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第一篇 材料化学基础 1

第1章 材料科学基础 1

1.1 晶体的结构与缺陷 1

1.1.1 晶体结构 1

1.1.2 晶体缺陷 6

1.2 材料的亚稳态 9

1.2.1 非晶 9

1.2.2 准晶 10

1.3 相图与相变 12

1.3.1 相律及杠杆定律 12

1.3.2 二元相图和三元相图的表示 13

1.3.3 固态相变 15

第2章 物理化学基础 17

2.1 化学热力学 17

2.1.1 热力学第一定律 17

2.1.2 热力学第二定律 18

2.1.3 热力学第三定律 19

2.1.4 热力学函数的基本关系式 20

2.1.5 化学反应的方向与限度判定 24

2.2 化学反应动力学 28

2.2.1 化学反应速率与浓度的关系 28

2.2.2 反应速率方程的积分形式 28

2.2.3 化学反应机理 30

2.3 表面与界面 32

2.3.1 表面张力与表面能 32

2.3.2 分散度对体系物理化学性质的影响 32

2.3.3 表面现象 33

2.4 材料电化学基础 36

2.4.1 电解质溶液 36

2.4.2 电化学系统 38

2.4.3 能斯特方程 38

2.4.4 电化学反应的速率 39

第3章 高分子材料学基础 41

3.1 高分子材料的结构 41

3.2 高分子链的结构 41

3.2.1 高分子链的近程结构 41

3.2.2 高分子链结构的远程结构（二级结构） 44

3.3 高分子的聚集态结构 48

第二篇 材料化学制备原理及方法 55

第4章 材料化学制备的基本原理 55

4.1 材料设计方法简介 55

4.2 各类材料的特点 56

4.2.1 金属材料的特点 56

4.2.2 无机非金属材料的特点 57

4.2.3 高分子材料的特点 58

4.3 材料固相反应制备的原理 59

4.3.1 固相反应热力学 59

4.3.2 固相合成方法 60

4.3.3 固相反应动力学 61

4.4 液相化学制备的原理 62

4.4.1 胶体化学与分散度 64

4.4.2 超细粉末液相制备过程中的团聚机理及控制 67

4.4.3 液相化学反应过程及过程控制 73

4.5 气相沉积 75

4.5.1 概述 75

4.5.2 物理气相沉积 77

4.5.3 化学气相沉积（CVD） 83

4.6 机械合金化 87

第5章 金属材料化学制备方法 91

5.1 金属还原过程热力学 91

5.1.1 还原热力学条件及判据 91

5.1.2 非标准条件下金属还原的热力学 95

5.2 金属的提炼 95

5.2.1 金属的热分解制备法 96

5.2.2 金属的热还原制备法 100

5.2.3 金属的电解制备法 104

5.2.4 水溶液电解金属提炼法和融盐电解金属提炼法实例 105

5.3 金属的精炼 107

5.3.1 铜的电解精炼 107

5.3.2 金属的气相精炼 109

第6章 无机非金属材料化学制备方法 112

6.1 无机材料粉体的制备方法 112

6.1.1 沉淀法 112

6.1.2 溶胶-凝胶法 114

6.1.3 水热及溶剂热法 117

6.1.4 微乳液法 120

6.1.5 熔盐合成法 121

6.2 无机材料的成形 124

6.2.1 普通陶瓷材料的成形 124

6.2.2 先进的陶瓷成形方法 129

6.3 无机材料的烧结 132

6.3.1 固相烧结过程和机理 133

6.3.2 固相烧结动力学 135

6.3.3 液相烧结 139

6.3.4 影响烧结的因素 144

第7章 高分子材料的合成方法 147

7.1 概论 147

7.2 自由基型聚合反应 149

7.2.1 自由基型聚合反应历程 149

7.2.2 自由基聚合反应的特征 153

7.2.3 自由基共聚合反应 153

7.3 离子型聚合反应 156

7.3.1 阳离子型聚合反应 156

7.3.2 阴离子型聚合反应 159

7.3.3 自由基聚合与离子聚合的比较 163

7.4 配位聚合反应 164

7.4.1 配位聚合反应引发剂 165

7.4.2 配位聚合反应机理 165

7.5 逐步聚合反应 166

