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第一章材料科学与工程综论1

1.1材料及其分类1

1.2材料是人类社会进步的里程碑1

目 录1

1.3先进材料是高新技术发展和社会现代化的基础和先导4

1.3.1电子技术的发展5

1.3.2光纤通信的诞生6

1.3.3航空航天技术的进步7

1.4材料科学与工程学科的形成与内涵7

1.5材料组成、制备、结构、性能与使用效能之间的关系9

1.6材料的应用11

参考文献11

第二章结构材料12

2.1材料的性能12

2.1.1力学性能13

2.2金属材料15

2.1.2物理性能15

2.1.3化学性能15

2.2.1钢铁16

2.2.2铜和铜合金18

2.2.3铝和铝合金19

2.2.4钛和钛合金19

2.3陶瓷材料20

2.3.1传统陶瓷与先进陶瓷20

2.3.2玻璃22

2.3.3耐火材料23

2.4高聚物材料25

2.4.1概述25

2.4.2工程塑料25

2.4.3橡胶材料29

参考文献30

3.1.1导体材料31

3.1.2导体、半导体和绝缘体的区别——能带理论31

3.1导体、半导体和绝缘体材料31

第三章电性材料31

3.1.3半导体材料33

3.2超导材料36

3.2.1超导电性及超导材料36

3.2.2超导材料的应用37

3.3铁电、压电、热释电和介电材料38

3.3.1铁电材料38

3.3.2压电材料39

3.3.3热释电材料40

3.3.4介电材料41

3.3.5铁电、压电和介电材料的应用41

参考文献45

第四章磁性材料46

4.1材料的磁性46

4.1.1材料磁性的起因46

4.1.2磁偶极子46

4.1.4磁化强度48

4.1.3磁场线和磁场48

4.1.5磁场强度和磁感应强度49

4.1.6磁化率和磁导率50

4.1.7自发磁化50

4.1.8磁畴51

4.1.9磁滞回线51

4.1.10居里温度52

4.1.11磁致伸缩52

4.2物质磁性分类52

4.3.1软磁材料54

4.3磁性材料的分类54

4.3.2硬磁材料55

4.4几种新型的磁性材料55

4.4.1分子基磁性材料55

4.4.2非晶态磁性材料56

4.4.3纳米磁性材料56

4.4.4磁性液体57

4.5磁性材料的应用58

4.5.1磁悬浮列车58

4.5.3巨磁电阻效应及其应用59

4.5.2核磁共振在医学上的应用59

4.5.4磁性液体的应用60

参考文献61

第五章超导材料62

5.1零电阻现象62

5.2迈斯纳效应63

5.3产生超导的原因63

5.4超导体的临界条件64

5.6约瑟夫森效应65

5.5第一类超导体和第二类超导体65

5.7超导材料的发展66

5.8超导氧化物（陶瓷）67

5.9超导材料的应用与前景68

5.9.1让电流畅通无阻68

5.9.2超导发电机70

5.9.3电能的储藏70

5.9.4电磁炮72

5.9.5超导磁悬浮列车73

5.9.6冷子管和超导计算机74

5.9.7超导量子干涉器（SQUID）和它的生医应用76

5.9.8生物超导77

参考文献78

第六章光学材料79

6.1光纤材料79

6.1.1光纤构成及分类80

6.1.2光在光纤中传输的基本原理83

6.1.3石英光纤制备方法85

6.2.1光色玻璃90

6.2光色材料90

6.2.2光色晶体92

6.2.3光存储材料92

6.3红外材料93

6.3.1红外线的基本性质93

6.3.2红外材料93

参考文献94

7.1.2面临的问题95

7.1.1新能源材料的特点95

7.1概述95

第七章新能源材料95

7.2新型二次电池96

7.2.1一般介绍96

7.2.2 Ni/MH镍氢二次电池98

7.2.3锂离子二次电池102

7.3燃料电池109

7.3.1固体氧化物燃料电池的特点110

7.3.2固体氧化物燃料电池的工作原理111

7.3.4固体氧化物燃料电池材料112

7.3.3固体氧化物燃料电池的发展趋势112

7.3.5燃料电池的应用前景118

参考文献118

第八章生物材料120

8.1概述120

8.1.1生物医学材料发展简史120

8.1.2生物医学材料分类122

8.1.3生物医学材料的特征与评价124

8.2硬组织相容性材料126

8.2.1医用不锈钢127

8.2.2医用钛合金128

8.2.3氧化铝生物陶瓷129

8.2.4羟基磷灰石131

8.3软组织相容性材料132

8.4血液相容性材料135

8.5生物降解材料137

8.5.1生物降解支架137

8.5.2纳米药物载体139

参考文献141

第九章环境材料143

9.1环境材料的提出143

9.2环境材料的定义和研究内容144

9.3材料的环境协调性评价144

9.3.1 LCA的流程144

9.3.2材料的环境性能数据库145

9.4材料的生态设计147

9.4.1工业生态学147

9.3.4 LCA的局限性147

9.3.3材料的LCA实例——纸杯与塑料杯的竞赛147

9.4.2材料流分析148

9.4.3材料的生态设计148

9.5材料的环境友好加工148

9.5.1降低材料环境负担的技术148

9.5.2清洁生产理论148

9.6传统材料的环境材料化149

9.6.1金属的环境材料化149

9.6.2无机非金属材料的环境材料化151

9.6.3高分子材料的环境材料化152

9.7天然材料的加工和应用153

