材料科学基础 顾宜版 第一章绪论.

1、材料科学基础材料科学基础XX学院XX班主讲教师：XXXTel: XXXE-mail: XXX绪绪 论论n0.1 什么是材料？什么是材料？q 材料与人类文明材料与人类文明材料的重要性材料的重要性q 什么是材料科学与工程？什么是材料科学与工程？n0.2 材料的分类材料的分类 n0.3 组成组成-结构结构-工艺过程工艺过程-性质之间的关系性质之间的关系 教学目标教学目标n了解材料的定义、分类与发展简史（现状与趋势）。n掌握材料科学与工程的四要素及其相互之间的逻辑关系。n了解本课程及其学习方法。0.1 什么是材料？什么是材料？世界万物，凡于我有世界万物，凡于我有用用者，皆谓之材料者，皆谓之材料(Mat

2、erials)。材料是具有一定。材料是具有一定性能性能，可以用来，可以用来制作制作器件、构件、工具、装置等物品的物质。材料存器件、构件、工具、装置等物品的物质。材料存在于我们的周围，与我们的生活、我们的生命息在于我们的周围，与我们的生活、我们的生命息息相关。息相关。原料原料（Raw Materials）与材料与材料n原料一般不是为获得产品，而是生产材料，由原料到材料的过程往往伴随化学变化。n材料的特点往往是为获得产品，一般从材料到产品的转变过程不发生化学变化。材料与物质材料与物质（Matter）n材料可由一种或多种物质组成。n同一物质由于制备方法或加工方法不同可以得到用途各异、类型不同的材料。

3、n材料科学侧重于工程学（工科），物质科学侧重于基础科学（理科）。概念区别概念区别材料与人类文明材料与人类文明材料是科学技术发展和社会进步的物质基础，是材料是科学技术发展和社会进步的物质基础，是人类文明进步的标志。人类文明进步的标志。在历史上，人们将石器、青铜器、铁器等当时的在历史上，人们将石器、青铜器、铁器等当时的主导材料作为标志，称当时所处的时代分别为主导材料作为标志，称当时所处的时代分别为石器石器时代时代、青铜器时代青铜器时代和和铁器时代铁器时代。在近代，材料的种类及其繁多，各种在近代，材料的种类及其繁多，各种新材料新材料不断不断涌现，很难用一种材料来代表当今时代的特征。涌现，很难用一种材

4、料来代表当今时代的特征。中国古代许多宝刀、宝剑都是采用独特的加工方法制成的。三国时中国古代许多宝刀、宝剑都是采用独特的加工方法制成的。三国时期曹操有期曹操有“百炼利器百炼利器”五把。孙权有三把宝刀，其中有一把也命名五把。孙权有三把宝刀，其中有一把也命名为为“百炼百炼”。刘备令蒲元造宝刀五千把，上刻有刘备令蒲元造宝刀五千把，上刻有“七十二炼七十二炼”。 第一次工业革命（蒸汽时代）第一次工业革命（蒸汽时代）的突破口是推广的突破口是推广应用蒸汽机应用蒸汽机 ，但只有在开发了，但只有在开发了铁铁和和铜铜等新材料以后，等新材料以后，蒸汽机才得以使用并逐步推广。蒸汽机才得以使用并逐步推广。 第二次工业革命

5、（电气时代）第二次工业革命（电气时代）一直延续到一直延续到20世世纪中叶，以石油开发和新能源广泛使用为突破口，纪中叶，以石油开发和新能源广泛使用为突破口，大力发展飞机、汽车和其他工业，支持这个时期产大力发展飞机、汽车和其他工业，支持这个时期产业革命的仍然是新材料开发。如业革命的仍然是新材料开发。如合金钢、铝合金以合金钢、铝合金以及各种非金属材料及各种非金属材料的发展。的发展。 n材料是当代文明的材料是当代文明的三大支柱三大支柱之一之一材料材料、能源、信息、能源、信息是当代社会文明和国民经是当代社会文明和国民经济的三大支柱，是人类社会进步和科学技术发展济的三大支柱，是人类社会进步和科学技术发展的

