第二章化学与材料

1、第二章材料材料化学化学组成组成化学化学结构结构制备、应用制备、应用和发展趋势和发展趋势化学化学性能性能钻钻石石钻头钻头人造金刚石刀具人造金刚石刀具锯片锯片2.1 2.1 化学的基石化学的基石- - 原子和分子原子和分子原子直径原子直径: 10-10m ; 砂粒砂粒: 10-4m化学变化化学变化-原子结合方式的变化原子结合方式的变化有必要探讨有必要探讨原子的组成及其内部结构原子的组成及其内部结构2.1.1 人类对原子的认识人类对原子的认识 对微观世界的认识对微观世界的认识 如电子显微镜直接观察如电子显微镜直接观察如如:afm (atomic force microscope)水平方向水平方向0.

2、1 nm，垂直方向，垂直方向0.01 nm, 即可以分辨出即可以分辨出单个原子。单个原子。fe on cu(111)don eigler, 1990 xe on ni基板 ibmxe on ni19世纪初世纪初, 道尔顿道尔顿“原子学说原子学说” : 物质由物质由原子组成原子组成,原子不能创造原子不能创造,也不能毁灭也不能毁灭,在化学在化学变化中不可再分割。变化中不可再分割。1897年英国物理学家年英国物理学家j.j.汤姆生通过阴汤姆生通过阴极射线发现极射线发现电子电子(比原子更小的单位比原子更小的单位) -提出提出“浸入模型浸入模型”原子模型原子模型 rutherford原子核原子核 电电

3、子子 质质 子子 中中 子子原子原子经典原经典原子模型子模型卢瑟福卢瑟福核式结构核式结构原子模型原子模型 （1911）1. 与经典的电磁辐射理论相矛盾与经典的电磁辐射理论相矛盾2. 与实际观察到的与实际观察到的原子光谱原子光谱相矛盾相矛盾例如：氢原子光谱例如：氢原子光谱特征：不连续的、线状的；有规律性特征：不连续的、线状的；有规律性. 丹麦物理学家玻尔丹麦物理学家玻尔: : 必须在原子范围必须在原子范围内抛弃经典的理论内抛弃经典的理论, , 建立新的原子理建立新的原子理论。论。 只有只有量子假说量子假说才是摆脱困境的唯一出才是摆脱困境的唯一出路路 1913年，年，28岁的玻尔在其老师卢瑟岁的玻

4、尔在其老师卢瑟福原子有核模型和普朗克旧量子论的福原子有核模型和普朗克旧量子论的基础上冲破了经典力学的束缚，大胆基础上冲破了经典力学的束缚，大胆地提出了自己的假说，成功的解释了地提出了自己的假说，成功的解释了氢原子光谱的成因和谱线的规律，从氢原子光谱的成因和谱线的规律，从而使他的假说上升为理论。而使他的假说上升为理论。 玻尔综合了玻尔综合了: : 普朗克的量子理论普朗克的量子理论 爱因斯坦的光子理论爱因斯坦的光子理论 卢瑟福的有核原子模型卢瑟福的有核原子模型 建立了建立了玻尔原子模型玻尔原子模型吸收能量吸收能量跃迁。跃迁。放出能量，放出能量，回到基态。回到基态。电子在这些定态轨道电子在这些定态轨

5、道上运动时，既不吸收上运动时，既不吸收能量又不放出能量。能量又不放出能量。最高能最高能量轨道量轨道玻尔理论的形象化图示玻尔理论的形象化图示: :玻尔理论的局限玻尔理论的局限 ： 玻尔理论成功地解释了氢原子光谱玻尔理论成功地解释了氢原子光谱! 不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂. . 不能解释氢原子光谱的精细结构不能解释氢原子光谱的精细结构 不能解释多电子原子的光谱不能解释多电子原子的光谱. .机械地应用了普朗克量子理论和“确定轨道”等概念.原因：原子中电子等微观粒子的运动遵循什么规律？原子中电子等微观粒子的运动遵循什么规律？描述微观物体运动规律的需求呼唤物理学新概

6、念的诞生描述微观物体运动规律的需求呼唤物理学新概念的诞生！问题问题？1924年，法国的年，法国的de broglie提出提出假设假设：电子具有波粒二象性电子具有波粒二象性. mvh这就是著名的这就是著名的 德布罗依德布罗依关系式关系式. .证明证明 原子中电子是否也具有波动性？原子中电子是否也具有波动性？干涉干涉衍射现象和光电效应证明光具有衍射现象和光电效应证明光具有波粒二象性波粒二象性2.1.2 2.1.2 微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性1927年，年，davisson和和germer应用应用ni晶体进行晶体进行电子衍射电子衍射实验，证实电子具有波动性。实验，证实电子具有波动性。薄

