第一篇：《高分子材料结构与性能》课程教学大纲
《高分子材料结构与性能》课程教学大纲
课程代码：
070417
课程性质：专业任选总学时：
学时
总学分：
开课学期：
适用专业：化工 先修课程：有机化学、物理化学后续课程：毕业论文
大纲执笔人：HJH
参加人： HGJGHJH
审核人：
JHHJH
修订时间：2012年8月
编写依据：
09化学工程与工艺专业人才培养方案（2009）年版
一、课程介绍
高分子材料结构与性能课程是以高分子结构-性能-应用为主线，联系其他材料科学，阐述了高分子材料的合成方法、结构性能和主要应用领域，并简要介绍了各类高分子材料的基础知识和有关的加工成型方法。通过本课程的学习，使学生能够了解高分子材料的基础知识，拓宽知识面，使学生进一步了解本专业。它是学生学习《材料物理》、《材料物理实验》、《树脂基复合材料》《复合材料科学与工程实验》、《高分子材料成型加工》、《高分子材料工程实验》等其它专业基础课的先修课程和基础，同时也是不同专业十几门选修课的先修课程，在专业培养中处于重要地位。同时，该课程也可作为化学化工类非高分子专业的本专科生，为拓宽知识面，认识基础高分子科学相关的选修课，有望发展成化学化工类大学生专业基础课程，为将来从事材料领域的研究和开发工作打好基础。
二、本课程教学在专业人才培养中的地位和作用 材料在生产与生活中占有非常重要的地位，并与人们生活紧密相联。而作为材料学中的一大类别——高分子材料正发挥着越来越重要的作用。本门课程作为应用化学以及化学工程与工艺专业本科生的一门专业选修课，目的在于让学生了解高分子材料学的基础知识，扩大知识面，培养学生掌握高分子材料基本知识与概念，并能初步分析和解决材料研究中的实际问题。高分子材料结构与性能是以高分子材料为基本研究对象的一门课程，是高分子科学的基础课程。与化学的其它二级学科相比，它与现代物理学有着更加深刻的亲缘关系，其发展更加依赖于化学与物理学的进步，同时也对这两大轴心科学的进步产生深刻的影响。由于近年高分子科学对各个工业部门和科技领域的渗透作用显著，所以在化学本科等非高分子专业作为选修课教学具有重要的意义。
三、本课程教学所要达到的基本目标
高分子材料结构与性能课程的内容主要包括高分子材料的结构-性能-应用的内在联系和塑料、橡胶、纤维、涂料、黏合剂与功能高分子等主要高分子材料品种的介绍，要求学生在掌握高分子材料的结构-性能-应用的内在联系的基础上，熟悉塑料、橡胶、纤维、涂料、黏合剂的一些主要品种，并能对一些材料性能及相关影响因素做出简单解释。通过教学提高学生运用高分子化学与物理的知识分析问题、解决问题的能力。
本课程的基本要求如下：
1、掌握高分子的基本知识、基本概念；
2、了解高分子各类材料的特点；
3、了解和掌握高分子材料的各种合成方法；
4、了解和掌握高分子材料的结构与性能的关系。
四、学生学习本课程应掌握的方法与技能
本课程较系统地阐述了高分子材料的合成方法，并以高分子结构-性能-应用为主线，介绍了各类高分子材料的基础知识，是关于高分子材料基础应用的实用课程，它的任务是使学生较熟练地掌握各类高分子材料的基本概念、制备及其应用，并能运用结构-性能-应用的内在联系，初步分析和解决材料研究中的实际问题。
五、本课程与其他课程的联系与分工 《高分子材料结构与性能》课程是材料化学、高分子材料与工程及其相近专业的一门重要课程，是在学生具备了必要的有机化学、物理化学等基础知识之后，在学习了高分子化学与物理基础上选修的专业基础课程，并为功能高分子材料化学，高聚物合成工艺学等后续专业课程的学习奠定坚实的基础。
六、本课程的教学内容与目的要求 【第一章】材料科学概述（共2学时）
1、教学目的和要求：
（1）熟悉材料的分类；了解材料的多层次结构。
（2）掌握复合材料及复合效应以及材料工艺及其与结构和性能的关系。
2、教学内容：
（1）第一节材料与材料科学（2）第二节材料结构简述（3）第三节材料的性能
（4）第四节材料工艺及其与结构和性能的关系（5）第五节材料的强化机制
3、教学重点和难点：
（1）重点：材料及材料化过程，复合材料，功能物性，材料结构及性能关系（2）难点：几个重要概念，复合材料，材料化过程
4、本章思考题： P289思考题与习题
【第二章】高分子材料的制备反应（共4学时）
1、教学目的和要求：
（1）熟悉连锁聚合反应与逐步聚合反应的基本反应类型。（2）了解高分子材料制备反应的新进展；掌握自由基聚合反应与自由基共聚合反应的概念、机理及应用以及聚合实施方法。
2、教学内容：
（1）第一节高分子与高分子材料（2）第二节连锁聚合反应（3）第三节逐步聚合反应
（4）第四节高分子材料制备反应新进展
3、教学重点和难点：
（1）重点：自由基聚合，乳液聚合，逐步加聚反应
（2）难点：连锁聚合反应与逐步聚合反应机理、反应条件
4、本章思考题：
P289-291思考题与习题
【第三章】高分子材料的结构与性能（共8学时）
