bài giảng vật liệu học chương 1 đại cương về vật liệu học - gv. lê quý dũng

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
oOo
VẬT LIỆU HỌC NGÀNH HÓA

Chƣơng 1

ĐẠI CƢƠNG VỀ VẬT LIỆU HỌC
GV: Lê Quý Dũng
Học kỳ 2
Năm học 2011 - 2012
Giới thiệu môn học
21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
2
Mục tiêu môn học
• 1. Các khái niệm, nguyên lý chung, cơ sở của vật chất
nói chung cũng như một số loại vật liệu nói riêng
• 2. Nguyên tắc, công dụng của một số phương pháp vật
lý thông dụng ứng dụng trong khảo sát tính chất vật liệu
21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
3
Có cái nhìn khái quát về vật liệu học

Phân bố chương trình
• 1. Đại cương về vật liệu học
• 2. Vật liệu kim loại
• 3. Vật liệu polymer
• 5. Vật liệu nano
• 6. Một số phương pháp xác định cấu trúc và hình thái

vật liệu
21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
4
Tài liệu tham khảo chính
• Slides bài giảng Vật liệu học
năm 2011 – 2012
• Sách: Materials Chemistry
của Bradley D. Fahlman,
second edition
• Sách: Vật liệu học của B. N.
Arzamaxov do Nguyễn Khắc
Cường (chủ biên) biên dịch.
• Giáo án Vật liệu học của
thầy Hà Văn Hồng


21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
5
Kế hoạch thi và phân bố điểm
Điểm
tiểu luận
20%
Điểm
giữa kỳ
20%
Điểm thi
học kỳ
60%

Điểm
môn học
21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
6
• Đề tài giảng viên đưa hoặc nhóm tự chọn (cộng
1 điểm)
• Lớp trưởng phân lớp thành 14 nhóm, bầu nhóm
trưởng, gởi danh sách về cho thầy vào buổi học
thứ 2

Vật liệu học ngành hóa

Chương 1: Đại cương về vật liệu học
21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
7
Chương 1: Đại cương về vật liệu học
• 1. Sự cần thiết phát triển vật liệu mới
• 2. Các loại liên kết trong vật chất
• 3. Các trạng thái tự nhiên của vật chất
• 4. Đại cương về tinh thể học
• 5. Một số tính chất cơ bản của vật liệu

21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
8
1.1. Sự cần thiết phát triển vật liệu mới
21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng

9
Các thời kỳ của lịch sử được đặt tên theo loại vật liệu
chính sử dụng trong thời kỳ đó
1.1. Sự cần thiết phát triển vật liệu mới
• Một ví dụ cụ thể về vật liệu: TiO
2
• Chất bột rắn màu trắng, không
tan trong nước
• Thường được biết tới dưới dạng
bột màu (trắng)
• Tính chất đặc biệt: khả năng xúc
tác quang hóa
21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
10
1.1. Sự cần thiết phát triển vật liệu mới
• Sử dụng như một chất
chống ô nhiễm nhờ vào khả
năng xúc tác quang hóa dị
thể (phản ứng xúc tác xảy ra
trên bề mặt của chất xúc
tác).
• Xúc tác quang hóa: phản
ứng xúc tác xảy ra khi có
mặt ánh sáng và sự tiếp xúc
của xúc tác với tác chất
21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
11
1.1. Sự cần thiết phát triển vật liệu mới

• Ứng dụng tính chất xúc tác
quang hóa: Phân hủy Nox,
khử mùi, khử trùng, xử lý
nước, diệt khuẩn…
• Vật liệu ứng dụng: Gạch tự
diệt khuẩn, sơn tự làm sạch
21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
12
«Hãy hình dung một bệnh viện với các buồng
bệnh trắng tinh, vô trùng mà không cần nhân
công lau chùi; cửa kính trong suốt không hề
bám bụi, mọc nấm; quần áo mặc không cần
giặt Điều đó không viễn tưởng mà hoàn toàn
có cơ sở khoa học dựa trên vật liệu nano oxit
titan.
1.1. Sự cần thiết phát triển vật liệu mới
21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
13
KIM LOẠI
VẬT LIỆU
BÁN DẪN
VẬT LIỆU
SIÊU DẪN
VÔ CƠ
HỮU CƠ
VẬT LIỆU
SILICON
composite