7、晶体片薄晶体片电子枪电子枪电子束电子束2.1.3 2.1.3 核外电子的运动状态核外电子的运动状态1 1）海森堡的测不准关系）海森堡的测不准关系 ：1927年，德国物理学家年，德国物理学家heisenberg提出提出量子力学中重要的量子力学中重要的测不准关系测不准关系式，式，认为具有波粒二象性的核外电认为具有波粒二象性的核外电子等微粒与宏观物体不同，不具有子等微粒与宏观物体不同，不具有确定轨道确定轨道（速度和空间位置）。（速度和空间位置）。原子轨道与波函数原子轨道与波函数mhx2例例1: 对于 m = 10 克的子弹，它的速度为200 m/s，误差为0.01%，其位置测不准情况为：233410

8、01. 0200101014. 3210 6.63m31102 . 5 对宏观物体可同时测定位置与速度vmhx2速度不准确程度过大例例2: 对于微观粒子如电子, m = 9.11 10-31 kg, 半径小于r = 10-12 m，则 x至少要达到10-12 m才相对准确。则其速度200m/s，误差为0.01%，其位置的测不准情况为：m323134109 . 51001. 02001011. 914. 3210 6.63若若m非常小，则其位置与速度是不能同非常小，则其位置与速度是不能同时准确测定的时准确测定的vmhx2 海森堡的测不准关系否定了玻尔提出海森堡的测不准关系否定了玻尔提出的原子结构

9、模型的原子结构模型 在微观领域里在微观领域里, 具有波动性的粒子要用具有波动性的粒子要用波函数波函数 来描述来描述erwin schrodinger , 奥地利物理学家奥地利物理学家） 波函数波函数电子等微粒运动用电子等微粒运动用schrodinger方程来描述该方程的解方程来描述该方程的解波函数波函数 ，即描述微粒（电子）即描述微粒（电子）在空间运动状态的数学函数在空间运动状态的数学函数式式 薛定谔方程薛定谔方程 vehmzyx222222228波函数： ：能量e：势能v：质量m常数：planckh 波函数波函数 （空间坐标（空间坐标x ,y , z 的函数）：的函数）： 描述核外电子运动状

10、态的数学表达式描述核外电子运动状态的数学表达式原子轨道：原子轨道： 波函数的空间图像。波函数的空间图像。 原子轨道的数学表达式就是波函数原子轨道的数学表达式就是波函数）电子云电子云 | |2 : 电子在核外空间某处单位体积内电子出现的电子在核外空间某处单位体积内电子出现的几率几率几率密度几率密度 几率几率: 电子在空间出现的机会。电子在空间出现的机会。电子云的概念电子云的概念例如对氢原子核外电子例如对氢原子核外电子(1e)运动的观察：运动的观察：电子在核外空间出现的几率密度图象：电子在核外空间出现的几率密度图象：这些浓淡不同的点象一团带负电的云雾一样这些浓淡不同的点象一团带负电的云雾一样笼罩在

11、原子核周围笼罩在原子核周围，人们形象地称之为，人们形象地称之为电子云电子云。电子云图是几率密度电子云图是几率密度 | | 2 的形象化的形象化图示图示s 轨道轨道球形球形p 轨道轨道哑铃形哑铃形d轨轨道道有有两两种种形形状状f轨道电子云形状复杂（轨道电子云形状复杂（不作要求不作要求）不同种类的电子云形状：不同种类的电子云形状：能能级级组组(7s, 5f, 6d, 7p )(6 s , 4 f , 5 d ,6 p )(5 s ,4 d ,5 p)(4 s , 3 d , 4 p ) (3 s , 3 p ) (2 s , 2 p )(1 s) 电电子子的的填填充充次次序序！1s2s2p4s3s

12、5s6s6p5p4p3p3d5d4d4f1s2s2p4s3s5s6s6p5p4p3p3d5d4d4f1s2s2p4s3s5s6s6p5p4p3p3d5d4d4f能能量量低低能能量量高高元素周期表元素周期表2.1.4 元素周期律元素周期律原子半径原子半径 (pm) 比例图比例图h37heli be152 111 b c n o f ne 80 77 70 66 64na mg186 160 al si p s cl ar 143 117 110 104 99k ca227 197 ga ge as se br kr 122 123 121 117 114 sc ti v cr mn fe co