6、物质基础和技术先导。的物质基础和技术先导。n 材料是全球新技术革命的材料是全球新技术革命的四大标志四大标志之一（之一（新新材料技术材料技术、新能源技术、信息技术、新能源技术、信息技术、生物技生物技术术）。）。第三次工业革命第三次工业革命1、石墨烯、石墨烯 n突破性：突破性：非同寻常的导电性能、极低的电阻率极低和极快的电子迁移的速度、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性。 n发展趋势：发展趋势：2010年诺贝尔物理学奖造就近年技术和资本市场石墨烯炙手可热，未来5年将在光电显示、半导体、触摸屏、电子器件、储能电池、显示器、传感器、半导体、航天、军工、复合材料、生物医药等领域将爆发式增长。 未来最具潜

7、力的新材料未来最具潜力的新材料 英国曼彻斯特大学科学家安德烈海姆2、碳纳米管、碳纳米管 n突破性突破性：高电导率、高热导率、高弹性模量、高抗拉强度等。发展趋势发展趋势：功能器件的电极、催化剂载体、传感器等。 3、3D打印材料打印材料 n突破性：突破性：改变传统工业的加工方法，可快速实现复杂结构的成型等。 n发展趋势：发展趋势：革命性成型方法，在复杂结构成型和快速加工成型领域，有很大前景。 n主要研究机构（公司）：主要研究机构（公司）：Object公司，3DSystems公司，Stratasys公司，华曙高科等。 4、气凝胶、气凝胶 n突破性：突破性：高孔隙率、质轻、低热导率，隔热保温特性优异。

8、发展趋势：发展趋势：极具潜力的新材料，在节能环保、保温隔热电子电器、建筑等领域有巨大潜力。 5、非晶合金、非晶合金 n突破性：突破性：高强韧性、优良的导磁性和低的磁损耗、优异的液态流动性。 n发展趋势：发展趋势：在高频低损耗变压器、移动终端设备的结构件等。 6、泡沫金属、泡沫金属 n突破性：突破性： 重量轻、密度低、孔隙率高、比表面积大。 n发展趋势：发展趋势： 具有导电性，可替代无机非金属材料不能导电的应用领域；在隔音降噪领域具有巨大潜力。 7、离子液体、离子液体 n突破性：突破性：具有高热稳定性，宽液态温度范围，可调的酸碱性、极性、配位能力（“可设性”），易于与其他物质分离（循环利用率高）

9、，良好的导电性等。 n发展趋势：发展趋势：在绿色化工领域，以及生物和催化领域具有广阔的应用前景。 8、超材料、超材料 n突破性：突破性：具有常规材料不具有的物理特性，如负磁导率、负介电常数等。 n发展趋势：发展趋势： 改变传统根据材料的性质进行加工的理念，未来可根据需要来设计材料的特性，潜力无限、革命性。 9、超导材料、超导材料 n突破性：突破性：超导状态下，材料零电阻，电流不损耗，材料在磁场中表现抗磁性等。 n发展趋势：发展趋势：未来如突破高温超导技术，有望解决电力传输损耗、电子器件发热等难题，以及绿色新型传输磁悬技术。 10、形状记忆合金、形状记忆合金 n突破性：突破性：预成型后，在受外界

10、条件强制变形后，再经一定条件处理，恢复为原来形状，实现材料的变形可逆性设计和应用。 n发展趋势：发展趋势： 在空间技术、医疗器械、机械电子设备等领域潜力巨大。 什么是材料科学与工程？什么是材料科学与工程？ 材料科学与工程是一门以固体材料为研究对象，以固体材料科学与工程是一门以固体材料为研究对象，以固体物理、热力学、动力学、量子力学、冶金、化学化工为理论物理、热力学、动力学、量子力学、冶金、化学化工为理论基础的边缘交叉的应用基础学科，它运用电子显微镜、基础的边缘交叉的应用基础学科，它运用电子显微镜、X-射射线衍射、热谱、电子离子探针等各种精密仪器和技术，探讨线衍射、热谱、电子离子探针等各种精密仪

