目錄
第1章 材料科學(xué)與工程綜論 1
1.1 材料及其分類 1
1.2 材料——人類社會(huì)進(jìn)步的里程碑 2
1.3 先進(jìn)材料——人類社會(huì)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和先導(dǎo) 7
1.3.1 電子技術(shù)的發(fā)展 7
1.3.2 光纖通信的誕生 8
1.3.3 航空航天技術(shù)的進(jìn)步 9
1.4 材料科學(xué)與工程學(xué)科的形成與內(nèi)涵 10
1.5 材料組成、制備、結(jié)構(gòu)、性能與使用效能的關(guān)系 12
1.6 材料的合理選擇與正確使用 13
本章小結(jié) 14
思考題 14
參考文獻(xiàn) 14
第2章 金屬材料 16
2.1 金屬與金屬材料 16
2.1.1 金屬的概念 16
2.1.2 金屬的結(jié)構(gòu)與特性 17
2.1.3 金屬材料的分類 19
2.2 鋼鐵材料 19
2.2.1 純鐵 19
2.2.2 鋼 20
2.2.3 鑄鐵 26
2.2.4 先進(jìn)鋼鐵材料發(fā)展趨勢(shì) 28
2.3 有色金屬材料 29
2.3.1 鋁及鋁合金 29
2.3.2 鎂和鎂合金 33
2.3.3 銅及銅合金 35
2.3.4 鈦及鈦合金 37
2.4 先進(jìn)金屬材料 38
2.4.1 納米相強(qiáng)化超高強(qiáng)度鋼 39
2.4.2 非晶合金及其復(fù)合材料 40
2.4.3 高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金 42
2.4.4 高熵合金 45
本章小結(jié) 47
思考題 48
參考文獻(xiàn) 48
第3章 無(wú)機(jī)非金屬材料 50
3.1 水泥 50
3.1.1 水泥的分類與性能指標(biāo) 50
3.1.2 常用水泥的品種 51
3.1.3 特種水泥 52
3.2 玻璃 54
3.2.1 玻璃的性能 54
3.2.2 玻璃的分類 55
3.2.3 常見(jiàn)玻璃的品種 55
3.3 陶瓷 57
3.3.1 氧化物陶瓷 58
3.3.2 碳化物陶瓷 61
3.3.3 氮化物陶瓷 62
3.3.4 其他陶瓷 63
3.4 耐火材料 64
3.4.1 硅酸鋁及剛玉質(zhì)耐火材料 65
3.4.2 硅石耐火材料 67
3.4.3 氧化鎂-氧化鈣系耐火材料 67
3.4.4 尖晶石耐火材料 68
3.4.5 含碳耐火材料 68
3.4.6 不定形耐火材料 69
3.5 超硬材料 69
3.5.1 金剛石 70
3.5.2 立方氮化硼 71
3.5.3 新型超硬材料 71
3.6 炭素材料 72
3.6.1 炭素材料的分類 72
3.6.2 炭素材料的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì) 73
本章小結(jié) 74
思考題 74
參考文獻(xiàn) 75
第4章 高分子材料 77
4.1 高分子材料的分類 77
4.2 通用高分子材料 78
4.2.1 塑料 78
4.2.2 橡膠 81
4.2.3 纖維 84
4.2.4 黏合劑 87
4.2.5 涂料 89
4.3 功能高分子材料 90
4.3.1 吸附型高分子材料 91
4.3.2 反應(yīng)性高分子材料 94
4.3.3 高分子分離膜 94
4.3.4 光功能高分子材料 96
4.3.5 磁性高分子材料 97
4.3.6 導(dǎo)電高分子材料 98
4.3.7 液晶高分子 99
4.3.8 其他功能高分子材料 100
本章小結(jié) 100
思考題 101
參考文獻(xiàn) 101
第5章 復(fù)合材料 103
5.1 復(fù)合材料概述 103
5.1.1 復(fù)合材料的特點(diǎn) 103
5.1.2 復(fù)合材料的命名與分類 104
5.1.3 復(fù)合材料的發(fā)展史 105
5.1.4 復(fù)合材料發(fā)展方向 106
5.2 復(fù)合材料的增強(qiáng)體 108
5.2.1 纖維增強(qiáng)體 108
