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第1章 引言 1

1.1 基本概念 1

1.1.1 大学中的材料科学与工程 1

1.1.2 产业中的材料科学与工程 5

1.1.3 材料研究实验室 7

1.1.4 起源、定义和术语 9

参考文献 11

第2章 学科的出现 13

2.1 类比 13

2.1.1 物理化学的出现 15

2.1.2 化学工程的起源 23

2.1.3 高分子科学 25

2.1.4 胶体科学 31

2.1.5 固体物理与化学 34

2.1.6 固体连续介质力学与原子力学 35

2.2 学科的自然历史 38

参考文献 39

第3章 材料科学诞生的基础 42

3.1 三脚凳的三条腿 42

3.1.1 原子和晶体 42

3.1.1.1 X射线衍射 50

3.1.2 相平衡与亚稳态 55

3.1.2.1 亚稳态 64

3.1.2.2 非化学计量比 65

3.1.3 显微组织 65

3.1.3.1 眼见为实 72

3.2 一些其它的基础 74

3.2.1 旧式冶金学与物理冶金学 74

3.2.2 同素异构现象与相变 79

3.2.2.1 形核与调幅分解 83

3.2.3 晶体缺陷 84

3.2.3.1 点缺陷 84

3.2.3.2 线缺陷：位错 88

3.2.3.3 晶体生长 93

3.2.3.4 多晶型 96

3.2.3.5 晶体结构、晶体缺陷和化学反应 98

3.2.4 晶体化学与物理 101

3.2.5 物理矿物学与地球物理学 105

3.3 固体物理学的早期作用 107

3.3.1 量子理论和固体电子理论 107

3.3.1.1 用电子理论理解合金 110

3.3.2 统计力学 114

3.3.3 磁学 116

参考文献 121

第4章 辅助学科的作用 131

4.1 辅助学科在材料科学中的作用 131

4.2 一些辅助学科 132

4.2.1 金属单晶 132

4.2.2 扩散 137

4.2.3 高压方面的研究 141

4.2.4 晶体学 145

4.2.5 超塑性 147

4.3 辅助学科的起源和集成 149

参考文献 151

第5章 走向定量描述 154

5.1 物理冶金学中定量理论的产生 154

5.1.1 位错理论 155

5.1.2 其它定量研究方面的成就 160

5.1.2.1 巴氏定理 161

5.1.2.2 变形机理与材料选择图 163

5.1.2.3 体视金相学 165

5.1.3 辐照损伤 166

参考文献 169

第6章 表征 172

6.1 引言 172

6.2 微观结构的检测 173

6.2.1 光学显微术 174

6.2.2 电子显微术 176

6.2.2.1 透射电子显微术 177

6.2.2.2 扫描电子显微术 180

6.2.2.3 电子微探针分析 183

6.2.3 扫描隧道显微术及其衍生扩展 186

6.2.4 场离子显微术和原子探针 188

6.3 谱学技术 189

6.3.1 痕量元素分析 190

6.3.2 核方法 191

6.4 热分析法 194

6.5 硬度分析 197

6.6 结束语 199

参考文献 200

第7章 功能材料 203

7.1 引言 203

7.2 电子材料 203

7.2.1 半导体 203

7.2.1.1 硅和锗 205

7.2.1.2 物理学家、化学家和冶金学家的合作 208

7.2.1.3 （单片）集成电路 210

7.2.1.4 带隙工程：受限异质结 212

7.2.1.5 光电池 216

7.2.2 电子陶瓷 217

7.2.2.1 铁电材料 220

7.2.2.2 快离子导体 221

7.2.2.3 热电材料 222

7.2.2.4 超导陶瓷 224

7.3 磁性陶瓷 225

7.4 计算机存储器 229

7.5 光学玻璃 232

7.5.1 光学纤维 234

7.6 液晶 237

7.7 静电印刷 239

7.8 结束语 240

参考文献 240

第8章 聚合物的变革 246

8.1 引言 246

8.2 聚合物的合成 247

8.3 聚合物科学中的概念 249

8.4 结晶聚合物和半结晶聚合物 250

8.4.1 球晶 250

8.4.2 层状聚合物晶体 251

8.4.3 半结晶性 255

8.4.4 半结晶聚合物的塑性变形 257

8.4.5 聚合物纤维 257

8.5 聚合物统计力学 259

8.5.1 类橡胶弹性材料：合成橡胶 260

8.5.2 聚合物中的扩散和蠕动 262

8.5.3 聚合物共混物 263

8.5.4 聚合物中的相变 264

8.6 聚合物的加工 265

8.7 分子量的测定 266

8.8 聚合物表面及黏附 267

8.9 聚合物的电性能 268