1、教学目的和要求：（1）熟悉聚合物大分子联的组成和构造，聚合物凝聚态结构；了解高分子材料的力学性能、物理性能以及化学性能。（2）掌握聚合物分子运动的特点、聚合物的物理状态、玻璃化转变以及聚合物熔体的流动。
2、教学内容：
（1）第一节聚合物的结构
（2）第二节高聚物的分子运动及物理状态（3）第三节高分子材料的力学性能（4）第四节高分子材料的物理性能（5）第五节高分子材料的化学性能
3、教学重点和难点：
（1）重点：聚合物的柔顺性与构象的关系，聚合物分子运动的特点，聚合物的松弛现象，聚合物的力学三态，聚合物熔体特性，聚合物的力学屈服以及聚合物的力化学过程。（2）难点：聚合物的松弛特性，力学屈服现象
4、本章思考题：
P291-293思考题与习题
【第四章】通用高分子材料（共8学时）
1、教学目的和要求：
（1）熟悉几大类通用高分子材料的基本概念、分类；掌握通用高分子材料的结构、性能及应用。
（2）了解塑料、橡胶、纤维、黏合剂及涂料的制备工艺。
2、教学内容：（1）第一节塑料（2）第二节橡胶（3）第三节纤维
（4）第四节胶黏剂及涂料
3、教学重点和难点：
（1）重点：塑料的组成、作用及成型加工方法，热塑性塑料，工程塑料，热固性塑料，合成橡胶
（2）难点：几个重要概念，通用高分子材料的结构、性能及应用之间的内在联系
4、本章思考题：
P293-294思考题与习题
【第五章】功能高分子材料（共4学时）
1、教学目的和要求：
（1）以专题讲座的方式引入功能高分子的基本概念，分类及应用。（2）重点结合自己的科研成果，简单介绍几类功能高分子。
2、教学内容：
（1）第一节医用高分子及高吸水性树脂
（2）第二节智能高分子及功能高分子最新进展
3、教学重点和难点：
（1）重点：医用高分子及高吸水性树脂，智能高分子及功能高分子最新进展（2）难点：几个重要概念，刺激响应性，功能高分子的作用机理
4、本章思考题： P294思考题与习题
【第六章】聚合物共混物（共2学时）
1、教学目的和要求：
了解聚合物共混物的基本概念、制备方法及主要品种。
2、教学内容：
（1）第一节聚合物共混物及其制备方法（2）第二节主要品种
3、教学重点和难点：
（1）重点：几个重要概念，聚合物共混物的制备方法（2）难点：聚合物共混物，互穿网络聚合物，混炼挤出设备
4、本章思考题：
P294-295思考题与习题
【第七章】聚合物基复合材料（共4学时）
1、教学目的和要求：
了解聚合物基复合材料物的基本概念、制备方法及主要品种。
2、教学内容：
（1）第一节聚合物基宏观复合材料（2）第二节聚合物基纳米复合材料
3、教学重点和难点：
（1）重点：宏观聚合物基复合材料的基本类型及增强剂的类型，聚合物基纳米复合材料的类型
（2）难点：偶联剂在复合材料制备中的作用及作用机理
4、本章思考题： P295思考题与习题
七、本课程教学时数分配表 章节
标题
学时分配
讲授
实践
一
第一章材料科学概述
二
第二章高分子材料的制备反应
三
第三章高分子材料的结构与性能
四
第四章通用高分子材料
五
第五章功能高分子材料
六
第六章聚合物共混物
七
第七章聚合物基复合材料
合计 32
八、教材和主要参考资料
1、指定教材：
《高分子材料基础》张留成，翟雄伟，丁会利。化学工业出版社，2007年
2、主要参考资料：
《高分子材料》黄丽主编。化学工业出版社，2009年
《高分子材料科学导论》张德庆，张东兴，刘立柱编著，1999年
九、课程考核与成绩评定方法
1、命题要求
（1）命题内容要求
命题要着眼于所学课程的基础知识和基本技能的考核，要突出重点，注意覆盖面，要符合学生学习和生活的实际，贴近社会实际，要重视对学生在具体情景中综合运用所学知识分析和解决问题的能力的考查，要有助于培养学生创新精神和实践能力。试卷结构应简洁、合理，题量要适度。要根据课程特点处理好客观题与主观题的比例。能力层次分值分配为：了解占50%，理解占30%，综合应用占20%。
（2）命题的覆盖面、难易度、题型结构等要求
命题覆盖面涉及教学大纲规定教学内容的相关章节，考虑到本课程为专业选修课，难易应适中或偏易，题型主要有填空题、选择题（单选）、判断题、简答题和计算题。
2、考核方法及用时
本课程考核按考查课程的要求进行，考核采取课堂测验方式，完成时间为110分钟，成绩采用百分制。
3、课程考核成绩构成
学期总成绩=作业成绩×30%+考勤成绩×30%+期末测试成绩×40%；
第二篇：《聚合物结构与性能测试 》实验教学大纲
《聚合物结构与性能测试 》实验教学大纲
一、课程简介
本课程为高分子材料与工程本科专业的限选课。主要内容包括聚合物材料的光谱分析、热分析、力学性能分析、分子量测定及其电性能测试技术。课程不但讲授各类分子测试方法的基本原理、实验技术、主要用途及局限性等。同时介绍这些方法的最新进展和发展趋势等。拟通过本课程的学习，使学生掌握了解材料特别是高分子材料的结构与性能的各种研究测试方法。
二、课程实验教学目的与要求