13、ni cu zn 161 145 131 125 137 124 125 125 128 123 rb sr y zr nb mo tc ru rh pd ag cd in sn sb te i xe 248 216 181 160 143 136 136 133 135 138 145 149 163 141 141 143 133 cs ba la hf ta w re os ir pt au hg tl pb bi po at rn 265 217 188 156 143 137 134 134 136 138 144 160 170 175 155 187总趋势：随着原子序数的增大总趋

14、势：随着原子序数的增大, ,原子半径自左至右减小原子半径自左至右减小. .同周期原子半径的变化趋势同周期原子半径的变化趋势h2.20heli be0.98 1.57b c n o f ne2.04 2.55 3.04 3.44 3.98na mg0.93 1.31al si p s cl ar1.61 1.90 2.19 2.58 3.16k ca0.82 1.00ga ge as se br kr1.81 2.01 2.18 2.55 2.96sc ti v cr mn fe co ni cu zn1.36 1.54 1.63 1.66 1.55 1.83 1.88 1.91 1.90 1.

15、65rb sr y zr nb mo tc ru rh pd ag cd in sn sb te i xe0.82 0.95 1.22 1.33 1.6 2.16 2.10 2.2 2.28 2.20 1.93 1.69 1.78 1.96 2.05 2.1 2.66 2.60cs ba la hf ta w re os ir pt au hg tl pb bi po at rn0.79 0.89 1.10 1.3 1.5 1.7 1.9 2.2 2.2 2.2 2.4 1.9 1.8 1.8 1.9 2.0 2.2fr ra ac0.7 0.9 1.1h2.20heli be0.98 1.5

16、7b c n o f ne2.04 2.55 3.04 3.44 3.98na mg0.93 1.31al si p s cl ar1.61 1.90 2.19 2.58 3.16k ca0.82 1.00ga ge as se br kr1.81 2.01 2.18 2.55 2.96sc ti v cr mn fe co ni cu zn1.36 1.54 1.63 1.66 1.55 1.83 1.88 1.91 1.90 1.65rb sr y zr nb mo tc ru rh pd ag cd in sn sb te i xe0.82 0.95 1.22 1.33 1.6 2.16

17、 2.10 2.2 2.28 2.20 1.93 1.69 1.78 1.96 2.05 2.1 2.66 2.60cs ba la hf ta w re os ir pt au hg tl pb bi po at rn0.79 0.89 1.10 1.3 1.5 1.7 1.9 2.2 2.2 2.2 2.4 1.9 1.8 1.8 1.9 2.0 2.2fr ra ac0.7 0.9 1.1元素电负性比例图元素电负性比例图(pauling scale)2.1.5 2.1.5 化学键和分子结构化学键和分子结构上一章节讨论了原子的结构和性质上一章节讨论了原子的结构和性质然而，然而，化学更关心的

18、是化学更关心的是分子的结构和性质分子的结构和性质当原子相互结合形成分子后，性质将大不相同，如当原子相互结合形成分子后，性质将大不相同，如naclccl4hclcl2 分子类型：分子类型： 离子型离子型 共价共价 化学键型：化学键型： 离子键离子键 共价键共价键不不不不不导不不不ggls常温 状态-101.5-114.2-22.9808熔 点cl2hclccl4nacl性质不不不不不导不不不不导s 熔融水溶液导导导电电性性ggls常温 状态-101.5-114.2-22.9808熔 点cl2hclccl4nacl性质1852年年 弗兰克兰弗兰克兰frankland提出提出原子价原子价的概念；的概

19、念；1861年布特列洛夫提出了年布特列洛夫提出了分子结构分子结构的概念；的概念；1874年范霍夫和勒贝尔分别提出年范霍夫和勒贝尔分别提出c原子的四个价原子的四个价键指向正四面体的四个顶点的假设，发展了键指向正四面体的四个顶点的假设，发展了结构结构理论理论，并导致了，并导致了1893年维尔纳年维尔纳配位理论配位理论的建立；的建立；1916年柯塞尔提出了年柯塞尔提出了电价键（离子键）理论电价键（离子键）理论。一一 离子键离子键2 na + cl2 = 2nacl燃烧燃烧形成的形成的na+ 和和cl- 通过静电引力组成通过静电引力组成nacl。这种在原子间发生电子转移后这种在原子间发生电子转移后,

20、形成阴、阳离形成阴、阳离子子,并通过静电引力形成的化学键并通过静电引力形成的化学键, 叫叫离子键离子键。由离子键形成的化合物叫做由离子键形成的化合物叫做离子化合物离子化合物。离子键离子键是靠静电引力而形成的化学键，是靠静电引力而形成的化学键，电负性相差大的元素之间才能形成离子键电负性相差大的元素之间才能形成离子键特征：特征： 1.1.无方向性无方向性 2.2.无饱和性无饱和性 本质是本质是静电引力静电引力（库仑引力）（库仑引力）2rqqf（库仑引力的性质所决定）（库仑引力的性质所决定）naclu 两个相同的原子或两个相同的原子或电负性相差不大电负性相差不大的原子的原子-不能不能形成形成离子型化

