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1、 讲授内容：讲授内容：绪论绪论第一章第一章 晶体结构基础晶体结构基础其次章其次章 凝合态材料简介凝合态材料简介第三章第三章 磁性材料磁性材料第四章第四章 半导体材料半导体材料第五章第五章 光功能材料光功能材料第六章第六章 功能陶瓷功能陶瓷第七章第七章 能量转换材料能量转换材料第八章第八章 功能高分子材料功能高分子材料第九章第九章 特殊功能合金特殊功能合金（膨胀合金、储氢合金（膨胀合金、储氢合金、形态记忆合金）、形态记忆合金）第十章第十章 薄膜功能材料薄膜功能材料第十一章第十一章 电阻及导电电阻及导电 材料材料 还有化学功能材料如还有化学功能材料如高分子试剂、催化剂，高高分子试剂、催化剂，高分子
2、药物，生物医学材料分子药物，生物医学材料不讲不讲 重点前八章 概概 论论一、材料及材料发展简史一、材料及材料发展简史1、材料、材料 材料是人类赖以生存和国民经济发展的物质基础。材料、信息、能源被公认为现代文明的三大支柱。80年头，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术的重要标记。什么是材料？材料是人类用于制造物品、器件、机器或其他产品的物质。材料技术是探讨材料的制备、结构、性能、功效及其相互关系的技术。当代每一项重大技术的出现都依靠于新材料的发展。例如：半导体材料的发觉和发展导致了微电子工业、大规模集成电路、高速运算计算机等的出现；高温材料及高性能结构材料的出现使航空航天技术快速发展；低损
3、耗光导纤维使当今你蓬勃发展的光纤通信得以实现；等等。材料科学是物理、化学、冶金学、金属学、陶瓷学、医学、生物学及计算科学等多学科交叉融合的结果。材料技术的基本原理植根于凝合态物理、物理化学和合成化学。物理学及物理技术为材料科学供应了强有力的理论和试验探讨手段，材料的组织、结构及性能的探讨都离不开物理学。2、材料的发展史、材料的发展史 人类发展的历史证明，材料的发展导致时代变迁。人类的历史曾以运用的主要材料来划分，如石器时代、铜器时代和铁器时代等。早在100万年前，人类起先运用石头做工具，使人类进入旧石器时代。大约1万年前，人类能对石头进行加工，使石头成为精制的器皿和工具，从而进入新石器时代。在
4、新石器时代，人类起先用毛皮遮身。8000年前，中国起先用蚕丝做衣服。4500年前，印度人起先种植棉花，这些都标记着人类运用材料促进人类文明进步。此外，人类还运用竹、木、骨等原始自然材料，不经或稍许加工而制成工具或用具。这是材料发展的初始阶段，其特点是人类单纯选用自然材料。人类还处于新石器时代，就已经独创了粘土成型，在火烧固化而得到陶器，用作器皿或装饰品。陶器的出现，是对人类文明的一大促进。在烧制陶器的过程中，又偶然发觉了铜和锡，事实上是铜和锡的氧化物在高温下被碳还原的产物，进而生产精彩泽明丽且能浇铸的青铜，使人类进入青铜时代。这是人类较大量运用金属的起先。希腊、印度、埃及和中国都在公元前300
5、0年左右进入青铜时代。中国在商周处于青铜时代的鼎盛时期，湖北隋县出土的编钟、西安青铜马车都反映当时中国冶金技术水平和超群的制造工艺。公元前13-14世纪，人类起先运用铁。3000年前的铁器比青铜器更为普遍，人类起先进入铁器时代。到春秋末期，中国的生铁技术遥遥领先于其他国家。如生铁退火而制成的韧性铸铁以及生铁炼钢技术独创，促进了当时生产力的大发展，对农业、水利和军事的发展起到了极大的作用，推动了世界的文明与进步。18、19世纪蒸汽机、电动机的独创对金属材料提出了更高的要求，同时对钢铁冶金技术产生了更大的推动作用。炼钢技术大大促进了机械制造、交通铁路及纺织业的发展。随之，各种特殊钢如高速钢、硅钢及
6、不锈钢相继问世，铜、铝业得到大量应用，其他金属和合金也都出现，从而使金属材料在20世纪占据了主导地位。铜、铁和其他合金的发觉与应用是材料发展的其次阶段。在这一阶段，金属（主要是铁和钢）确立了工业材料的确定权威。这个阶段的特点是人类从自然界提取有用的材料。一、材料分类一、材料分类 功能材料功能材料 从材料来源上看，材料可分为自然材料和合成材料。人类为了生存发展，一方面从大自然中干脆获得自然材料。自然材料选择自然有形物质干脆或进行简洁加工改造的材料，如沙石、木材、石材、自然纤维、自然橡胶等等。另一方面，要合成新的材料供生产生活须要。合成材料通过化学或物理手段，利用化学原料制取不能从自然界干脆得到的
7、新型材料。如合金、玻璃、陶瓷、合成高分子等。从功能上看，材料可以分为结构材料和功能材料。结构材料通常指具有力学承载功能的材料。体积较大，常被称为第一代材料。如建筑材料、机械制造材料，用于制造工具、机器、车辆，修建房屋、桥梁、道路等。另一类材料是功能材料。功能材料的概念最早由美国的Morton与1965年提出。功能材料指具有光、电、磁、声、热、化学、生物等特定功能和性质的材料。用于非承载目的，涉及面很广。如电阻及导电材料、磁性材料、介电材料、发光材料、光电材料、电极材料、压电材料、声光材料、电光材料、磁光材料、超导材料、智能材料、仿生材料等。利用他们可以制造具有记录、储存、信息传输等功能元器件，