本课程的目的是让学生在理论课程学习的同时，了解和掌握各种现代化的聚合物材料的微观结构和各种分析测试手段方法。使学生系统地掌握分析测试实验的原理、实验基本知识和技能，为以后学习和从事高分子学科内的工作打下基础。本课程基本要求：理解实验原理及实验方案，掌握正确操作规程；掌握各种仪器的使用，了解其性能参数、适用范围及注意事项等。
三、试验项目
四、实验一：红外光谱再聚合物结构鉴定中的应用
【实验目的、任务】
通过本实验了解红外光谱仪的结构特点及操作规程；掌握红外样品的制备方法；掌握红外光谱分析的原理和图谱分析。
【实验内容】
使用红外光谱鉴定聚合物中的红外基团。
【实验原理】
红外吸收光谱分析方法主要是依据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息进行结构测定。
【实验难重点】
1.重点：红外光谱分析的基本原理
2.难点：红外光谱的解析
实验二：聚合物材料的热分析
【实验目的、任务】
通过本实验掌握聚合物TG、DSC的分析原理和应用。了解热分析仪的结构及操作程序。
【实验内容】
使用热分析仪测量聚合物的热转变
【实验原理】
在加热或冷却过程中，随着物质的结构、相态（如Tg）和化学性质的变化都会
伴有相应的物理性质的变化，聚合物热的分析就是在程序温度下测量并记录物质的这些物质性质和温度的关系从而测得物质的结构、相态及化学性质的转变过程。
【实验难重点】
1.重点：TG、DSC、DTA的工作原理和图谱分析
2.难点：TG、DSC、DTA的区别
实验三：聚合物材料的力学性能测试
【实验目的、任务】
通过本实验了解万能试验机的结构特点及操作程序；掌握试样的制作方法。
【实验内容】
使用万能试验测量聚合物样品的力学性能。
【实验难重点】
1.重点：万能试验机的操作方式及力学性能指标
实验四：高分子材料表面电阻，体积电阻的测定
【实验目的、任务】
使用高阻计测量聚合物材料表面电阻和体积电阻的测定原理和计算方法。了解高阻计的结构和操作程序。
【实验内容】
使用高阻计测量聚合物材料表面电阻和体积电阻。
【实验原理】
将试样的微弱电流经过放大后，推动指示仪表，故可测量较高的绝缘电阻。
【实验重难点】
重难点：聚合物材料表面电阻和体积电阻的测试原理和计算方法。
实验五：稀溶液粘度法测定聚合物分子量
【实验目的、任务】
通过本实验了解掌握难度法测定聚合物分子量的基本原理及计算方法。测定聚乙烯醇水溶液的特性粘度，并计算其平均分子量。
【实验内容】
使用乌氏粘度计测量聚乙二醇样品的年均分子量。
【实验原理】
线性高分子溶液的基本特性之一是粘度比较大，并且粘度值与平均分子量有关，因此可以利用这一特性测定侧其分子量。
【实验重难点】
1.重点：粘度法测定聚合物分子量的原理和计算方法
2.难点：实验操作的准确掌握。
四、实验项目学时分配表
1.题目与要求
2.实验内容（试验原理、操作步骤等）
3.实验过程、计算及结果
4.问题分析和试验讨论
六、成绩评定办法及标准
综合学习态度、实验操作情况和试验报告给出成绩。成绩评定分为优秀、良好、中等、及格和不及格。
七、教材及参考书
教材： 《聚合物近代仪器分析（第二版）》主编：汪昆华，罗传秋，周啸 出版
社：清华大学出版社
参考书：《高聚物结构、性能与测试》 主编：焦剑、雷渭缓 出版社：化学工业
出版社
《聚合物结构分析》 主编 ：朱诚身，杨向萍 出版社：科学出版社
《聚合物材料表征与测试》主编：杨万泰 出版社：中国轻工业出版社《高分子实用材料剖析技术》 主编：董炎明 出版社：中国石化出版社
第三篇：材料结构与性能
材料结构与性能报告(1)
论文题目：块状非晶合金材料的研究进展
姓名： 学号： 学科专业： 指导教师： 入学日期： 报告日期： 报告地点：
王楚 31605051 材料工程 林莉 2016.11
研究生院制表
材料结构与性能报告(1)1概述
一般认为，凝聚态的物质大致可以分为三类：晶态物质、准晶态物质和非晶态物质。非晶态合金是指固态时其原子的三维空间呈拓扑无序排列，并在一定温度范围保持这种状态相对稳定的合金。最早有关非晶态合金的文献是由融Kamer于1934年首次报道的。而后，1960年，Duwez[1]等首先采用喷枪法在Au．Si合金中获得非晶态合金，从而开创了材料研究的新领域一非晶态合金材料。非晶合金具有优异的物理性能、化学性能和力学性能，特别是优良的软磁性能，在许多领域中己得到应用。一般说来，非晶态合金均需要通过熔体快淬的方法来获得，它需要非常高的冷却速率(10 6 /s 以上)。由于临界冷却速率的限制，非晶态合金的三维尺寸受到很大的限制，只能获得很薄或很细的片、丝和粉末状非晶合金。
