• 1 纳米材料 （土木10-7班） • 2形状记忆合金（土木10-8班） • 3超导材料（土木10-9班） • 4钛合金及应用（建筑环境与设备10-1班） • 5生物材料（建筑环境与设备10-2班）
材料的四要素及其关系
µ材料的使用依赖于 材料的性能，而其性 能都是由其化学组成 和结构决定的。 µ只有从微观上了解 材料的组成、结构与 性能的关系，才能有 效地制备、选择和使 用材料。
材料科学基础知识
材料科学概论
第一章 材料科学基础知识
本章主要内容：
Ø一、材料中的晶体结构 1.1 晶体学基础 1.2 实际材料中的晶体结构与缺陷
Ø二、金属的结晶 Ø三、材料中的相结构 Ø四、材料的力学性能
材料科学与工程
• 材料科学与工程是关于材料成分、结构、制 备工 艺与材料性能和用途之间相互关系的知 识开发和应 用的学科。
材料表面的显微结构（原子力显微镜）
金的(111)晶面结构
硅表面原子排列
材料的显微结构对材料的性能具有相当大的影响。
微观结构
胶原纤维
Micro-circle DNA
红血球细胞
微观结构
S能的关系
材料的性能是决定一种材料应用的重要因素。 例如金属材料如铜有很强的延展性、导电性 等。一些非金属材料如陶瓷有很高的硬度等。 不同的材料其性能是不同的，那么材料的性 能与什么因素有关呢？
(格点)，各点用线连接起来，形成一个三维的 空间格子。
• 晶胞 — 将晶格中，能够代表晶体排列方式的最小单元 （平行六面体）抽出。
材料的四要素
• 材料的成分与结构是指材料的原子类型 和排列方式；
• 合成与加工是指实现特定原子排列的演 变过程；
• 材料的性质是指对材料功能特性和效用 的定量度量和描述；
• 使用效能是指材料性质在使用条件下的 表现。
15周的作业-课堂汇报
分别从概念（历史）、特点（性能）和应用 （举例）进行汇报，时间10分钟
一、材料中的晶体结构
1.1 晶体学基础--- 1、晶体与非晶体
一、晶体与非晶体
晶体 常用金属及多数无机物 简单分子 固体物质
非晶体 橡胶、玻璃、松香等 复杂分子
区别：
• 晶体中原子或分子在空间呈一定规律整齐排列；非晶体原 子紊乱排列。
• 晶体具有一定的熔点；非晶体逐渐软化，没有固定的熔点。
• 晶体单晶在性能上呈各向异性；非晶体呈各向同性。
• 许多晶体具有天然的晶形。
• 晶体处于低能状态稳定；而非晶体处于能量较高的状态， 亚稳结构，在一定条件下可转变为晶体。
晶态
非晶态
金属的结构
晶态
非晶态
SiO2的结构
二、常见金属的晶体结构
1、晶体学基础
为方便描述晶体中原子排列的对称性和周期性，进行以 下简化处理并归类。 • 晶格 — 将晶体中的原子或分子，抽象成为一个几何点
• 换言之，材料科学与工程是研究材料组 成、 结构、生产过程、材料性能与使用性能以及 它们之间的关系。
材料的四要素
基本要素
组成与结构 Composition and Structure 合成与生产过程 Synthesis and Processing 性质 Properties 使用效能 Performance
• 习惯上人们常将加工过的称为钻石，而未 加工过的称为金刚石。
• 金刚石与石墨的结构
• 金刚石与石墨的性能
晶体结构
等轴晶系，立方面 六方晶系，呈层状结
心晶胞，共价键结 构，层之间为分子键
合的
结合
晶体微观结构与性能
（碳的同素异构转变）
Ø材料中原子和离子的排列显著影响材料的性质
金刚石
石墨
富勒烯 (C60)
金刚石
• 金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常 说的钻石，它是一种由纯碳组成的矿物。
• 金刚石是自然界中最坚硬的物质，因此 也就具有了许多重要的工业用途，如精 细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、 拉丝模。金刚石还被作为很多精密仪器 的部件。
金刚石
• 金刚石的折射率非常高，色散性能也很 强，这就是金刚石为什么会反射出五彩 缤纷闪光的原因。
• 1977年山东省临沭县岌山乡常林的一名 村民在地里发现了中国最大的金刚石。
金刚石
• 世界上最大的工业用金刚石和宝石级金刚 石均产于南非，都超过3100克拉（1克拉 =200毫克）。
• 金刚石晶体的键角为109°28′，是一种具有 超硬、耐磨、热敏、传热导、半导体及透 远等优异的物理性能，素有“硬度之王” 和宝石之王的美称，金刚石的结晶体的角 度是54度44分8秒。
• 金刚小石、金刚玉石（龙凤胎），生于1993 年农历12月30日，成都市凉水井小学学生， 成都市琴台路形象大使、成都市十大活力宝 贝；四川省旅游形象大使，2005年9月被世 界华人联合会授予“促进世界和谐友好使者” 称号。
金刚一家人
• 在香港表演茶艺的龙凤兄妹
在天津卫视表演 金刚小石&金刚玉石
效能
合
材
成
料
工 艺
性 能
成分/结构
材料的四要素
材料的结构
v 材料的结构是指材料的组元及其排列和运动方式 。包含形貌、化学成分、相组成、晶体结构和缺 陷等内涵。
材料结构的描述：
1. 宏观组织结构: >1000,000 nm 2. 微观显微结构: 10 ～1000 nm 3. 纳米结构: <100nm 4. 键合结构: 原子/离子间的化学键 5. 原子结构: 原子的电子结构
总的来说一种材料或一种物质其性能取决于它 本身的二个属性。一个是它的化学成分，如铁 与铜、闪锌矿（ZnS）。另一个是它内部的组织 结构。所谓内部的组织结构，对单晶体来说就 是它的晶体结构，即晶体中原子的排列。
• 结构决定性能是自然界永恒的规律。
• 金刚石 • 大家知道金刚石吗？
金刚石
• 金刚石，（真实姓名）笔名恐先生，四 川成都人，1969生于马边茶叶世家，大 学中文硕士，长篇小说家，导演，工笔 画家，茶道大师，茶艺研究员。
• 1982年（12岁）正式登陆中国文坛，时 为中国十佳少年作家，1988年从事茶道 文化研究，1991年开始受父命专门从事 中国绿茶的传播 。
金刚石
• 1998年在成都市各文化机构创建四川长嘴壶 茶艺表演艺术资源平台，并组建四川省峨眉 派茶艺表演队。2001年出版西部大长篇《奔 生》，获郭沫若文学奖，2002年创办四川省 峨眉派茶艺学校 。