线： H c ：矫顽力 H m ：饱和磁场强度 B r ：剩余磁感应强度 B s ：饱和磁感应强度 9·不同材料的热导率特性：金属材料有很高的热导率，无机陶瓷或其它绝缘材料热导率较低，半导体材料的热传导，高分子材料热导率很低 10·固溶体：合金的组元以不同的比例相互混合混合后形成的固相的晶体结构与组成合金的某一组元的相同这种相就称为固溶体. 11·断裂韧度：是衡量材料在裂纹存在的情况下抵抗断裂的能力 12·影响断裂失效的因素：（1）材料机械性能的影响（2）零件几何形状的影响（3）零件应力状态的影响（4）加工缺陷的影响（5）装配、检验产生缺陷的影响 13·穿晶断裂：裂纹在晶粒内部扩展，并穿过晶界进入相邻晶粒继续扩展直至断裂

材料科学基础基本题

材料科学基础（I ）基础习题晶体结构 1. 填空 1. fcc 结构的密排方向是___<110>____，密排面是_{111}_____，密排面的堆垛顺序是_ABCABC …______致密度为__0.74_________配位数是_____12___________晶胞中原子数为_____4______，把原子视为刚性球时，原子的半径是__42a _________；bcc 结构的密排方向是___<111>____，密排面是_{110}____________致密度为___0.68________配位数是_________8_______ 晶胞中原子数为_____2______，原子的半径是___43a _________；hcp 结构的密排方向是__0211_____，密排面是__{0001}____，密排面的堆垛顺序是__ABABAB …_____，致密度为___074________配位数是________12________，晶胞中原子数为____6_______，原子的半径是___a/2_________。 2. bcc 点阵晶面指数h+k+l=奇数时，其晶面间距公式是________________。 3. Al 的点阵常数为0.4049nm ，其结构原子体积是__0.74*a 3______________。 4. 在体心立方晶胞中，体心原子的坐标是___（1/2,1/2,1/2）______________。 5. 在fcc 晶胞中，八面体间隙中心的坐标是____________。 6. 空间点阵只可能有_____14______种，铝晶体属于___面心立方__________点阵。Al 的晶体结构是__________________， -Fe 的晶体结构是____________。Cu 的晶体结构是_______________， 7 点阵常数是指__________________________________________。 8 图1是fcc 结构的(-1,1,0 )面，其中AB 和AC 的晶向指数是__________，CD 的晶向指数分别是___________，AC 所在晶面指数是 --------------------。 9 晶胞中每个原子平均占有的体积称为____________________________________。 10 FCC 包含有<112>晶向的晶面是___________________。 11. 图2为简单立方点阵晶胞，其中ABC 面的指数是______________，AD 的晶向指数是_______________ 。 B D

关于材料导论的论文范文

篇一：关于材料导论的论文范文虽然我已经进大材料专业两个多月，却由于种种原因，不能对材料这门基础学科有清楚的认识，甚至对于别人问我材料是干什么的，我也是尴尬地不能回答。在这10来次的课程中，我终于进一步认识到了材料学科的优势和发展前景，对于自己的未来也有了更多自信和期许。材料共分为金属材料，无机非金属材料和高分子材料三大类。在这些课程中，教授们着重强调了无机非金属材料中的陶瓷材料。以前，我总认为陶瓷无非就是瓷碗，花瓶之类，却没想到它还会有那么多的化学特性和功能。实际上，陶瓷是瓷器和陶器的统称，它采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成，是典型的硅酸盐材料，主要组成元素是硅、铝、氧，这三种元素占地壳元素总量的90%，普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。大多数陶瓷具有良好的电绝缘性，因此大量用于制作各种电压的绝缘器件。陶瓷材料在高温下不易氧化，并对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力。此外，它在防辐射方面也发挥着至关重要的作用在所有的材料中，最令我感兴趣的是功能材料。功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。其中，太阳能电池材料是新能源材料研究开发的热点。随着能源日益紧缺和环保压力的不断增大，石油的枯竭几乎像一个咒语，给人类带来了不安。各国都开始力推可再生能源，其中开发和利用太阳能已成为可再生能源中最炙热的“新宠”，太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能资源丰富，而且免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。正是因为这些优点，太阳能光伏产业才蓬勃发展起来。相信在未来，太阳能电池会发挥越来越重要的作用。尽管我国非常重视功能材料的发展取得了一批接近或达到国际先进水平的研究成果，在国际上占有了一席之地，却依旧和发达国家存在着、较大的差距。因此发达国家企图通过功能材料领域形成技术垄断，并试图占领中国广阔的市场。例如，高铁的一些关键材料还需从国外进口，每年都得花高达千亿的资金去购买这些材料，还必须满足他们各种要求，这对拥有万千专家学者的中国来说，这不能不说是一种悲哀。特别是我国国防用关键特种功能材料是不可能依靠进口来解决的，必须要走独立自主、自力更生的道路。如军事通信、航空、航天、激光武器等，都离不开功能材料的支撑。如何在毕业后成为一位优秀的材料人，这是我们每个人都需要思考的问题，未来充满着未知，这一切都有待于我们的努力。首先，我们要有勤勉、认真、踏实的学习作风，我们所学的基础课程都是很朴实无华的内容，这就要求我们能静下心来，从一砖一瓦打基础做起，不可心浮气躁。其次，我们需要动手实验的实践能力，任何的成果都要依靠理论和实验，用实验来验证理论，这就要求我们要有一定的动手能力，对于实验的操作、各种仪器的使用要有相当的了解。而且我们一定要有举一反三的创新能力，我们的目标就是在于如何研发出不同于前人的材料，制作新工艺和新方法，这样人类才能更好地利用科学来造福众生，才能使我们的世界越来越丰富多彩。另外，我们还要学习一定的软件知识。课上，老师教我们如何用软件来模拟物质结构，引起了我们极大的兴趣，如果我们将想要在材料方面大展身手，软件将是我们研究学习不可或缺的帮手。

