现代材料化学概论2011.pdf

复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 1 主主主主 讲讲讲讲 人：人：人：人： 杨振国杨振国杨振国杨振国 办办办办 公室：公室：公室：公室： 先进材料楼先进材料楼先进材料楼先进材料楼 407407室室室室 电电电电话：话：话：话： 6564252365642523 电子信箱电子信箱电子信箱电子信箱: : zgyangzgyang 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 2 2 pptppt (60(60) ) 读书报告读书报告读书报告读书报告 (30(30) ) 平时表现平时表现平时表现平时表现 (10(10) ) 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 3 1.1 1.1 学科产生背景学科产生背景学科产生背景学科产生背景 材料化学作为一门新兴的材料化学作为一门新兴的、交叉的交叉的、边缘性学科边缘性学科 诞生于20世纪90年代。在世界范围内,它已引起化学诞生于20世纪90年代。在世界范围内,它已引起化学 界、物理界、材料界等共同的关注和研究。界、物理界、材料界等共同的关注和研究。 一般而言，从事化学研究的化学家在谈到与材料一般而言，从事化学研究的化学家在谈到与材料 相关的研究背景及兴趣爱好时，总会使用高分子化相关的研究背景及兴趣爱好时，总会使用高分子化 学、高分子物理、表面化学、固态化学等专业术语；学、高分子物理、表面化学、固态化学等专业术语； 从事材料研究的科学家在讲材料时，则会使用热处从事材料研究的科学家在讲材料时，则会使用热处 理理、相图、显微组织、反应加工、腐蚀等专业术语。相图、显微组织、反应加工、腐蚀等专业术语。 这些术语专业性太强且很分散，学科内容偏窄，不这些术语专业性太强且很分散，学科内容偏窄，不 利于综合和创新。因此，有必要定义一个研究范围更利于综合和创新。因此，有必要定义一个研究范围更 为广泛的专业术语，“材料化学”便由此而诞生为广泛的专业术语，“材料化学”便由此而诞生。 就我国而言，1998年国家教育部针对我国材料专就我国而言，1998年国家教育部针对我国材料专 业的学科内容狭窄的状况作了很大的调整和改革。业的学科内容狭窄的状况作了很大的调整和改革。 例如，把原二级专业如金属材料、无机材料、高例如，把原二级专业如金属材料、无机材料、高 分子材料等，纷纷改为材料化学专业或材料物理专业分子材料等，纷纷改为材料化学专业或材料物理专业 。课程设置按一级学科“材料科学与工程”的要求要。课程设置按一级学科“材料科学与工程”的要求要 求进行，旨在“宽口径、厚基础”，从而使新材料的求进行，旨在“宽口径、厚基础”，从而使新材料的 研究有扎实的基础理论知识，由此拓宽材料的研究容研究有扎实的基础理论知识，由此拓宽材料的研究容 范畴。范畴。 目目前，全国已有70多个材料化学专业。前，全国已有70多个材料化学专业。 “材料科学与工程”“材料科学与工程” 一级学科现设三个二级学科：一级学科现设三个二级学科： 1. 1. 1. 1. 材料物理与化学；材料物理与化学；材料物理与化学；材料物理与化学； 2. 2. 2. 2. 材料学；材料学；材料学；材料学； 3. 3. 3. 3. 材料加工工程材料加工工程材料加工工程。材料加工工程。 材料化学正式成为材料学科的一个重要分支学科材料化学正式成为材料学科的一个重要分支学科材料化学正式成为材料学科的一个重要分支学科！材料化学正式成为材料学科的一个重要分支学科！ 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 4 4 第一章第一章第一章第一章 材料化学导论材料化学导论材料化学导论材料化学导论 1. 2 1. 2 1. 2 1. 2 材料化学的研究内容材料化学的研究内容材料化学的研究内容材料化学的研究内容 1.2.1 1.2.1 1.2.1 1.2.1 基本定义基本定义基本定义基本定义 按照materials chemistry（acs 245, 按照materials chemistry（acs 245, 1992）的定义, 材料化学是研究新材料(new 1992）的定义, 材料化学是研究新材料(new materials)的制备（preparation）、加工materials)的制备（preparation）、加工 （processing）和分析（analysis）所涉及的一切（processing）和分析（analysis）所涉及的一切 化学问题的一门学科，因而是新材料与现代化学相化学问题的一门学科，因而是新材料与现代化学相 结合的交叉性的新兴学科。结合的交叉性的新兴学科。 简言之，简言之，材料化学是以新材料研发为目标，研材料化学是以新材料研发为目标，研材料化学是以新材料研发为目标，研材料化学是以新材料研发为目标，研 究新材料的究新材料的究新材料的究新材料的合成与制备、成型与加工、结构与性合成与制备、成型与加工、结构与性合成与制备、成型与加工、结构与性合成与制备、成型与加工、结构与性 能、表征与分析、应用与评价能、表征与分析、应用与评价能、表征与分析、应用与评价能、表征与分析、应用与评价、以及它们之间相互、以及它们之间相互、以及它们之间相互、以及它们之间相互 关系的一门新学科关系的一门新学科关系的一门新学科。