緒論

  0.1.金屬材料

  0.2陶瓷

  0.3高分子材料

  0.4復合材料

  0.5 先進材料

  第1章 材料學基礎

  1.1 晶體結構

  1.1.1 晶胞與晶繫

  1.1.2 Miller 指數

  1.1.3 立方晶體

  1.1.4六方密堆積(HCP)結構

  1.2 晶體的缺陷

  1.2.1 點缺陷

  1.2.2 線缺陷

  1.2.3 面缺陷

  1.3 擴散過程

  1.4相圖

  1.4.1 合金與固溶體

  1.4.2完全互溶體繫

  1.4.3共晶體繫

  1.4.4具有中間相的體繫

  1.4.5共析體繫

  1.5 金屬的強化

  1.5.1冷加工與應變強化

  1.5.2 退火、熱加工與細晶強化

  1.5.3 時效強化

  1.5.4 分散強化

  第2章 金屬材料

  2.1鐵-碳相圖與碳鋼

  2.1.1 Fe-Fe3C相圖

  2.1.2 碳鋼

  2.1.3碳鋼的淬火

  2.1.4 回火

  2.2 合金鋼

  2.2.1素的作用

  2.2.2工具鋼

  2.2.3不鏽鋼

  2.3 鑄鐵

  2.4有色金屬

  2.4.1鋁合金

  2.4.2鎂合金

  2.4.3銅合金

  2.4.4鎳與鈷合金

  2.4.5 鈦合金

  2.4.6耐火金屬

  2.5 金屬基復合材料

  2.5.1 液態加工

  2.5.2 固態加工

  2.5.3 原位加工

  2.5.4金屬陶瓷

  2.6 形狀記憶合金

  2.6.1 形狀記憶機理

  2.6.2形狀記憶合金的應用

  第3章 陶瓷材料

  3.1工程陶瓷材料

  3.1.1 氧化物

  3.1.2 碳化物

  3.1.3 氮化物

  3.1.4氧化鋯體繫

  3.2陶瓷的先進加工技術

  3.2.1 溶膠-凝膠法

  3.2.2 氣相加工法

  3.2.3 反應燒結法

  3.2.4 聚合物前驅體法

  3.3 陶瓷纖維

  3.3.1 陶瓷纖維的加工

  3.3.2 主要陶瓷纖維

  3.4 碳纖維

  3.4.1 聚丙烯腈基碳纖維

  3.4.2 瀝青基碳纖維

  3.4.2 瀝青基碳纖維

  3.4.4 廉價碳纖維——木質素基碳纖維

  3.5 陶瓷基復合材料

  3.5.1陶瓷基復合材料的加工

  3.5.2 增韌機理

  3.5.3 陶瓷基復合材料的用途

  3.6 層狀硅酸鹽

  3.6.1 基本結構

  3.6.2 等形取代

  3.6.3 層狀硅酸鹽的類型

  3.7 納米碳

  3.7.1石墨烯

  3.7.2 富勒烯 

  3.7.3碳納米管

  第4章 高分子材料

  4.1 聚合物科學基礎

  4.1.1聚合過程

  4.1.2 分子量

  4.1.3 等規度與間規度

  4.1.4均聚與共聚

  4.1.5 線形與網絡

  4.1.6半結晶與無定形 

  4.1.7 熱塑性與熱固性

  4.2熱塑性塑料

  4.2.1熱塑性塑料品種

  4.2.2熱塑性塑料的加工

  4.3熱固性塑料

  4.3.1熱固性塑料品種

  4.3.2熱固性塑料的加工

  4.4彈性體

  4.4.1天然橡膠

  4.4.2合成橡膠

  4.4.3熱塑性彈性體

  4.5高性能有機纖維

  4.5.1 聚烯烴纖維

  4.5.2芳綸

  4.5.3 芳雜環纖維

  4.6樹脂基復合材料

  4.6.1模面成型

  4.6.2模壓成型

  4.6.3纏繞成型法

  4.6.4拉擠成型

  4.6.5預制片與編織

  4.6.6納米復合材料

  4.7 膜分離技術

  4.7.1基本術語

  4.7.2 重要的膜分離過程

  4.7.3 膜分離機理

  4.7.4膜的形狀與流動幾何

