新材料概论

目录 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——人类社会进步的里程碑 2 1.3 先进材料——人类社会现代化的基础和先导 7 1.3.1 电子技术的发展 7 1.3.2 光纤通信的诞生 8 1.3.3 航空航天技术的进步 9 1.4 材料科学与工程学科的形成与内涵 10 1.5 材料组成、制备、结构、性能与使用效能的关系 12 1.6 材料的合理选择与正确使用 13 本章小结 14 思考题 14 参考文献 14 第2章 金属材料 16 2.1 金属与金属材料 16 2.1.1 金属的概念 16 2.1.2 金属的结构与特性 17 2.1.3 金属材料的分类 19 2.2 钢铁材料 19 2.2.1 纯铁 19 2.2.2 钢 20 2.2.3 铸铁 26 2.2.4 先进钢铁材料发展趋势 28 2.3 有色金属材料 29 2.3.1 铝及铝合金 29 2.3.2 镁和镁合金 33 2.3.3 铜及铜合金 35 2.3.4 钛及钛合金 37 2.4 先进金属材料 38 2.4.1 纳米相强化超高强度钢 39 2.4.2 非晶合金及其复合材料 40 2.4.3 高强高导铜合金 42 2.4.4 高熵合金 45 本章小结 47 思考题 48 参考文献 48 第3章 无机非金属材料 50 3.1 水泥 50 3.1.1 水泥的分类与性能指标 50 3.1.2 常用水泥的品种 51 3.1.3 特种水泥 52 3.2 玻璃 54 3.2.1 玻璃的性能 54 3.2.2 玻璃的分类 55 3.2.3 常见玻璃的品种 55 3.3 陶瓷 57 3.3.1 氧化物陶瓷 58 3.3.2 碳化物陶瓷 61 3.3.3 氮化物陶瓷 62 3.3.4 其他陶瓷 63 3.4 耐火材料 64 3.4.1 硅酸铝及刚玉质耐火材料 65 3.4.2 硅石耐火材料 67 3.4.3 氧化镁-氧化钙系耐火材料 67 3.4.4 尖晶石耐火材料 68 3.4.5 含碳耐火材料 68 3.4.6 不定形耐火材料 69 3.5 超硬材料 69 3.5.1 金刚石 70 3.5.2 立方氮化硼 71 3.5.3 新型超硬材料 71 3.6 炭素材料 72 3.6.1 炭素材料的分类 72 3.6.2 炭素材料的研究热点和发展趋势 73 本章小结 74 思考题 74 参考文献 75 第4章 高分子材料 77 4.1 高分子材料的分类 77 4.2 通用高分子材料 78 4.2.1 塑料 78 4.2.2 橡胶 81 4.2.3 纤维 84 4.2.4 黏合剂 87 4.2.5 涂料 89 4.3 功能高分子材料 90 4.3.1 吸附型高分子材料 91 4.3.2 反应性高分子材料 94 4.3.3 高分子分离膜 94 4.3.4 光功能高分子材料 96 4.3.5 磁性高分子材料 97 4.3.6 导电高分子材料 98 4.3.7 液晶高分子 99 4.3.8 其他功能高分子材料 100 本章小结 100 思考题 101 参考文献 101 第5章 复合材料 103 5.1 复合材料概述 103 5.1.1 复合材料的特点 103 5.1.2 复合材料的命名与分类 104 5.1.3 复合材料的发展史 105 5.1.4 复合材料发展方向 106 5.2 复合材料的增强体 108 5.2.1 纤维增强体 108 5.2.2 晶须增强体 111 5.2.3 颗粒增强体 112 5.2.4 其他种类增强体 112 5.3 复合材料的基体 114 5.3.1 金属基体 114 5.3.2 陶瓷基体 114 5.3.3 水泥基体 115 5.3.4 聚合物基体 115 5.4 复合材料的界面 116 5.5 复合材料的复合效应 117 5.5.1 线性复合效应 117 5.5.2 非线性复合效应 118 5.6 典型复合材料 119 5.6.1 金属基复合材料 119 5.6.2 陶瓷基复合材料 125 5.6.3 水泥基复合材料 126 5.6.4 聚合物基复合材料 126 5.6.5 碳/碳复合材料 127 5.6.6 遗态复合材料 127 本章小结 128 思考题 129 参考文献 130 第6章 运载动力材料 131 6.1 耐热镁合金 131 6.1.1 车用耐热镁合金 131 6.1.2 航空航天用耐热镁合金 132 6.2 耐热铝合金 133 6.2.1 铸造耐热铝合金 133 6.2.2 变形耐热铝合金 134 6.3 高温钛合金 135 6.4 镍基高温合金 137 6.4.1 变形高温合金 137 6.4.2 铸造高温合金 138 6.4.3 粉末高温合金 139 6.5 金属间化合物 140 6.5.1 Ni-Al系金属间化合物 141 6.5.2 Ti-Al系金属间化合物 142 6.5.3 Fe-Al系金属间化合物 147 6.5.4 其他常见金属间化合物 149 6.5.5 TiAl单晶 