《材料导论》材料导论之材料

《材料导论》1《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料导论内容介绍第二篇材料“四要素”是材料研究与应用的共性基础第三篇金属材料第四篇结构材料第一篇绪论第五篇功能材料2《材料导论》材料导论之材料5/9/2024第一篇绪论材料的定义与分类材料的地位和作用材料科学与工程的形成与发展材料科学三个重要属性3《材料导论》材料导论之材料5/9/2024聚氨酯跑道:100米短跑时运动员在聚氨酯跑道上要比在传统跑道上快0．2秒以上，跳远成绩可提高20～30厘米。栏架，新的轻合金栏架一套就要花几十万元；红色魔鞋：重量不到99克，碳纤维复合材料鞋底，鞋钉采用轻合金4《材料导论》材料导论之材料5/9/2024第一篇绪论

材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是所有科技进步的核心，是高新技术发展和社会现代化的先导，是一个国家科学技术和工业水平的反映和标志。新材料的出现和使用往往会给技术进步、新产业的形成，乃至整个经济和社会的发展带来重大影响。不断开发和有效使用材料的能力是衡量社会技术水平和未来技术发展的重要尺度。

著名材料学家、两院院士师昌绪5《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的定义与分类什么是材料？

材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其它产品的那些物质，是人类赖以生存和发展的物质基础。

材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料。如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物，一般都不算是材料。6《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料是当代文明的三大支柱之一

材料、能源、信息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的物质基础和技术先导。7《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料是全球新技术革命的四大标志之一（新材料技术、新能源技术、信息技术、生物技术）。8《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的定义与分类材料的分类方法？物理化学属性:金属材料无机非金属材料有机高分子材料不同类型材料所组成的复合材料9《材料导论》材料导论之材料5/9/20241.金属材料10《材料导论》材料导论之材料5/9/20242.无机非金属材料11《材料导论》材料导论之材料5/9/20243.有机高分子材料（高聚物）12《材料导论》材料导论之材料5/9/20244.复合材料

按基体材料分类有金属基复合材料，陶瓷基复合材料，水泥、混凝土基复合材料，塑料基复合材料，橡胶基复合材料等；按增强剂形状可分为粒子、纤维及层状复合材料；依据复合材料的性能可分为结构复合材料和功能复合材料。13《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的定义与分类用途：电子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等等。14《材料导论》材料导论之材料5/9/2024性能结构材料功能材料材料的定义与分类15《材料导论》材料导论之材料5/9/2024隐身战斗机吸波材料材料的定义与分类16《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的定义与分类17《材料导论》材料导论之材料5/9/2024应用与发展：传统材料新型材料传统材料是指那些已经成熟且在工业中已批量生产并大量应用的材料，如钢铁、水泥、塑料等。这类材料由于其量大、产值高、涉及面广泛，又是很多支柱产业的基础，所以又称为基础材料。新型材料(先进材料)是指那些正在发展，且具有优异性能和应用前景的一类材料。材料的定义与分类18《材料导论》材料导论之材料5/9/2024

新型材料与传统材料之间并没有明显的界限，传统材料通过采用新技术，提高技术含量，提高性能，大幅度增加附加值而成为新型材料；新材料在经过长期生产与应用之后也就成为传统材料。传统材料是发展新材料和高技术的基础，而新型材料又往往能推动传统材料的进一步发展。材料的定义与分类19《材料导论》材料导论之材料5/9/2024

新材料，主要是指那些正在发展，且具有优异性能和应用前景的一类材料。为了规范新材料的含义，一般把具备以下三个条件之一的材料称为新材料。材料的定义与分类20《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的定义与分类1.新出现或正在发展中的具有传统材料所不具备的优良性能的材料。21《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的定义与分类2.高技术发展需要，具有特殊性能的材料。形状记忆合金－飞船网状自展天线卫星的太阳能电池板自动打开22《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的定义与分类3.由于采用新技术（工艺、装备）明显提高了性能，或者出现了新的功能的材料。碳纳米管纤维，抗拉强度为钢100倍如：超级钢、纳米材料等。23《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的地位和作用当代文明信息材料能源24《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的地位和作用材料是人类社会发展的基础和先导，是人类社会进步的里程碑和划时代的标志。材料是人类社会进步的里程碑