  4.7.4分離膜制備方法

  4.7.5 膜分離技術的應用

  4.8 形狀記憶聚合物

  4.9 水凝膠

  4.9.1 水凝膠的分類

  4.9.2 水凝膠的制備

  4.9.3 水凝膠的應用

  4.10聚合物的阻燃

  4.10.1 燃燒

  4.10.2 阻燃機理

  4.10.3 阻燃劑

  4.11 相變材料

  4.11.1 相變材料的性質

  4.11.2 有機相變材料

  4.11.3無機相變材料

  4.11.4 相變儲氫

  4.11.5 相變記憶

  第5章 電磁功能材料

  5.1 電學性質

  5.1.1．電阻與電導

  5.1.2．電子遷移率

  5.1.3．能帶結構

  5.2 半導體

  5.2.1 本征半導體

  5.2.2 摻雜半導體

  5.2.3 P-N結

  5.2.4 p–n結二極管與三極管

  5.3 導電高分子

  5.3.1 因錯誤而導致的發現

  5.3.2 摻雜

  5.3.3 導電機理

  5.3.4 導電聚合物的加工

  5.3.5 電導率的影響因素

  5.3.6 導電聚合物的應用

  5.4 介電性質與超級電容

  5.4.1 介電性質

  5.4.2 傳統電容器

  5.4.3 電化學雙層電容器

  5.4.4 假電容

  5.4.5 雜化電容

  5.4.6 超級電容研發的前景

  5.5 鋰離子電池

  5.5.1 鋰離子電池的結構與工作原理

  5.5.2 電極材料

  5.5.3 聚合物鋰離子電池

  5.6 燃料電池

  5.6.1 結構與基本原理

  5.6.2 燃料電池的分類

  5.6.3 質子交換膜燃料電池

  5.6.4 電池電壓與效率

  5.6.5 燃料電池研發中的挑戰

  5.7 壓電材料

  5.7.1 壓電繫數與方向

  5.7.2 壓電機理

  5.7.3 常見壓電材料

  5.7.4 壓電技術的應用

  5.8 磁學性質

  5.8.1 磁化與磁導率

  5.8.2 磁性材料

  5.8.3 磁化過程

  5.9 磁致伸縮材料

  5.9.1 磁致伸縮效應

  5.9.2 磁致伸縮機理

  5.9.3 其它磁致伸縮效應

  5.9.4 磁致伸縮材料與應用

  5.10 智能流體

  5.10.1 智能流體的類型

  5.10.2 智能流體的穩定機理

  5.10.3 智能流體的工作原理

  5.10.4 智能流體的用途

  5.11超導

  5.11.1 超導體的磁性質

  5.11.2 超導機理

  5.11.3 I型與II型超導體

  5.11.4 超導體的應用

  第6章 光電材料

  6.1 光學性質

  6.1.1 光與材料的相互作用

  6.2 熒光與磷光

  6.2.1 材料的光吸收

  6.2.2 熒光

  6.2.3 內轉化

  6.2.4 磷光與繫統交叉

  6.2.5 推遲熒光

  6.2.6 熒光與磷光的應用

  6.3 激光

  6.3.1激光器的基本構造與機理

  6.3.2 光與電子間的相互作用

  6.3.3 原子數反轉

  6.3.4 共振腔與量子效率

  6.3.5 半導體激光器

  6.3.6 加工方法與量子阱

  6.3.7簡史與應用

  6.4 光導纖維

  6.4.1 光纖的基本結構

  6.4.2 工作原理

  6.4.3 光纖的類型

  6.4.4 光纖的外沉積加工

  6.4.5 衰減機理

  6.4.6 塑料光纖

  6.5發光二極管(LED)

  6.5.1工作原理

  6.5.2 LED的效率

  6.5.3 直接復合與間接復合

  6.5.4 發光二極管的構造

  6.5.5 LED的顏色

  6.5.6白光LED

  6.6有機發光二極管(OLED)

