材料科学考研，材料科学考研科目
【本节复习思路】
序章-关于材料学的简单了解
一、材料科学概念
二、材料科学与材料工程的关系
三、材料科学与工程的任务
第一章 材料结构和晶体结构
一、结合键的分类
二、离子键、共价键、金属键、分子键及氢键的概念。（重点掌握部分，需理解记忆熟练背诵）
三、结合键对材料性能的影响
前言部分-关于材料学的简单了解
一、材料科学概念
材料科学是指自然科学的一个分支，它从事于材料本质的发现、分析和了解方面的研究，其目的在于提供材料结构的统一描绘或模型，以及解释这种结构与性能之间的关系。核心问题是结构和性能。
二、材料科学与材料工程的关系
1.材料工程是工程的一个领域，其目的在于经济地而又能为社会所能接受地控制材料的结构、性能和形状；
2.材料科学的核心问题是结构与性能的关系；
3.材料科学的基础理论，为材料工程指明方向，为更好地选择材料、使用材料、发挥现有材料的潜力、发展新材料提供了理论基础；
4.材料科学和材料工程是紧密联系、互相促进的；
5.材料工程为材料科学提出了丰富的研究课题，材料工程和技术为材料科学的发展提供了物质基础；
6.材料科学和材料工程之间的区别主要在于着眼点的不同或者说各自强调的中心不同，它们之间并没有一条明确的分界线；
7.材料的5个判据是指经济判据、资源判据、环保判据、能源判据、质量判据。
三、材料科学与工程的任务
研究材料成分、组织结构、制备及加工与材料性能(四要素)之间的关系。
图1 材料基本四要素图
第一章 材料结构和晶体结构
考点：结合键(★★★★☆) 决定了材料的性能。
一、结合键的分类
1、结合键分类与概念
一次键 ———通过电子的转移或共享使原子结合的键。结合力较强。有：离子键、共价键、金属键。
二次键 ———通过偶极吸引力使原子结合的键。结合力较弱。有氢键、范德瓦尔斯键。
混合键——— 离子键与共价键混合形成的键。
2、确定结合键类型的因素
电负性和两种元素电负性的差值是确定成键类型重要因素之一。电负性(Electronegativity，EN)：获得或吸引电子的相对倾向。
① EN↑金属元素与非金属元素之间倾向以离子键结合；
② △EN↓电负性相同或相近的非金属元素之间倾向以共价键结合；
③ 电负性相同或相近的金属元素之间以金属键结合；
二、离子键、共价键、金属键、分子键及氢键的概念
1.离子键———通过正负离子间静电作用所形成的结合键。(如NaCl、MgO…)
（1）成键机制：当电负性小的活泼金属原子与电负性大的活泼非金属原子相遇时，它们都有达到稀有气体原子稳定结构的倾向；由于两个原子的电负性相差较大，因此它们之间容易发生电子的转移，形成正、负离子。
（2）特点：
①正负离子相互吸引；
②键合很强，无方向性，配位数大；
③熔沸点、硬度高，固态不导电，导热性差；
④大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合。NaCl 、CrO2、Al2O3。离子的电荷越高、半径越小，静电作用力就越强，熔点就越高。
图2 离子键
2.共价键———通过共用自旋相反的电子对使原子结合的结合键。(如金刚石)
（1）成键机制：共价键是由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电 子对而形成的化学键。共价键中共有电子对不能自由运动，因此共价结合形成的材 料一般是绝缘体，其导电能力差。共价键在亚金属(C, Si, Sn等)、聚合物和无机非金属材料中起重要作用。
（2）特点：
①相邻原子通过共用电子对结合；
②键合强，具有饱和性方向性，配位数小，各键具有确定方位；
③结合极牢固，结构稳,熔点好,硬而脆，导电、热性差。
图3 共价键
3.金属键———通过正离子与自由电子之间相互吸引力使原子结合的结合键。
（1）成键机制：金属原子的外层价电子数比较少(通常s, p 价电子数少于4)，且 各个原子的价电子极易挣脱原子核的束缚而成为自由电子，在整个晶体内运动，即弥漫于金属正离子组成的晶格之中而形成电子云。这种在金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合称为金属键。
（2）特点：
(1)既无饱和性，又无方向性，因而原子趋于相互结合，形成低能量密堆积结构。
(2)由于金属键在金属受力变形当中不致被破坏，使金属有良好的延展性。
(3)公有化电子，价电子可以在电场作用下自由运动，因此金属可以导电。
(4)密堆积且相对原子质量大，因此具有较大密度。
图3 金属键
4、范德瓦尔斯力(Van Der waals bonding)
是存在于分子间或分子内非键合原子间的相互作用力。作用能：2~8kJ/mol。分子之间的作用力是1873年由荷兰物理学家范德华首先提 出来的，故又称范德华力，本质上也属于一种电性引力。
分子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。分子晶体：熔点低，硬度低。如高分子材料。
特点：①分子或分子团显弱电性相互吸引；
②键合很弱，无方向性；
③熔点硬度低，不导电，导热性差；
④如：塑料、石蜡。
5、氢键 (Hydrogen bonding)
在HF，H2O，NH3等物质中，由于氢原子核外仅有一个电子，在这些分子中氢的唯一电子已被其它原子所共有，结合的氢端就裸露出带正电荷的原子核。这样他将与邻近 分子的负端相互吸引，形成氢键。
特点：①类似分子键，但氢原子起关键作用XH-Y；
②键合弱，有方向性，饱和性；
③熔点、硬度低，不导电，导热性好；
④代表物质：水、冰、DNA。
三、结合键对材料性能的影响
1.对物理性能的影响
1)熔点：共价键、离子键的最高，高分子材料的最低。
2)密度：金属键的最高，共价键、离子键的较低，高分子材料的最低。
3)导电导热性：金属键最好，共价键、离子键最差。
2.对力学性能的影响
1)弹性模量：共价键、离子键最高，金属键次之，二次键最低。
2)强度：结合键强，则强度也高，但还受组织的影响。
3)塑韧性：金属键最好，共价键、离子键最低。
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