第一篇 基础理论 3
1近代晶体化学 3
1.1晶体结构 3
1.1.1基本概念 3
1.1.2单质晶体结构 8
1.1.3无机化合物结构与鲍林规则 11
1.1.4硅酸盐晶体结构 18
1.1.5高分子材料结构 24
1.2晶体生长 31
1.2.1晶体生长基本理论 32
1.2.2晶体生长实验方法 43
1.3应用晶体学 47
1.3.1尖晶石结构材料及其应用 47
1.3.2萤石型结构材料及其应用 50
1.3.3钙钛矿结构材料及其应用 51
1.3.4堇青石晶相陶瓷材料 55
1.3.5储氢材料 55
1.4固体缺陷 57
1.4.1固体缺陷的类型及运动规律 57
1.4.2组成缺陷与固溶体 68
1.4.3非化学计量化合物与半导体 71
1.5扩散理论 75
1.5.1扩散动力学方程——菲克定律 76
1.5.2扩散机制 79
1.5.3反应扩散 86
2材料热力学与动力学 90
2.1材料热力学 90
2.1.1相图热力学 90
2.1.2相变热力学 102
2.2材料动力学 116
2.2.1相变形核 116
2.2.2晶体长大 120
3材料设计基础 132
3.1新材料的计算机辅助设计 132
3.1.1材料设计概述 132
3.1.2现代材料设计的几个环节 134
3.1.3材料设计的途径 136
3.1.4现代材料设计的发展趋势及反思 137
3.2材料计算及分子动力学模拟 138
3.2.1材料计算的理论基础 138
3.2.2几种常用的材料计算方法 140
3.2.3材料研究的分子动力学模拟 146
3.3人工神经网络及自动控制 149
3.3.1人工神经网络概述 149
3.3.2人工神经网络发展简史 150
3.3.3人工神经元 151
3.3.4人工神经网络构成的基本原理 152
3.3.5人工神经网络的基本功能 156
参考文献 156
第二篇 研究前沿 159
1信息功能材料 159
1.1半导体材料 159
1.1.1硅材料 159
1.1.2 GaAs和InP材料 160
1.1.3半导体超晶格、量子阱材料 161
1.1.4宽带隙半导体材料 163
1.2信息功能陶瓷材料 166
1.2.1电子片式元件及材料 167
1.2.2电子封装陶瓷基片材料 169
1.2.3微波介质陶瓷 170
1.2.4压电、铁电材料 171
1.2.5铁电薄膜 177
1.2.6信息功能陶瓷与器件的集成化、机敏化 185
1.3信息载体材料 185
1.3.1光纤通信材料 185
1.3.2磁性和磁光存储材料 191
1.3.3超高密度光存储材料 194
2纳米材料 198
2.1纳米材料概述 198
2.2零维纳米材料 200
2.2.1零维纳米材料的定义及特点 200
2.2.2典型的零维纳米材料——C60 204
2.3一维纳米材料 206
2.3.1一维纳米材料的定义及特点 206
2.3.2典型的一维纳米材料——碳纳米管 206
2.4二维纳米材料 212
2.4.1二维纳米材料的定义及特点 212
2.4.2典型的二维纳米材料 215
2.5三维纳米材料 221
2.5.1三维纳米材料的定义及特点 221
2.5.2典型的三维纳米材料 229
2.6纳米复合材料 232
2.6.1纳米复合材料的定义及特点 232
2.6.2典型的纳米复合材料 237
2.7纳米材料的研究开发及展望 241
3生物材料 243
3.1生物医用材料 243
3.1.1生物医用金属材料 244
3.1.2生物医用高分子材料 245
3.1.3生物陶瓷 246
3.1.4生物医用复合材料 248
3.1.5生物衍生材料 251
3.2仿生材料 251
3.2.1仿生复合材料 252
3.2.2仿生陶瓷材料 252
3.2.3仿生纳米材料和仿生涂层材料 253
3.2.4仿生有机材料 254
4能源材料 255
4.1太阳能电池 255
4.1.1太阳能电池的工作原理 255
4.1.2太阳能电池的分类 260
4.1.3染料敏化太阳能电池 271
4.2燃料电池材料 275
4.2.1燃料电池概述 275
4.2.2燃料电池的主要种类及其研究现状 276
4.2.3固体氧化物燃料电池的特点及工作原理 280
4.2.4固体氧化物燃料电池材料 281
4.3相变储能材料 285
4.3.1相变材料的分类及特点简介 285
4.3.2相变储能技术的应用 288
4.3.3相变储能材料的遴选原则 290
4.3.4相变储能材料存在的问题 290
5智能材料 291
5.1智能材料的基本概念 291
5.1.1引言 291
5.1.2智能材料的内涵、定义与特征 292
5.1.3智能材料的分类 293
5.1.4智能材料的设计、合成与评价 294
5.2智能材料的几种基础材料 296
5.2.1形状记忆材料 296
5.2.2压电智能材料 306
5.2.3智能高分子材料 314
5.3智能材料的应用展望及趋势 320
5.3.1智能材料的应用领域 320
5.3.2智能材料的发展 321
6高性能结构材料 322
6.1新型高比强轻金属材料 322
6.1.1 Al合金材料 322
6.1.2 Mg合金材料 324
6.1.3 Ti合金材料 326
6.1.4超细晶粒硬质合金材料 329
6.1.5先进高温合金材料 330
6.2结构陶瓷及陶瓷基复合材料 330