大块非晶合金材料是近年来采用现代冶金技术合成的一种具有特殊性能的新型先进金属材料。对大块非晶的研究无论在理论上还是在应用上都有重要意义。首先，大块非晶体系是一些全新的多组元体系，其合金熔体具有极大的热力学过冷度，过冷液体的动力学行为类似于氧化物玻璃，这使得人们重新思考传统的非晶形成理论。另外，大块非晶合金大都具有明显的玻璃转变和宽的过冷液相区，这为深人研究非晶合金的玻璃转变特征和过冷液态的结构和物性提供了理想材料。在应用上，由于具有奇特的物理、力学及化学性能, 适合于用来制造电子器件、磁性器件、精密光学器件、精密机械结构件、电池材料、体育用品、生物医学植人物以及军工先进武器构件(如穿甲武器、飞行器的构件、装甲板等)等。块状非晶合金的发展历程
非晶合金的发展大致经历了两个阶段。第l阶段为1960年(Duwez首次采用快淬方法制得Au70Si30非晶合金薄带)-1989年。这段时期，人们主要通过提高冷却速率(>104列s)来获得非晶合金，因而得到的基本是非晶合金薄膜、薄带或粉末。所研究和制备的主要是二元合金。主要研究体系可分为3大合金系：第l类合金系由过渡族金属或贵金属与类金属组成，如Pd2Si、Fe2B等。；类金属的含量为10%-30%,恰好在低共晶点组分附近。2类合金系是以LTM-ETM为基的体系，其中ETM和LTM分别代表前、后过渡族金属，LTM包括Fe、Co、Ni、Pd和Cu等，ETM包括Ti、Zr、Nb、Ta、Hf等。LTM的含量一般在20％-40％，如Zr70(Ni、Fe、Co、Pd、Rh)30、Nb60Rh40等，该体系可以在非常宽的低共晶组分范围内形成非晶，这类非晶合金发现得比较晚，1977年才首次发现属于这一类的合金,以后又逐步发现了在Ca或Sr中加入AI、Zn等组成的非晶合金[2,3]。第3类为以A族金属元素(Mg、Ca、Sr)为基体，B族金属元素(Al、Zn、Ga)为溶质的
块状非晶合金的研究进展
少冷却过程中的非均匀形核, 因而各种制备方法都有以下两个共同持征：(1)对合金母材反复熔炼, 以提高熔体的纯度, 消除非均匀形核点。(2)采用高纯惰性气体保护，尽量减少氧含量。目前，大块非晶态合金的制备方法主要有以下几类：
(l)悬浮熔炼： 将试样置于特定的线圈中，线圈中的电磁场使试样产生与外界相反的感生电动势，该感生电动势与外磁场间的斥力与重力相抵消，从而使试样悬浮在线圈中。同时, 试样中的涡流使自身加热熔化。再向试样吹人惰性气体，使其冷却、凝固；或利用通电极板间的静电场使试样悬浮，用激光加热熔化，当激光停止照射时，试样于原位冷却。试样温度可用非接触法测量。悬浮熔炼的优点是试样没有在容器中熔炼，避免了容器壁引起的非均质形核，可减小临界冷却速度。其缺点是，试验的悬浮与加热是同时通过试样中的涡流实现的，当试样冷却时也必须处于悬浮状态，即试样在冷却时还必须克服悬浮涡流带来的热量，所以冷却速度不可能很快, 增加了制备难度，制备的块状非晶合金尺寸较小。
(2)深过冷液淬法：此方法是将试样用低熔点氧化物(如B2O3)包裹起来，在石英管中感应加热熔化，最后淬入水中得到非晶态合金试样。低熔点氧化物的作用一是用来吸取合金冶炼中的杂质颗粒，避免这些颗粒成为形核的核心，二是将合金熔液与容器壁隔离开来。由于包裹物始点低于熔体熔点，因而可避免合金母材与容器壁直接接触，最大限度地避免了非均质形核。
(3)高压模铸法：该方法是将母合金放人套筒内，在高频感应线圈中熔化，再用高 压快速将合金液压人铜模内，铜模外通水使试样快速冷却。由于该方法的冷却速率很大，可以获得较大体积的非晶态合金。
此外还有定向凝固、射流成形、压实成型等多种大块非晶合金制备工艺。国内关于大块非晶合金的研究开展不多，主要采用落管、氧化物包裹、磁悬浮、射流成形及水淬 等技术制备大块非晶合金。国内制备的大块非晶合金的最大直径为90mm。由于目前制备的非晶合金的尺寸较小，影响了非晶合金作为结构材料的使用范围。块状非晶合金的微观结构
非晶合金的原子在三维空间呈拓扑无序状排列，不存在长程周期性，但在几个原子间距的范围内，原子的排列仍然有着一定的规律，因此可以认为非晶态合金的原子结构为“长程无序，短程有”。通常定义非晶态合金的短程有序区小于1.5nm，即不超过4-5个原子间距，从而与纳米晶或微晶相区别，短程有序可分为化学短程有序和拓扑短程有序两类。
材料结构与性能报告(1)4.1化学短程有序
非晶态金属至少含有两个组元，除了不同类原子的尺度差别、稳定相结构和原子长程迁移率等因素以外，不同类原子之间的原子作用力在非晶态合金的形成过程中起着重要作用。化学短程有序的影响通常只局限于近邻原子，因此一般用近邻组分与平均值之差作为化学短程有序参数，对于二元A-B体系为：
up=1-ZAB/(ZcB)=1-ZBA/(ZcA)其中ZAu和ZuA分别代表A(或B)原子近邻的B(或A)原子配位数，Z是原子总配位数。cA和cu分别是A与B原子在合金中的平均浓度。当A和B两种原子直径明显不同时，A原子的总本位数ZA与B原子的总配位数Zi3不再相同，ZA≠Ze，这时短程有序另一种定义。
4.2拓扑短程有序