21、合物离子型化合物，只能形成，只能形成共价型化合物共价型化合物， 两两个原子各提供一个电子作为共用个原子各提供一个电子作为共用, ,共用电子对共用电子对通过通过与核的引力将两个原子连接在一起形成分子。与核的引力将两个原子连接在一起形成分子。u 这种靠这种靠共用电子对共用电子对而形成的化学键而形成的化学键, ,叫做叫做共价键共价键。二二 共价键共价键共享电子对共享电子对共价键共价键single covalent bonddouble covalent bondtriple covalent bond1对对2对对3对对共价键的特征共价键的特征 具有具有饱和性饱和性 一个原子的单电子和另一原子的自旋相

22、反的电一个原子的单电子和另一原子的自旋相反的电子配对后就不能再和第三个电子结合。子配对后就不能再和第三个电子结合。 结合力的本质是结合力的本质是电性电性的的 两个原子核对共用电子对的负电区的吸引。两个原子核对共用电子对的负电区的吸引。 具有具有方向性方向性 是因为每种元素的原子能提供用于形成共价键是因为每种元素的原子能提供用于形成共价键的轨道是具有一定的方向，从合适的方向才能达到的轨道是具有一定的方向，从合适的方向才能达到最大最有效的重叠。最大最有效的重叠。例如：例如：h o hn n价键理论价键理论分子轨道理论分子轨道理论。共共价价键键理理论论1. 价键理论价键理论两个具有自旋方向相反的电子

23、的两个具有自旋方向相反的电子的氢原子接近时体系能量的变化。氢原子接近时体系能量的变化。 两原子间通过共用电子对相连形成分子，两原子间通过共用电子对相连形成分子，是基于电子定域于两原子之间，形成了一个是基于电子定域于两原子之间，形成了一个密度相对大的电子云（负电性），这是价键密度相对大的电子云（负电性），这是价键理论的基础理论的基础. . h2分子的形成分子的形成成键的条件成键的条件: : 具有未成对的、自旋方向相反的具有未成对的、自旋方向相反的电子。电子。最大重叠原理：最大重叠原理： 共价键尽可能沿着原子轨道最共价键尽可能沿着原子轨道最大重叠的方向形成。大重叠的方向形成。分子轨道理论的要点：分

24、子轨道理论的要点： 原子在形成分子时，所有电子都有贡献原子在形成分子时，所有电子都有贡献，分子中的电子不再从属于某个原子，而，分子中的电子不再从属于某个原子，而是在整个分子空间范围内运动。是在整个分子空间范围内运动。2. 2. 分子轨道理论分子轨道理论2.1.6 2.1.6 分子间的相互作用分子间的相互作用一一 分子的极性和偶极矩（分子的极性和偶极矩（）极性极性: : 正、负电荷中心不重合正、负电荷中心不重合非极性：正、负电荷中心重合非极性：正、负电荷中心重合 =q d （ ：偶极距）：偶极距） q： 电荷中心的电量电荷中心的电量 （一个电子电荷（一个电子电荷 q = 1.60110-19 c

25、 ) d： 正、负电荷中心之间的距离，偶极长正、负电荷中心之间的距离，偶极长极性分子，极性分子， 0; 非极性分子，非极性分子， = 01） h2 ， n2 ，o2 ， =0 ； hcl， hi ， 0 2）ch4 ，cs2 ，co2 = 0； h2o ，nh3 0二二 分子间的相互作用分子间的相互作用1 . 分子的极化分子的极化 当分子受到外界影响时当分子受到外界影响时,则其电荷则其电荷分布可能发生某些变化。分布可能发生某些变化。- +- = 0：诱导偶极诱导偶极0 固有偶极固有偶极固有偶极固有偶极+诱导偶极诱导偶极+ -+ - 2 . 2 . 分子间作用力：分子间作用力： 包括三部分（色散

26、力、诱导力、取向力）包括三部分（色散力、诱导力、取向力）1 1）色散力：色散力： 瞬时偶极之间产生的相互作用瞬时偶极之间产生的相互作用- +- +瞬时偶极瞬时偶极非极性非极性非极性非极性非极性非极性极性极性极性极性极性极性都存在都存在2 2） 诱导力诱导力：诱导偶极同永久偶极间的作用：诱导偶极同永久偶极间的作用 + -+ -+ -诱导偶极诱导偶极永久偶极永久偶极非极性非极性极性极性极性极性极性极性存存在在3) 3) 取向力取向力：靠永久偶极而产生的相互作用力，：靠永久偶极而产生的相互作用力，发生在极性分子间。发生在极性分子间。+-+-+ -+ -永久偶极永久偶极永久偶极永久偶极极性极性极性极性