5.2.2 晶須增強(qiáng)體 111
5.2.3 顆粒增強(qiáng)體 112
5.2.4 其他種類增強(qiáng)體 112
5.3 復(fù)合材料的基體 114
5.3.1 金屬基體 114
5.3.2 陶瓷基體 114
5.3.3 水泥基體 115
5.3.4 聚合物基體 115
5.4 復(fù)合材料的界面 116
5.5 復(fù)合材料的復(fù)合效應(yīng) 117
5.5.1 線性復(fù)合效應(yīng) 117
5.5.2 非線性復(fù)合效應(yīng) 118
5.6 典型復(fù)合材料 119
5.6.1 金屬基復(fù)合材料 119
5.6.2 陶瓷基復(fù)合材料 125
5.6.3 水泥基復(fù)合材料 126
5.6.4 聚合物基復(fù)合材料 126
5.6.5 碳/碳復(fù)合材料 127
5.6.6 遺態(tài)復(fù)合材料 127
本章小結(jié) 128
思考題 129
參考文獻(xiàn) 130
第6章 運(yùn)載動(dòng)力材料 131
6.1 耐熱鎂合金 131
6.1.1 車用耐熱鎂合金 131
6.1.2 航空航天用耐熱鎂合金 132
6.2 耐熱鋁合金 133
6.2.1 鑄造耐熱鋁合金 133
6.2.2 變形耐熱鋁合金 134
6.3 高溫鈦合金 135
6.4 鎳基高溫合金 137
6.4.1 變形高溫合金 137
6.4.2 鑄造高溫合金 138
6.4.3 粉末高溫合金 139
6.5 金屬間化合物 140
6.5.1 Ni-Al系金屬間化合物 141
6.5.2 Ti-Al系金屬間化合物 142
6.5.3 Fe-Al系金屬間化合物 147
6.5.4 其他常見(jiàn)金屬間化合物 149
6.5.5 TiAl單晶 151
6.6 陶瓷及其復(fù)合材料 154
6.6.1 氧化物陶瓷及其復(fù)合材料 155
6.6.2 非氧化物陶瓷及其復(fù)合材料 155
本章小結(jié) 157
思考題 157
參考文獻(xiàn) 157
第7章 半導(dǎo)體材料 159
7.1 半導(dǎo)體材料發(fā)展及分類 159
7.1.1 半導(dǎo)體材料發(fā)展簡(jiǎn)史 159
7.1.2 半導(dǎo)體材料的分類 160
7.2 半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì) 161
7.2.1 晶體結(jié)構(gòu) 161
7.2.2 能帶結(jié)構(gòu) 162
7.2.3 雜質(zhì)和缺陷 164
7.2.4 電阻率 166
7.2.5 光電導(dǎo) 167
7.2.6 半導(dǎo)體發(fā)光 168
7.2.7 霍爾效應(yīng) 169
7.2.8 pn結(jié)的整流效應(yīng) 170
7.2.9 光生伏特效應(yīng) 172
7.3 元素半導(dǎo)體材料 172
7.3.1 硅 172
7.3.2 鍺 175
7.4 化合物半導(dǎo)體材料 176
7.4.1 砷化鎵 176
7.4.2 氮化鎵 179
7.5 其他半導(dǎo)體材料 181
7.5.1 固溶體半導(dǎo)體 181
7.5.2 有機(jī)半導(dǎo)體 182
7.5.3 半導(dǎo)體量子點(diǎn) 185
本章小結(jié) 187
思考題 187
參考文獻(xiàn) 188
第8章 磁性材料 190
8.1 物質(zhì)磁性的來(lái)源及分類 190
8.1.1 抗磁性 191
8.1.2 順磁性 192
8.1.3 鐵磁性 192
8.1.4 反鐵磁性 193
8.1.5 亞鐵磁性 194
8.2 典型磁性材料及其應(yīng)用 195
8.2.1 軟磁材料 195
8.2.2 永磁材料 199
8.2.3 磁記錄材料 204
8.3 其他磁性材料 207
8.3.1 矩磁材料 207
8.3.2 旋磁材料 208
8.3.3 磁致伸縮材料 209
8.3.4 磁光效應(yīng)材料 210
8.3.5 磁制冷(磁熵變)材料 210
8.3.6 磁性液體 211
