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第1章　跨世纪的信息存储对材料的挑战和展望1

1.1 引言1

目录1

1.2　信息存储的要求和方式2

1.3　磁存储4

1.4　光存储6

1.4.1 高密度光盘信息存储6

1.4.2　超高密度光盘信息存储8

1.5　展望——提高数据传输速率对材料的要求10

参考文献10

2.2　主动发光显示11

2.2.1 CRT11

2.1 引言11

第2章　显示材料11

2.2.2　FED13

2.2.3 PDP16

2.2.4　LED18

2.2.5　无机场致发光21

2.2.6　有机场致发光27

2.3　被动显示——LCD29

2.4　展望30

参考文献31

3.1 引言33

3.2　电子材料长盛不衰33

第3章　从电子材料到光子材料33

3.3　光电子材料的蓬勃发展35

3.4　光子材料方兴未艾37

3.5　展望——面向“太元世纪”的电子、光子材料40

参考文献41

第4章　低维半导体结构材料及量子器件42

4.1 引言42

4.2　低维半导体结构的制备和评价技术42

4.2.1 半导体超晶格、量子阱材料42

4.2.2 超晶格、量子阱材料生长和精细加工相结合的制备技术47

4.2.3　应变自组装量子点（结构）生长技术49

4.2.4　低维半导体材料的其他制备技术51

4.2.5　低维半导体材料的评价技术52

4.3　低维半导体材料的电子结构54

4.3.1 电子在不同维度材料中运动的波函数、本征能量和态密度54

4.3.2 其他势阱下电子在量子线中运动的波函数和本征能量57

4.3.3 其他势阱下电子在量子点中运动的波函数和本征能量59

4.4 固态量子器件研制进展及应用61

4.4.1 基于超晶格、量子阱材料的量子器件61

4.4.2 固态纳米量子器件72

4.4.3　量子点激光材料和激光器76

4.4.4　分子电子学器件78

4.4.5 量子比特构造和量子计算机80

4.5　低维半导体结构材料及量子器件的存在问题和发展趋势81

4.5.1 存在问题81

参考文献82

4.5.2　发展趋势82

4.6　展望82

第5章　微电子芯片技术发展的材料问题85

5.1 引言85

5.2　衬底材料86

5.3　栅结构材料90

5.3.1　栅绝缘介质90

5.3.2　栅电极材料92

5.4 随机存储器（DRAM）电容材料93

5.5 非挥发性铁电存储器（NVFRAM）的铁电材料94

5.6　局域互连材料97

5.7　互连材料99

5.8.1 光刻和刻蚀技术中的材料问题105

5.8　集成电路关键加工工艺105

5.8.2　化学机械磨蚀（CMP）技术中的材料问题107

5.9　展望109

参考文献110

第6章　微电子发展对封装材料提出的新挑战113

6.1 引言113

6.2　微电子封装的发展动向113

6.2.1 微电子封装依存1C的跃进而发展113

6.2.2　何谓微电子封装技术116

6.2.3　封装技术发展及对材料的要求117

6.3　基板120

6.3.1　PWB（printed wired board）120

6.3.4 复合基板121

6.3.2 陶瓷基板121

6.3.3　金属基板121

6.3.5 有机基板122

6.3.6　Si基板125

6.3.7　下一代基板材料选择方案125

6.3.8　基板的相关技术126

6.4　框架材料的研究现状126

6.4.1 集成电路对引线框架材料的要求126

6.4.2 国外铜基引线框架材料的研究与发展127

6.4.3 国产铜基引线框架材料的研究与发展130

6.5　凸点发展综述131

6.5.1 FCB技术及其发展131

6.5.2　倒装焊的发展简况132

6.5.3 凸点芯片的倒装焊（FCB）技术135

6.6　无铅焊料研究137

6.6.1 无铅焊料性能要求137

6.6.2 替代元素产量138

6.6.3　替代元素成本138

6.6.4　替代材料的环保性和安全性139

6.6.5　替代材料的局限性139

6.6.6　无铅钎料研究现状139

6.7　介质材料140

6.8　可靠性技术141

6.8.1 焊点可靠性问题的存在142

6.8.2 焊点可靠性的研究144

6.8.3 可靠性研究发展动态150