8.9.1 半导体聚合物及器件 269

参考文献 271

第9章 从技术到科学 275

9.1 工程用传统和新型金属与合金 275

9.1.1 凝固和铸造 275

9.1.1.1 熔化焊 278

9.1.2 钢 279

9.1.3 高温合金 282

9.1.4 金属间化合物 285

9.1.5 高纯金属 286

9.2 金属、合金及复合材料的塑性成型及断裂 287

9.3 先进陶瓷的发展 290

9.3.1 瓷器 290

9.3.2 高技术陶瓷的诞生：照明用灯 291

9.4 烧结与粉末成型 294

9.4.1 无孔烧结 298

9.5 高强结构陶瓷 300

9.5.1 氮化硅 302

9.5.2 其它陶瓷材料 304

9.6 玻璃陶瓷 305

参考文献 308

第10章 极端状态下的材料 314

10.1 极端状态的形式 314

10.2 极端处理 314

10.2.1 快速凝固 314

10.2.1.1 金属玻璃 316

10.2.1.2 非晶化的其它途径 317

10.3 极端条件下的微观结构 318

10.3.1 纳米结构材料 318

10.3.2 利用粒子示踪的微筛 321

10.4 超高真空和表面科学 322

10.4.1 现代表面科学的起源 322

10.4.2 超高真空的建立 323

10.4.3 表面科学概述 325

10.5 极薄材料 328

10.5.1 薄膜 328

10.5.1.1 外延 329

10.5.1.2 金属多层膜 330

10.6 极端对称 331

10.6.1 准晶 331

10.7 极端状态的比较 334

参考文献 334

第11章 材料化学与仿生学 337

11.1 材料化学的形成 337

11.1.1 仿生学 338

11.1.2 自组装化学（超分子化学） 339

11.2 材料化学例举 342

11.2.1 自蔓延高温反应 342

11.2.2 超临界溶剂 343

11.2.3 Langmuir-Blodgett膜 343

11.2.4 庞磁电阻效应：亚锰酸盐 345

11.2.5 制备碳、陶瓷及人工制品的新方法 347

11.2.6 富勒烯与纳米碳管 348

11.2.7 组合材料合成与筛选 352

11.3 电化学 354

11.3.1 现代蓄电池 355

11.3.1.1 晶态离子导体 356

11.3.1.2 聚合物离子导体 356

11.3.1.3 现代蓄电池（接叙） 357

11.3.2 燃料电池 358

11.3.3 化学传感器 360

11.3.4 金属电解提取 361

11.3.5 金属腐蚀 361

参考文献 362

第12章 计算机模拟 367

12.1 引言 367

12.2 材料科学中的计算机模拟 370

12.2.1 分子动力学模拟 371

12.2.1.1 原子间作用势 372

12.2.2 有限元模拟 374

12.2.3 材料模拟实例 375

12.2.3.1 硅中晶界 375

12.2.3.2 胶态“晶体” 375

12.2.3.3 晶粒长大以及其它微观组织变化 376

12.2.3.4 高分子材料的计算机模拟 377

12.2.3.5 塑性变形的模拟 380

12.3 基于化学热力学的模拟 381

参考文献 384

第13章 数据管理 387

13.1 问题的本质 387

13.2 数据库的种类 387

13.2.1 Landolt-B？rnstein数据表、国际关键数据表及其后续数据库 387

13.2.2 晶体结构 390

13.2.3 Max Hansen及其继承者：相图数据库 391

13.2.4 其它专业数据库以及计算机应用 393

参考文献 394

第14章 材料科学的相关研究机构和文献 396

14.1 材料科学与工程教育 396

14.2 专业学会及其发展 400

14.2.1 冶金学会及其外延 400

14.2.2 其它专业学会 401

14.2.3 最早的材料学会 401

14.3 期刊、教科书和参考读物 404

14.3.1 涉及面广的期刊 404

14.3.2 《冶金学报（Acta Metallurgica）》的诞生 405

14.3.3 专门性期刊 407

14.3.4 教科书和参考读物 408

14.4 特定地域的材料科学 411

14.4.1 Cyril Smith与芝加哥的金属研究所 411

14.4.2 本多光太郎（Kotaro Honda）与日本的材料研究 414

14.4.3 Walter Boas与澳大利亚的固体物理 416

14.4.4 Jorge Sabato与阿根廷的材料科学 419

14.4.5 库久莫夫（Georgii Kurdyumov）与俄罗斯的材料科学 421

参考文献 424

第15章 结束语 425

参考文献 427

人名索引 428

主题词索引 445