創新材料學

內容簡介

本書可作為材料、機械、精密儀器、化工、能源、汽車、環境、微電子、計算機、物理、化學、光學等學科本科生及研究生教材，對於從事相關行業的科技工作者和工程技術人員，也具有極為難得的參考價值。

前言

材料一般指具有特定性質，能用於製造有用物品的物質。材料的獲得離不開人的勞動。人們在追求材料更高性價比的同時，在原料、製備、使用、回收再利用等各個環節,必須考慮資源、節能、環境友好等因素。

最早為人類所用的材料，比如石塊、木棒、陶罐、青銅器具、鐵制武器、農具等，種類單一、形式簡單;而今天的汽車、飛機、計算機、平板電視、智慧型手機等，無一不是各種材料的最佳集成，不僅涉及種類繁多的材料、各種材料的性能都發揮到極致，而且處於激烈的競爭和日新月異的變化之中。

材料伴隨著人類社會的進步而進展。由於發展初期的粗放經營，加之近年來環境污染的現狀，一提到材料，人們往往會聯想到鋼鐵、水泥、電解鋁、平板玻璃、多晶矽等，給人的印象是粗放、耗能、低效、污染，似乎與創新和高新技術相距甚遠。因此，無論對於學生還是普通民眾，必須消除對材料的誤解與偏見。

材料是人類一切生產和生活活動的物質基礎，是生產力的體現，被看成是人類社會進步的標誌。在人類發展的歷史長河中，材料起著舉足輕重的作用。對材料的認識和利用的能力，決定著社會的形態和人類生活的質量，歷史學家往往用製造工具的原材料作為歷史分期的標誌。例如石器時代、陶器時代、青銅器時代、鐵器時代、鋼鐵時代、半導體及高分子時代、複合材料及先進功能材料時代等。一部人類文明史，從某種意義上說，也可以稱為世界材料發展史。

材料既古老又年輕，既普通又深奧。說“古老”，是因為它的歷史和人類社會的歷史同樣悠久；說“年輕”，是因為時至今日，它依然保持著蓬勃發展的生機；說“普通”，是因為它與每一個人的衣食住行信息相關；說“深奧”，是因為它包含著許多讓人充滿希望又充滿困惑的難解之謎。可以毫不誇張地說，世界上的萬事萬物，就其和人類社會生存與發展關係密切的程度而言，沒有任何東西堪與“材料”相比。

“材料科學與工程”包括四個基本要素，即材料的成分和結構、材料的製備與加工、材料的性能和材料的套用行為。這四要素之間的密切結合決定了材料科學的發展方向。性質是確定材料功能特性和套用的基準；組成與結構是構成任何一種材料的基礎；而材料的合成、加工與使用性能則是其能否發展的最關鍵的環節。所以材料科學與工程既包括基礎研究和套用研究兩個方面，同時還具有許多學科交叉的特點。

有人常用“一流的設備，二流的人才，三流的管理，四流的材料”來形容某些企業。意思是說，不少新建企業“不差錢”，用大把的人民幣購進嶄新的裝備,用大把的美元從國外購進先進的關鍵設備。同一些國家和地區的企業相比，我們後建的企業，設備普遍比它們的新，有的比它們的更先進，但同樣規模的企業，我們的效益卻望塵莫及。這樣的企業當然生產不出一流的產品。生產不出一流產品的企業，又如何會有一流的人員和一流的管理呢？

影響創新的其他原因暫且不談，單就材料而言，“巧婦難為無米之炊”，在科學發展史上，新材料的出現促使高技術誕生的實例屢見不鮮。例如，20世紀50年代鎳基超級合金的出現，將材料使用溫度由原來的700℃提高到900℃，從而促成超音速飛機問世；而高溫陶瓷的出現則促進了表面溫度高達1000℃的太空梭的發展。與之相似，矽、鍺、化合物半導體材料對於計算機，螢光體材料、液晶材料、各種膜層、特殊玻璃對於顯示器，正極材料、負極材料、電解液、隔離層對於各類電池，猶如水之源、木之本。無一撇一捺，何談人字？

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