6.9　封装领域的国际组织151

6.10　展望151

参考文献152

第7章　生物医学材料前沿——组织工程材料157

7.1 引言157

7.2　组织工程的可降解聚合物材料158

7.2.1　材料的选择158

7.2.2　生物降解材料159

7.2.3　合成降解聚合物161

7.3　聚合物支架的研究与制备162

7.3.4　熔融膜压法163

7.3.5 聚合物——陶瓷纤维泡沫复合物163

7.3.1　纤维连接法163

7.3.3 层压膜法163

7.3.2　溶剂浇注和颗粒提取法163

7.3.6 相分离法164

7.3.7 原地聚合法164

7.4　细胞与聚合物之间的反应165

7.4.1 评价细胞对聚合物反应的方法165

7.4.2　细胞与聚合物表面的反应166

7.5　组织、细胞的微环境167

7.5.1 细胞要素168

7.5.3 胞外基质169

7.5.4 蛋白多糖和糖胺聚糖169

7.5.2 可溶性生长因子169

7.5.5　血小板反应蛋白170

7.5.6　纤维结合素170

7.5.7　胶原蛋白170

7.5.8 胞外基质对细胞功能的调控170

7.6　人工皮肤171

7.7　骨组织工程173

7.7.1 骨174

7.7.2　骨病变的组织细胞治疗174

7.8　人工肝支持装置175

7.9　人工血液179

7.9.1 第一代修饰Hb血液代用品179

7.9.2 第二代修饰Hb血液代用品180

7.9.3 第三代修饰Hb：微囊化Hb181

7.10　人工神经182

7.11　心血管系统183

7.12 人工胰184

7.13　展望185

参考文献185

第8章 生物科学给材料科学发展带来的机遇190

8.1 引言190

8.2　分子自组装——构建材料和生命的共同工具191

8.2.1 分子自组装191

8.2.2 生物体中的分子自组装191

8.2.3 分子自组装在材料科学中的应用195

8.3.1 天然生物材料的结构200

8.3　天然生物材料的结构及结构仿生200

8.3.2　结构仿生202

8.4　生物体中形成材料的过程及过程仿生203

8.4.1 生物体中有机物的形成过程及过程仿生203

8.4.2 生物体中无机物的形成过程及过程仿生205

8.5　细胞——将生命现象融入材料科学215

8.5.1 细胞与生物医用材料216

8.5.2　细胞与组织工程216

8.5.3 细胞与材料合成216

8.6　基因工程——在分子水平上设计和制造材料219

8.6.1 基因工程219

8.6.2 基因工程用于合成高性能高分子材料220

8.7　直接利用生物体来生产材料223

8.6.3 基因工程在合成无机材料方面的应用223

8.8　展望224

参考文献228

第9章　超导材料的研究与发展231

9.1 引言231

9.2　实用低温超导材料进展233

9.3　高温超导材料进展234

9.3.1　单晶234

9.3.2 高温超导块材235

9.3.3 高温超导线（带）材236

9.3.4 薄膜238

9.4.1　低温超导材料的应用239

9.4　超导材料的应用239

9.4.2 高温超导材料的应用240

9.5　超导研究的投入及组织形式245

9.6　展望248

参考文献251

第10章　电池材料254

10.1 引言254

10.2　人类社会面临的问题254

10.3　21世纪——电池的社会255

10.3.1 信息家电的能源——促进经济持续发展256

10.3.2 电动车和混合电动车的动力——降低环境污染257

10.4　材料是发展高能电池的基础259

10.3.4　燃料电池——高效利用能源259

10.3.3　储能和调峰电池——节省能源259

10.4.1 常用电池材料260

10.4.2　典型电池用材260

10.5　新电池材料的研究265

10.5.1 分形结构265

10.5.2　纳米材料266

10.5.3 与创新概念相关的材料267

10.6 电池再生和废电池材料的回收268

10.7 电池材料发展对其他领域的影响269

10.8　展望269

参考文献269

11.1.1 薄膜的气相沉积工艺271

11.1 引言271

第11章　薄膜技术前沿的现状和发展271

11.1.2　薄膜材料科学272