关系的一门新学科。 从学科发展史看，材料化学出现之前已有固态化从学科发展史看，材料化学出现之前已有固态化 学。所以，固态化学可以成为材料化学的理论基础。学。所以，固态化学可以成为材料化学的理论基础。 固态化学是从化学的角度，研究固态物质的组固态化学是从化学的角度，研究固态物质的组 成、制备、结构及性质的一门学科。它是以固态物质成、制备、结构及性质的一门学科。它是以固态物质 为研究对象，包括单晶、多晶、准晶和非晶固体。为研究对象，包括单晶、多晶、准晶和非晶固体。 但是，材料因制备工艺的不同，可以获得不同的但是，材料因制备工艺的不同，可以获得不同的 结构和性能。例如，结构和性能。例如，sio2原料采用不同的工艺，可制原料采用不同的工艺，可制 成结构与性能不同的水晶和石英玻璃。若把它制成成结构与性能不同的水晶和石英玻璃。若把它制成 20nm以下的超细微粒，性能从非导电体变成导电体。以下的超细微粒，性能从非导电体变成导电体。 同样，金属是多晶体材料，如果采用快速冷却工同样，金属是多晶体材料，如果采用快速冷却工 艺，可以将其由晶态材料转变各向同性的非晶态材艺，可以将其由晶态材料转变各向同性的非晶态材 料。因此，加工工艺将极大地影响材料的性能。料。因此，加工工艺将极大地影响材料的性能。 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 6 6 第一章第一章第一章第一章 材料化学导论材料化学导论材料化学导论材料化学导论 1.2.2 1.2.2 研究内容研究内容研究内容研究内容 运运用热力学理论、晶体学理论、扩散理论、组织用热力学理论、晶体学理论、扩散理论、组织 转变理论和合成方法等基本原理，系统研究固体材转变理论和合成方法等基本原理，系统研究固体材 料的制备、结构和性能的相互关系。料的制备、结构和性能的相互关系。这是材料化学这是材料化学这是材料化学这是材料化学 研究的理论基础研究的理论基础研究的理论基础研究的理论基础。 开发新材料的各种新型合成工艺及制备工艺，包开发新材料的各种新型合成工艺及制备工艺，包 括各种改性工艺和表面修饰等；从原子和分子尺度括各种改性工艺和表面修饰等；从原子和分子尺度 上去设计和研制新材料，并赋予现有材料改性后的上去设计和研制新材料，并赋予现有材料改性后的 新性能和新功能。新性能和新功能。这是材料化学研究的核心内容这是材料化学研究的核心内容这是材料化学研究的核心内容这是材料化学研究的核心内容。 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 7 第一章第一章第一章第一章 材料化学导论材料化学导论材料化学导论材料化学导论 材料结构与性能相互关系的表征分析，包括材料材料结构与性能相互关系的表征分析，包括材料 的力学、物理、化学及加工性能。这是的力学、物理、化学及加工性能。这是应用材料应用材料应用材料应用材料 化学的分析方法，优化新材料的综合性能，并设化学的分析方法，优化新材料的综合性能，并设化学的分析方法，优化新材料的综合性能，并设化学的分析方法，优化新材料的综合性能，并设 计开发出专用的新材料计开发出专用的新材料计开发出专用的新材料计开发出专用的新材料。 材料服役效能的评价和分析。研究新材料在实际材料服役效能的评价和分析。研究新材料在实际 工况条件下其性能的老化与劣化、退化与脆化工况条件下其性能的老化与劣化、退化与脆化、 延寿技术、损伤和损坏机理，以及断裂延寿技术、损伤和损坏机理，以及断裂、腐蚀、腐蚀、 磨损的评定方法及其检测技术。这是磨损的评定方法及其检测技术。这是材料材料材料材料化学的化学的化学的化学的 工程应用，从而更可靠地确保新材料的安全工程应用，从而更可靠地确保新材料的安全工程应用，从而更可靠地确保新材料的安全工程应用，从而更可靠地确保新材料的安全使用使用使用使用 和结构的完整性和结构的完整性和结构的完整性和结构的完整性。 因此，从新材料的研发而言，材因此，从新材料的研发而言，材料化学的研究内料化学的研究内 容涵盖三个层面，即：容涵盖三个层面，即： 1.1. 新材料新材料制备过程制备过程制备过程制备过程中涉及的各种化学反应和工艺；中涉及的各种化学反应和工艺； 2.2. 新材料制品新材料制品加工过程加工过程加工过程加工过程中所发生的化学反应和中所发生的化学反应和 工艺；工艺； 3. 新材3. 新材料料使用过程使用过程使用过程使用过程中出现的力学中出现的力学、物理、化学等性物理、化学等性 能的老化能的老化、劣化、退化、脆化劣化、退化、脆化、氧化、降解、交氧化、降解、交 联等损伤机理和失效行为，包括相结构联等损伤机理和失效行为，包括相结构、微结微结 构构、组织结构与性能转变过程的相互关系的评定。组织结构与性能转变过程的相互关系的评定。 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 9 第一章第一章第一章第一章 材料化学导论材料化学导论材料化学导论材料化学导论 第一层面是制备第一层面是制备第一层面是制备第一层面是制备（合成与改性）；（合成与改性）； 第二层面是加工第二层面是加工第二层面是加工第二层面是加工（结构与性能）；（结构与性能）； 第三层面是应用第三层面是应用第三层面是应用第三层面是应用（测试与评价）。