11、器和技术，探讨材料的组成、结构、制备工艺和加工使用过程与其机械、物材料的组成、结构、制备工艺和加工使用过程与其机械、物理、化学性能之间的规律，是研究材料共性的一门学科。理、化学性能之间的规律，是研究材料共性的一门学科。 概念区别概念区别n科学是研究科学是研究“为什么为什么”的学问，而工程是解决的学问，而工程是解决“怎么做怎么做”的学问。材料科学的基础理论，为材料的学问。材料科学的基础理论，为材料工程指明方向，为更好地选择、使用材料，发挥工程指明方向，为更好地选择、使用材料，发挥材料的潜力、发展新材料提供理论基础。材料的潜力、发展新材料提供理论基础。 n材料科学和材料工程之间的区别主要在于材料科

12、学和材料工程之间的区别主要在于着眼点着眼点的不同或者说各自强调的中心不同，它们之间并的不同或者说各自强调的中心不同，它们之间并没有一条明确的界线，因此，后来人们常常将二没有一条明确的界线，因此，后来人们常常将二者放在一起，采用一个复合名词材料科学与工者放在一起，采用一个复合名词材料科学与工程（程（Materials Science and EngineeringMaterials Science and Engineering）材料科学与材料工程材料科学与材料工程n0.2.1 按化学组成分类（重点）按化学组成分类（重点）n0.2.2 根据材料的性能分类根据材料的性能分类 n0.2.3 按服役的

13、领域来分类按服役的领域来分类 n0.2.4 按结晶状态分类按结晶状态分类n0.2.5 按材料的维度分类按材料的维度分类 0.2 材料的分类材料的分类 0.2.1 按化学组成分类（重点）按化学组成分类（重点）1. 金属材料金属材料2. 高分子材料（聚合物）高分子材料（聚合物）3. 无机非金属材料无机非金属材料4. 复合材料复合材料1. 金属材料金属材料 金属材料是由化学元素周期金属材料是由化学元素周期表中的表中的金属元素金属元素组成的材料。可组成的材料。可分为由一种金属元素构成的分为由一种金属元素构成的单质单质（纯金属）；由两种或两种以上（纯金属）；由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素的

14、金属元素或金属与非金属元素构成的构成的合金合金。合金又可分为固溶。合金又可分为固溶体和金属间化合物体和金属间化合物。 在在103种元素中，除种元素中，除He、Ne、Ar等等6种惰性元素和种惰性元素和C、Si、N等等16种非金属元素外，其余种非金属元素外，其余81种为金属元素。除种为金属元素。除Hg之外，单质金之外，单质金属在属在常温下呈现固体形态，外观不透明，具有特殊的金属光泽及常温下呈现固体形态，外观不透明，具有特殊的金属光泽及良好的导电性和导热性。在力学性质方面，具有较高的强度、刚良好的导电性和导热性。在力学性质方面，具有较高的强度、刚度、延展性及耐冲击性。度、延展性及耐冲击性。 合金是由

15、两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属合金是由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素熔合在一起形成的具有金属特性的新物质。合金的性质与组元素熔合在一起形成的具有金属特性的新物质。合金的性质与组成合金的各个相的性质有关，同时也与这些相在合金中的数量、成合金的各个相的性质有关，同时也与这些相在合金中的数量、形状及分布有关。形状及分布有关。2. 2. 有机高分子材料（高聚物）有机高分子材料（高聚物） 高聚物是由一种或几种简单高聚物是由一种或几种简单低分子化合物经聚合而组成的分低分子化合物经聚合而组成的分子量很大的化合物。高聚物的种子量很大的化合物。高聚物的种类繁多，性能各异，其分类的