指围绕某一原子的局域结构的短程有序。常用几种不同的结构参数描述非晶态与合金的结构特征，主要有原子分布函数、干涉函数、近邻原子距离与配位数和质量密度。原子分布函数，设非晶态结构是各向同性的均匀结构，其平均原子密度Po为--定体积y中包含的原子数N:
Po=N/V 描述某一原子附近的密度变化可用径向分布函数RDF(r):
RDF(r)=4*3.14xr2p(r)
其中r是距某中心原子的距离，p(r)是距离r处的密度，由上式可知，RDF(r)dr代表以某个原子为中心，在半径r处、厚度为dr的球壳内的原子数，从而RDF(r)=dN/dr表示原子数目(密度)随距离增加的变化。
定义约化径向分布函数G(r)为:
G(r)=4x3.14*r[p(r)-po] 几种过渡金属-类金属非晶态合金的约化径向分布函数如图8-1所示，函数值随着与中心原子的距离增大而呈有规律的起伏。此外，还定义双体分布函数g(r): z(r)=p(r)/p。
当合金中包含几种不同类原子时，引入偏径向密度函数pii(r)、偏双体分布函数gii(r)、偏约化径向分布函数GO(r)等参数描述原子之间的结构关系。例如，pji(r)指与某个第i类踩子的距离为r处，单位体积中第j类原子的数目。上述各个原子分布函数中，原子密度p(r)和原子径向分布函数RDF(r)有明确物理意义，G(r)的物理意义虽然不明确，但它同RDF(r)一样能反映非晶态结构特征，对体系作x射线衍射测量得到结构因数S(Q)，块状非晶合金的研究进展
外壳等商业产品由于大块非晶中不存在晶体中的滑移位错，在较低温度下具有很好的粘滞流动性，可以较好地发生超塑应变利用这个特性，可以把大块非晶合金进行各种塑性加工，制成所需的各种形状由于其优异的力学性能和较好的热稳定性，大块非晶合金在军事方面也得到了应用，可以用来制造反坦克的动能穿甲弹。
Zr基大块非晶合金具有很高的弹性实验表明,用其做成的小球与同样大小的钢球在量筒中从相同高度(15m左右)自由落下后做弹性来回运动，前者比后者的弹动时间足足长了大块非晶合金具有很高的强度和强度-密度比，以及很好的弹性能，因而具有很好的应用潜力。基大块非晶合金由于抗拉强度高、延展性好、弹性能高、冲击断裂性能高和抗腐蚀性高，且具有非常好的能量传递性能，已被用来制作高尔夫球杆和其击球部位(球头)，使用该材料做成的高尔夫球头能够将99％的能量传递到球上。
在化学方面，由于大块非晶具有抗腐蚀、储存能量(吸氢和析氢)和高催化特性，将有可能在海洋业和能源方面得到应用。块体非晶合金在结构上是原子长程无序而近程有序排列的亚稳材料，每个短程有序的原子团可以视为一个高活性点，而这种高活性、高耐蚀性材料是最理想的电极催化材料。如果使用这种材料制作电极, 其催化活性将提高以上，可大大提高制碱工业的生产效率，降低生产成本，由此所产生的经济效益是十分巨大的。
由于新型基非晶合金具有低饱和磁致伸缩，使得它们的软磁性能可与传统的Fe-Si-B非晶合金相比拟，甚至更优。日本研制的Fe基大块非晶合金软磁材料的磁导率，比硅钢片材料及传统晶体结构的磁性材料15倍，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室也已经制备出了直径达到以上的低磁能损耗的大块基软磁产品专家预测,大块非晶合金软磁材料制品将很快应用于电子信息，如计算机、通讯设备和工业自动化等高技术产业和电力等传统产业另外，硬磁性大块非晶合金也将是一种很有潜力的永磁材料。
6结束语
非晶合金，因特殊的结构和优异的性能自产生以来一直是材料学界的热点研究领域之一。近年来对非晶合金进行了广泛的研究，取得了很大的进展，已突破昔日贵金属的限制, 许多日常重要的工程合金系统如Fe、Co、NiCu 等都可制备出块体非晶合金，这为其实际应用创造了条件，如今工程应用也已逐步兴起。但作为一类新型的材料, 非晶合金仍处于研究探索阶段，在基础理论、制备工艺和实际应用中还有许多问题亟待解决，主要体现在以下几个方面。
还没有一套完整的理论或成熟的物理模型用来指导块体非晶的研制，目前对于合金系统组元的选择还只能凭经验规律，但这些规律都不具备普适性。这主要是由于还没有充分理解非晶合金形成的本质, 因此需要加强对非晶合金物理转变过程的研究。
材料结构与性能报告(1)(2)目前所制备的块体非晶尺寸还不够大，只有Zr基、Pd基等少数几种合金体系可达较大尺寸，这在很大程度上限制了这种新型结构材料的广泛应用，因而需要我们在理解非晶合金形成本质的基础上，改进目前块体非晶制备所需的苛刻工艺条件。因机械合金化在制备非晶合金上的独特优势，目前可以优先发展机械合金化工艺。
(3)提高块体非晶的热稳定性。由于块体非晶属亚稳态材料，在热力学上是不稳定的, 只有把这类材料加热到一定温度以上才会使其变为晶态材料。因此，必须设法提高块体非晶的热稳定性，以拓宽其应用范围。
(4)任何材料都有其自身的缺陷，虽然发现了一系列具有大塑性的块体非晶合金，但总体来说其塑性都还有待提高，而且非晶合金的拉伸塑性几乎为零。长期以来，探索同时具有高强度和大塑性的金属合金材料一直是材料领域追求的目标，非晶合金塑性的进一步提高，必将为非晶合金的应用开辟更广阔的空间。