人类从猿人发展为现代人、发展到有文字记载的文明人的历史，可以说就是一部材料和技术的演变史。25《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的地位和作用人类、材料和技术的演变史26《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的地位和作用蒸气机发电机计算机27《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的地位和作用28《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的地位和作用石器时代用于碾磨谷物的石盘原始人打制的石器29《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的地位和作用陶器时代世界上第一种人造材料----制出的陶器，盛裝液体的容器和煮食物的陶罐

----吃不完的东西有了儲存的地方

----便于人們定居

----进一步发展农牧业

----划时代的伟大发明30《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的地位和作用秦兵马俑31《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的地位和作用瓷器--纯净的粘土（又叫瓷土、高岭土）和石英、长石等原料配成泥浆，作成毛坯--烧好粗坯，再上釉--在一千三百度左右高温下，经过复杂的化学变化，同釉密切的结合而成--质地细致，半透明，不吸水从陶器到瓷器32《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的地位和作用青铜器时代温文尔雅的四羊方尊青铜乐器33《材料导论》材料导论之材料5/9/2024锋披天下的秦国青铜兵器34《材料导论》材料导论之材料5/9/2024秦剑材料的地位和作用35《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的地位和作用铁器时代战国铁犁头战国铁锄36《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的地位和作用氮化硅结构陶瓷被用作航天飞机的防热瓦多元材料时代37《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的地位和作用硼纤维金属基复合材料制成的火箭履轴的管道输送部件38《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的地位和作用美国B-2隐形轰炸机表面为具有良好吸波性能的碳纤维复合材料39《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的地位和作用由光导纤维构成的光缆40《材料导论》材料导论之材料5/9/2024先进橡胶轮胎使汽车成为交通主宰一级方程式赛车上使用的特殊轮胎材料的地位和作用41《材料导论》材料导论之材料5/9/2024人工合成的金刚石高分子分离膜已被用来制造高效家庭净水器材料的地位和作用42《材料导论》材料导论之材料5/9/2024人工肾脏生物陶瓷人造关节材料的地位和作用43《材料导论》材料导论之材料5/9/2024基于纳米碳管的纳米电机材料的地位和作用44《材料导论》材料导论之材料5/9/2024纳米激光器ZnO纳米线激光器材料的地位和作用45《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的地位和作用

纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每一种重要新材料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提高到一个新的水平。材料科学技术的每一次重大突破都会引起生产技术的重大变革，甚至引起一次世界性的技术革命，大大地加速社会发展的进程，给社会生产力和人类生活带来巨大变革，把人类物质文明推向前进。46《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的地位和作用材料是经济和社会发展的基础和先导

新材料技术是工业革命和产业发展的先导新材料技术是社会现代化的先导新材料技术是一切工业发展的关键共性基础47《材料导论》材料导论之材料5/9/2024两次工业革命都是以新材料的发明和广泛应用为先导第一次工业革命（18世纪）：制钢工业的发展为蒸汽机的发明和应用奠定了物质基础。第二次工业革命（20世纪中叶以来）：单晶硅材料对电子技术的发明和应用起了核心作用。新材料技术是工业革命和产业发展的先导48《材料导论》材料导论之材料5/9/2024计算机的发展历史材料的地位和作用1946年第一台计算机ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer)在美国建造完成。49《材料导论》材料导论之材料5/9/20241971:Intel4004processor

这是世界上第一颗微处理器，正是由于“微”处理器的出现导致了当年想都想不到的东东——PC，个人电脑的出现。材料的地位和作用50《材料导论》材料导论之材料5/9/20241989:Intel486

486意味着计算能力的巨大提升。这款经过四年开发和3亿美元资金投入的芯片，其伟大之处在于它首次实破了100万个晶体管的界限，集成了120万个晶体管，使用1微米的制造工艺。材料的地位和作用51《材料导论》材料导论之材料5/9/20242006:MacBookProwithIntelCoreDuo