8、在电子、激光、光电、通信、生物医学等很多新技术领域有广泛应用。现代高新技术的发展如微电子、激光、光电、能源、计算机、信息等技术的兴起，猛烈地刺激着现代功能材料的发展。三、功能材料的特征和分类三、功能材料的特征和分类 功能材料的范围还没有严格的界限。一般认为功能材料的特征如下：1、用于非结构目的，是现代材料中比较高级的材料。、用于非结构目的，是现代材料中比较高级的材料。它解除了用于结构目的的一般结构材料和高级结构材料（如高温合金、结构陶瓷等），也解除了像一般玻璃、一般塑料、耐火砖之类的一般非力学性能的一般材料，但包含了弹性材料那样属于力学性能（非承载功能）的非结构材料。2、结构材料常以材料形式为
9、最终产品，功能材料常、结构材料常以材料形式为最终产品，功能材料常以元件形式为最终产品，即材料以元件形式为最终产品，即材料-元件一体化。元件一体化。结构材料的功能常与宏观物体的运动联系。功能材料的功能常与物体的微观运动联系。功能材料的制备技术不同于结构材料，而接受很多先进新工艺和新技术如超净、超纯、薄膜化、集成化、微型化、智能化以及精细限制和检测技术。功能材料元件体积小，如传感器件、电子器件等。现代社会对研制新一代材料提出了结构和功能相结合的要求。即材料不仅能作为结构材料运用，而且具有特殊功能或多种功能。同一构件、设备、器件可能是结构材料和功能材料的结合。如航天航空器既有特殊结构材料，又有特殊的
10、功能材料。分类：分类：很难有统一的相识，常见的分类方法有：1、按材料的物理化学属性（化学键、成分、按材料的物理化学属性（化学键、成分）：无机功能材料有机功能材料复合功能材料（高分子基、金属基、陶瓷基复合材料）金属功能材料无机非金属功能材料（玻璃、陶瓷）2、按物理性质或功能：、按物理性质或功能：磁性、电性、光学、力学、声学、化学、生物医学、核功能材料及功能转换材料等。进一步细分：如光学功能材料包括非线性光学材料、发光材料、红外材料、感光材料、激光材料等。功能转换材料包括压电材料、光电材料、热电材料、磁光材料、电光材料、声光材料、磁致伸缩材料等。3、按服役技术领域：、按服役技术领域：仪表材料，传感
11、材料、电子材料，电工材料、信息材料，核材料，能源材料，隐身材料，航天航空材料、生物医学材料等等。还可以细分：如信息材料可以分为信息检测与获得材料、信息传输材料、信息存储材料、信息处理材料等。传感材料包括气敏、湿敏、光敏、压敏、磁电阻材料等。4、按聚集态：、按聚集态：气态、液态、固态、液晶态、混合态功能材料。细分：固态分为晶态（单晶、多晶）、非晶、准晶，或单相、多相、复合材料。5、按材料形态、按材料形态：体积、膜、纤维、颗粒功能材料6、按维度、按维度 三维、二维、一维、零维功能材料。三维材料即固态材料，二维、一维、零维材料称为低维材料。二维材料指超薄膜、量子阱、超晶格材料，一维材料指直径微小的纤
12、维、高分子、纳米线、纳米管等，零维材料指原子团簇、纳米颗粒、量子点材料。系统设计，选择与服务目标相适应的材料，“量体裁衣”2、创制新材料，依据性能再开发利用、创制新材料，依据性能再开发利用 无预先设定或意向性，从基础探讨范畴，发觉和探讨材料的性能，在做相应的开发应用 例：目前纳米材料的探讨，起先是发觉和探讨其各种特殊性能，没有明确的应用目标。如小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应等。依据这些性能，研发出各种功能材料，如光催化剂，纳米电子功能器件，特种陶瓷，特种磁性材料等等1、依据要求进行材料的定制设计、依据要求进行材料的定制设计四、功能材料的开发途径四、功能材料的开发途径五、功能材料学科探讨内容
13、五、功能材料学科探讨内容 1、探讨功能材料的设计、合成、制备、提纯、改性等工艺。2、探讨功能材料的物理与化学组成、结构。3、探讨功能材料的性能及应用开发。4、功能材料的结构表征与性能测试试验技术。六、功能材料的发展趋势六、功能材料的发展趋势 1、开发极端条件下的高性能功能材料。极端条件指超高压、超高温、超低温、强腐蚀、高真空、强激光、高辐照等。2、从单一功能向多功能或综合功能方向发展，从低级功能（如单一物理功能）向高级功能（如人工智能、生物功能和生命功能等）方向发展。3、功能材料和器件一体化、高集成化、超微型化等。4、功能材料结构化，结构材料功能化，两者兼容。5、发展功能材料新概念和新工艺。新概念如梯度化、低维化（纳米、团簇、纳米薄膜）、智能化、分子组装等，新工艺如激光加工、微纳加工、离子注入、分子束外延等。6、扩展功能材料的应用范围，尤其是尖端技术与民用高技术领域中的应用。