高分子科学导论学习总结

高分子科学导论学习总结 2011级高材一班赵真201114011010 《高分子科学导论》系统介绍高分子科学的基础知识，包括高分子的合成与化学反应、高分子结构与性能的关系、高分子的分析与表征、典型高分子材料的性质与应用，以及高分子科学的发展历程和研究前沿。针对非高分子专业本科学生的学习特点，从培养学生学习兴趣和提高学生综合素质入手，用较为浅显易懂的语言对高分子科学的重要知识加以介绍。高分子科学导论包括高分子的合成与化学反应、高分子结构与性能的关系高分子的分析与表征、典型高分子材料的性质与应用，以及高分子科学的发展历程和研究前沿。了解高分子科学的研究特点及其在发展过程中与其他学科相互交叉渗透的特色，从而能够独立研究和解决本学科中涉及高分子的科学问题，为学生奠定进一步学习和研究高分子科学的基础。第一章、绪论部分，我们就需要简单的了解下什么是《高分子科学导论》以及在各个方面的应用。一.高分子科学的发展历史：第一阶段：第一世界大战爆发前，人工合成聚合物的出现。例如：1830：第一种硫化橡胶-C. Goodyear；1846：第一种人造纤维-硝化纤维素-C. Sh?nbein；1868：第一种热塑性塑料-赛璐珞-J.W. Hyatt；1907：第一种热固性塑料-Bakelite 第二阶段：（1914-1942）高分子科学的经典阶段。产生了存在长链分子的概念；结晶学为某些大分子提供了详细的结构信息；聚合的机理和动力学被阐明；在试图分析长链分子结构的物理序列结果的同时，提出了柔性“分子线团”概念。主要代表人物：Staudinger, Mark, Meyer, Carothers, Schultz, Kuhn, Flory等。第三阶段：1942-1960 经典高分子科学达到充分成熟的阶段Flory和Huggins似晶格模型导出高分子溶液热力学性质; Debeye和Zimm发展光散射法研究高分子溶液性质；Flory和Fox把热力学和流体力学联系起来，使高分子溶液的粘度、扩散、沉降等宏观性质与分子的微观结构有了联系；Williams, Landel, Ferry, Tobolsky, Rouse, Bueche, Zimm等在高分子聚

材料科学基础试题及答案考研专用

一、名词：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。匀晶转变：从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。平衡结晶：合金在极缓慢冷却条件下进行结晶的过程。成分起伏：液相中成分、大小和位置不断变化着的微小体积。异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。枝晶偏析：固溶体树枝状晶体枝干和枝间化学成分不同的现象。共晶转变：在一定温度下，由—定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程。脱溶：由固溶体中析出另一个固相的过程，也称之为二次结晶。包晶转变：在一定温度下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另一个一定成分的固相的转变过程。成分过冷：成分过冷：由液相成分变化而引起的过冷度。二、简答： 1. 固溶体合金结晶特点？答：异分结晶；需要一定的温度范围。 2. 晶内偏析程度与哪些因素有关？答：溶质平衡分配系数k0；溶质原子扩散能力；冷却速度。 3. 影响成分过冷的因素？答：合金成分；液相内温度梯度；凝固速度。

三、书后习题 1、何谓相图？有何用途？答：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。相图的作用：由相图可以知道各种成分的合金在不同温度下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。 2、什么是异分结晶？什么是分配系数？答：异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。分配系数：在一定温度下，固液两平衡相中溶质浓度之比值。 3、何谓晶内偏析？是如何形成的？影响因素有哪些？对金属性能有何影响，如何消除？答：晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀的现象形成过程：固溶体合金平衡结晶使前后从液相中结晶出的固相成分不同，实际生产中，液态合金冷却速度较大，在一定温度下扩散过程尚未进行完全时温度就继续下降，使每个晶粒内部的化学成分布均匀，先结晶的含高熔点组元较多，后结晶的含低熔点组元较多，在晶粒内部存在着浓度差。影响因素：1）分配系数k0：当k0<1时，k0值越小，则偏析越大；当k0>1时，k0越大，偏析也越大。2）溶质原子扩散能力，溶质原子扩散能力大，则偏析程度较小；反之，则偏析程度较大。3）冷却速度，冷却速度越大，晶内偏析程度越严重。对金属性能的影响：使合金的机械性能下降，特别是使塑性和韧性显著降低，