第1章 材料的物理学基础 1
1.1 粒子与波 1
1.1.1 电子的波粒二象性 1
1.1.2 测不准原理 4
1.1.3 薛定谔方程 5
1.1.4 定态波函数 6
1.2 原子、分子结构光谱 10
1.2.1 原子的壳层结构 11
1.2.2 核外电子理论基础 21
1.2.3 能级跃迁与光谱 42
1.3 带电粒子在电磁场中的运动 47
1.3.1 带电粒子的辐射 47
1.3.2 电磁场对带电粒子的作用 48
1.3.3 电子透镜 48
1.4 带电粒子与物质的相互作用 50
1.4.1 一般概念 50
1.4.2 电子与物质的相互作用 51
1.4.3 离子与物质的相互作用 55
1.5 光与物质的相互作用 57
1.5.1 散射 58
1.5.2 吸收与衰减 60
1.5.3 吸收体的物理效应 62
参考文献 63
第2章 材料的物理性能 64
2.1 材料的电性质 64
2.1.1 材料的导电性能 64
2.1.2 固体材料能带结构 66
2.1.3 金属的电阻 68
2.1.4 半导体 69
2.1.5 绝缘体 78
2.1.6 超导体 84
2.2 材料的磁性质 86
2.2.1 基本概念 86
2.2.2 物质的各类磁性 88
2.2.3 磁性材料 89
2.3 材料的热性质 90
2.3.1 热容 90
2.3.2 热膨胀 92
2.3.3 热传导 96
2.3.4 热应力 98
2.4 材料的光学性质 98
2.4.1 基本概念 98
2.4.2 金属的光学性质 100
2.4.3 非金属的光学性质 101
2.4.4 其他光学现象 107
参考文献 110
第3章 现代材料的分析测试方法 111
3.1 红外吸收光谱 111
3.1.1 概述 111
3.1.2 基本原理 111
3.1.3 红外光谱的分区 112
3.1.4 影响官能团特征振动频率的因素 114
3.1.5 红外光谱仪器 115
3.1.6 样品的制备 116
3.1.7 红外光谱的解析 116
3.1.8 红外光谱的应用 117
3.2 紫外可见吸收光谱 117
3.2.1 紫外可见光谱仪 118
3.2.2 基本原理 118
3.2.3 谱图的解析 122
3.2.4 紫外可见吸收的应用 123
3.3 荧光光谱 124
3.3.1 基本原理 124
3.3.2 荧光仪器 125
3.3.3 对荧光光谱和荧光强度的影响因素 127
3.3.4 荧光分析法 130
3.3.5 荧光表征 130
3.4 X射线衍射分析 131
3.4.1 X射线仪器的结构 131
3.4.2 原理 132
3.4.3 X射线衍射的基本方法 132
3.4.4 应用 133
3.5 扫描电子显微镜 135
3.5.1 扫描电镜成像的物理信号 135
3.5.2 扫描电子显微镜的结构和工作原理 137
3.5.3 扫描电子显微镜的主要性能 138
3.5.4 样品制备 139
3.5.5 扫描电子显微镜图像衬度 140
3.5.6 常用扫描电子显微镜介绍 141
3.6 透射电子显微镜 144
3.6.1 概述 144
3.6.2 电子与样品的相互作用 145
3.6.3 样品制备方法 146
3.6.4 透射电镜的构造与工作原理 147
3.6.5 选区电子衍射分析 150
3.6.6 电子衍射谱的特征与分析 150
3.6.7 TEM显微图像衬度分析 151
3.7 热分析 153
3.7.1 差热分析和差示扫描量热法 154
3.7.2 热重分析 159
3.7.3 综合热分析 162
参考文献 163
第4章 光电信息材料 164
4.1 概述 164
4.1.1 定义及制备方法 164
4.1.2 发展概况及最新研究成果 165
4.1.3 分类 167
4.2 光致变色材料 167
4.2.1 概述 167
4.2.2 有机光致变色材料 168
4.2.3 高分子光致变色材料 170
4.2.4 在特殊环境中的光致变色 172
4.2.5 光致变色材料的应用 173
4.3 电致变色材料 174
4.3.1 概述 174
4.3.2 基础参数 175
4.3.3 共轭高分子电致变色的形成机制 176
4.3.4 电致变色材料的应用 177
