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1、,2 材料性能的物质结构基础,庆阳理工,庆阳理工,影响材料性能的因素很多，物质结构是其中很重要的一个方面。进一步了解物质的结构，有利于理解材料为什么具有不同的性质；进一步研究物质结构与材料性质的关系，可以为优化材料性能、设计新材料提供依据。,柔软滑腻的石墨被做成铅笔，坚硬的金刚石可切割一切材料，塑料袋轻变柔软，橡胶轮胎坚硬而又富有弹性。这些材料的分子骨架均有碳原子构成，它们在性能上有哪些显著的差异？你认为结构与材料的性能有关系吗？,一、材料的柔韧性与链状分子,有机高分子化合物虽然相对分子量很大，但是它们的结构并不复杂。它们主链主要是由碳原子以共价键结合起来的碳链，通常由简单的结构单元重复连接而
2、成。聚乙烯的结构单元-CH2-CH2-尼龙的结构单元-NH-(CH2)x-CO-,庆阳理工,共价键:原子间通过共用电子对形成的化学键如H2,Cl2等,线型高分子化合物,线型高分子化合物又称链状高分子（化合物）。单体的许多单元相互连接而成链状结构的高分子化合物。有直链型与支链型两种。前者是无支链的长链分子。后者是有支链的长链分子。（课本p235图7-2-2）合成纤维和大多数塑料都是线型高分子（线型长链状化合物）如聚乙烯、聚氯乙烯等热塑性树脂、热塑性塑料等。,庆阳理工,线型高分子化合物的性质,(1)具有一定的弹性线型高分子处于自然地蜷曲的状态，分子纠缠在一起，因而具有柔韧性。当外力除去后，分子可恢
3、复(2)热塑性线型高分子拥有很长的链，加热的时候，会出现分子不同部位受热程度不同的情况，有的部分已受热，有的部分受热少甚至还有一部分没有受热，因此加热后不是直接熔化为液体，而是先经历一个软化的过程再液化。液体冷却后，变硬为固体，再次加热，它又能软化流动。,庆阳理工,1.体型结构的高分子材料又称网状高分子化合物。是线型高分子链上存在的可相互作用的官能团在一定条件下交联而成三向空间的体型（或网状）结构的高分子化合物。体型结构的高分子材料具有高耐热性和刚性好等特点，适宜做工程和结构材料热固性：可溶胀，但不溶解，或因溶胀而表面显有微溶现象。受热可软化但不能熔化，强热则分解，不可反复熔化。有脆性，没有或
4、稍有弹性和塑性。冷延或辊压不能使分子定向。例如成形后的热固性塑料及硫化橡胶等。,庆阳理工,二、材料的硬度与网状结构,2.金刚石网络化程度最高的碳骨架,金刚石的每个碳原子都与其他四个碳原子以共价键相结合，形成牢固的正四面体结构，致使金刚石具有很高的硬度,原子晶体：像金刚石这样，相邻原子均已较强的共价键相结合，在空间按一定规则排列的晶体如单质硅、金刚砂（SiC）、石英等,原子晶体具有很高的硬度、熔点和沸点,庆阳理工,3.其他具有网状结构的材料,1、金属键金属原子的外层电子较少与核的吸引力较弱，可脱离金属原子自由运动（自由电子）。自由电子在整块金属晶体中运动，将金属原子与金属阳离子连接在一起的这种作
5、用2、金属晶体金属可形象的比喻为金属原子和阳离子浸泡在电子海洋中，他们在金属键的作用下堆积成金属晶体金属晶体都是金属单质，构成金属晶体的微粒是金属阳离子和自由电子（也就是金属的价电子）。,庆阳理工,金属的延展性,金属键在整个晶体的范围内起作用，在锻压或捶打时，金属原子之间比较容易产生滑动，在滑动过程中自由电子能够维系金属键的存在，即各层之间始终保持者金属键的作用，因此金属晶体虽然发生了形变但不断裂,庆阳理工,3、离子晶体 在离子化合物中，阴、阳离子通过离子键相互结合如碳酸钙、硅酸钙、硅酸钠等特点：离子晶体硬度较大、具有较高的熔点和沸点,庆阳理工,氯化钠的微观结构示意图,在压力作用下离子键若发生
6、断裂就不能恢复，离子晶体质脆。因此硅酸盐等无机非金属材料坚硬而质脆。,离子键：阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键 如氯化钠等,化学键,化学键的分类：共价键、离子键和金属键 共价键和离子键在压力下断裂不可复原因此原子晶体和离子晶体不具有延展性。分子间作用力：高分子材料的柔韧性是由分子蜷曲的长链决定的，分子内原子通过共价键连接，而分子间的结合力较弱，这种结合力为分子间作用力,庆阳理工,1.金属导电性：金属中的自由电子可以在整块金属内自由运动，在电场的作用下定向迁移导热性：由于自由运动的电子能将能量快速迅速传递造成的,导电性:银铜铝 通常金属的纯度越高，其导电性越好,庆阳理工,三、材料的导电性和
7、自由电子,2.石墨,石墨的导电性：石墨中碳原子构成层状结构，在同一层内一部分电子束缚在碳原子之间形成共价键，另一部分电子可以沿层自由移动。石墨性质非常稳定，因此可以作为电解和电池的电极材料,庆阳理工,3.导电高分子,聚乙炔:是一种双键、单单键间隔连接的线型高分子，电子可以沿分子链自由流动，因此具有导电性,聚乙炔,庆阳理工,通常情况下，高分子材料结构的网络化程度越高，其硬度越大。线型高分子材料柔软有弹性，通常为热塑性塑料；体型高分子材料相对比较坚硬，通常为热固性塑料；原子晶体、离子晶体和金属晶体中的原子分别通过共价键、离子键和金属键相互结合，在空间呈周期性的排列。金属键不因金属晶体的形变而断裂，因此金属具有延展性，而原子晶体和离子晶体都不具有延展性 当材料中存在可自由移动的电子时，这种材料可以导电,庆阳理工,