16、方类繁多，性能各异，其分类的方法多种多样。按高分子材料法多种多样。按高分子材料来源来源分为分为天然高分子材料天然高分子材料和和合成高分合成高分子材料子材料；按材料的；按材料的性能和用途性能和用途可可将高聚物分为将高聚物分为橡胶橡胶、纤维纤维、塑料塑料和和胶粘剂胶粘剂等。等。 n室温弹性高，即使在很小的外力作用下，也能室温弹性高，即使在很小的外力作用下，也能产生很大的形变（可达产生很大的形变（可达1000%），外力去除后，），外力去除后，能迅速恢复原状。能迅速恢复原状。n其弹性模量小，约其弹性模量小，约105104 Pa。n常用的橡胶有天然橡胶（异戊橡胶）、丁苯橡常用的橡胶有天然橡胶（异戊橡胶）

17、、丁苯橡胶、顺丁橡胶（聚丁二烯）、乙丙橡胶和硅橡胶、顺丁橡胶（聚丁二烯）、乙丙橡胶和硅橡胶等。胶等。橡胶橡胶n弹性模量较大，约弹性模量较大，约1091010 Pa。n受力时，形变不超过百分之二十。受力时，形变不超过百分之二十。n纤维大分子沿轴向作规则排列，其长径比较大，纤维大分子沿轴向作规则排列，其长径比较大，在较广的温度范围（在较广的温度范围（-50150）内，机械性能变）内，机械性能变化不大。化不大。n常用的合成纤维有尼龙、涤纶、晴纶和维尼纶等。常用的合成纤维有尼龙、涤纶、晴纶和维尼纶等。 纤维纤维n弹性模量介于橡胶和纤维之间，约弹性模量介于橡胶和纤维之间，约107108 Pa。n受力形变

18、可从百分之几至百分之几百。受力形变可从百分之几至百分之几百。n有些塑料的形变是可逆的，有些塑料的形变是永久的。根有些塑料的形变是可逆的，有些塑料的形变是永久的。根据塑料受热时行为的不同，分为据塑料受热时行为的不同，分为热塑性热塑性和和热固性热固性塑料两类。塑料两类。n热塑性塑料热塑性塑料：受热时可以软化和塑化，冷却时则凝固成形，：受热时可以软化和塑化，冷却时则凝固成形，再加热又可软化塑化，如聚乙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯等。再加热又可软化塑化，如聚乙烯、聚氯乙烯和聚碳酸酯等。n热固性塑料热固性塑料：受热时软化和塑化，发生化学反应，并固化：受热时软化和塑化，发生化学反应，并固化成型，冷却后不能再加热

19、软化塑化，如环氧塑料、酚醛塑成型，冷却后不能再加热软化塑化，如环氧塑料、酚醛塑料（电木）和脲醛塑料等。料（电木）和脲醛塑料等。 塑料塑料n常温下处于粘流态，当受到外力作用时，会产生永久常温下处于粘流态，当受到外力作用时，会产生永久变形，外力撤去后又不能恢复原状的高聚物。变形，外力撤去后又不能恢复原状的高聚物。n有时把聚合后未加工成型的高聚物称为有时把聚合后未加工成型的高聚物称为树脂树脂，以区分，以区分加工后的塑料或纤维制品，如电木固化前称酚醛树脂，加工后的塑料或纤维制品，如电木固化前称酚醛树脂，涤纶纤维未纺织前称涤纶树脂。涤纶纤维未纺织前称涤纶树脂。胶粘剂胶粘剂3. 无机非金属材料无机非金属材

20、料 无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐等原料和（或）氧化物、氮化物、碳化物、硼盐、锗酸盐等原料和（或）氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备而成的材料。是除金属材料、高分子材料以外所有材料的而成的材料。是除金属材料、高分子材料以外所有材料的总称，与总称，与广义的陶瓷材料广义的陶瓷材料有等同的含义。有等同的含义。 无机非金属材料种类繁多，用途各异，目前还没有统无机非金属材料种类繁多，用途各异，目前还没有统一完善的分类方法。一般将其分为一完善的

