材料科学与工程国际前沿PDF电子书下载

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 CRT 11

2.1 引言 11

第2章　显示材料 11

2.2.2　FED 13

2.2.3 PDP 16

2.2.4　LED 18

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——LCD 29

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Hb 181

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