27、非极性非极性非极性非极性非极性非极性极性极性极性极性极性极性取取向向力力诱诱导导力力色色散散力力极性分子，极性越大，极性分子，极性越大，诱导力和取向力越大。诱导力和取向力越大。非极性分子，变形越非极性分子，变形越大，诱导力和色散力大，诱导力和色散力越大。越大。分子间力的特点分子间力的特点 半径很小半径很小, ,又带正电荷的氢原子与另一又带正电荷的氢原子与另一个分子中含有孤对电子并带部分负电荷的个分子中含有孤对电子并带部分负电荷的原子，半径小且电负性很强的原子充分靠原子，半径小且电负性很强的原子充分靠近近, ,从而产生的静电引力称为从而产生的静电引力称为氢键氢键。三三 氢键氢键表示方法：表示方法

28、：x h y （x，y 如：如：f，o，n）氢原子氢原子电负性强；电负性强； 有孤对电子有孤对电子hho ho h:99 pm177 pmfhfh:为什么雪花有固定的为什么雪花有固定的 美丽的美丽的六角形六角形:正因为正因为有方向性和饱和性有方向性和饱和性氢键的饱和性和方向性氢键的饱和性和方向性ohhohhhohhohhohhoh周期周期沸沸点点h2ohfh2shclph3nh3hbrhih2se为什么下列同一主族氢化物的沸点随周为什么下列同一主族氢化物的沸点随周期的增加呈先降低后逐渐升高的趋势？期的增加呈先降低后逐渐升高的趋势？由于氢键存在，使分子熔沸点升高由于氢键存在，使分子熔沸点升高n材

29、料与化学的关系概述：概述：材料与社会发展史材料与社会发展史石器石器时代时代 青铜器青铜器时代时代 铁器铁器时代时代 钢铁钢铁时代时代 高分子高分子时代时代 塑料塑料 合成纤维合成纤维 合成橡胶合成橡胶 功能高分子功能高分子材料是人类赖以生存和发展的物材料是人类赖以生存和发展的物质基础，材料的跨越式发展是人质基础，材料的跨越式发展是人类进步的重要里程碑。类进步的重要里程碑。n人类社会可以根据重人类社会可以根据重要的材料进行划分要的材料进行划分! !青青 铜铜 器器 时时 代代自来水管：镀锡管自来水管：镀锡管水槽、水龙头：不锈钢水槽、水龙头：不锈钢灶台、橱窗：玻璃灶台、橱窗：玻璃墙壁：瓷砖墙壁：瓷

30、砖抽油烟机外壳：塑料抽油烟机外壳：塑料橱门外层：涂料、漆橱门外层：涂料、漆厨房桌台面：人造大理石厨房桌台面：人造大理石金属金属材料材料无机非金无机非金属材料属材料合成高分合成高分子材料子材料分类实例分类实例复合复合材料材料中国科学院固体物理所韩福生中国科学院固体物理所韩福生 合金合金：一种金属与一种或几种其他金属或非：一种金属与一种或几种其他金属或非金属熔合在一起形成具有金属性的物质。金属熔合在一起形成具有金属性的物质。ti-ni记忆合金花记忆合金花val2o3vzro2vtio2vzno（tc 4 k）n复合氧化物：复合氧化物：re1be2cu3o7 （tc 77k）、）、bi2sr2cac

31、u2o8 （tc 80k）、）、(bi,pb)2sr2ca2cu3o10（tc 110k）n铋铋nbi2sr2cacu2o8: 80k n(bi,pb)2sr2ca2cu3o10 : 110kn 铊系金属铊系金属ntl-ba-ca-cu-o(tbcco) ：125k一一 单质硅（单质硅（si)陶瓷陶瓷是用天然或是用天然或人工合成的粉状化合人工合成的粉状化合物，经过成型和高温物，经过成型和高温烧结制成的，由无机烧结制成的，由无机化合物构成的多相固化合物构成的多相固体材料体材料 二二 陶瓷陶瓷普通陶瓷：特种陶瓷：陶瓷的性能陶瓷的性能(1)(1)硬度硬度 是各类材料中最高的。是各类材料中最高的。 (