参考文献
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第四篇：材料结构与性能试题-答案
材料结构与性能试题
1、高分子结构特点：包括近程结构和远程结构。
近程包括原子种类和排列、结构单元链接方式、支化与交联、序列结构和构型。
原子种类和排列：碳链高分子、杂链高分子、元素有机高分子、梯形和双螺旋形高分子、端基。
结构单元链接方式：是指结构单元在高分子链中的联结方式，如头—尾、头—头、尾—尾等。支化与交联：支化破坏了分子的规整性，故结晶度大大降低。交联是指高分子链之间通过支链连接成一个空间三维网状结构。
序列结构：以A、B两种单体单元所构成的共聚物为例，按连接方式可分为：交替共聚物、无规共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物。
构型：指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。
远程结构包括高分子链的大小和形态。
高分子链的大小（质量）包括相对分子质量(分子量)和相对分子质量分布(分子量分布)。高分子链的形态(构象)：由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。
工程塑料ABS：由丙稀腈，丁二烯和苯乙烯的三元接枝共聚物，因此兼具三种组分的特性：质硬、耐腐蚀、提高制品的拉伸强度和硬度。
SBS嵌段共聚物：由阴离子聚合法制得的苯乙烯与丁二烯的共聚物。聚丁二烯（PB）常温下是橡胶，聚苯乙烯（PS）则是硬性塑料，二者不相容，因此是两相结构。PB相形成连续的橡胶相，PS则形成微区分散于树脂中对PB起交联作用.丁苯橡胶SBR：是由苯乙烯与丁二烯在BPO或氧化还原引发剂作用下，按照自由基聚合机理得到的无规共聚物。
2、答:非晶态聚合物典型的热--机械曲线如下图，存在两个斜率突变区，这两个突变区把热-机械曲线分为三个区域，分别对应于三种不同的力学状态，三种状态的性能与分子运动特征各有不同。
III II 形变I
在区域I，温度低，链段运动被冻结，只有侧基、链节、链长、键角等的局部运动，因此聚合物在外力作用下的形变小，具有胡克弹性行为：形变在瞬间完成，当外力除去后，形变又立即恢复，表现为质硬而脆，这种力学状态与无机玻 温度 璃相似，称为玻璃态。
随着温度的升高，链段运动逐渐“解冻”，形变逐渐增大，当温度升高到某一程度时，链段运动得以充分发展，形变发生突变，进入区域II，这时即使在较小的外力作用下，也能迅速产生很大的形变，并且当外力除去后，形变又可逐渐恢复。这种受力能产生很大的形变，除去外力后能恢复原状的性能称高弹性，相应的力学状态称高弹态。
由玻璃态向高弹态发生突变的区域叫玻璃化转变区，玻璃态开始向高弹态转变的温度称为玻璃化转变温度（glass temperature)，以Tg表示。
当温度升到足够高时，在外力作用下，由于链段运动剧烈，导致整个分子链质量中心发生相对位移，聚合物完全变为粘性流体，其形变不可逆，这种力学状称为粘流态。高弹态开始向粘流态转变的温度称为粘流温度，以Tf表示，其间的形变突变区域称为粘弹态转变区。分子量越大，Tf越高。交联聚合物由于分子链间有化学键连接，不能发生相对位移，不出现粘流态。
因此玻璃态、高弹态和粘流态称为无定形聚合物的力学三态。
3、答：高弹性的特点：
①弹性模量小，比其它固体物质小得多，如：钢：20000MPa(2×10）;（１公斤／m㎡=9.807MPa)，PE: 200MPa 结晶物； PS:2500MPa;橡胶: 0.2-8MPa.②形变量大。可达1000%,一般在500%左右,而普通金属材料的形变量＜1％。③弹性模量随温度上升而增大，温度升高，链段运动加剧，回缩力增大，抵抗变形的能力升高。
④高弹形变有时间依赖性——力学松弛特性，高弹形变时分子运动需要时间 ⑤形变过程有明显的热效应，橡胶：拉伸——放热；回缩——吸热
高弹性的本质：高弹性是由熵变引起的，在外力作用下，橡胶分子链由卷曲状态变为伸展状态，熵减小，当外力移去后，由于热运动，分子链自发地趋向熵增大的状态，分子链由伸展再回复卷曲状态，因而形变可逆。
高弹性的热力学分析： ⑴高弹形变的热力学方程
外力下发生高弹形变，除去外力后又可恢复原状，即形变是可逆的，因此可用热力学第一定律和第二定律进行分析。对轻度交联橡胶在等温（dT=0）下拉伸。物理意义:外力作用在橡胶上使橡胶的内能随伸长变化、使橡胶的熵变随伸长变化。
⑵熵弹性的分析。橡胶拉伸时，内能几乎不变，主要引起熵变，因此称高弹性为熵弹性。热力学分析得到的一条重要的结论：弹性力主要来自熵的贡献，故称橡胶弹性——熵弹性。