（测试与评价）。 第一层面的第一层面的科学技术科学技术是化学工程的制备科学与是化学工程的制备科学与 工艺、聚合科学与工艺、薄膜制备科学与工艺、高工艺、聚合科学与工艺、薄膜制备科学与工艺、高 温合成技术, 以及各种新颖的制备工艺。温合成技术, 以及各种新颖的制备工艺。 第二层面的第二层面的技术科学技术科学是反应加工技术、反应复是反应加工技术、反应复 合技术、特种加工技术，以及各种分析方法及相关合技术、特种加工技术，以及各种分析方法及相关 表征技术。表征技术。 第三层面的第三层面的技术科学技术科学是氧化与老化、降解与交是氧化与老化、降解与交 联联、腐蚀与防护、无损检测、状态检验、失效机理腐蚀与防护、无损检测、状态检验、失效机理 、各种试验方法，以及在役监控方法等。、各种试验方法，以及在役监控方法等。 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 10 第一章第一章第一章第一章 材料化学导论材料化学导论材料化学导论材料化学导论 1.3 1.3 相关专业文献评述相关专业文献评述相关专业文献评述相关专业文献评述 材料化学目前已有自己的国际专业期刊材料化学目前已有自己的国际专业期刊, 它们在它们在2010年的影年的影 响因子（响因子（impact factor）分别是）分别是: chemistry of materials (acs, 1989) if=5.37chemistry of materials (acs, 1989) if=5.37 journal of materials chemistry (rsc, 1990) if=4.79journal of materials chemistry (rsc, 1990) if=4.79 advanced materials (wileyadvanced materials (wiley- -vch, 1988vch, 1988）if=10.86if=10.86 functional advanced materials (wileyfunctional advanced materials (wiley- -vch, 2001vch, 2001）if=6.99if=6.99 （功能材料和纳米材料的合成、制备、结构、性质与表征）（功能材料和纳米材料的合成、制备、结构、性质与表征） materials chemistry & physics (elsevier, 1976 )materials chemistry & physics (elsevier, 1976 ) if=2.02if=2.02 （结构材料的制备、加工、结构、性能与应用）（结构材料的制备、加工、结构、性能与应用） journal of physical chemistry b/c (acsjournal of physical chemistry b/c (acs，1896) if=3.471896) if=3.47 ( (高分子、胶体、薄膜、表界面、纳米等合成和表征高分子、胶体、薄膜、表界面、纳米等合成和表征高分子、胶体、薄膜、表界面、纳米等合成和表征高分子、胶体、薄膜、表界面、纳米等合成和表征) ) 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 11 第一章第一章第一章第一章 材料化学导论材料化学导论材料化学导论材料化学导论 与材料化学相关的其他一些知名刊物及其与材料化学相关的其他一些知名刊物及其 if（2010）if（2010） cell (if=32.4cell (if=32.40)0) nature (if=31.43)nature (if=31.43) science (if=28.10)science (if=28.10) chemical reviewschemical reviews(if=35.96)(if=35.96) nature materials (if=29.89)nature materials (if=29.89) nature nanotechnology (if=26.31)nature nanotechnology (if=26.31) progress in polymer science (if=23.75)progress in polymer science (if=23.75) chemical society reviews (if=20.09) chemical society reviews (if=20.09) annuannu rev phys rev phys chemchem(if=17.46(if=17.46） progress in materials science (if=15.77)progress in materials science (if=15.77) nature physics (if=15.49)nature physics (if=15.49) 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 12 第一章第一章第一章第一章 