材料科学导论前言

材料科学导论前言第一页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论参考书：

1、《材料科学基础》

潘金生、仝健民、田民波清华大学出版社、1998年6月

2、《材料科学与工程基础》

吴云书等、机械工业出版社，1990年

3、《材料科学导论》

冯端、师昌绪、刘治国化学工业出版社，2002年5月第二页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论绪论一、材料的定义人们可用来制作物品的宇宙物质的子集在机器、结构件、器件、产品中因其特殊的性能而成为有用的物质。领域巨大：钢铁、水泥、木材、塑料、玻璃、硅单晶、金刚石、……第三页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论地球是所有材料的来源和最终归宿。从矿石、树木、石油——金属、水泥、化学产品、纸张、晶体、陶瓷、塑料——各种产品——废料或解体回归地球两大范畴：矿业及农业科学与工程采矿科学与工程第四页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论材料科学与工程的定义：将材料的成分、结构、加工工艺、性能与环境影响联系起来的知识的探索、积累、研究、总结与开发应用。材料科学着重知识的探索、积累、研究、总结材料工程着重知识的开发应用第五页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论材料、能源、信息是现代社会的三大支柱第六页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论二、材料是人类进步的里程碑对材料的认识和利用的能力，决定了人类社会的形态和人类的生活质量。人类文明史，也可称为世界材料发展史人类的时代划分，往往以使用的材料为标准第七页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论石器时代（公元前几十万年~前5000年）青铜时代（前5000年~前1200年）铁器时代（前1200年~公元1700年）钢铁时代（1700年~现在）高分子时代（1909年~现在）贝克兰用化学法合成酚醛树脂新石器时代—信息时代（1947年~现在）在硅晶体上制成了第一个三级管第八页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论材料领域的强国，也是政治、军事强国

1644年，“工业革命”英国成为“日不落帝国”，基础：钢、铁、煤的产量居世界第一钢铁与石器的交锋——美利坚合众国向印第安人血与火的扩张（19世纪）第九页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论

WWI—新兴资本主义强国要求“阳光下的土地”，重新划分势力范围WWII—三个法西斯向世界宣战第十页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论1937年:日本世界排名中国铁240万吨(7)96万吨钢635万吨(6)56万吨石油产品245万吨25万吨汽车9500辆(8)0造船43万吨(3)1万吨面积37万平方公里960万平方公里人口1亿4.5亿第十一页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论1937年日本中国航空母舰20飞机7000坦克3000大炮2500580机枪70003500步枪180000150000第十二页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论1937年军事实力对比日本中国飞机2600架600架舰艇77万吨5.9万吨航空母舰4艘0坦克650辆120辆火炮15000门8000门第十三页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论抗日战争历时八年，中国付出巨大代价：军民伤亡3500万人

财产损失5000亿美元上海、武汉、南京等城市受到严重破坏第十四页，共四十七页，2022年，8月28日中国钢产量发展进程（万吨）第十五页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论到2000年，我国主要材料产量：钢、钢材、水泥、玻璃位居世界第一10种有色金属、纯碱、烧碱等位居世界第二坚实的物质基础使中国的面貌焕然一新。1997年香港回归、1999年澳门回归第十六页，共四十七页，2022年，8月28日2007年钢产量达4.6亿吨世界钢产量约13亿吨2007年私人汽车拥有量(万辆)2,876

第十七页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论三、材料科学是新兴交叉学科融会多个学科——如物理、化学、计算机、固体科学、结晶学、量子力学等，

与多个学科交叉——化学工程、电子工程、土木工程、环境工程、航空工程、核工程、生物医学工程等

第十八页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论成分性能加工工艺结构环境第十九页，共四十七页，2022年，8月28日2001级新生专业教育材料科学导论材料科学是新兴交叉学科，将综合数学、物理学、化学、计算机科学等知识，从原子、分子层次去研究电子、原子、离子的微观行为与材料的宏观性能的关系。在理论指导下，研制、开发、生产各种规格、用途的新型结构材料和功能材料。第二十页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论摩天大楼—帝国大厦（1934,386m高）世贸中心(1973,415m高)…..巨型水坝—阿斯旺水坝、三峡大坝…..巨型油轮—10万吨级(1960‘s)35万吨级(1980‘s)航空母舰—2万吨级(1930‘s)4万吨级(1940‘s)10万吨级(1970‘s)第二十一页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论巨型火箭—土星级、长征级、阿里亚纳级隐形飞机—F-117（1980’s）、B-1、B-2（1990’s）均是现代材料科学的工程结晶第二十二页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论四、新材料是现代工农业发展的基础，是信息产业起飞的加速器电子工业—超纯、特薄、特细的材料原子能工业—核电站、电子加速器、质子加速器耐腐蚀、耐辐射材料第二十三页，共四十七页，2022年，8月28日2001级新生专业教育材料科学导论人类已进入信息时代，IC、Internet、IT技术的发展日新月异。现代材料科学进入了信息材料时代并为信息产业提供了坚实的物质基础：第二十四页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论1883硒整流器1911硅整流器1926锗整流器1946锗单晶1947锗接触三极管（Transistor）1950锗结型三极管（PNP或NPN型）1952高质量硅单晶1954IntegratedCircuit（IC）问世第二十五页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论1958IC集成度10个元件/cm21978IC集成度10万个元件/cm21999IC集成度10000万个元件/cm2第二十六页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论计算机发展简史：1945第一台电子计算机问世每秒运算5000次、体积100立方米1970‘s大型计算机运算速度