9.7.1木材（竹材）153

9.7.2甲壳素153

9.7.3稻壳153

9.8绿色包装材料154

9.8.1绿色包装材料的设计原则154

9.8.2典型绿色包装材料154

9.9.3环境功能玻璃155

9.9.2生态水泥和生态混凝土155

9.9绿色建材155

9.9.1绿色建材的分类155

9.9.4装饰建材156

9.10环境净化、替代和修复材料157

9.10.1环境净化材料157

9.10.2环境替代材料158

9.10.3环境修复材料158

9.11环境降解材料158

9.11.1环境降解塑料的主要类型158

9.11.3存在的问题和发展前景159

9.11.2生物降解塑料的应用159

参考文献160

第十章智能材料161

10.1智能材料概述161

10.1.1智能材料的发展161

10.1.2智能材料的基本概念161

10.1.3智能材料的研究内容163

10.2.1一般介绍167

10.2电／磁流变液智能材料167

10.2.2电流变液的分类及电流变效应168

10.2.3电流变液的影响因素169

10.2.4电流变液材料的研究进展170

10.2.5磁流变液与电磁流变液171

10.3磁致伸缩智能材料172

10.3.1磁致伸缩效应172

10.3.2磁致伸缩智能材料的特性173

10.3.3磁致伸缩智能材料的应用174

参考文献175

第十一章形状记忆材料176

11.1形状记忆效应176

11.1.1马氏体相变176

11.1.2形状记忆效应177

11.1.3形状记忆机理179

11.2形状记忆合金180

11.2.1 Ti-Ni系形状记忆合金182

11.2.2铜基系形状记忆合金183

11.2.3铁基系形状记忆合金184

11.2.4形状记忆合金的应用185

11.3形状记忆陶瓷191

11.3.1氧化锆基陶瓷的形状记忆效应191

11.3.2形状记忆陶瓷的应用192

11.4形状记忆聚合物193

11.4.1聚合物形状记忆机理194

11.4.2几种主要的形状记忆聚合物195

11.4.3形状记忆高聚物的应用197

参考文献198

第十二章梯度功能材料200

12.1梯度功能材料及其特点200

12.1.1梯度功能材料概念的提出200

12.1.2梯度功能材料的特点与分类201

12.2热防护梯度功能材料202

12.2.1热防护梯度功能材料的设计203

12.2.2热防护梯度功能材料的制备方法206

12.2.3热防护梯度功能材料的特征评价209

12.3.1梯度折射率材料的折射率梯度类型210

12.3梯度折射率材料210

12.3.2梯度折射率材料的制法212

12.4梯度功能材料的应用214

参考文献217

第十三章复合材料219

13.1复合材料概述219

13.1.1复合的目的219

13.1.2复合材料的定义220

13.1.3复合材料的分类220

13.1.4复合材料的命名221

13.1.5复合材料的性能特点221

13.1.6复合材料的制备方法222

13.2增强材料223

13.2.1玻璃纤维223

13.2.2碳纤维223

13.2.3芳香族聚酰胺纤维224

13.2.4石棉纤维225

13.2.6碳化硅纤维226

13.2.5硼纤维226

13.2.7无机类晶须228

13.3纤维增强树脂228

13.3.1纤维增强热固性树脂228

13.3.2纤维增强热塑性塑料231

13.4金属基复合材料（MMC）236

13.4.1概述236

13.4.2金属基复合材料性能237

13.4.3铝基复合材料的性能和应用238

13.4.4镁基复合材料的性能和应用239

13.4.5其他金属基复合材料的性能及应用240

13.4.6耐高温金属基复合材料的性能和应用240

13.5陶瓷基复合材料241

13.5.1陶瓷基复合材料241

13.5.2陶瓷基复合材料应用243

13.6碳／碳复合材料244

13.6.1碳／碳复合材料的制备244

13.6.2碳／碳复合材料的特性及用途245

参考文献246

第十四章纳米材料248

14.1.1纳米与纳米结构249

14.1基本概念249

14.1.2纳米材料与纳米物质250

14.1.3纳米科技（Nano-ST）251

14.2纳米材料的诞生、发展与纳米科技的起源251

14.3纳米科技的崛起253

14.3.1纳米科技崛起的原因253

14.3.2纳米技术的国际竞争态势254

14.4.1表面效应256

14.4纳米材料的特异效应256

14.4.2小尺寸效应257

14.4.3量子尺寸效应257

14.4.4宏观量子隧道效应258

14.5纳米结构单元258

14.5.1团簇与纳米微粒258

14.5.2碳纳米管与同轴纳米电缆259

14.5.3纳米薄膜260

14.6纳米组装体系261

14.7纳米块体材料262

14.7.1纳米块体材料的微观结构262

14.7.2纳米块体材料的性能264

14.8纳米结构与纳米材料的应用271

14.8.1纳米结构的应用271

14.8.2纳米材料的应用273

参考文献278

15.2软物质的基本特征280

15.1概述280

第十五章软物质280

15.3软物质中熵的作用282

15.4软物质的自组织283

15.5几种典型的软物质体系286

15.5.1聚合物286

15.5.2胶体286

15.5.3 液晶289

15.5.4 膜和表面活化剂291

参考文献293