21、分类方法。一般将其分为传统的（普通的）传统的（普通的）和和新新型的（先进的）型的（先进的）无机非金属材料两大类。无机非金属材料两大类。 传统的无机非金属材料传统的无机非金属材料n主要是指由主要是指由SiO2及其硅酸盐化合及其硅酸盐化合物为主要成分制成的材料。物为主要成分制成的材料。n包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。料等。n此外，搪瓷、磨料、铸石（辉绿此外，搪瓷、磨料、铸石（辉绿岩、玄武岩等）、碳素材料、非岩、玄武岩等）、碳素材料、非金属矿（石棉、云母、大理石等）金属矿（石棉、云母、大理石等）也属于传统的无机非金属材料。也属于传统的无机非金属材料。新型（或先进）无机

22、非金属材料新型（或先进）无机非金属材料n用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺化物以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。制成的材料。n主要包括先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机主要包括先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机涂层、无机纤维等。涂层、无机纤维等。4. 复合材料复合材料 n复合材料是由两种或两种以上化学成分或组织结构不同的材复合材料是由两种或两种以上化学成分或组织结构不同的材料组合而成。料组合而成。n复合材料是多相材料，主要包括复合材料是多相材料，主要包括基体基体相相和和增强相

23、增强相。基体相是。基体相是一种连续相材料，它把改善性能的增强相材料固结成一体，一种连续相材料，它把改善性能的增强相材料固结成一体，并起传递应力的作用；增强相起承受应力（结构复合材料）并起传递应力的作用；增强相起承受应力（结构复合材料）和显示功能（功能复合材料）的作用。（和显示功能（功能复合材料）的作用。（教材表教材表1-1）n复合材料既能保持原组成材料的重要特色，又通过复合效应复合材料既能保持原组成材料的重要特色，又通过复合效应使各组分的性能互相补充，获得原组分不具备的许多优良性使各组分的性能互相补充，获得原组分不具备的许多优良性能。能。 n按按基体材料基体材料分类：金属基复合材料，陶瓷基复合

24、材分类：金属基复合材料，陶瓷基复合材料，水泥、混凝土基复合材料，塑料基复合材料，料，水泥、混凝土基复合材料，塑料基复合材料，橡胶基复合材料等；橡胶基复合材料等；n按按增强增强体体的维度的维度可分为粒子、纤维及层状复合材料；可分为粒子、纤维及层状复合材料；复合材料的分类复合材料的分类0.2.2 按材料的性能分类按材料的性能分类 根据材料在外场作用下其性质或性能对外场根据材料在外场作用下其性质或性能对外场的响应的不同，材料可分为的响应的不同，材料可分为结构材料结构材料和和功能材料功能材料两大类。两大类。 n指具有抵抗外场作用而保持自己的形状、结构不变的优良指具有抵抗外场作用而保持自己的形状、结构不

25、变的优良力学性能（强度和韧性等），用于力学性能（强度和韧性等），用于结构目的结构目的的材料。的材料。n这种材料通常用来制造工具、机械、车辆和修建房屋、桥这种材料通常用来制造工具、机械、车辆和修建房屋、桥梁、铁路等。梁、铁路等。n主要包括：机械制造材料、建筑材料，包括结构钢、工具主要包括：机械制造材料、建筑材料，包括结构钢、工具钢、铸铁、普通陶瓷、耐火材料、工程塑料等钢、铸铁、普通陶瓷、耐火材料、工程塑料等传统结构材传统结构材料料，以及高温合金、结构陶瓷等，以及高温合金、结构陶瓷等先进结构材料先进结构材料。结构材料结构材料n指具有优良的电学、磁学、光学、热学、声指具有优良的电学、磁学、光学、热学