1000万次/秒199910亿次/秒[美]克雷机、[中]银河机第二十七页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论微型计算机发展：1981IBM-PC主频1MHz1982IBM-PC/XT主频2MHz1984IBM-PC/AT主频4MHz1985386计算机主频16MHz1989486计算机主频64MHz1993Pentium计算机主频133MHz1996P-II计算机主频256MHz1999P-III计算机主频500MHz2000P-IV计算机主频1.3GHz第二十八页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论高纯(99.999999%)、大口径（~300毫米）的硅材料及高质量的III-V族化合物半导体材料是制备所有IC的最重要的物质。硅单晶直径：1英寸（1950‘s）—4英寸(1960’s)—6英寸(1970‘s)—8英寸(1980’s)—10英寸(1990‘s)—12英寸(2000)—16英寸（研究）第二十九页，共四十七页，2022年，8月28日2001级新生专业教育材料科学导论全世界高纯单晶硅产量约4000吨，年产IC数百亿块，直接间接产值10000亿美元。从航天飞机、卫星、计算机、移动通信、CD、VCD、DVD及各种微型电子设备到精密制导武器、大型超视距雷达、各种战略核导弹等等，均是以高速、大容量的IC为基础建成的。第三十页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论光通讯发展简史1876Bell发明电话1880Bell发明光电话1960Maien发明Laser1966高琨发表论文，认为可以将石英光纤的损耗从当时的1000dB/km降到20dB/km第三十一页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论1970美国康宁公司率先制成损耗低于20dB/km的石英光纤1972石英光纤损耗低于4dB/km1981石英光纤系统开始商业化1988横跨大西洋的海底光缆投入使用（5747km）1989横跨太平洋的海底光缆投入使用（15927km）第三十二页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论中国1977武汉邮电科学院研制出我国第一根阶跃式多模光纤300dB/km1987武汉-荆州（~250km）国产长途光缆通讯系统完成1999兰州——西宁——拉萨（1800km）

光缆完成、八纵八横线路一级光缆总里程突破70,000km2000光缆产量已达到100万公里规模第三十三页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论现代经济发展史表明：信息材料及其相关产业是发展速度最快的朝阳产业。中国彩电、手机、交换机、录象机、VCD、DVD机等产量在1980~2000年间已达到世界第一！第三十四页，共四十七页，2022年，8月28日2001级新生专业教育

我国信息产业飞速发展1978年1999年2001年电话300万8000万14000万移动电话04000万12000万寻呼机06000万8000万手机1.2亿户PC0350万500万第三十五页，共四十七页，2022年，8月28日截止2008年3月我国内地手机用户人数突破5亿大关，成为世界第一手机大国。

第三十六页，共四十七页，2022年，8月28日2001级新生专业教育材料科学导论五、新材料是现代国防的保证坦克—新型复合装甲材料火炮—新型耐高温耐冲击材料飞机—新型耐高温轻质合金、复合材料、隐身材料F-117A,B-2，F-22等第三十七页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论隐身材料：Ni-Zn,Ni-Mg-Zn,Mn-Zn等，可大幅度减少雷达散射截面（RCS）RCSRCSB-52100m2B-1B0.75m2FB-1117m2B-20.1m2MiG-214m2F-117A0.025m2MiG-293m2第三十八页，共四十七页，2022年，8月28日2001级新生专业教育材料科学导论火箭、导弹—新型新型耐高温轻质合金、复合材料、遥感遥测材料高功率激光武器—新型激光材料

Nd:Y3Al5O12

连续输出可达1KW30次/秒的巨脉冲输出可达10KW

第三十九页，共四十七页，2022年，8月28日2001级新生专业教育材料科学导论现代战争启示录表明：决定战争的胜负的主要物质因素已从钢铁的多少转到了硅片的多少。1982英国—阿根廷马岛战争1991美英等国—伊拉克海湾战争1999北约—南斯拉夫科索沃战争2001美英等—阿富汗阿富汗战争第四十页，共四十七页，2022年，8月28日材料科学导论远程精确打击能力巡航导弹（~2000km）、反辐射导弹、空空导弹（~120km）、反舰导弹（~400km）等全天候作战能力红外夜视装备第四十一页，共四十七页，2022年，8月28日2001级新生专业教育材料科学导论六、新材料是科技进步的关键美：《星球大战计划》、《NMD计划》中：《863计划》欧洲：《