7.5.1 逐步聚合的分类 167

7.5.2 缩聚反应的特点 168

7.5.3 缩聚反应的分类 169

7.5.4 平衡缩聚反应 170

7.5.5 影响缩聚产物分子量的因素 173

第8章 复合材料化学制备方法 176

8.1 复合材料概述 176

8.1.1 复合材料的定义 176

8.1.2 复合材料的特点及优点 176

8.1.3 复合材料发展历史 177

8.1.4 复合材料的分类 177

8.1.5 复合材料的命名 178

8.2 复合材料的制备方法 178

8.2.1 聚合物基复合材料制备 178

8.2.2 金属基复合材料 182

8.2.3 陶瓷基复合材料的制备 188

8.3 C/C复合材料制备 197

8.3.1 炭制备 197

8.3.2 炭材料的石墨化 202

8.3.3 碳纤维 202

8.3.4 气相炭化机理 203

8.3.5 固相炭化机理 203

8.3.6 C/C复合材料的制备工艺 204

8.4 有机-无机杂化材料的制备 206

8.4.1 溶胶-凝胶法 206

8.4.2 插层复合技术 209

8.4.3 无机粒子的表面改性 211

8.4.4 共混法 213

第9章 材料的腐蚀与防护 216

9.1 金属材料腐蚀分类及表达 216

9.1.1 金属材料腐蚀分类 216

9.1.2 腐蚀速度的标定 218

9.2 电极过程动力学 219

9.2.1 电极／溶液界面剩余电荷分布的静电模型结构与电极过程 219

9.2.2 电极过程 220

9.2.3 电极极化 220

9.3 腐蚀理论 224

9.3.1 E-pH图 225

9.3.2 析氢与吸氧腐蚀过程 227

9.3.3 金属的钝化 230

9.3.4 局部腐蚀机理 231

9.3.5 应力作用下的腐蚀 234

9.3.6 高温氧化 236

9.3.7 非金属材料的腐蚀 241

9.4 腐蚀的防护原理与方法 243

9.4.1 电化学保护 243

9.4.2 环境治理 244

9.4.3 物理性保护 245

第三篇 材料化学在新材料研究开发中的应用 249

第10章 纳米材料 249

10.1 纳米材料的结构与性能特点 249

10.1.1 纳米材料的概念 249

10.1.2 纳米材料的结构 249

10.1.3 纳米固体材料的结构缺陷 250

10.1.4 纳米效应 251

10.1.5 纳米材料的性能特点 252

10.2 纳米材料的制备与改性 254

10.2.1 纳米粉末的制备 254

10.2.2 纳米薄膜的制备 255

10.2.3 纳米块体的制备 256

10.2.4 纳米粉体的表面改性 258

10.3 纳米材料的应用 260

第11章 化学电源与能源材料 265

11.1 化学电源 265

11.2 电极的组成、结构和成型方法 267

11.3 电极材料 269

第12章 生物植入材料 279

12.1 金属植入材料 279

12.1.1 不锈钢 279

12.1.2 Co基合金 280

12.1.3 钛和钛合金 280

12.1.4 齿科用金属 281

12.1.5 Ni-Ti合金 281

12.1.6 金属植入材料的腐蚀 282

12.2 陶瓷植入材料 283

12.2.1 氧化铝 283

12.2.2 磷酸钙陶瓷 283

12.2.3 氧化锆、铝酸钙生物陶瓷 286

12.2.4 碳素材料 286

12.2.5 生物陶瓷应用 286

12.3 医用高分子植入材料 287

12.3.1 尼龙 287

12.3.2 聚乙烯 288

12.3.3 聚丙烯 289

12.3.4 聚丙烯酸酯 289

12.3.5 碳氟聚合物 290

12.3.6 橡胶 291

12.3.7 聚合物的破坏 291

第13章 环境材料 294

13.1 环境材料 294

13.1.1 环境材料的历史背景及其概念 294

13.1.2 环境材料的研究内容 295

13.2 可降解高分子材料 299

13.2.1 高分子降解性的基本概念 300

13.2.2 高分子结构与降解性的关系 301

13.2.3 常见高分子材料的生物降解机理 303

13.2.4 典型的生物降解高分子材料及应用 304

参考文献 310