32、2)(2)刚度刚度 是钢是钢5 5倍以上倍以上 (3)(3)强度强度 抗压、抗弯及高温强度高。抗压、抗弯及高温强度高。(4)(4)塑性塑性 在室温几乎没有塑性在室温几乎没有塑性。(5)(5)韧性差，脆性大韧性差，脆性大, ,是陶瓷的最大缺点。是陶瓷的最大缺点。(6)(6)热膨胀性低热膨胀性低 导热性差，多为较好的绝热材料导热性差，多为较好的绝热材料(7)(7)热稳定性热稳定性 抗热振抗热振(8)(8)化学稳定性化学稳定性 耐高温，耐火，不可燃烧，抗蚀耐高温，耐火，不可燃烧，抗蚀(9)(9)导电性导电性 大多数是良好的绝缘体，也有不少半导体大多数是良好的绝缘体，也有不少半导体(10)(10)其它

33、其它：高耐热，不老化，温度急变抗力低。高耐热，不老化，温度急变抗力低。2004年年1月月20,一种可供移植的一种可供移植的新型陶瓷骨。新型陶瓷骨。1.具有组织相容性和生物稳定具有组织相容性和生物稳定性好等特点。性好等特点。2.不会导致排异反应，有利于不会导致排异反应，有利于诱导骨质的生长。诱导骨质的生长。3.富含钙、锌富含钙、锌氮化硅氮化硅(si3n4)、碳化硅碳化硅(、碳化硼碳化硼(b4c3)、氮化硼、氮化硼(bn)，高，高强度、硬度，耐高温等。强度、硬度，耐高温等。n可作高温燃气轮机的涡轮叶片、高温热交换可作高温燃气轮机的涡轮叶片、高温热交换器、火箭的喷嘴及轻质防弹用品等。器、火箭的喷嘴及

34、轻质防弹用品等。sic 还可还可用作电阻发热体、变阻器、半导体材料用作电阻发热体、变阻器、半导体材料(单晶单晶)三三 玻璃玻璃几种玻璃的特性和用途几种玻璃的特性和用途四四 分子筛分子筛发发展展史史1756年年 天然微孔硅铝酸盐。天然微孔硅铝酸盐。1940-1950 从天然沸石到合成从天然沸石到合成低硅低硅分子筛。分子筛。1950-1980 低硅沸石到低硅沸石到高硅高硅沸石，全盛时期。沸石，全盛时期。1982 从沸石分子筛到从沸石分子筛到磷酸铝磷酸铝分子筛与微孔分子筛。分子筛与微孔分子筛。 1992 从超大微孔到介孔从超大微孔到介孔(2-50nm)。 1988 从十二元环微孔到超大微孔从十二元环

35、微孔到超大微孔(1.3nm)。1998 从介孔向大孔从介孔向大孔(200100nm) 。2001 从无机多孔骨架向从无机多孔骨架向金属有机金属有机多孔骨架多孔骨架 。天然分子筛：天然分子筛：30多种，合成分子筛：多种，合成分子筛：140多种多种应用：应用：新型高效、高选择性的吸附剂、干燥剂、分新型高效、高选择性的吸附剂、干燥剂、分离剂；石油炼制和石油化工催化剂；离子交换材料等。离剂；石油炼制和石油化工催化剂；离子交换材料等。结构特点：结构特点： 一般由四面体结构单元之间通过共享一般由四面体结构单元之间通过共享顶点而形成的三维四连接骨架。空隙排列整齐，多孔，顶点而形成的三维四连接骨架。空隙排列整

36、齐，多孔，孔径均匀，有极大的内表面。孔径均匀，有极大的内表面。发展前景：发展前景：改善水热稳定性、膜材料、与改善水热稳定性、膜材料、与高新技术领域（如生物医药）结合等高新技术领域（如生物医药）结合等 十元环，十元环，z形，形，5.5x5.1, 5.3x5.6 十二元环：孔径约为十二元环：孔径约为6.5 mww(001方向) aen(001方向) 近近10年，发现了三十多种具有新型拓扑结构的分子筛年，发现了三十多种具有新型拓扑结构的分子筛n 本质特点：本质特点：其中的原子排列既不同于长程其中的原子排列既不同于长程有序的晶体，也不同于长程无序、短程有序有序的晶体，也不同于长程无序、短程有序的的“气

37、体状气体状”固体结构，是一种介于固体和固体结构，是一种介于固体和分子间的亚稳中间态物质。纳米材料被称为分子间的亚稳中间态物质。纳米材料被称为晶态、非晶态之外的晶态、非晶态之外的“第三态晶体材料第三态晶体材料” 。q四大效应：四大效应：小尺寸效应、表面效应、量子小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应。尺寸效应、宏观量子隧道效应。纳米材料的基本物理和化学性质纳米材料的基本物理和化学性质n电学性能n纳米金属微粒在低温由于量子尺寸效应会呈现电绝缘性n纳米半导体材料的介电常数随测量频率的减小呈明显上升趋势；并且在低频范围，纳米半导体材料的介电常数呈现尺寸效应，即粒径很小时，其介电常数较低，

