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第一章 绪论 1

第一节 引言 1

一、从需求出发将材料分类 1

二、重点领域巡礼 2

三、材料科学发展趋势 6

四、关注材料领域重要事件和新生长点 8

第二节 碳材料绽放新葩 9

第三节 从晶体到准晶 12

第四节 功能材料 14

一、新能源材料 14

二、光电功能材料 16

第五节 金属材料学科 17

一、钢铁材料 17

二、轻质金属 18

第六节 材料使役性能研究新机遇 20

第七节 金属强韧化新途径 22

第八节 计算材料学成为热点 24

一、计算材料科学工具 26

二、计算材料学的实验验证 28

三、数据库 28

第九节 超构材料 29

第十节 材料结构表征 32

第十一节 建设调控材料制备与性能的研究中心 36

一、依托大科学装置的材料组织表征和性能测试 36

二、包含大科学装置的材料系统研究中心 37

三、建设材料制备与性能调控中心 38

参考文献 39

第二章 石墨烯的历史、现状与未来 42

第一节 石墨烯的研究历史、发现与意义 42

第二节 石墨烯的研究现状、趋势与应用前景 43

第三节 我国的石墨烯研究概况与建议 47

参考文献 48

第三章 准晶的发现与研究 54

第一节 对传统晶体学的挑战 54

第二节 准晶研究的发展 60

一、寻找存在准晶的体系 63

二、扩展准晶存在的类型 63

三、结构描述 64

四、缺陷和相变 66

五、性能与应用 67

第三节 研究展望 67

参考文献 68

第四章 光电功能材料 70

第一节 硅和硅基半导体材料 70

第二节 GaAs、InP和GaSb基Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料和器件 72

一、GaAs、InP和GaSb等单晶材料 72

二、低维半导体结构材料和器件 73

第三节 宽带隙半导体材料 77

一、GaN基半导体材料 77

二、碳化硅材料 79

三、氧化锌材料 79

四、半导体金刚石 81

第四节 光电传感材料与器件 82

一、碲镉汞面阵和双色焦平面探测器 83

二、非致冷红外焦平面技术 84

三、高性能InGaAs近红外探测器 84

四、半导体低维结构红外探测器 85

五、基于InAs/GaSbⅡ类超晶格的红外探测材料与器件 88

六、GaN基紫外探测器材料与器件 89

第五节 微纳结构光电功能材料 90

第六节 半导体太阳能光伏电池 91

一、元素半导体太阳电池 91

二、化合物（第二代）太阳能光伏电池 92

三、染料敏化太阳电池（DSSC） 93

四、有机半导体太阳电池（OPV） 93

五、新概念（新三代）高效太阳电池 94

六、我国的光伏产业发展概况 94

第七节 光电功能晶体材料研究进展 95

一、激光晶体材料 95

二、非线性光学晶体材料 97

第八节 小结 99

参考文献 99

第五章 我国钢铁发展中的资源能源问题 101

第一节 我国钢铁发展现状 101

一、钢铁产量 101

二、钢铁产能 103

三、钢铁利润 103

四、产业集中度 103

第二节 我国钢铁发展中资源能源现状 104

一、我国钢铁发展中资源现状 104

二、我国钢铁发展中能源现状 110

三、废钢资源 112

第三节 钢铁发展面临的资源能源问题 117

一、钢铁工业发展中资源问题 118

二、钢铁工业发展中能源问题 118

三、废钢存在的问题 119

第四节 我国钢铁发展中的资源能源对策和建议 119

一、关于开发国内铁矿石资源的政策建议 121

二、关于开发国外铁矿石资源的政策建议 122

三、应对国际铁矿石垄断化趋势的对策与建议 123

四、应对国际铁矿石金融化趋势的对策与建议 124

五、关于二次铁资源开发与利用的政策建议 124

六、关于国家铁矿石资源储备的政策建议 126

七、加强铁矿石高效利用与节能环保技术开发 126

八、进一步建立与完善铁矿石技术标准 127

九、钢铁企业余能、余热的利用 127

参考文献 128

第六章 核电材料的历史、现状与挑战 129

第一节 引言 129

第二节 锆合金 130

一、国外锆合金的研究状况 131

二、国内锆合金的研究状况 133

三、锆合金的研发趋势 133

第三节 低合金钢 134

一、发展历史与现状 134

二、国内外RPV钢的研究热点、问题与趋势 135

第四节 不锈钢 137

第五节 镍基合金 137

一、核用镍基合金的发展过程 138

二、核用690镍基合金的现状、问题与挑战 138

第六节 焊接材料 139

第七节 电缆 140

一、核电站电缆材料要求 141

二、核电站电缆的发展趋势 142

第八节 混凝土 142

第九节 核电关键金属结构材料的使役行为 143

一、核电关键材料环境行为的主要研究部署 144

二、服役过程中的主要性能退化机制 145

三、待解决的问题与研究趋势 148

第十节 安全性评估与寿命评价技术 150

一、压水堆核电厂的关键金属部件及其重要度排序 150

二、反应堆压力容器（RPV）的安全性 151

三、主管道和泵（铸造不锈钢）的热老化与结构完整性 153

四、应力腐蚀开裂（SCC）评估 155

五、金属疲劳评估 156

六、无损检测 158

七、安全评估与寿命评价的研究趋势 159

第十一节 标准 159

第十二节 小结 161

参考文献 162

第七章 材料基因组工程 164

第一节 美国材料基因组计划简介 164

第二节 材料中的“基因” 166

第三节 计算工具 168

一、第一性原理和分子动力学计算 169

二、CALPHAD方法 172

三、显微组织预测 173

四、力学性能预测和多尺度计算工具的集成 174

第四节 实验工具 175

一、扩散多元节方法 175

二、高通量材料性能测试方法 176

三、数字化三维微观结构的表征与分析 180

四、组合材料学方法 181

第五节 数据库及材料信息学 181

第六节 成功实例 182

第七节 小结 183

参考文献 185

第八章 超材料拓展材料科学研究新领域 198

第一节 超材料的崛起 198

第二节 高性能材料构造的新策略 200

第三节 人工超材料的困境及其与天然材料的融合 201

第四节 利用超材料结构改进与提高材料性能 203

第五节 探寻天然材料中的超常特性 204

第六节 战略思考 205

参考文献 205

第九章 材料组织结构研究的新机遇 207

第一节 电子显微镜已可在原子尺度给出材料的成分与结构信息 208

第二节 电子透镜的像差及其校正 211

一、电子透镜像差 211

二、像差校正器 212

三、单色器 215

第三节 材料显微研究新机遇 217

一、像差校正电子显微学 217

二、扫描透射电子显微学与原子柱元素分辨的成分分析 222

三、三维原子像 223

四、复杂结构晶体表面与界面 224

五、时间分辨电子显微术 226

六、电子全息术 228

七、原位电子显微术 232

第四节 小结 232

参考文献 233