材料化学导论材料化学导论材料化学导论材料化学导论 nature physics (if=15.49)nature physics (if=15.49) surface science reports (if=13.46)surface science reports (if=13.46) nanonano today (if=13.23)today (if=13.23) matermater scisci and eng and eng reports (if=12.22)reports (if=12.22) angewangew chemchem intint ed (if=11.83)ed (if=11.83) nanonano letters (if=9.99)letters (if=9.99) progress in crystal growth and progress in crystal growth and characterization of materialscharacterization of materials(if=9.25)(if=9.25) jacs (if=8.jacs (if=8.58)58) progress in surface science (if=7.91)progress in surface science (if=7.91) annual review of mater research (if=7.91)annual review of mater research (if=7.91) acs acs nanonano(if=7.49)(if=7.49) biomaterials (if=7.37)biomaterials (if=7.37) 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 13 第一章第一章第一章第一章 材料化学导论材料化学导论材料化学导论材料化学导论 physical review letters (if=7.33)physical review letters (if=7.33) lab chip lab chip （if=6.34if=6.34） mrs bulletin (if=6.33)mrs bulletin (if=6.33) small (if=6.17)small (if=6.17) advances in colloid and interface advances in colloid and interface （if=5.68if=5.68） chemical communications (if=5.50)chemical communications (if=5.50) analysis chemistry (if=5.21)analysis chemistry (if=5.21) soft matter soft matter (if=4.87)(if=4.87) inter materials reviews (if=4.86)inter materials reviews (if=4.86) inter j of plasticity inter j of plasticity (if=4.79)(if=4.79) organic chemistry (if=4.66)organic chemistry (if=4.66) advances in polymer sciences (if=4.60)advances in polymer sciences (if=4.60) 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 14 第一章第一章第一章第一章 材料化学导论材料化学导论材料化学导论材料化学导论 carbon (ifcarbon (if=4.50)=4.50) biomacromoleculesbiomacromolecules(if=4.50)(if=4.50) marcomoleculesmarcomolecules(if=4.41)(if=4.41) nanonano research (if=4.37)research (if=4.37) electrochemistry communications (if=4.24)electrochemistry communications (if=4.24) langmiurlangmiur(if=3.90)(if=3.90) actaacta materialiamaterialia(if=3.73)(if=3.73) j of mechanics and physics of solids (if=3.47)j of mechanics and physics of solids (if=3.47) nanotechnology (if=3.14)nanotechnology (if=3.14) microscope and microanalysismicroscope and microanalysis(if=3.04)(if=3.04) scriptascripta