38、随粒径增大，介电常数先增加然后下降，在某一临界尺寸呈极大值。n熔点与烧结性能n纳米微粒的熔点、开始烧结温度和晶化温度均比常规粉体低得多。n力学性能n由于纳米物质的巨大表面，纳米物质的力学性能也表现出许多特点：抗弯强度高、断裂韧性高，具有超塑性、高温抗氧化性能和高温抗蠕变性能等。n光学性质n吸收峰变宽、“蓝移”，随着粒径的减小，对光的反射大大降低。n催化性能 生命科学中的应用：生命科学中的应用： 荧光探针荧光探针 药物筛选药物筛选 医学成像医学成像 疾病诊断疾病诊断 器件应用：半导体激光器方面的应用器件应用：半导体激光器方面的应用 美国美国技术评论技术评论杂志日前推出杂志日前推出2007年最令人

39、兴奋、最有可能影年最令人兴奋、最有可能影响整个产业和科研的新兴响整个产业和科研的新兴10大技术技术：半导体量子点新技术，大技术技术：半导体量子点新技术，能够大幅度提高廉价光伏太阳能电池的效能：释放电子的数量是能够大幅度提高廉价光伏太阳能电池的效能：释放电子的数量是硅半导体材料的硅半导体材料的2倍以上倍以上 。 化学溶胶法：以化学溶胶方式合成，可制作化学溶胶法：以化学溶胶方式合成，可制作复层量子点，过程简单，且可大量生产。复层量子点，过程简单，且可大量生产。 自组装法：采用分子束磊晶或化学气相沉积过程，自组装法：采用分子束磊晶或化学气相沉积过程，并利用晶格不匹配的原理，使量子点在特定基材表并利用

40、晶格不匹配的原理，使量子点在特定基材表面自聚生长，可大量生产排列规则的量子点。面自聚生长，可大量生产排列规则的量子点。(a)将硒粉加入十八碳烯中，使硒的含量为将硒粉加入十八碳烯中，使硒的含量为 0.010.05mol/l，在氩气存在下，加热到在氩气存在下，加热到200220，保温，保温1030分钟后，分钟后，冷却至室温，除去不溶物，制得硒的储备液；冷却至室温，除去不溶物，制得硒的储备液；(b)将将cdo和硬脂酸加入十八碳烯中，使和硬脂酸加入十八碳烯中，使cdo和硬脂酸的含量和硬脂酸的含量分别为分别为0.010.05mol/l和和0.040.20mol/l，在氩气存在下，在氩气存在下，加热到加热

41、到130200 并保持并保持1030分钟，然后降至室温，制分钟，然后降至室温，制得镉的储备液；得镉的储备液；(c)取硒的储备液取硒的储备液110ml，加入到，加入到0.10.5g氧化三正辛基膦氧化三正辛基膦和和0.32.0g十六胺中，同时在氩气存在下搅拌并加热到十六胺中，同时在氩气存在下搅拌并加热到 260290；将；将0.55ml镉的储备液加热到镉的储备液加热到6080后后加入到上述氧化三正辛基膦、十六胺和硒的储备液的混合加入到上述氧化三正辛基膦、十六胺和硒的储备液的混合物中，在物中，在200260保持保持10300秒，然后冷却至秒，然后冷却至30-50，即制得即制得cdse量子点。量子点。

42、 高分子高分子：指由共价键连接分子量很高指由共价键连接分子量很高的的一类化一类化合物合物 ， 简史：简史：施陶丁格（施陶丁格（ staudinger，1953，异戊二烯，异戊二烯);齐格勒齐格勒和纳塔（和纳塔（it），弗劳瑞），弗劳瑞(us) ，德金，德金(fr)单体单体： 合成聚合物的起始原料合成聚合物的起始原料结构单元结构单元：在大分子链中出现的以单体结构为基础的原在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团；结构单元有时也称为单体单元、重复单元或链节子团；结构单元有时也称为单体单元、重复单元或链节 n n 表示聚合度表示聚合度; ; 分子量分子量-( ch2-ch=ch-ch2 -)-(-