6.2.1复相陶瓷 330
6.2.2相变增韧陶瓷 331
6.2.3高性能多孔陶瓷材料 336
6.2.4层状三元碳化物和氮化物陶瓷 337
6.2.5碳纤维复合材料 337
6.3高分子结构材料 338
6.3.1具有高强、高韧的高分子结构材料 338
6.3.2低成本化的特种工程塑料 338
6.3.3热塑性树脂基连续纤维复合材料 340
6.3.4热塑性树脂结构微孔材料 341
参考文献 342
第三篇 研究方法 347
1新材料制备、成型及加工技术 347
1.1 SHS技术 347
1.1.1自蔓延高温合成（SHS）技术的起源与发展 347
1.1.2 SHS技术的基本概念 348
1.1.3 SHS技术研究与发展的方向 348
1.1.4 SHS技术研究的最新动向 350
1.2 SPS技术 352
1.2.1 SPS技术特点 353
1.2.2电火花烧结技术的应用及发展前景 356
1.3织构技术 358
1.3.1金属材料的织构及其形成 358
1.3.2陶瓷材料的织构 359
1.3.3织构的研究方法 360
1.3.4材料织构研究的重要意义 361
1.4功能梯度复合材料 361
1.4.1功能梯度材料的产生 361
1.4.2功能梯度材料的特性和分类 362
1.4.3功能梯度材料的制备方法 363
1.4.4功能梯度材料的性能评价 365
1.4.5梯度功能材料的应用与发展前景展望 365
1.5有机-无机复合材料 366
1.5.1有机-无机复合材料的制备技术 366
1.5.2有机-无机纳米复合材料分类 369
1.5.3有机-无机纳米复合材料的问题 371
1.5.4有机-无机纳米复合材料的稳定化设计 371
1.6微波烧结技术 372
1.6.1微波与材料的相互作用 372
1.6.2微波烧结的优点 373
1.6.3微波烧结在材料研究中的应用 374
1.6.4微波烧结工程陶瓷的应用 374
1.7激光精细加工技术 375
1.7.1激光加工的特点 375
1.7.2激光加工的类型和应用 375
1.7.3准分子激光加工 376
1.7.4激光加工系统的基本概念 377
1.8其他成型加工技术 378
1.8.1超微粉料的制备方法 378
1.8.2成型制备技术新工艺 379
1.8.3陶瓷原位凝固胶态成型工艺 381
1.8.4焊接成型技术 384
1.8.5表面成型技术 385
2纳米材料制备技术 387
2.1量子点结构材料生长技术 387
2.1.1量子结构材料的概念及特点 387
2.1.2量子结构材料生长技术 387
2.2碳纳米管及阵列的制备技术 392
2.2.1碳纳米管的合成 392
2.2.2碳纳米管阵列的制备 398
2.3纳米粉、线、块和阵列的制备 399
2.3.1低维纳米材料的制备 399
2.3.2多维纳米材料的制备 405
2.4扫描微探针和原子操作 407
2.4.1扫描探针显微镜 407
2.4.2扫描探针显微镜的工作原理 408
2.4.3 STM的局限性与发展 411
2.4.4扫描微探针和原子操作制备纳米材料 411
2.5自组装技术 416
2.5.1分子自组装 416
2.5.2自组装纳米材料的方法 419
2.5.3自组装技术在纳米材料制备中的应用 422
2.5.4静态自组装和动态自组装 423
3薄膜制备技术 424
3.1 LB膜制备技术 424
3.2 MBE分子束外延技术 427
3.3金属有机化学气相沉积（MOCVD） 429
3.3.1 MOCVD法原理 429
3.3.2 MOCVD法的特点 430
3.3.3 MOCVD技术现状 430
3.4溅射法 434
3.4.1基本原理 434
3.4.2溅射装置 436
3.5化学气相沉积（CVD） 439
3.5.1激光化学气相沉积 440
3.5.2光化学气相沉积 440
3.5.3等离子体增强化学气相沉积 441
3.6脉冲激光沉积法 443
3.6.1 PLD的基本原理及物理过程 443
3.6.2 PLD技术的特点 444
3.7溶胶-凝胶法 445
4材料微细图形加工技术 447
4.1光刻技术 447
4.1.1光刻掩模制作工艺 448
4.1.2涂胶工序 448
4.1.3曝光技术 449
4.1.4显影技术 454
4.2刻蚀技术 455
4.3高能束刻蚀技术 457
4.3.1离子束刻蚀 457
4.3.2等离子体刻蚀 458
4.3.3反应离子刻蚀 458
4.3.4激光刻蚀 459
4.4 LIGA技术 460
4.5其他微细图形加工技术 461
4.5.1微细立体光刻技术 461
4.5.2准分子激光微细加工技术 462
5材料测试技术 463
5.1 X射线衍射分析技术 463
5.2中子衍射技术 465
5.3光谱分析技术 466
5.3.1紫外光谱 466
5.3.2红外光谱 468
5.3.3拉曼光谱 469
5.3.4布里渊散射 469
5.4表面能谱分析技术 470
5.4.1俄歇电子能谱（AES） 470
5.4.2光电子能谱（XPS） 470
5.4.3二次离子质谱（SIMS） 471
5.5电子显微分析技术 471
5.5.1透射电子显微分析 472
5.5.2扫描电子显微分析 477
5.5.3原子力显微分析 478
5.5.4电子探针微区成分分析 479
参考文献 480