materialiamaterialia(if=2.93)(if=2.93) composites composites scisci and tech (if=2.90)and tech (if=2.90) corrosion science corrosion science (if=2.29)(if=2.29) 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 15 第一章第一章第一章第一章 材料化学导论材料化学导论材料化学导论材料化学导论 j of the electrochemical society j of the electrochemical society (if=2.24)(if=2.24) composites a composites a (if=2.23)(if=2.23) j of alloys and compounds (if=2.14)j of alloys and compounds (if=2.14) colloid and surface a colloid and surface a (if=1.99)(if=1.99) j of mater j of mater scisci: materials in electronics (if=1.96): materials in electronics (if=1.96) j of the american ceramic society (if=1.94)j of the american ceramic society (if=1.94) materials letters (if=materials letters (if=1.94)1.94) mater mater scisci and eng a (if=1.90)and eng a (if=1.90) synthetic materials (if=1synthetic materials (if=1.90).90) materials research bulletin (if=1.88)materials research bulletin (if=1.88) wear wear (if=1.77)(if=1.77) advanced eng mater advanced eng mater (if=1.76)(if=1.76) journal of materials research (if=1.74) journal of materials research (if=1.74) 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 16 第一章第一章第一章第一章 材料化学导论材料化学导论材料化学导论材料化学导论 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 17 与材料化学有关的国际学术组织与会议与材料化学有关的国际学术组织与会议 acs, rsc, iupac, mrs, pps, iscm, sampe, pes ets 材料化学理论的相关专著材料化学理论的相关专著材料化学理论的相关专著材料化学理论的相关专著 a.r. west a.r. west ：solid chemistry and application solid chemistry and application （复旦（复旦（复旦（复旦 大学出版社大学出版社大学出版社大学出版社,1989,1989） 该书主要介绍和讨论无机材料、有机固体材料的制备方该书主要介绍和讨论无机材料、有机固体材料的制备方该书主要介绍和讨论无机材料、有机固体材料的制备方该书主要介绍和讨论无机材料、有机固体材料的制备方 法、晶体结构、晶体缺陷、固相转变、相图及其固体材料的性法、晶体结构、晶体缺陷、固相转变、相图及其固体材料的性法、晶体结构、晶体缺陷、固相转变、相图及其固体材料的性法、晶体结构、晶体缺陷、固相转变、相图及其固体材料的性 能测定与表征等。能测定与表征等。能测定与表征等。能测定与表征等。 c. n. r. c. n. r. raorao & j. & j. gopalakrishnangopalakrishnan： new direction innew direction in solid state chemistrysolid state chemistry（cambridge cambridge univuniv press, 1989)press, 1989) 该书主要介绍了近年来一些固态材料化学的新进展。该书主要介绍了近年来一些固态材料化学的新进展。该书主要介绍了近年来一些固态材料化学的新进展。该书主要介绍了近年来一些固态材料化学的新进展。 第一章第一章第一章第一章 材料化学导论材料化学导论材料化学导论材料化学导论 还有二本以还有二本以“材料化学材料化学”命名的会议论文集专著和一本教科书：命名的会议论文集专著和一本教科书： 1. interrante l v eds, materials chemistry: an emerging discipline, in advances in chemistry acs 245, (1995) 2. interrante l v eds, chemistry of advanced materials: an overview ，wiley-vch inc, (1998) 3. fahlman b d, materials chemistry, springer science (2008) 我国出版的以我国出版的以 “材料化学”“材料化学” 为书名的一些教科书及参考书为书名的一些教科书及参考书 1.