教学方法
1. 采用启发式、归纳类比法等传统教学方法。 2. 采用ppt课件、网络教学课件进行教学。 3. 注重理论联系实际及培养学生分析问题、解 决问题的能力。 4. 正确处理《功能材料化学》与基础课、专业 课的关系：即利用基础课所学过的知识来讲 授《功能材料化学》 ，结合专业特点讲授 《功能材料化学》 。 5. 采用教学与习题相结合同步进行的教学计划 实现学生对知识的消化。
学时分配（总学时32）
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 材料高温化学（4） 金属的相变与折出（2） 材料电化学（4） 材料表面化学（4） 材料激发化学（4） 硅酸盐材料化学（4） 高分子化合物的合成（4） 聚合物的化学反应（4） 典型高分子材料简介（2）
教学过程
第一章 材料高温化学
一、教学目的及要求 二、主要内容 三、学时安排 四、教学重点 五、教学过程 六、思考题 七、教学参考书
教学目的及要求
使学生了解精练工艺中的化学过程如区 域精练、挥发精练等，高温冶炼下化学平衡 热力学，高温氧化及平衡氧势与温度的关系， 自蔓燃合成概念等。
主要内容
冶炼过程与提纯方法；纯物质、理想溶 体的热力学，氧化物系的吉布斯自由能与温 度图；纯金属和合金的高温氧化，平衡氧势 与温度的关系；自蔓燃合成概念与金属间化 合物的自蔓燃合成过程。
教学参考书
1．《物理化学》 傅献彩 高等教育出版社出版 1990 2．《无机化学》(第三版) 宋天佑 高等教育出版社 1980年 3．《金属学》 胡庚祥 上海科技出版社 1980年 4．《金属学教程》卢光熙 机械工业出版社 1985年 5．《材料科学基础》 马泗春 陕西科学技术出版社 1998年
讲授内容
4. 《功能材料化学》 杨宏秀 高等教育出版社 1997
5. 《Introduction to Materials Chemistry》 Harry R. Allcock Viley 2008 6 . 《Introduction to Materials Chemistry》 Ken Suslick Course Syllabus 2008
1.1 冶炼与提纯 1.2 高温氧化 1.3 自蔓燃合成
1.1.1
冶炼过程
• 冶炼过程——指高温下元素的分离和浓缩过程。其实质是从 由氧化物、硫化物构成的矿石以及其他精制原料中分离提取 某种有用金属，再经过精炼后制成的物理化学过程。
矿石
选矿 过程
精矿
冶炼 过程
粗金属
精炼 过程
金属
• 冶炼中常用的化学方法
与其它课程的关系
“功能材料化学”是以化学、物理、物理 化学、材料力学、高分子材料为基础的课程， 在学习时应联系上述基础课程的有关内容，以 加深对本课程内容的理解。同时本课程是材料 科学与工程的基础，在今后学习有关专业课程 时，还应经常联系本书的有关内容，以便进一 步掌握所学的知识。
教学指导思想
1. 从材料科学与工程材料应用的角度出发讲授《材 料化学导论》，体现21世纪教学理念、教学改革 精神和世界工程教育思想。 2. 严格按《功能材料化学》教学大纲进行教学，注 意课程内容的准确定位和整体优化。 3. 通过课堂教学、课堂讨论及习题培养学生联系实 际考虑问题的方法和分析、解决问题的能力，为 后续课程的学习或进一步深造以及从事本领域的 科学研究工作打下坚实的基础。
FUNCTIONAL MATERIAL CHEMISTRY
主讲 傅俊祥
目
• • • • • • • • • 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
录
材料高温化学 金属的相变与折出 材料电化学 材料表面化学 材料激发化学 硅酸盐材料化学 高分子化合物的合成 聚合物的化学反应 典型高分子材料简介
课程性质及教学目的
• 《功能材料化学》是为材料化学专业开设的一门重要技术基础 课，可为培养材料科学人才提供捷径。材料化学是研究材料的 化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间关系及变化规律的 一门科学。
• 材料化学的任务是采用新的制造技术，把金属、无机物或有机 物这些材料单独加工或组合在一起，使之产生出具有新的性能、 功能和用途的材料。 • 本课程的任务是采用多媒体教学，将复杂、抽象的材料高温化 学、电化学、表面化学、硅酸盐材料化学、聚合物的合成、化 学反应及典型高分子材料的有关理论知识以简单明了的方式向 学生作介绍，实现多学科知识的交叉与渗透；并将理论知识与 实际应用联系起来，扩大学生知识面，并培养学生的理论知识 与实际运用相结合的能力。 • 学习本课程的目的是为后续专业课打下牢固的基础，同时为将 来从事材料的研究与开发打下坚实的理论基础。
教学重点
1. 化学平衡热力学 2. 相变与析出动力学 3．电极电位与极化 4．表面分析方法 5．材料激发化学 6．硅酸盐材料化学 7．高分子化合物的基本概念 8．聚合物的化学反应
教学难点
1. 高温氧化 2. 相变与析出动力学 3．电极电位及极化 4．表面热力学 5．等离子体化学 6．硅酸盐热力学 7．聚合反应类型 8．聚合物的化学反应