  6.6.1 OLED的優勢

  6.6.2 OLED的工作原理

  6.6.3 OLED的結構

  6.6.4 單色與白光OLED

  6.6.5 OLED的應用

  6.7太陽能電池

  6.7.1基本原理與構造

  6.7.2 太陽能電池的效率

  6.7.3 太陽能電池的類型

  6.7.4 染料敏化的太陽能電池

  6.8 有機太陽能電池

  6.8.1結構與工作原理

  6.8.2 雙層異質結

  6.8.3 整體異質結

  6.8.4 有序異質結

  6.8.5 雜化整體異質結

  6.8.6 有機太陽能電池的前瞻

  6.9 液晶顯示

  6.9.1液晶分子的結構特征

  6.9.2 液晶的光電特性

  6.9.3 液晶顯示原理

  6.9.4 TN(Twisted Nematic) LCD

  6.9.5 常白與常黑

  6.9.6 STN(Super Twisted Nematic)型LCD

  6.9.7 彩色濾光片(color filter, CF)

  代結語：天梯——人類的下一個夢想

  參考文獻

  第二版序言

 本書第一版出版於12年前。12年一個輪回，現在是到了以新面目再與讀者見面的時間了。編寫本書第一版的目的，是為了迎合從“窄專業”向“寬專業”轉變的教學改革的需要。在千年之交以前，多數學校的材料專業教育內容是單一材料，即金屬材料、陶瓷材料、高分子材料或復合材料中的一種。毋庸諱言，這種教育體繫與實際工作的場景有較大的距離。在工程實際中踫到的材料問題絕不會限制在一種材料，所以學生必須掌握整個材料的繫統知識方能勝任材料的選擇與設計工作。在這個共識的指引下，不同材料專業的工作者不約而同地將自身專業拓寬到無所不包的所謂“大材料”領域。而本書第一版正是從高分子材料專業拓寬的產物。

 12年過去了，筆者驚奇地發現，多年前我們津津樂道的教改成果僅僅是國際上1960年代初的認識。我們改革的腳步遠遠沒有跟上材料發展的步伐。當功能材料的開發突飛猛進時，我們仍然把教學重點放在結構材料上，當國際上對器件的重視程度超過材料本身時，我們仍在將自身鎖在基礎材料的圈子裡。既使學生按目前的教學體繫掌握了四大材料的完整知識，在工程實踐中踫到復雜的材料體繫，遇到五花八門的功能材料，遇到千奇百怪的功能器件時，依然會一籌莫展，有的甚至連聽也沒聽說過。所以筆者認為我們的材料教育必須要做第二次重心轉移，將教育的重點轉移到功能材料與器件上來，這就是本人編寫第二版的動機。

 提起了筆方纔知道這幾乎是個不可能完成的任務，主要是因為筆者狹窄的知識面與寬廣的材料學知識領域極不相稱。那為什麼不與人合作呢？如果是學術專著，合寫沒有問題，但對於一本導論性質的教材就難以合寫。因為各個人的深淺把握、行文風格、重點偏好都不相同，無法取得統一，更不用說起承轉合與全書內容的前後呼應了。所以隻有硬著頭皮獨立完成，以其昏昏，使人昭昭，這是尤其要請求讀者原諒的。

 應當寫到什麼程度呢？首先不應停留在科普程度，這不符合本科生、研究生的要求。其次也不能寫到準專業的程度，因為讀者可能來自不同的材料專業，對一種材料了解較深，對另一種材料可能知之甚少，還有的讀者可能並非來自材料專業，故專業性的內容不能太多。所以筆者確定的標準是介於科普與專業之間。所謂深淺無非對機理討論的深淺。本書掌握的標準是，盡可能用直觀的形像、通俗的語言將機理解釋清楚，數理模型、數學推導一律免去。

 當然，如果不講材料的基礎知識不可能將功能與器件介紹清楚。本書采用學院式與專題式結合的寫法。所謂學院式就是按傳統體繫對材料的結構與性能做最簡單的介紹。在基礎知識的鋪墊後以專題形式介紹各種功能材料與器件。所以本書可以說是薄基礎、厚實用；薄結構、厚功能，將通用材料的介紹壓到最少，重點介紹在高新技術中使用的新材料與器件。

 筆者出身高分子材料，知識面狹窄，從未一窺材料學的殿堂，對材料專題的選取隻能是人雲亦雲，毫無獨到的見解。很可能遺漏的重要的專題而選入了可寫可不寫的內容。種種舛誤之處，敬候方家不吝賜教。

  編者

  2012年秋