丁马太丁马太材料化学材料化学材料化学材料化学厦门大学出版社厦门大学出版社1996 2.唐小真等唐小真等材料化学材料化学材料化学材料化学导论导论高等教育出版社高等教育出版社1997 3.赵成大赵成大材料化学材料化学材料化学材料化学的理论基础的理论基础 高等教育出版社高等教育出版社1997 4.王恩信王恩信材料化学材料化学材料化学材料化学原理原理东南大学出版社东南大学出版社1997 第一章第一章第一章第一章 材料化学导论材料化学导论材料化学导论材料化学导论 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 18 因此，材料化学学科创立时间还不长，内容新颖，涉及面因此，材料化学学科创立时间还不长，内容新颖，涉及面 广，对学科发展有不同的理解和认识。所以。唯有通过深入广，对学科发展有不同的理解和认识。所以。唯有通过深入 的研究和凝炼，其定义、内涵和外延会得到进一步的完善的研究和凝炼，其定义、内涵和外延会得到进一步的完善 。 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 19 5.刘启刚等刘启刚等材料化学材料化学材料化学材料化学导论导论哈尔滨工业大学出版社哈尔滨工业大学出版社 1999 6.刘光华刘光华现代现代材料化学材料化学材料化学材料化学上海科学出版社上海科学出版社2000 7.朱光明等朱光明等材料化学材料化学材料化学材料化学机械工业出版社机械工业出版社2003 8.杨兴滢杨兴滢材料化学材料化学材料化学材料化学导论导论湖北科学技术出版社湖北科学技术出版社2003 9.李奇等李奇等材料化学材料化学材料化学材料化学化学工业出版社化学工业出版社2004 10. 曾兆华等曾兆华等材料化学材料化学材料化学材料化学化学工业出版社化学工业出版社2008 11. 李松林等李松林等材料化学材料化学材料化学材料化学化学工业出版社化学工业出版社2008 *苏勉曾苏勉曾固态化学导论固态化学导论固态化学导论固态化学导论北京大学出版社北京大学出版社1997 第一章第一章第一章第一章 材料化学导论材料化学导论材料化学导论材料化学导论 1.41.41.41.4 材料科学与材料化学的关系材料科学与材料化学的关系材料科学与材料化学的关系材料科学与材料化学的关系 为比较起见，先明确一下为比较起见，先明确一下物质、材料、材料科学、材料科物质、材料、材料科学、材料科物质、材料、材料科学、材料科物质、材料、材料科学、材料科 学与工程和材料化学学与工程和材料化学学与工程和材料化学学与工程和材料化学的各自定义。的各自定义。 物质物质物质物质是是指任何有质量并占据一定空间的东西指任何有质量并占据一定空间的东西指任何有质量并占据一定空间的东西指任何有质量并占据一定空间的东西。它是不以人它是不以人 们意志而客观存在的，是一切科学技术的基础。们意志而客观存在的，是一切科学技术的基础。 材料材料材料材料是用于制造有用的器件、构件和工具的物质，是通过是用于制造有用的器件、构件和工具的物质，是通过 适当的方法把物质加工成有效能的物品或构件。适当的方法把物质加工成有效能的物品或构件。 材料是物质，强调有形的、可实际使用的物质。因而，并材料是物质，强调有形的、可实际使用的物质。因而，并 非所有物质都可以称为材料，如燃料、化学原料、药物等，一非所有物质都可以称为材料，如燃料、化学原料、药物等，一 般不称为材料。般不称为材料。 材料是一切科学技术的基础。按其性能和功能，可以简单材料是一切科学技术的基础。按其性能和功能，可以简单 地分为二大类：地分为二大类：结构材料结构材料结构材料结构材料和和功能材料功能材料功能材料功能材料或或传统材料传统材料传统材料传统材料和和新材料新材料新材料新材料。 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 20 第一章第一章第一章第一章 材料化学导论材料化学导论材料化学导论材料化学导论 归纳起来：归纳起来：材料强调效能材料强调效能材料强调效能材料强调效能 (performance)(performance)， 物质体现性质物质体现性质物质体现性质物质体现性质 (property)(property)。 材料科学是研究材料的组成、结构与材料性质之间关系材料科学是研究材料的组成、结构与材料性质之间关系 的一门学科。简言之，的一门学科。简言之，材料科学是研究材料的组织、结构与材料科学是研究材料的组织、结构与材料科学是研究材料的组织、结构与材料科学是研究材料的组织、结构与 性质的相互关系性质的相互关系性质的相互关系性质的相互关系。 材料科学与工程是研究材料的组成、结构、制备工艺与材料科学与工程是研究材料的组成、结构、制备工艺与 性能及效能以及它们之间相互关系的技术开发及应用的科性能及效能以及它们之间相互关系的技术开发及应用的科 学。