新材料概论

: 任何重要的新材料得到广泛应用，进而给人类生活、国家安全乃至整个经济和社会发展带来重大影响，都是建立在人们对其全面了解和正确认识基础之上的。为了使读者全面了解和掌握材料的概念、分类、功能、原理、应用和发展趋势，本书在第1章综论材料科学与工程之后，从结构材料和功能材料等分类角度，结合近年的*新进展，分15章介绍金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料、运载动力材料、半导体材料、磁性材料、超导材料、光学材料、智能材料、新能源材料、环境材料、生物医用材料、热电材料、纳米材料。本书内容系统全面，语言通俗易懂，力避繁难艰深，突出材料性能及应用。本书内容新颖，涵盖面广，信息量大，可读性强。为了使读者更清晰地理解各种材料，本书在100多处知识点(标下划横线的内容)设置了二维码，关联相应的彩色图片，便于读者使用。本书既适于科技工作者和管理人员阅读，也可作为非材料类专业通识教育基础课程和材料类专业导论课程的教材。

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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 优选材料——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 优选钢铁材料发展趋势 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 优选金属材料 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 第一类和第二类超导体 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

12.2.2 质子交换膜燃料电池材料 302

12.2.3 固体氧化物燃料电池材料 304

12.2.4 质子导体燃料电池材料 307

12.2.5 其他燃料电池材料 308

12.3 氢能材料 309

12.3.1 制氢材料 310

12.3.2 储氢材料 311

12.4 生物质能材料 313

12.4.1 生物质转化利用技术 314

12.4.2 生物柴油材料 315

12.4.3 生物乙醇材料 316

本章小结 316

思考题 317

参考文献 317

第13章 环境材料 319

13.1 环境材料的定义和研究内容 319

13.2 传统材料的环境材料化 320

13.2.1 金属材料的环境材料化 320

13.2.2 无机非金属材料的环境材料化 321

13.2.3 高分子材料的环境材料化 323

13.3 绿色包装材料 323

13.4 绿色建材 324

13.5 环境净化材料 326

13.5.1 大气污染净化材料 326

13.5.2 水污染净化材料 331

13.5.3 噪声污染控制材料 335

13.5.4 电磁波屏蔽和吸收材料 338

13.6 环境降解材料 342

13.6.1 降解塑料的分类与特性 342

13.6.2 典型生物降解塑料 343

13.6.3 降解材料的应用与发展 343

本章小结 345

思考题 345

参考文献 346

第14章 生物医用材料 347

14.1 生物医用材料的类别及功能 347

14.1.1 生物医用材料的分类 347

14.1.2 生物医用材料的性能 349

14.1.3 生物医用材料的发展 351

14.2 硬组织相容性材料 353

14.2.1 医用金属材料 354

14.2.2 生物陶瓷材料 358

14.2.3 医用高分子材料 361

14.2.4 生物矿化材料 361

14.3 软组织相容性材料 361

14.3.1 人工皮肤 362

14.3.2 人工晶状体 364

14.3.3 人工脂肪 365

14.4 血液相容性材料 366

14.4.1 人工心脏 367

14.4.2 人工心脏瓣膜 368

14.4.3 人工肾脏 369

14.5 生物降解材料 369

14.5.1 生物降解支架 370

14.5.2 纳米药物载体 376

本章小结 378

思考题 379

参考文献 379

第15章 热电材料 381

15.1 热电材料的特性 381

15.1.1 热电效应 381

15.1.2 热电材料基本性质 383

15.2 典型的热电材料 383

15.2.1 Bi2Te3基合金 384

15.2.2 PbX化合物(X=S, Se, Te) 384

15.2.3 锡基硫族化合物 386

15.2.4 Half-Heusler合金 388

15.2.5 方钴矿与填充方钴矿 389

15.2.6 氧化物热电材料 389

15.2.7 硅基热电材料 391

15.2.8 镁基热电材料 392

15.3 纳米复合与低维热电材料 393

15.3.1 纳米复合热电材料 393

15.3.2 超晶格热电材料 395

15.3.3 纳米晶薄膜热电材料 396

15.3.4 纳米线热电材料 396

15.4 热电材料应用 396

本章小结 398

思考题 399

参考文献 399

第16章 纳米材料 401

16.1 纳米材料的特异效应和性质 401

16.1.1 从纳米结构到纳米材料 401

16.1.2 纳米材料的特异效应 403

16.1.3 纳米材料的物理化学性质 404

16.2 纳米结构材料 406

16.2.1 纳米金属 406

16.2.2 纳米陶瓷 413

16.3 纳米功能材料 415

16.3.1 零维纳米功能材料 415

16.3.2 一维纳米功能材料 417

16.3.3 二维纳米功能材料 418

16.3.4 三维纳米功能材料 420

本章小结 422

思考题 422

参考文献 422

内容摘要
《新材料概论》教材（第3版）在第1章‘材料科学与工程综论‘之后，分别围绕新型结构材料、半导体材料、磁性材料、超导材料、信息显示材料、新能源材料、生物材料、智能材料、环境保护材料、优选复合材料、超高温材料、纳米材料和3D打印材料，介绍不同材料的分类、特性、应用范围及其与相关学科领域的关系和发展前景等内容。

精彩内容
任何重要的新材料得到广泛应用，进而给人类生活、国家安全乃至整个经济和社会发展带来重大影响，都是建立在人们对其全面了解和正确认识基础之上的。为了使读者全面了解和掌握材料的概念、分类、功能、原理、应用和发展趋势，本书在第1章综论材料科学与工程之后，从结构材料和功能材料等分类角度，结合近年的*新进展，分15章介绍金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料、运载动力材料、半导体材料、磁性材料、超导材料、光学材料、智能材料、新能源材料、环境材料、生物医用材料、热电材料、纳米材料。本书内容系统全面，语言通俗易懂，力避繁难艰深，突出材料性能及应用。本书内容新颖，涵盖面广，信息量大，可读性强。为了使读者更清晰地理解各种材料，本书在100多处知识点(标下划横线的内容)设置了二维码，关联相应的彩色图片，便于读者使用。本书既适于科技工作者和管理人员阅读，也可作为非材料类专业通识教育基础课程和材料类专业导论课程的教材。