⑶交联橡胶的统计理论。橡胶不交联，几乎没有使用价值，因此研究交联橡胶的高弹形变具有重要的实际意义。统计理论讨论的是橡胶弹性问题的核心——形变过程中突出的熵效应，而忽略内能的贡献。
4、答：⑴室温下介电常数氯丁橡胶几乎是聚氯乙烯的3倍，因此室温下氯丁橡胶的介电常数大。⑵这些主链含极性基团或极性基团与主链硬链接的聚合物，当温度提高到玻璃化温度Tg以上时，其介电常数将大幅度地升高，聚氯乙烯的介电常数将从3.5增加到15，因此PVC的介电常数会增大。
5、答：⑴小尺寸效应：随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。当粒子的尺度与光波波长、德波罗意波长及超导态的相干长度或透射深度等物理特性尺寸相当或更小时晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电磁、热力学等均呈现新的尺寸效应。
对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。①特殊的光学性质②特殊的热学性质③特殊的磁学性质④特殊的力学性质。
⑵表面效应：球状颗粒的表面积与直径的平方成正比，体积与直径的立方成正比，故其比表面积与直径成反比。对半径为r的球状超微颗粒而言，设原子直径为a，则表面原子所占的百分比例大体上为a／r。对于普通物质，a＜＜r，表面原子所占比例很小，其呈现的性质对整个物质的性质没多大影响。而对于纳米颗粒，不能忽视表面性质。在更一般的情况下，纳米颗粒不可能是理想的球形，表面原子的影响就会更大，这就是人们所称的表面效应。
⑶量子尺寸效应（久保效应）：当粒子的尺寸降到一定值时金属费米能级附近的电子能级由准连续变为分立（离散）能级的现象、纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级和能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。
⑷宏观量子隧道效应：微观粒子具有粒子性又具有波动性，因此具有贯穿势垒的能力，称之为隧道效应。近年来科学家们发现，一些宏观量如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量以及电荷等也具有隧道效应，它们可以贯穿宏观系统的势垒而产生变化，故称为宏观量子隧道效应。
6、陶瓷材料加工主要分粉体合成、成型和烧结三步。
制备粉体的方法主要有液相法、固相法和气相法三种。液相法的缺点是：存在硬团聚、粒径大小不均匀、纯度低以及性能不稳定。固相法的缺点是：反应只在相界面进行，随后扩散过程困难；难得到纯相体系；反应容器污染容器。
成型方法分干法成型、塑性成型和料浆成型。干法又分为干压和等静压成型。干压的缺点是：各向异性；不适于尺寸大、形状复杂制品的设计；设备、模具费用较高。等静压成型缺点是：工艺效率较低，设备昂贵。先进陶瓷塑性成型方法主要有注射成型和挤出成型两种。注射成型缺点是：生产周期长、金属模具设计困难、费用昂贵等。挤出成型缺点是：物料强度低、容易变形；表面凹坑和起泡；开裂及内部裂纹；模具制造成本高；导致烧结收缩大。料浆成型主要分为注浆成型和流延成型两种。注浆成型缺点是：成型形状粗糙；注浆时间较长，劳动强度大；不易实现自动化；缺陷多，外观尺寸精度低。流延成型缺点是：有机溶剂具有一定的毒性，使生产条件恶化并造成环境污染；生产成本较高。
烧结方法主要有无压烧结、热压烧结、热等静压烧结、微波烧结、SPS和反应烧结。热压烧结缺点是：热压炉非常昂贵，而且难以实现连续化大批量生产。微波烧结的缺点是：设备昂贵，需要专门设计；难于维持某个精确温度；有时会与不希望的杂质反应或与绝热层相污染；微波透明型材料很难被加热，不良热导体内部会形成大的温度梯度导致非均匀加热。SPS和热等静压烧结的缺点都是成本太高。反应烧结的缺点是：工艺过程复杂；成本高；素坯易开裂。
7、答：高分子不是由单一分子量的化合物所组成，即使是一种“纯粹”的高分子，也是由化学组成相同、分子量不等、结构不同的同系聚合物的混合物所组成。这种高分子的分子量不均一(即分子量大小不
一、参差不齐）的特性，就称为分子量的多分散性。
高分子分子量多分散性的表示方法：
①以分子量分布指数表示，即质均分子量与数均分子量的比值，Mw / Mn
Mw / Mn 分子量分布情况 1 均一分布
接近1(1.5-2）分布较窄
远离 1(20-50)分布较宽 ②以分子量分布曲线表示。以被分离的各级分的质量分率对平均分子量作图，得到分子量质量分率分布曲线。可通过曲线形状，直观判断分子量分布的宽窄。绿线：分子量分布较宽，即分散程度大；红线：分子量分布较窄，即分散程度小。影响：分子量分布是影响聚合物性能的因素之一，分子量过高的部分使聚合物强度增加，但加工成型时塑化困难;低分子量部分使聚合物强度降低，但易于加工;不同用途的聚合物应有其合适的分子量分布:合成纤维是分子量分布易窄，而塑料薄膜和橡胶则分子量分布较宽。
