第1章 材料科学与工程综论 1
1.1材料及其分类 1
1.2材料一人类社会进步的里程碑 1
1.3先进材料人类社会现代化的基础和先导 6
1.3.1电子技术的发展 6
1.3.2光纤通信的诞生 7
1.3.3航空航天技术的进步 8
1.4材料科学与工程学科的形成与内涵 9
1.5材料组成、制备、结构、性能与使用效能之间的关系 11
1.6材料的应用 12
思考题 12
参考文献 13
第2章 金属材料 14
2.1概述 14
2.1.1金属材料的分类 15
2.1.2金属材料的性能 16
2.1.3金属的性能与金属键 17
2.2钢铁材料 18
2.2.1钢铁材料概述 18
2.2.2先进钢铁材料需求 19
2.2.3钢铁材料发展前景 20
2.3有色金属材料 20
2.3.1有色金属种类 20
2.3.2铝合金 21
2.3.3镁合金 22
2.3.4铜及铜合金 24
2.4新型金属结构材料 25
2.4.1超级钢 25
2.4.2超细晶钢 26
2.4.3微合金化高强度钢 26
2.4.4轻质高温钛合金 27
2.4.5金属间化合物高温材料 30
2.4.6高温合金 33
2.4.7超塑性合金 35
2.4.8泡沫金属材料 37
2.4.9非晶合金 38
思考题 40
参考文献 41
第3章 无机非金属材料 42
3.1水泥 42
3.1.1水泥的分类与性能指标 42
3.1.2常用的水泥品种 43
3.1.3特种水泥 44
3.2玻璃 46
3.2.1玻璃的性能 47
3.2.2玻璃的分类 47
3.2.3常见玻璃的品种 48
3.3陶瓷 49
3.3.1陶瓷材料分类 49
3.3.2陶瓷材料性能特点 50
3.3.3氧化铝陶瓷 50
3.3.4氧化锆陶瓷 52
3.3.5氮化硅陶瓷 53
3.3.6赛隆陶瓷 55
3.3.7氮化硼陶瓷 56
3.3.8碳化硅陶瓷 56
3.3.9碳化硼陶瓷 59
3.4耐火材料 59
3.4.1概述 59
3.4.2硅酸铝及刚玉质耐火材料 60
3.4.3硅酸铝及刚玉质耐火材料 62
3.4.4氧化镁—氧化钙系耐火材料 62
3.4.5尖晶石耐火材料 63
3.4.6含碳耐火材料 63
3.4.7不定形耐火材料 64
思考题 65
参考文献 65
第4章 高分子材料 66
4.1概述 66
4.1.1合成高分子材料的诞生与发展 66
4.1.2高分子材料的分类 68
4.2塑料 71
4.2.1塑料的特性和分类 71
4.2.2塑料制品的主要组分及其作用 72
4.2.3塑料的用途 77
4.3橡胶 77
4.3.1橡胶的特性和分类 77
4.3.2主要的橡胶配合剂及其特性 79
4.4有机纤维 82
4.4.1纤维的特性及分类 82
4.4.2合成纤维纺丝工艺过程简介 84
4.4.3合成纤维的应用 84
4.5高分子黏合剂及涂料 84
4.5.1黏合剂 84
4.5.2涂料 86
4.6功能高分子 88
4.6.1功能高分子分类 88
4.6.2重要功能高分子述略 89
思考题 95
参考文献 96
第5章 复合材料 97
5.1概述 97
5.1.1复合的目的 97
5.1.2复合材料的定义 97
5.1.3复合材料的分类 98
5.1.4复合材料的命名 98
5.1.5复合材料的性能特点 99
5.1.6复合材料的制备方法 100
5.2增强材料 100
5.2.1玻璃纤维 100
5.2.2碳纤维 100
5.2.3 硼纤维 101
5.2.4碳化硅纤维 101
5.2.5无机类晶须 101
5.2.6芳香族聚酰胺纤维 101
5.2.7石棉纤维 102
5.3金属基复合材料 103
5.3.1概述 103
5.3.2金属基复合材料性能 103
5.3.3铝基复合材料 104
5.3.4镁基复合材料 105
5.3.5耐高温金属基复合材料 106
5.3.6其他金属基复合材料 106
5.4无机非金属基复合材料 107
5.4.1陶瓷基复合材料及其应用 107
5.4.2水泥基复合材料及其应用 108
5.5聚合物基复合材料 108
5.6碳/碳复合材料 110
思考题 110
参考文献 111
第6章 半导体和电介质材料 112
6.1半导体材料 112
6.1.1能带理论 112
6.1.2半导体材料 113
6.2铁电、压电、热释电和介电材料 117
6.2.1铁电材料 117
6.2.2压电材料 118
6.2.3热释电材料 119
6.2.4介电材料 119
6.2.5铁电、压电和介电材料的应用 120
思考题 123
参考文献 123
第7章 磁性材料 125
7.1物质磁性的来源及其基本分类 125
7.1.1抗磁性 126
7.1.2顺磁性 126
7.1.3铁磁性 126
7.1.4反铁磁性 128
7.1.5亚铁磁性 129
7.2强磁性物质及其应用 129
7.2.1软磁材料的种类、性能和应用 130
7.2.2永磁材料的种类、性能和应用 132
7.2.3磁记录材料的种类、性能和应用 135
7.2.4其他磁相关应用中的新型功能材料 138
思考题 142
参考文献 142
第8章 超导材料 144
8.1超导材料的发展历史 144
8.2高温超导体及进展 145
8.3超导体特性 147
8.4超导分类 149
8.5超导材料的应用 150
思考题 153
参考文献 153
第9章 新能源材料 156
9.1概述 156
9.1.1新能源材料的作用 156
9.1.2面临的难题 156