26、、声学、力学、化学和生物学等功能及其相互转学、力学、化学和生物学等功能及其相互转化的功能，用于化的功能，用于非结构目的非结构目的的高技术材料。的高技术材料。功能材料功能材料0.2.3 按服役的领域来分类按服役的领域来分类 根据材料服役的技术领域可分为根据材料服役的技术领域可分为信信息材料息材料、航空航天材料航空航天材料、能源材料能源材料、生生物医用材料物医用材料等。等。 n信息材料信息材料是指用于信息的探测、传输、显示、运算和处理的是指用于信息的探测、传输、显示、运算和处理的光电信息材料。信息材料主要包括信息的监测和传感（获取）光电信息材料。信息材料主要包括信息的监测和传感（获取）材料、信息的

27、传输材料、信息的存储材料、信息的运算和处材料、信息的传输材料、信息的存储材料、信息的运算和处理材料。理材料。 n航空航天材料航空航天材料主要包括主要包括新型金属材料新型金属材料（如先进铝合金、（如先进铝合金、超高强度钢、高温合金等）、超高强度钢、高温合金等）、烧蚀防热材料烧蚀防热材料和和新型复合新型复合材料材料。此外，还包括一些功能材料，如涂层材料、隔热。此外，还包括一些功能材料，如涂层材料、隔热材料、透明材料、阻尼材料、密封材料、润滑材料、粘材料、透明材料、阻尼材料、密封材料、润滑材料、粘合剂材料等。合剂材料等。n能源材料能源材料是指能源工业和能源技术所使用的材料，按使用是指能源工业和能源技

28、术所使用的材料，按使用目的不同分为新能源材料、节能材料和储氢材料等。新能目的不同分为新能源材料、节能材料和储氢材料等。新能源材料包括核反应堆材料、源材料包括核反应堆材料、太阳能电池太阳能电池；节能材料包括非；节能材料包括非晶体金属磁性材料（用作变压器铁芯的晶体金属磁性材料（用作变压器铁芯的Fe-Mn-B-Si合金）合金）和和超导材料超导材料（Nb-Ti、Nb-Sn巨型磁体用材料）；储氢材料，巨型磁体用材料）；储氢材料，以及以及高比能电池高比能电池（如钠硫电池、锂离子电池）等。（如钠硫电池、锂离子电池）等。n生物医用材料生物医用材料是一类合成物质或天然物质或这些物质的复合，它能作是一类合成物质或

29、天然物质或这些物质的复合，它能作用一个系统的整体或部分，在一定时期内治疗、增强或替换机体的组用一个系统的整体或部分，在一定时期内治疗、增强或替换机体的组织、器官或功能。织、器官或功能。 医用金属及合金医用金属及合金 医用高分子材料：医用高分子材料：合成和天然高分子，已被广泛用于韧带、肌腱、皮肤、合成和天然高分子，已被广泛用于韧带、肌腱、皮肤、血管、角膜、人工脏器、骨和牙等人体软、硬组织及器官的修复和制血管、角膜、人工脏器、骨和牙等人体软、硬组织及器官的修复和制造。造。 医用生物陶瓷：医用生物陶瓷：惰性和活性生物陶瓷、生物玻璃等，如氧化铝瓷、氧化惰性和活性生物陶瓷、生物玻璃等，如氧化铝瓷、氧化锆

30、瓷、生物碳等以及羟基磷灰石、磷酸三钙陶瓷等。锆瓷、生物碳等以及羟基磷灰石、磷酸三钙陶瓷等。 医用复合材料：医用复合材料：表面涂层生物活性人工牙根、人工心脏瓣膜人造血管等。表面涂层生物活性人工牙根、人工心脏瓣膜人造血管等。0.2.4 材料按结晶状态分类材料按结晶状态分类 q单晶材料单晶材料是由一个比较完整的晶粒构成的材料，如单晶是由一个比较完整的晶粒构成的材料，如单晶纤维、单晶硅等；纤维、单晶硅等；q多晶材料多晶材料是由许多晶粒组成的材料，如多晶硅等，其性是由许多晶粒组成的材料，如多晶硅等，其性能与晶粒大小、晶界的性质有密切的关系。能与晶粒大小、晶界的性质有密切的关系。q非晶态材料非晶态材料是由