Một số loại vật liệu cơ bản
Sự tìm ra vật liệu mới
sẽ kéo theo sự phát
triển đời sống của xã
hội
Tất yếu cho sự phát
triển của xã hội
1.2. Các trạng thái và liên kết trong chất
21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
14
1.2. Các trạng thái và liên kết trong chất
• Coi lại giáo trình hóa học 1
• Do tương quan giữa các tiểu phân (phân tử, nguyên tử) trong
chất
• Khí: động năng >> thế năng
• Lỏng: động năng và thế năng chênh lệch nhau không quá
nhiều
• Rắn: thế năng >> động năng

21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
15
1.2. Các trạng thái và liên kết trong chất
21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
16
Liên kết kim loại
Xem lại
giáo trình

hóa học 1
1.3. Đại cương về tinh thể học
21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
17
1.3. Đại cương về tinh thể học
21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
18
Ví dụ sự tạo
thành tinh thể
NaCl từ Na và
Cl
2
nguyên chất
1.3. Đại cương về tinh thể học
• Sự khác biệt giữa chất rắn tinh thể và chất rắn vô định hình
21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
19
Phân tử gồm các tiểu phân xắp xếp tuần hoàn Phân tử gồm các tiểu phân xắp xếp không tuần
hoàn
Có nhiệt độ nóng chảy xác định Chỉ có khoảng nóng chảy mà không có nhiệt độ
nóng chảy xác định
1.3. Đại cương về tinh thể học
• Tinh thể là tập hợp các nguyên tử, phân
tử hay ion được sắp xếp có trật tự tạo
thành một cấu trúc nhất định có tính
tuần hoàn.
• Các vật thể rắn trong thiên nhiên hầu

hết đều có cấu trúc tinh thể. Thể khí,
lỏng hay chất rắn vô định hình cũng có
thể chuyển thành tinh thể ở các điều
kiện thích hợp.

21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
20
1.3. Đại cương về tinh thể học
• Đồng chất: tại mọi điểm trong tinh thể
đều có tính chất vật lý và hoá học như
nhau.
• Dị hướng.
• Có thể tự hình thành nên các tinh thể đa
diện.
• Có nhiệt độ nóng chảy xác định.
• Có tính đối xứng: khi có các biến đổi
hình học thì các điểm, đường, mặt tự
trùng lặp lại như cũ.
• Gây ra hiệu ứng nhiễu xạ đối với tia X
và chùm tia điện tử.

21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
21
1.3. Đại cương về tinh thể học
Cách biểu diễn một mạng tinh thể:
như hình bên
Nút mạng: biểu diễn những tiểu phân
tạo thành cấu trúc tinh thể

Đường thẳng: thể hiện liên kết giữa
các nút mạng

Ô mạng cơ sở: là ô mạng khi tịnh tiến
3 phương trong không gian sẽ tạo
thành mạng tinh thể
21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
22
Ô mạng cơ sở
• Đâu là ô mạng cơ sở của
NaCl
• Trong ô mạng cơ sở đó, hãy
đếm
o Có bao nhiêu nguyên tử Cl
o Có bao nhiêu nguyên tử Na
21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
23
1.3. Đại cương về tinh thể học
• Phân biệt đơn tinh thể và đa tinh thể
21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
24
Đa tinh thể
Đơn tinh thể
Đa tinh thể gồm các đơn tinh thể dính liền
với nhau tại biên của mỗi biên tinh thể
1.3. Đại cương về tinh thể học
• Mỗi một ô mạng cơ sở đặc trưng

bởi các thông số cạnh a, b, c, và các
góc α, β, γ


• Cấu trúc của ô mạng cơ sở đặc
trưng cho cấu trúc của mạng tinh
thể, có 7 kiểu mạng tinh thể khác
nhau
21 February 2012
Vật liệu học - Lê Quý Dũng
25