时间到了2006年，苹果推出基于IntelCoreDuo处理器的笔记本，每秒运算次数可达20亿次，其售价约为2000美元。材料的地位和作用52《材料导论》材料导论之材料5/9/2024年代：19462006运算速度：5000次/s216亿次/s耗电：170,000W31W重量：28吨<2.0kg外形：80×8米90.3平方毫米内置晶体管数：17,8401.516亿售价：487,000美元637美元材料的地位和作用53《材料导论》材料导论之材料5/9/2024金属材料高分子材料黑色金属有色金属塑料橡胶粘合剂涂料纤维复合材料无机非金属材料玻璃陶瓷耐火材料水泥材料家族54《材料导论》材料导论之材料5/9/2024新材料技术是社会现代化的先导21世纪重点发展的高技术领域的进展与趋势21世纪重点发展的高技术领域的材料选择新材料技术是高技术发展的基础材料的地位和作用55《材料导论》材料导论之材料5/9/202421世纪重点发展的高技术领域的进展与趋势56《材料导论》材料导论之材料5/9/2024信息科学技术正在发生结构性变革，仍然是经济持续增长的主导力量通信网络技术为信息产业注入强大活力宽带通信已成为国际上应用最广的通信技术半导体技术进入纳米时代计算机智能技术日新月异材料的地位和作用57《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的地位和作用58《材料导论》材料导论之材料5/9/2024生物技术正经历着一场前所未有的技术革命，一个庞大的生物产业正在孕育和形成基因组学、蛋白质科学、干细胞及再生医学的研究成为生命科学的前沿与热点干细胞及再生医学的研究及应用为人类健康开辟了新道路生物芯片在医疗和科研领域发挥巨大作用转基因技术及应用呈现出高速发展的态势材料的地位和作用59《材料导论》材料导论之材料5/9/2024航天技术快速发展，不断开辟人类探索的新空间太空探索带动太空探索技术加速发展研制多种用途的人货分离的新一代航天飞行器成未来趋势小卫星技术日趋成熟并将广泛应用太空攻防技术成为未来航天技术发展的重要领域材料的地位和作用60《材料导论》材料导论之材料5/9/2024能源技术将变革未来社会的动力基础，促进人类实现可持续发展煤炭的高效清洁利用成为化石能源技术研发热点核能技术酝酿新的突破氢能技术研发和商业应用加速新能源和可再生能源技术展现良好前景天然气水合物的开发受到重视用能技术发展前景广阔材料的地位和作用61《材料导论》材料导论之材料5/9/2024先进制造技术向绿色制造、高技术化、信息化、极端制造方向发展，成为提升产业竞争力的关键技术光机电一体化技术微电子光刻技术重大装备制造技术材料的地位和作用62《材料导论》材料导论之材料5/9/2024新材料技术出现群体性突破，将对21世纪基础科学和几乎所有工业领域产生革命性影响纳米技术是前沿技术中最具前瞻性和带动性的领域之一光电子材料、光子材料将成为发展最快和最有前途的电子信息材料。新型功能材料（超导材料、智能材料、生物医用材料）及其应用技术面临新的突破新型结构材料（高温合金、难熔金属、金属间化合物、金属基复合材料、高分子材料、钛合金、镁合金）发展前景乐观材料的地位和作用63《材料导论》材料导论之材料5/9/2024材料的地位和作用21世纪重点发展的高技术领域的材料选择信息科学技术------------信息材料新能源科学技术--------新能源材料生物科学技术-----------生物医用材料空间科学技术-----------空间技术用材料生态环境科学技术------生态环境材料用高技术改造、更新现有材料，发展材料科学技术64《材料导论》材料导论之材料5/9/2024新材料技术是高技术发展的基础65《材料导论》材料导论之材料5/9/2024新材料技术是高技术发展的基础66《材料导论》材料导论之材料5/9/2024新材料技术是高技术发展的基础67《材料导论》材料导论之材料5/9/2024新材料技术是高技术发展的基础68《材料导论》材料导论之材料5/9/2024新材料技术是高技术发展的基础69《材料导论》材料导论之材料5/9/2024新材料技术是高技术发展的基础70《材料导论》材料导论之材料5/9/2024新材料技术是高技术发展的基础71《材料导论》材料导论之材料5/9/2024新材料技术是高技术发展的基础72《材料导论》材料导论之材料5/9/2024新材料技术是高技术发展的基础73《材料导论》材料导论之材料5/9/2024新材料技术是高技术发展的基础74《材料导论》材料导论之材料5/9/2024空间科学技术----空间技术用材料75《材料导论》材料导论之材料5/9/2024空间科学技术----空间技术用材料为满足战斗机的使用要求，钛合金取代铝合金，成为机体结构材料的主体。战斗机机体结构材料用材用量分布铝合金55856037.364491576《材料导论》材料导论之材料5/9/2024空间科学技术----空间技术用材料我国通讯卫星采用的主要结构材料结构材料天线反射器碳纤维复合材料太阳能电池阵结构高模碳纤维、铝蜂窝夹心承力筒高模碳纤维蜂窝夹层板结构铝蜂窝返回舱5A06（LF06）铝镁合金仪器舱2A12T4高强铝合金相机支架ZM5镁合金气球、球底、支架TC4表面张力箱TB277《材料导论》材料导论之材料5/9/2024生态环境材料科学技术78《材料导论》材料导论之材料5/9/202479《材料导论》材料导论之材料5/9/2024生态环境材料科学技术80《材料导论》材料导论之材料5/9/2024生态环境材料科学技术81《材料导论》材料导论之材料5/9/2024生态环境材料科学技术82《材料导论》材料导论之材料5/9/2024生态环境材料科学技术83《材料导论》材料导论之材料5/9/2024生态环境材料科学技术84《材料导论》材料导论之材料5/9/2024生态环境材料科学技术发展环境友好材料如：①发展以锂离子电池、燃料电池为代表的新能源材料，以替代污染环境的铅蓄电池和镍镉电池；②发展无铅焊料和无铅压电陶瓷；③采用玉米、秸秆等生物材料开发可降解环保餐具。④发展镁合金，用于通讯工具壳体材料，可降低使用者的电磁辐射。85《材料导论》材料导论之材料5/9/2024生态环境材料科学技术86《材料导论》材料导论之材料5/9/2024新材料技术是一切工业发展的关键共性基础新材料技术是高技术发展的基础新材料技术出现群体性突破，将对21世纪所有工业领域产生革命性的影响，成为一切工业的关键共性基础。如:纳米材料超导材料先进结构材料······87《材料导论》材料导论之材料5/9/2024新材料技术是高技术发展的基础88《材料导论》材料导论之材料5/9/2024新材料技术是高技术发展的基础纳米材料的特性1.表面效应