8.3.7 分子基磁性材料 213
8.3.8 納米磁性材料 213
8.4 磁性材料的若干新進(jìn)展 214
8.4.1 一級(jí)磁相變材料 214
8.4.2 基于磁結(jié)構(gòu)相變的負(fù)熱膨脹和零熱膨脹材料 217
8.4.3 高豐度稀土永磁材料 219
8.4.4 磁性吸波材料 221
本章小結(jié) 222
思考題 223
參考文獻(xiàn) 223
第9章 超導(dǎo)材料 225
9.1 超導(dǎo)的基本特性 225
9.1.1 零電阻現(xiàn)象 225
9.1.2 邁斯納效應(yīng) 225
9.1.3 約瑟夫森效應(yīng) 226
9.1.4 臨界條件 227
9.1.5 第一類和第二類超導(dǎo)體 227
9.2 典型的超導(dǎo)材料體系 228
9.2.1 超導(dǎo)材料的發(fā)展 228
9.2.2 金屬基超導(dǎo)材料 229
9.2.3 銅氧化物高溫超導(dǎo)體 230
9.2.4 鐵基高溫超導(dǎo)體 231
9.2.5 重費(fèi)米子超導(dǎo)材料 232
9.3 超導(dǎo)材料的應(yīng)用與前景 233
9.3.1 超導(dǎo)材料在電力方面的應(yīng)用 234
9.3.2 超導(dǎo)磁體在交通和工業(yè)的應(yīng)用 235
9.3.3 超導(dǎo)量子干涉器(SQUID)及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用 236
本章小結(jié) 237
思考題 237
參考文獻(xiàn) 237
第10章 光學(xué)材料 239
10.1 光纖材料 239
10.1.1 光纖的導(dǎo)光原理 239
10.1.2 光纖的特性 241
10.1.3 光纖材料分類 241
10.1.4 光纖的應(yīng)用 242
10.2 光致變色材料 245
10.3 紅外材料 247
10.3.1 紅外線的基本性質(zhì) 248
10.3.2 紅外透過(guò)材料 248
10.3.3 紅外探測(cè)材料 250
10.3.4 紅外輻射材料 250
10.4 發(fā)光材料 251
10.4.1 發(fā)光原理及過(guò)程 251
10.4.2 發(fā)光的分類 252
10.4.3 發(fā)光的特性 254
10.4.4 發(fā)光材料的應(yīng)用 255
本章小結(jié) 257
思考題 258
參考文獻(xiàn) 258
第11章 智能材料 261
11.1 智能材料的概念及特征 261
11.2 形狀記憶材料 262
11.2.1 形狀記憶合金 262
11.2.2 形狀記憶陶瓷 266
11.2.3 形狀記憶聚合物 267
11.3 壓電材料 272
11.3.1 壓電效應(yīng)與對(duì)稱性 272
11.3.2 壓電材料的分類與發(fā)展 273
11.3.3 新型壓電材料 278
11.3.4 壓電材料的應(yīng)用 280
11.4 磁致伸縮材料 281
11.4.1 磁致伸縮效應(yīng) 282
11.4.2 Laves相RFe2巨磁致伸縮合金 283
11.4.3 Fe-Ga合金 285
11.4.4 磁相變合金的磁致應(yīng)變 287
11.4.5 磁致伸縮材料的應(yīng)用 288
本章小結(jié) 288
思考題 289
參考文獻(xiàn) 289
第12章 新能源材料 291
12.1 二次電池材料 291
12.1.1 鎳氫電池材料 292
12.1.2 鋰離子電池材料 292
12.1.3 薄膜型全固態(tài)鋰電池材料 296
12.1.4 鈉離子電池材料 298
12.2 燃料電池材料 300
12.2.1　燃料電池的特點(diǎn)和分類 300
12.2.2 質(zhì)子交換膜燃料電池材料 302
12.2.3 固體氧化物燃料電池材料 304
12.2.4 質(zhì)子導(dǎo)體燃料電池材料 307
12.2.5 其他燃料電池材料 308
12.3 氫能材料 309
12.3.1 制氫材料 310
12.3.2 儲(chǔ)氫材料 311