11.2　气相生长金刚石工业反应器设计原理273

11.2.1 气相生长金刚石工业型反应器设计要求273

11.2.2 辐照场和温度场的计算机模拟和实验验证275

11.2.3　流场传热模拟计算277

11.2.4　HFCVD新型反应器设计若干原理问题278

11.2.5 几点结论性意见281

11.3　高性能离子镀防护层技术282

11.3.1　低温沉积技术282

11.3.2　新型镀层材料285

11.3.4　复合表面工艺289

11.3.3 多层复合技术289

11.3.5 高性能镀层的应用和发展前景291

11.4　纳米多层膜的结构、力学性能及应用前景292

11.4.1　弹性行为反常292

11.4.2　硬度增强295

11.4.3　强度提高295

11.4.4　纳米多层膜的结构研究297

11.4.5 应用299

11.4.6 结论299

11.5　燃气轮机叶片先进防护涂层300

11.5.1　涂层体系300

11.5.2　涂层材料和结构302

11.5.3　力学分析304

11.5.4　制备工艺305

11.5.5 结论306

11.6　金属／电介质纳米多层膜电磁工程的微观原理307

11.6.1　纳米科技307

11.6.2　微观原理框架309

11.6.3　低维材料本构特性尺寸效应的实验研究结果314

11.6.4　讨论318

11.7　结论319

参考文献319

12.2.1 历史回顾328

12.2　金刚石的低压化学气相沉积328

12.1　引言328

第12章 CVD金刚石膜研究进展及产业化趋势328

12.2.2　CVD金刚石膜沉积研究进展331

12.3　金刚石膜工业化应用研究进展337

12.3.1　金刚石膜工具应用337

12.3.2　金刚石膜的热学应用研究341

12.3.3 金刚石膜的光学应用研究345

12.3.4 电子学应用353

12.3.5 国内外研究和应用水平的比较360

12.4　展望363

参考文献364

第13章　高温合金的发展动向371

13.1 引言371

13.2　有益和有害的微量元素373

13.2.1 微量元素的来源和提炼374

13.2.2 微量元素对力学性能的影响376

13.3　微晶和单晶380

13.3.1　微晶高温合金380

13.3.2　单晶高温合金382

13.3.3　NiAl单晶389

13.4 “试错”法和合金设计390

13.4.1　合金设计390

13.4.2　合金设计实例391

13.5　展望396

参考文献396

14.1.1 复合材料的发展机遇399

14.1　引言399

第14章 复合材料的进展状况及发展趋势399

14.1.2 复合材料将遇到的挑战401

14.2　复合材料的研究重点和新生长点402

14.2.1 基础性研究重点的进展402

14.2.2　纳米复合材料408

14.2.3　功能、多功能、机敏和智能复合材料412

14.3　复合材料的应用415

14.3.1 复合材料在基础设施中的应用415

14.3.2 复合材料在交通运输领域中的应用415

14.3.3 生物医用复合材料417

14.3.4 复合材料在电子芯片封装热适应材料中的应用418

参考文献419

14.4　展望——复合材料的现状和发展对策419

第15章　功能陶瓷研究的进展与前瞻421

15.1 引言421

15.2 电子片式元件及材料421

15.3　压电陶瓷与器件应用研究进展427

15.3.1 压电陶瓷驱动器与超声马达428

15.3.2 多层复合压电陶瓷变压器438

15.4　复合与复相功能陶瓷材料及器件440

15.5　软化学制备与功能陶瓷薄膜444

15.6　半导体陶瓷材料与信息敏感技术448

15.7　功能陶瓷与器件的集成化、机敏化452

15.8　微波介质陶瓷材料454

15.9 电子封装陶瓷基片材料456

15.10　固体氧化物燃料电池458

15.11　光子带隙材料460

参考文献462

第16章 高分子材料科学研究动向及发展展望464

16.1 国际动向464

16.1.1 合成技术464

16.1.2 成型加工研究趋向465

16.1.3　绿色化技术466

16.2　我国现状467

16.3　发展展望467

16.3.1 通用高分子材料高性能化新技术、新原理的研究467