4.3.5 光致变色与电致变色双功能材料 179
4.4 光电转换材料 181
4.4.1 概述 181
4.4.2 光电发射材料 181
4.4.3 光导材料 182
4.4.4 光伏材料 182
4.4.5 光子牵引材料 182
4.5 非线性光学材料 183
4.5.1 概述 183
4.5.2 无机非线性光学材料 183
4.5.3 有机非线性光学材料 185
4.5.4 无机－有机杂化非线性光学材料 187
4.5.5 非线性光学材料的应用 187
4.6 光折变材料 188
4.6.1 概述 188
4.6.2 分类 188
4.6.3 高分子光折变材料的必要组分及性能表征 189
4.6.4 高分子光折变材料 189
4.6.5 其他光折变材料 191
4.6.6 光折变材料的应用 192
4.7 激光材料 193
4.7.1 概述 193
4.7.2 激光形成的条件 194
4.7.3 激光晶体 195
4.7.4 激光器 196
4.7.5 激光材料的应用 197
4.8 光存储材料 197
4.8.1 概述 197
4.8.2 分类 198
4.8.3 光存储原理和类型 198
4.8.4 可擦重写光致变色光存储 200
4.8.5 双光子三维光存储 200
4.8.6 光存储材料发展前景 201
4.9 纳米光电子器件 201
4.10 其他 203
参考文献 203
第5章 能源材料 204
5.1 洁净煤技术及材料 205
5.1.1 洁净煤生产加工技术 205
5.1.2 高效洁净转化技术 205
5.1.3 高效洁净燃烧技术 205
5.1.4 烟气脱硫技术 205
5.2 核能与核能材料 206
5.2.1 核能利用 206
5.2.2 核材料及性能 207
5.2.3 我国核能材料技术的现状和发展趋势 212
5.3 风能及风能材料 213
5.3.1 风能的利用 213
5.3.2 风能材料 213
5.3.3 风能发展的经验 216
5.4 生物质能 217
5.4.1 生物质能利用 217
5.4.2 生物质能源开发利用的主要类型 217
5.4.3 生物质燃料利用的展望 218
5.5 能量转换材料 219
5.5.1 太阳光电池材料 219
5.5.2 太阳光吸收发热材料 228
5.5.3 热电材料 229
5.6 储能材料 231
5.6.1 相变储热材料 231
5.6.2 氢能与储氢材料 234
5.6.3 风能和太阳能的储能电池材料 238
5.6.4 高温超导材料 242
5.6.5 燃料电池 243
5.7 其他能源材料 248
5.7.1 可燃冰 248
5.7.2 地热能 248
参考文献 250
第6章 生物材料 251
6.1 概述 251
6.1.1 生物医用材料的定义 253
6.1.2 发展概况 254
6.1.3 生物医用材料的分类 254
6.1.4 生物医用材料性能要求 256
6.1.5 生物医用材料的设计 258
6.1.6 生物医用材料的研究进展 259
6.2 生物医用金属材料 262
6.2.1 医用不锈钢 262
6.2.2 医用钴基合金 264
6.2.3 钛及钛基合金 264
6.2.4 医用贵金属 265
6.2.5 钛镍形状记忆合金 266
6.3 生物医用无机非金属材料 267
6.3.1 惰性无机非金属生物医用材料 267
6.3.2 表面活性无机非金属生物医用材料 270
6.3.3 可吸收无机非金属生物医用材料 273
6.4 生物医用高分子材料 274
6.4.1 天然高分子生物医用材料 275
6.4.2 不可降解型合成高分子生物医用材料 279
6.4.3 可降解型合成生物医用高分子材料 283
6.5 生物医用复合材料 288
6.5.1 金属基生物医用复合材料 289
6.5.2 无机非金属基生物医用复合材料 290
6.5.3 高分子基生物医用复合材料 292
6.6 生物医用材料的表面改性 295
6.7 纳米生物医药材料 297
6.7.1 无机纳米生物材料 297
6.7.2 高分子纳米生物医药材料 299
6.7.3 纳米生物复合材料 299
6.7.4 其他 299
参考文献 300