151 6.6 陶瓷及其复合材料 154 6.6.1 氧化物陶瓷及其复合材料 155 6.6.2 非氧化物陶瓷及其复合材料 155 本章小结 157 思考题 157 参考文献 157 第7章 半导体材料 159 7.1 半导体材料发展及分类 159 7.1.1 半导体材料发展简史 159 7.1.2 半导体材料的分类 160 7.2 半导体材料的基本性质 161 7.2.1 晶体结构 161 7.2.2 能带结构 162 7.2.3 杂质和缺陷 164 7.2.4 电阻率 166 7.2.5 光电导 167 7.2.6 半导体发光 168 7.2.7 霍尔效应 169 7.2.8 pn结的整流效应 170 7.2.9 光生伏特效应 172 7.3 元素半导体材料 172 7.3.1 硅 172 7.3.2 锗 175 7.4 化合物半导体材料 176 7.4.1 砷化镓 176 7.4.2 氮化镓 179 7.5 其他半导体材料 181 7.5.1 固溶体半导体 181 7.5.2 有机半导体 182 7.5.3 半导体量子点 185 本章小结 187 思考题 187 参考文献 188 第8章 磁性材料 190 8.1 物质磁性的来源及分类 190 8.1.1 抗磁性 191 8.1.2 顺磁性 192 8.1.3 铁磁性 192 8.1.4 反铁磁性 193 8.1.5 亚铁磁性 194 8.2 典型磁性材料及其应用 195 8.2.1 软磁材料 195 8.2.2 永磁材料 199 8.2.3 磁记录材料 204 8.3 其他磁性材料 207 8.3.1 矩磁材料 207 8.3.2 旋磁材料 208 8.3.3 磁致伸缩材料 209 8.3.4 磁光效应材料 210 8.3.5 磁制冷(磁熵变)材料 210 8.3.6 磁性液体 211 8.3.7 分子基磁性材料 213 8.3.8 纳米磁性材料 213 8.4 磁性材料的若干新进展 214 8.4.1 一级磁相变材料 214 8.4.2 基于磁结构相变的负热膨胀和零热膨胀材料 217 8.4.3 高丰度稀土永磁材料 219 8.4.4 磁性吸波材料 221 本章小结 222 思考题 223 参考文献 223 第9章 超导材料 225 9.1 超导的基本特性 225 9.1.1 零电阻现象 225 9.1.2 迈斯纳效应 225 9.1.3 约瑟夫森效应 226 9.1.4 临界条件 227 9.1.5 **类和第二类超导体 227 9.2 典型的超导材料体系 228 9.2.1 超导材料的发展 228 9.2.2 金属基超导材料 229 9.2.3 铜氧化物高温超导体 230 9.2.4 铁基高温超导体 231 9.2.5 重费米子超导材料 232 9.3 超导材料的应用与前景 233 9.3.1 超导材料在电力方面的应用 234 9.3.2 超导磁体在交通和工业的应用 235 9.3.3 超导量子干涉器(SQUID)及其生物医学应用 236 本章小结 237 思考题 237 参考文献 237 第10章 光学材料 239 10.1 光纤材料 239 10.1.1 光纤的导光原理 239 10.1.2 光纤的特性 241 10.1.3 光纤材料分类 241 10.1.4 光纤的应用 242 10.2 光致变色材料 245 10.3 红外材料 247 10.3.1 红外线的基本性质 248 10.3.2 红外透过材料 248 10.3.3 红外探测材料 250 10.3.4 红外辐射材料 250 10.4 发光材料 251 10.4.1 发光原理及过程 251 10.4.2 发光的分类 252 10.4.3 发光的特性 254 10.4.4 发光材料的应用 255 本章小结 257 思考题 258 参考文献 258 第11章 智能材料 261 11.1 智能材料的概念及特征 261 11.2 形状记忆材料 262 11.2.1 形状记忆合金 262 11.2.2 形状记忆陶瓷 266 11.2.3 形状记忆聚合物 267 11.3 压电材料 272 11.3.1 压电效应与对称性 272 11.3.2 压电材料的分类与发展 273 11.3.3 新型压电材料 278 11.3.4 压电材料的应用 280 11.4 磁致伸缩材料 281 11.4.1 磁致伸缩效应 282 11.4.2 Laves相RFe2巨磁致伸缩合金 283 11.4.3 Fe-Ga合金 285 11.4.4 磁相变合金的磁致应变 287 11.4.5 磁致伸缩材料的应用 288 本章小结 288 思考题 289 参考文献 289 第12章 新能源材料 291 12.1 二次电池材料 291 12.1.1 镍氢电池材料 292 12.1.2 锂离子电池材料 292 12.1.3 薄膜型全固态锂电池材料 296 12.1.4 钠离子电池材料 298 12.2 燃料电池材料 300 12.2.1 燃料电池的特点和分类 300