16.3.3　发展纳米复合新技术468

16.3.2 高性能和功能高分子材料的研究468

16.3.4　油田开发用高分子材料469

16.3.5 聚合物成型理论和技术研究469

16.3.6 废弃高分子材料回收处理与再生利用研究470

参考文献470

第17章 高性能与高功能纤维的发展472

17.1 引言472

17.2　高性能纤维472

17.2.1 碳纤维472

17.2.2 高强高模有机纤维478

17.3　高功能纤维480

17.3.1 分离功能纤维481

17.3.2　其他功能纤维483

17.4　展望——发展机遇与对策484

参考文献485

第18章 计算材料科学的成就与展望486

18.1 引言486

18.2　计算材料科学研究的背景和意义486

18.2.1 使材料设计、加工及成形改性由“技艺”走向“科学”486

18.2.2　应用背景和效益487

18.2.3　意义487

18.2.4　加速建立计算材料科学488

18.3　国际研究成就及动态488

18.3.1 新材料的计算辅助设计489

18.3.2　半导体490

18.3.3　材料动力学行为的纳米工程491

18.3.4 高温材料491

18.3.5 复合材料、聚合物、陶瓷492

18.3.6　磁性材料493

18.3.7 强相互作用材料494

18.3.8　合金相图496

18.3.9　表面和界面497

18.3.10　人工薄膜生长498

18.3.11　光学性质499

18.3.12　化学动力学500

18.3.13　材料热加工工艺502

18.3.15　锻压工艺503

18.3.14 铸造工艺503

18.3.16　焊接工艺504

18.4　展望505

参考文献507

第19章 纳米材料的研究进展与展望508

19.1　引言508

19.2　纳米材料的制备与合成509

19.2.1　惰性气体冷凝法509

19.2.2　机械球磨法512

19.2.3 非晶材料的晶化处理514

19.2.4 其他516

19.3　纳米材料的结构特征与稳定性516

19.3.1 基本结构参量516

19.3.2 晶界结构特征517

19.3.3 晶粒结构特征518

19.3.4　结构热稳定性519

19.4　纳米材料的奇异性能520

19.4.1 纳米晶体的基本物性520

19.4.2 纳米材料的力学性能521

19.4.3　纳米材料的磁性524

19.4.4 纳米材料的催化与贮氢性能526

19.5　纳米材料的成功、机遇与挑战528

19.5.1　纳米材料应用528

19.5.2 商业化前景与研究的投入532

19.6　展望533

参考文献533

20.2　波特兰水泥540

20.2.1 水泥熟料矿物的结构与特性540

第20章　水泥研究的成就和发展方向540

20.1 引言540

20.2.2 水泥生产的过程与原理543

20.2.3　水泥的水化与硬化理论545

20.2.4　水泥石硬化体的结构与工程性质549

20.3　水泥混凝土553

20.3.1 高效外加剂554

20.3.2 高性能矿质掺合料556

20.3.3　水泥混凝土界面结构561

20.3.4　水泥混凝土的耐久性562

20.4.2 资源、能源、环境方面的严重挑战563

20.4.1 国民经济发展的重大需求563

20.4　展望——我国水泥科学技术发展方向的思考563

20.4.3 关于水泥科学技术发展方向的思考564

参考文献567

第21章　纸和木质材料的学科前沿569

21.1 引言569

21.2　纸和木质材料学科570

21.2.1 木材学570

21.2.2　制浆造纸学572

21.2.3　木质材料学574

21.3　纸和木质材料学科前沿特点与发展趋势576

21.4.1 主攻方向577

21.4.2 突破口577

21.4　展望——我国纸和木质材料学的主攻方向和突破点577

参考文献578

第22章　腐蚀与腐蚀控制研究的回顾与展望580

22.1 引言580

22.1.1 腐蚀损失581

22.1.2　腐蚀控制581

22.2　腐蚀及其控制研究581

22.2.1 亟待解决的腐蚀问题582

22.2.2　长期服役后出现的新问题584

22.2.3 几个重要的基础问题584

22.3　展望593

参考文献594

后记596