其研究内容可用图学。其研究内容可用图1-1的四面体来表示的四面体来表示, 即存在四要素的即存在四要素的 相互关系：相互关系： 1. 合成与制备（合成与制备（synthesis-preparation） 2. 组成与结构（组成与结构（composition - structure） 3. 性质（性质（property） 4. 效能（效能（performance）及相互关系（）及相互关系（relationship） 第一章第一章第一章第一章 材料化学导论材料化学导论材料化学导论材料化学导论 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 21 图图 1-1 材料的制备、结构、性质和性能的相互关系1-1 材料的制备、结构、性质和性能的相互关系 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 22 第一章第一章第一章第一章 材料化学导论材料化学导论材料化学导论材料化学导论 材料科学虽然是以物理和化学为基础，但与这二门基础材料科学虽然是以物理和化学为基础，但与这二门基础 学科在研究对象、内容及方法上有很大差别。学科在研究对象、内容及方法上有很大差别。 材料科学侧重于新材料的开发和材料性能的提高和应材料科学侧重于新材料的开发和材料性能的提高和应 用，因而它的基础学科应该是材料物理和材料化学。用，因而它的基础学科应该是材料物理和材料化学。 按照按照mrs bulletin（ vol.12， no6）的定义，材料物理是）的定义，材料物理是 把把“凝聚态物理的基本概念运用到复杂和多相介质中，包括材凝聚态物理的基本概念运用到复杂和多相介质中，包括材 料中的问题料中的问题”。 材料化学是研究新材料的制备、加工和应用所涉及的化学材料化学是研究新材料的制备、加工和应用所涉及的化学 问题的科学。它既是材料科学的核心内容，也是化学学科的一问题的科学。它既是材料科学的核心内容，也是化学学科的一 个重要组成部分，具有明显的学科交叉性、边缘性和综合性。个重要组成部分，具有明显的学科交叉性、边缘性和综合性。 简言之，它研究的对象是涉及与新材料的设计、制备、加简言之，它研究的对象是涉及与新材料的设计、制备、加 工工、分析及应用等相关的所有化学问题。分析及应用等相关的所有化学问题。 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 23 第一章第一章第一章第一章 材料化学导论材料化学导论材料化学导论材料化学导论 1.5 1.5 材料研究中的化学问题材料研究中的化学问题材料研究中的化学问题材料研究中的化学问题 1. 1. 现状及趋势现状及趋势现状及趋势现状及趋势 传统材料的研究是以经验、技艺为基础。材料制备方传统材料的研究是以经验、技艺为基础。材料制备方 法历来被看作是一门技术或技艺，而相应的新材料研制主法历来被看作是一门技术或技艺，而相应的新材料研制主 要是依靠配方筛选和性能测试来进行的。要是依靠配方筛选和性能测试来进行的。 但是，通过宏观方法建立的唯象理论，只能是对材料但是，通过宏观方法建立的唯象理论，只能是对材料 的宏观性能给予定性解释，并不能正确预测材料的性能，的宏观性能给予定性解释，并不能正确预测材料的性能， 也不能有效地指明新材料的研发和设计方向。例如，高分也不能有效地指明新材料的研发和设计方向。例如，高分 子材料的改性，虽然有一些成熟的聚合理论和加工理论，子材料的改性，虽然有一些成熟的聚合理论和加工理论， 但目前依然是用经验来判断。而且，以往的材料研究又分但目前依然是用经验来判断。而且，以往的材料研究又分 别在固体物理、结晶学、无机化学、高分子化学、冶炼工别在固体物理、结晶学、无机化学、高分子化学、冶炼工 艺学、陶瓷材料学、化学工程等各个专有领域中进行，缺艺学、陶瓷材料学、化学工程等各个专有领域中进行，缺 少相互联系，未能有效地形成一体化的科学研究体系。少相互联系，未能有效地形成一体化的科学研究体系。 复旦大学材料科学系复旦大学材料科学系 24 第一章第一章第一章第一章 材料化学导论材料化学导论材料化学导论材料化学导论 从近十年的材料研究的发展趋势来看，从近十年的材料研究的发展趋势来看， 一方面材料制备涉及的化学问题时，在继续重视化学学一方面材料制备涉及的化学问题时，在继续重视化学学 科基础理论的同时，更加强应用化学的研究，着重研究各种科基础理论的同时，更加强应用化学的研究，着重研究各种 新型的制备工艺和不同材料之间的复合，使化学理论向化学新型的制备工艺和不同材料之间的复合，使化学理论向化学 应用的方向转化。应用的方向转化。ca文摘的统计数据表明，目前数量最多、文摘的统计数据表明，目前数量最多、 发展快速的领域是应用化学和化学工程。发展快速的领域是应用化学和化学工程。 另一方面，随着现代分析仪器和分析方法的应另一方面，随着现代分析仪器和分析方法的应用，用，材料材料 制备工艺、化学反应过程和组织转变等是可以得到控制和监制备工艺、化学反应过程和组织转变等是可以得到控制和监 测的测的, 从而可以获得性能优化的新材料。从而可以获得性能优化的新材料。 因此，需要有一门全面考虑如何获得材料因此，需要有一门全面考虑如何获得材料性能性能优异优异的的学