9.2新型二次电池 157
9.2.1概述 157
9.2.2 Ni/MH镍氢电池 158
9.2.3锂离子电池 161
9.3燃料电池 168
9.3.1概述 168
9.3.2燃料电池的特点 169
9.3.3燃料电池的分类 169
9.3.4固体氧化物燃料电池 174
9.3.5中温固体氧化物燃料电池 175
9.3.6燃料电池的应用前景 181
9.4太阳能电池 181
9.4.1光生伏特效应 181
9.4.2硅基太阳能电池 183
9.4.3化合物薄膜太阳能电池 184
9.4.4染料敏化纳米晶太阳能电池 185
9.4.5有机太阳能电池 186
思考题 186
参考文献 187
第10章 生物材料 188
10.1概述 188
10.1.1生物材料的分类 188
10.1.2生物材料的性能 190
10.1.3生物材料的发展趋势 193
10.2硬组织相容性材料 194
10.2.1医用金属材料 194
10.2.2生物陶瓷材料 199
10.3软组织相容性材料 203
10.3.1人工皮肤 203
10.3.2人工晶体 205
10.4血液相容性材料 207
10.4.1人工心脏 208
10.4.2人工心脏瓣膜 209
10.4.3人工肾脏 210
10.5生物降解材料 211
10.5.1生物降解支架 212
10.5.2纳米药物载体 213
思考题 217
参考文献 217
第11章 环境净化材料 219
11.1概述 219
11.2大气污染净化材料 219
11.2.1吸收材料 220
11.2.2吸附材料 222
11.2.3催化材料 226
11.3水污染净化材料 227
11.3.1沉淀分离材料 228
11.3.2中和材料 231
11.3.3氧化还原材料 231
11.3.4膜分离材料 233
11.3.5离子交换树脂 234
11.4噪声污染控制材料 235
11.4.1吸声材料 236
11.4.2隔声材料 239
11.4.3消声材料 241
11.4.4阻尼降噪材料 241
11.5电磁波屏蔽和吸收材料 243
11.5.1电磁波屏蔽材料 243
11.5.2电磁波吸收材料 245
思考题 248
参考文献 248
第12章 机敏材料 250
12.1概述 250
12.2形状记忆材料 250
12.2.1形状记忆合金 250
12.2.2形状记忆陶瓷 259
12.2.3形状记忆聚合物 261
12.3压电材料 266
12.3.1压电晶体材料 266
12.3.2压电陶瓷材料 268
12.3.3压电聚合物和压电复合材料 270
12.3.4压电材料的应用 270
12.4电/磁流变液材料 272
12.4.1电/磁流变液简介 272
12.4.2电流变液 273
12.4.3磁流变液与电磁流变液 275
12.4.4电/磁流变液材料的应用 276
12.5磁致伸缩材料 277
12.5.1磁致伸缩材料简介 277
12.5.2磁致伸缩材料的种类 279
12.5.3磁致伸缩材料的应用 279
12.6光纤材料 280
12.6.1光纤材料简介 281
12.6.2光纤材料的制备 282
12.6.3光纤材料的应用 283
思考题 283
参考文献 284
第13章 超高温材料 285
13.1超高温环境与材料 285
13.1.1超高温环境 285
13.1.2超高材料 286
13.2典型超高温材料 290
13.2.1难熔金属及其合金 290
13.2.2超高温陶瓷基复合材料 293
13.2.3改性的C/C复合材料 296
13.3热防护材料 301
13.3.1金属热防护材料 301
13.3.2轻质隔热材料 302
13.3.3热障涂层材料 302
13.3.4热防护梯度功能材料 305
思考题 309
参考文献 309
第14章 纳米材料 311
14.1引言 311
14.2纳米材料的发展与研究史 312
14.3与“纳米”有关的基本概念 313
14.3.1纳米 313
14.3.2纳米物质 314
14.3.3纳米结构 315
14.3.4纳米科技 316
14.4纳米材料的特异效应 316
14.4.1量子尺寸效应 316
14.4.2小尺寸效应 317
14.4.3表面效应 317
14.4.4宏观量子隧道效应 317
14.4.5介电限域效应 318
14.5纳米材料的制备方法 318
14.5.1物理法 318
14.5.2化学方法 318
14.6纳米材料的应用 319
14.6.1纳米陶瓷 319
14.6.2碳纳米管 320
14.6.3纳米晶金属块体材料 320
14.6.4电子学纳米器件 320
14.6.5纳米隐身材料 321
14.6.6爱清洁的纳米材料 322
14.6.7运送药物的“纳米导弹” 322
14.6.8纳米探针 322
14.6.9扫描隧道显微镜及其应用 323
14.6.10纳米加工技术 324
14.6.11利用纳米技术控制蛋白质性质 325
14.6.12纳米刀 325
14.6.13金纳米颗粒 326
14.6.14纳米石墨烯 326
14.7纳米科技的国际竞争态势 327
14.7.1美国 327
14.7.2日本 328
14.7.3欧洲诸国 328
14.7.4我国纳米技术的基本态势 329
14.8纳米科技的崛起原因与发展前景 329
14.8.1纳米科技的崛起原因 329
14.8.2纳米科技的发展前景 330
思考题 330
参考文献 330