2.小尺寸效应

3.量子尺寸效应

4.宏观量子隧道效应89《材料导论》材料导论之材料5/9/2024新材料技术是高技术发展的基础表面效应：是指纳米粒子的表面原子与总原子数之比，随着粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。1.表面效应90《材料导论》材料导论之材料5/9/2024新材料技术是高技术发展的基础粒径为10nm时，比表面积为90m2/g,粒径为5nm时，比表面积为180m2/g,粒径为2nm时，比表面积为450m2/g。

高的比表面，表面的原子数越来越多，同时表面能迅速增加。

后果：原子配位不足及高的表面能，表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合。91《材料导论》材料导论之材料5/9/2024新材料技术是高技术发展的基础2.小尺寸效应

随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生一系列新奇的性质。

92《材料导论》材料导论之材料5/9/2024新材料技术是高技术发展的基础（1）特殊的光学性质

（2）特殊的热学性质

（3）特殊的磁学性质（4）特殊的力学性质

超微颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面。93《材料导论》材料导论之材料5/9/2024新材料技术是高技术发展的基础3.量子尺寸效应

微粒尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级由准连续能级变为分立能级，吸收光谱值向短波方向移动，这种现象称为量子尺寸效应。

粒径小于20nm的纳米银会变成绝缘体。原本导电的铜到某一纳米界限就不导电。94《材料导论》材料导论之材料5/9/202495《材料导论》材料导论之材料5/9