31、原子或分子排列无明显规律的固体材料，是由原子或分子排列无明显规律的固体材料，如玻璃、高分子材料。如玻璃、高分子材料。 q准晶材料准晶材料是指准周期性晶体材料的简称，准晶中的原子是指准周期性晶体材料的简称，准晶中的原子分布有严格的位置序，但不具备晶体的平移周期性，是分布有严格的位置序，但不具备晶体的平移周期性，是处于晶体与非晶体之间的一种材料。处于晶体与非晶体之间的一种材料。准晶晶体与非晶单晶多晶0.2.5 按材料的维度分类按材料的维度分类 材料按材料的维度可分为零维材料、材料按材料的维度可分为零维材料、一维材料、二维材料、三维材料。一维材料、二维材料、三维材料。 n零维材料零维材料即超微粒子、

32、纳米粒子，通过溶胶即超微粒子、纳米粒子，通过溶胶-凝胶凝胶(sol-gel)法、多相沉积或激光等方法，可以制备出法、多相沉积或激光等方法，可以制备出亚微米级亚微米级(1100nm)的陶瓷或金属粉末，它们具有比表面积巨大的陶瓷或金属粉末，它们具有比表面积巨大（可作为高效催化剂）、比表面能超高、熔点低、烧结（可作为高效催化剂）、比表面能超高、熔点低、烧结温度下降、扩散速度快、强度高而塑性下降慢、电子态温度下降、扩散速度快、强度高而塑性下降慢、电子态由连续能带变为不连续、光吸收出现异常现象（可以成由连续能带变为不连续、光吸收出现异常现象（可以成为高效微波吸收材料）等特性。为高效微波吸收材料）等特性。

33、 n一维材料一维材料，如光导纤维由于其信息传输量远比铜、铅，如光导纤维由于其信息传输量远比铜、铅的同轴电缆大，而且光纤有很强的保密性，所以发展的同轴电缆大，而且光纤有很强的保密性，所以发展很快。再比如脆性块状材料在变成细丝后便增加了韧很快。再比如脆性块状材料在变成细丝后便增加了韧性。实用纤维为碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维，它们都性。实用纤维为碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维，它们都可以在复合材料中作为增强体，来优化复合材料的性可以在复合材料中作为增强体，来优化复合材料的性能。能。n二维材料（薄膜），二维材料（薄膜），如金刚石薄膜、高温超导薄膜、半如金刚石薄膜、高温超导薄膜、半导体薄膜。由于薄膜的电子所处状

34、态和外界环境的影响，导体薄膜。由于薄膜的电子所处状态和外界环境的影响，可表现出不同的电子迁移规律，完成特定的电学、光学可表现出不同的电子迁移规律，完成特定的电学、光学或电子学功能，如成为绝缘体、铁电体、导体或半导体或电子学功能，如成为绝缘体、铁电体、导体或半导体等，从而有可能作为光学薄膜用于非线性光学、光开关、等，从而有可能作为光学薄膜用于非线性光学、光开关、放大或调幅、敏感与传感元件，用于显示或探测器，用放大或调幅、敏感与传感元件，用于显示或探测器，用于环保或表面改性的保护膜。于环保或表面改性的保护膜。n三维材料三维材料即块状材料。即块状材料。 0.3 组成组成-结构结构-工艺过程工艺过程-性质之间的关系性质之间的关系 材料的材料的合成与制备过程合成与制备过程、组成与结构组成与结构、性质性质、使用性能使用性能，被称为被称为材料科学与工程的四要素材料科学与工程的四要素。使用性能使用性能性质性质合合成成与与制制备备过过程程（化学）（化学）（工程）（工程）（物理学）（物理学）组成与结构组成与结构材料的材料的合成与制备过程合成与制备过程包括传统的冶炼、铸锭、制