12.4 生物質(zhì)能材料 313
12.4.1 生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用技術(shù) 314
12.4.2 生物柴油材料 315
12.4.3 生物乙醇材料 316
本章小結(jié) 316
思考題 317
參考文獻(xiàn) 317
第13章 環(huán)境材料 319
13.1 環(huán)境材料的定義和研究?jī)?nèi)容 319
13.2 傳統(tǒng)材料的環(huán)境材料化 320
13.2.1 金屬材料的環(huán)境材料化 320
13.2.2 無(wú)機(jī)非金屬材料的環(huán)境材料化 321
13.2.3 高分子材料的環(huán)境材料化 323
13.3 綠色包裝材料 323
13.4 綠色建材 324
13.5 環(huán)境凈化材料 326
13.5.1 大氣污染凈化材料 326
13.5.2 水污染凈化材料 331
13.5.3 噪聲污染控制材料 335
13.5.4 電磁波屏蔽和吸收材料 338
13.6 環(huán)境降解材料 342
13.6.1 降解塑料的分類與特性 342
13.6.2 典型生物降解塑料 343
13.6.3 降解材料的應(yīng)用與發(fā)展 343
本章小結(jié) 345
思考題 345
參考文獻(xiàn) 346
第14章 生物醫(yī)用材料 347
14.1 生物醫(yī)用材料的類別及功能 347
14.1.1 生物醫(yī)用材料的分類 347
14.1.2 生物醫(yī)用材料的性能 349
14.1.3 生物醫(yī)用材料的發(fā)展 351
14.2 硬組織相容性材料 353
14.2.1 醫(yī)用金屬材料 354
14.2.2 生物陶瓷材料 358
14.2.3 醫(yī)用高分子材料 361
14.2.4 生物礦化材料 361
14.3 軟組織相容性材料 361
14.3.1 人工皮膚 362
14.3.2 人工晶狀體 364
14.3.3 人工脂肪 365
14.4 血液相容性材料 366
14.4.1 人工心臟 367
14.4.2 人工心臟瓣膜 368
14.4.3 人工腎臟 369
14.5 生物降解材料 369
14.5.1 生物降解支架 370
14.5.2 納米藥物載體 376
本章小結(jié) 378
思考題 379
參考文獻(xiàn) 379
第15章 熱電材料 381
15.1 熱電材料的特性 381
15.1.1 熱電效應(yīng) 381
15.1.2 熱電材料基本性質(zhì) 383
15.2 典型的熱電材料 383
15.2.1 Bi2Te3基合金 384
15.2.2 PbX化合物(X=S, Se, Te) 384
15.2.3 錫基硫族化合物 386
15.2.4 Half-Heusler合金 388
15.2.5 方鈷礦與填充方鈷礦 389
15.2.6 氧化物熱電材料 389
15.2.7 硅基熱電材料 391
15.2.8 鎂基熱電材料 392
15.3 納米復(fù)合與低維熱電材料 393
15.3.1 納米復(fù)合熱電材料 393
15.3.2 超晶格熱電材料 395
15.3.3 納米晶薄膜熱電材料 396
15.3.4 納米線熱電材料 396
15.4 熱電材料應(yīng)用 396
本章小結(jié) 398
思考題 399
參考文獻(xiàn) 399
第16章 納米材料 401
16.1 納米材料的特異效應(yīng)和性質(zhì) 401
16.1.1 從納米結(jié)構(gòu)到納米材料 401
16.1.2 納米材料的特異效應(yīng) 403
16.1.3 納米材料的物理化學(xué)性質(zhì) 404
16.2 納米結(jié)構(gòu)材料 406
16.2.1 納米金屬 406
16.2.2 納米陶瓷 413
16.3 納米功能材料 415
16.3.1 零維納米功能材料 415
16.3.2 一維納米功能材料 417
16.3.3 二維納米功能材料 418
16.3.4 三維納米功能材料 420
本章小結(jié) 422
思考題 422
參考文獻(xiàn) 422