第五篇：2013无机材料结构与性能课程论文题目及要求
《无机材料结构与性能》课程论文
要求：字数不少于1万字，必须从下面题目中选取。尽量不重题。上交纸质论文和电子版。格式附后。
玻璃工业
1.2.3.4.5.6.熔铸锆刚玉产品组成、结构特征和性能评述 熔铸β-氧化铝砖组成、结构特征和性能评述 熔铸高锆砖砖组成、结构特征和性能评述 熔铸材料耐碱性评述 β-氧化铝组成、结构和特性 玻璃窑蓄热室格子砖的显微结构演变
化学工业
7.高纯刚玉砖组成、结构和性能评述
8.水煤浆高铬砖组成、结构和性能评述
钢铁工业-炼铁
9.10.11.12.13.14.15.16.热风炉低蠕变硅砖组成、结构和性能评述 热风炉低蠕变刚玉-莫来石砖组成、结构和性能评述 热风炉低蠕变硅线石质砖组成、结构和性能评述 热风炉低蠕变蓝晶石质砖组成、结构和性能评述 热风炉低蠕变红柱石质砖组成、结构和性能评述 铁水包用铝碳化硅碳砖组成、结构和性能评述 炮泥组成、特点和应用 三石在抗热震材料中的应用评述
钢铁工业-炼钢
17.18.19.20.21.22.23.钢包铝镁浇注料组成、结构和性能评述 钢包铝镁碳砖组成、结构和性能评述 铝镁质透气砖组成、结构和性能评述 钢包铝镁质预制块组成、结构和性能评述 脱硫喷枪组成、结构和性能评述 RH用耐火材料组成、结构和性能评述 VOD/VAD用耐火材料组成、结构和性能评述
24.中包涂料组成、结构和性能评述
25.铝碳水口组成、结构和性能评述
铝碳材料
26.27.28.29.30.31.酚醛树脂组成，结构演变和作用 抗氧化剂单质硅的作用，物相及结构演变及其作用 抗氧化剂金属铝的作用，物相及结构演变及其作用 抗氧化剂金属B4C的作用，物相及结构演变及其作用，硼的好处和坏处。碳纳米管在铝碳材料中应用评述，重点从结构和性能演变角度分析。铝锆碳材料中锆源及其对材料组织结构与性能的影响
有色冶金
32.镁铬砖组成结构性能评述
综合33.耐火材料的耐碱性评述
34.耐火材料的抗蠕变性能评述
35.耐火材料热震稳定性能评述
不定形耐火材料
36.不定形耐火材料组成及颗粒级配设计评述
37.不定形耐火材料的原位设计和相组成设计
非氧化物/氧化物材料
38.氮化硅结合碳化硅材料组成、结构和性能
39.Sialon结合碳化硅材料组成、结构和性能
原料
40.电熔氧化锆原料种类、组成和抗侵蚀性能的关系
41.尖晶石原料种类、组成和抗侵蚀性能的关系
42.板状刚玉组成、结构和性能评述
43.棕刚玉及亚白刚玉组成、结构和性能差异比较
44、均化矾土组成、结构特点和性能评述
45、电熔镁砂和烧结镁砂组成、结构和性能差异比较
46、海水镁砂组成、结构和性能
论文得分：
《无机材料结构与性能》课程论文
题目
班级 学号 姓名 任课教师
二O一三年制
课程论文书写要求（填写过程中请将本页删除！）
1.封面
严格按照上页方式填写。
2.目录
严格按照下页方式（字体、行间距等）填写。
3.正文部分 一级标题：如“摘要”或“1.文献综述”，居中、黑体、四号字。二级、三级标题：如“1.1”，左对齐、黑体、小四号字。正文部分：宋体、小四号字、1.2倍行间距。章节：每章新开一页。页码：从“摘要”部分开始插入页码，置于每页下部，居中。
4.图、表标题
标题按所在章节顺序编号，五号宋体（Times new Roman）
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目录
摘要
1.文献综述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
1.1„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
1.1.1„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
1.1.2„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
1.1.n„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
1.2„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
1.n„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
2.实验方案设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
3.结果与讨论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
4.结论„„„„„„„„„„
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