前 言
• 材料:具有使其能用于机械、结构、设备和产品的性质的 物质；与其功能及该功能所赋予的用途相关联。材料是一 切科学和技术发展的基石。 • 材料化学：从分子水平到宏观尺度认识与控制结构与性能 或功能的基本关系；是关于材料制备、加工和分析的化学； 是改进材料的组成、结构以及合成方法，开发具有突出性 能或特殊功能的新型材料。
•
G = H - TS dS/dT = C/T S一般随温度升高而增大
3.纯物质的相变(熔化)及化学势
G = nsμ s +nlμ l G+dG=(ns -dn)μ s+(nl+dn )μ
l
(1) dG/dn<0，μl < μs，表 明自由能下降，反应自发 由左向右进行； (2) dG/dn>0，μl > μs ，反 应从右向左进行； (3) dG/dn=0时，系统处于平衡， 固体和液体同时共存，此 时对应的温度即为熔点。 当温度低于熔点时，固体 的化学势低于液体化学势， 但同时熵也较小，如果提 高温度，固、液两相的化 学势曲线互相趋近，达到 熔点时曲线交为一点。
教学重点
冶炼过程与提纯方法的基本原理；纯 物质和理想溶液的热力学；氧化物系的 吉布斯自由能与温度图；平衡氧势与温 度的关系，金属间化合物的自蔓燃合成。
教学过程
一 讲授内容 二 小结 三 思考题
思考题
1．什么是区域精炼?什么是挥发精炼?什么是 偏析? 2．如何根据氧化物的标准生成吉布斯自由能 与温度的关系图来进行金属铁的冶炼与 提纯？ 3. 什么是自蔓燃合成？简单介绍金属间化合 物TiNi的自蔓燃合成的工艺流程。
•
物质A和B并非在所有组成 范围内都能相互溶解，即 溶体常常在某一限定成分 范围内才能形成。 LnxA-μA关系曲线会终止于 A在B中的饱和溶解度处， 要用LnxA=0处外插之后μA 的值，标准状态也变成了 假想标准状态。
4.固体的溶解度 • 物质A的溶解行为取决于固 体A的化学势大小和溶解过 程中溶质A的化学势大小。 与溶液中溶质的标准化学 势相比，固体溶质的化学 势越高也就越容易溶解。
3.溶体中的化学势 • 理想溶体的化学势（μAΦ 为溶体中物质A的标准化学 势）： (1) 所有xA值时恒成立，为完 全理想溶体；μAΦ和溶体 的其他性质无关，等于纯 物质A的摩尔自由能。
•
(2) xA值很小时才成立，为理 想稀薄溶体。μAΦ和纯物 质A的化学势不再相等， μAΦ随溶入A的溶剂而变化。
• 典型金属冶炼方法
• 成分、相、系
相—— 成分、结 构及性能 相同并与 其他部分 有界面分 开的宏观 均匀组成 部分。
1.1.2 纯物质热力学
1. 纯物质的自由能G和化学势μ • G决定于以下因素：物质的化学性质，物质数量，物质的 聚集状态，温度和压力。G越小，物质的状态越稳定。 化学势μ为平均1摩尔的自由能（摩尔自由能g），是温度、 压力一定时，所研究的某相中物质（成分）的固有量。
温度较低时，单位压力气 体的化学势高于液体的化 学势，这时气体凝结； 高温时则正好相反。 温度达到Tb，气体和固体 的两条曲线相交，此时， Tb温度下单位压力的气体 和液体处于平衡，因此温 度Tb称为标准沸点。
5. 纯物质蒸气压和温度的关系
• 压力增高时曲线位置高 于μ+,g ，压力降低时曲 线位置低于μ+,g 。 图中同时给出了液体化 学势的变化曲线，利用 该图可以确定液体与不 同压力气体之间的平衡 温度。例如，曲线和p＜ 1的曲线之间的交点，即 为压力值低于单位压力 的气体和液体间的平衡 温度。平衡温度。
4. 纯物质的蒸发及化学势
• 对气体来说压力对自由能 的影响不可忽略
•
•
P+为标准压力,G+为该压力 • 下n摩尔理想气体的标准自 由能，与压力无关，是温 度的函数 • 当气体压力保持一定时， • 单纯理想气体的化学势随 温度而变化。单位压力下 气体的μg等于μ+,g，为标 准化学势,其与温度的函数 关系如右图
课程内容
材料化学作为材料科学的一门主要分支，其内容主 要包括无机材料化学和高分子科学，这也是本课程的两 大部分。 本课程特点： （1）体系结构新颖，能满足宽口径专业的教学需要； （2）取材新：新材料，新理论，新方法 （3）内容精练：适合课时少教学，实用为主原则 （4）融合性大：涉及冶金、金属、无机非金属、高分 子材料的基础理论
• 功能材料化学：是材料专业的一门主要的专业基础课程。 课程比较概要地介绍了材料化学的基本理论及研究方法。 是研究材料的化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间 关系及变化规律的一门科学。主要包括无机非金属材料和 高分子材料两部分内容。
总 纲
• • • • • • • • • • • • • 一、课程性质及教学目的 二、课程内容 三、与其它课程的关系 四、教学对象：12化工1班，2班，12应化1班 五、教学时间：星期四（1，2） 1-16周 六、教学地点：黄金2202 七、教学指导思想 八、教学重点 九、教学难点 十、教学方法 十一、学时分配 十二、教学过程 十三、教材及教学参考书