43、ch2-ch-)-xynh -n h (c h2)6n h -c o (c h2)4c o -o hnh2n (c h2)6n h2 + h o o c (c h2)4c o o h(2n-1) h2o+ 单体在形成高分子的过程中要单体在形成高分子的过程中要失掉失掉一些原子一些原子 结构单元结构单元 重复单元重复单元 单体单元单体单元, , 重复单元重复单元链节链节 连锁聚合反应连锁聚合反应链引发（链引发（initiation）链增长（链增长（propagation）rch2ch2+ch2=ch2rch2ch2ch2ch2，rch2ch2ch2ch2+ ch2=ch2rch2ch2ch2ch2

44、ch2链终止（链终止（termination）r(ch2ch2)mch2ch2r(ch2ch2)nch2ch2r(ch2ch2)mch2ch2ch2ch2(ch2ch2)nrcoo o co惰性溶剂40100 occoo22co2过氧化二苯甲酰（引发剂）苯甲酰自由基（r ）苯自由基（r ）h2n-r-coohhhn r conh r coohmhhn r conh r coohnhhn r conh r coohm+n 以单体名称为基础，在前面加以单体名称为基础，在前面加“聚聚”字字 取单体简名，在后面加取单体简名，在后面加“树脂树脂” 、“橡胶橡胶”二字二字 苯苯酚酚 甲甲醛醛 酚醛酚醛树脂

45、树脂 丁丁二烯二烯 苯苯乙烯乙烯 丁苯丁苯橡胶橡胶n 以高分子链的以高分子链的结构特征结构特征命名命名o - c - o - n h - c - o -oo - c - n h - - o - 商品名商品名 涤涤纶纶 聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯）聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯） 锦锦纶纶 聚酰胺（尼龙），后面加数字区别聚酰胺（尼龙），后面加数字区别 重要的碳链聚合物：重要的碳链聚合物：*ch2ch2*n*ch2ch*ncooh聚乙烯聚丙烯酸*ch2ch*nch3*ch2ch*ncooch3*ch2ch*ncl*ch2ch*nococh3*ch2hc*n*ch2ch*noh聚丙烯聚甲基丙烯酸甲酯聚氯

46、乙烯聚醋酸乙烯酯聚苯乙烯聚乙烯醇重要的杂链聚合物重要的杂链聚合物：nohch2ch2oochooc 聚 对 苯 二 甲 酸 乙 二 酯 （ 涤 纶 树 脂 ）hoocco(ch2)6nh2n(ch2)4nh聚 己 二 酰 己 二 胺 （ 尼 龙 66）hn(ch2)6noch2n (ch2)6cooh聚 氨 基 己 酸 酯 （ 尼 龙 6）聚 氨 酯ohocncon(ch2)6nho(ch2)4hocoo ohncch3ch3o聚 碳 酸 酯分类分类塑料塑料晶态高聚物：晶态高聚物：部分结晶态，部分结晶态，tf是使用的上限温度是使用的上限温度非晶态高聚物：非晶态高聚物：玻璃态，玻璃态，tg是使用

47、的上限温度是使用的上限温度纤维纤维大部分是大部分是晶态高聚物晶态高聚物，tf应高于室温应高于室温150以上。以上。 也有也有非晶态高聚物非晶态高聚物，分子排列有一定规则。，分子排列有一定规则。 橡胶橡胶只能只能是非晶态高聚物是非晶态高聚物，处于处于高弹态高弹态. tg是使用的下是使用的下限温度，限温度，tg应低于室温应低于室温70以上以上; tf是使用的上限温度是使用的上限温度 绿色化：可降解塑料绿色化：可降解塑料 仿生化：仿生化：例如防弹材料的发展例如防弹材料的发展 杂原子化：杂原子化： 高度支化：高度支化：（引发核、反应官能团、终止官能团）（引发核、反应官能团、终止官能团） 功能化功能化：

48、导电高分子、光电活性高分子、：导电高分子、光电活性高分子、高分子催化剂、液晶高分子、高分子分离高分子催化剂、液晶高分子、高分子分离膜、光敏高分子、医药高分子、高分子吸膜、光敏高分子、医药高分子、高分子吸水数值、离子交换树脂、磁性高分子等。水数值、离子交换树脂、磁性高分子等。共轭卟啉共轭卟啉聚聚醚醚酰酰胺胺高度支化材料高度支化材料 19771977年聚乙炔年聚乙炔 19981998年，聚对苯撑、聚对苯撑乙烯等年，聚对苯撑、聚对苯撑乙烯等 聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯s*ss*n聚噻吩聚噻吩nono*n反式聚双苯并噁唑苯主链液晶高分子反式聚双苯并噁唑苯主链液晶高分子多糖生物相容性高分子多糖生物相容性高分子ohoohohch2o ch2ohoohoho*n电致发光材料电致发光材料 分子印迹技术分子印迹技术：