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绪论 1

参考文献 6

第1篇 功能金属材料 9

1 电性材料 9

1.1 金属的电导理论 9

1.1.1 固体中的电子 9

1.1.2 金属中的电子输运 14

1.1.3 霍耳效应 16

1.2 金属的热电性 17

1.3 电学性能与微观结构之间的关系 19

1.3.1 纯金属的电阻 20

1.3.2 固溶体的电阻 22

1.3.3 金属间化合物、中间相及多相合金的电阻率 26

1.4.1 导电材料 27

1.4.2 电阻材料 27

1.4 一些电性材料 27

1.4.3 电热材料 28

1.4.4 热电材料 29

1.5 广义“金属”电性材料的某些进展 30

1.5.1 超高纯铜(UHPC)的生产和应用 31

1.5.2 高电导率高机械强度合金 31

1.5.3 用于电子设备的金属碳化物、氮化物和硼化物 33

1.5.5 光透明导电膜材料 34

1.5.4 导电性MoSi2的开发和应用 34

1.5.6 磁场引起的电导率变化及CMR材料的应用 36

1.6 结束语 37

参考文献 37

2 磁性材料 39

2.1 铁磁性理论基础 39

2.1.1 磁学量定义与单位 39

2.1.2 原子磁性 41

2.1.3 自发磁化理论要点 41

2.1.4 铁磁体中的磁自由能与磁畴结构 45

2.1.5 技术磁化与反磁化过程 49

2.1.6 磁性材料的技术磁参量 52

2.2 金属软磁材料 58

2.2.1 电工纯铁和低碳电工钢 58

2.2.2 Fe-Si软磁合金(简称硅钢或电工钢) 59

2.2.3 Ni-Fe系软磁合金 63

2.2.4 Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金 65

2.3 金属永磁材料 66

2.3.1 马氏体磁钢 67

2.3.2 α/γ相变的铁基永磁材料 67

2.3.3 铁镍铝和铝镍钴系铸造永磁合金 68

2.3.4 Fe-Cr-Co可加工永磁合金 71

2.3.5 Mn基和Pt基永磁合金 72

2.3.6 钴基稀土永磁合金 72

2.3.7 铁基稀土永磁合金(Nd-Re-B系永磁合金) 75

2.4.1 概述 80

2.4 磁致伸缩材料 80

2.4.2 稀土超磁致伸缩材料的发展及其晶体结构与内禀特性 81

2.4.3 Tb-Dy-Fe合金的制造方法和晶体生长 83

2.4.4 磁畴结构、技术磁化与磁致伸缩曲线 84

2.4.5 Tb-Dy-Fe合金成份、组织、工艺与性能的关系 85

2.5 铁氧体磁性材料 86

2.5.1 引言 86

2.5.2 铁氧体的晶体结构和内禀磁特性 87

2.5.4 硬磁铁氧体材料 89

2.5.3 铁氧体磁性材料的制造工艺 89

2.5.5 软磁铁氧体材料 90

2.6 磁学中常用的单位制及其物理量数值的换算 91

2.6.1 SI制单位与CGS制单位的公式 91

2.6.2 磁学量在国际单位制(SI)和绝对电磁单位制(CGS-e.m.u)间的换算 92

参考文献 93

3.1.2 超导体的基本物理性质 95

3.1.1 超导电性的发现 95

3.1 超导体的基本性质 95

3 超导材料 95

3.13 传统超导体的超导电性理论 96

3.2 两类超导体的基本特征 100

3.3 超导隧道效应 102

3.3.1 正常电子隧道效应 102

3.3.2 约瑟夫森隧道电流效应 103

3.4 超导材料的发展 103

3.4.1 常规超导体 104

3.4.2 高温超导体 106

3.4.3 其他类型的超导材料 113

3.5 超导材料的应用 114

3.5.1 低温超导材料的应用 115

3.5.2 高温超导体的应用及进展 116

参考文献 118

4.1.1 金属与合金的热膨胀特性 120

4.1 膨胀合金 120

4 膨胀材料和弹性材料 120

4.1.2 低膨胀合金 122

4.1.3 定膨胀合金 124

4.1.4 热双金属 130

4.2 弹性合金 133

4.2.1 金属与合金的弹性 133

4.2.2 高弹性合金 136

4.2.3 恒弹性合金 139

第2篇 功能无机非金属材料 147

5 功能陶瓷 147

5.1 概述 147

5.2 绝缘陶瓷 148

5.2.1 绝缘性 148

5.2.2 绝缘陶瓷的分类和性质 149

5.2.3 普通电瓷 150

5.2.4 氧化铝瓷 151

5.2.5 镁质瓷 152

5.2.6 基片材料和高导热陶瓷 154

5.3 介电、铁电陶瓷 155

5.3.1 介电性质 155

5.3.2 高频介质瓷 157

5.3.3 微波介质瓷 158

5.3.4 多层电容器陶瓷 159

5.3.5 半导体电容器陶瓷 161

5.3.6 铁电陶瓷 162

5.3.7 反铁电陶瓷 164

5.4 压电、热释电陶瓷 164

5.4.1 压电性、热释电性 164

5.4.2 压电陶瓷材料 166

5.4.3 热释电陶瓷 170

5.5 热敏陶瓷 171

5.5.1 概述 171

5.5.2 PTC热敏电阻陶瓷 172

5.5.3 NTC热敏电阻陶瓷 173

5.5.4 临界温度电阻陶瓷 174

5.6 压敏陶瓷 175

5.6.1 概述 175

5.6.2 氧化锌压敏陶瓷 176

5.6.3 压敏ZnO半导体陶瓷的导电机制 177

5.7 气敏陶瓷 178

5.7.1 概述 178

5.7.2 氧化锡系陶瓷 180

5.7.3 氧化锌系陶瓷 181

5.7.4 氧化铁系陶瓷 181

5.7.5 氧化钛系陶瓷 182

5.8 湿敏陶瓷 182

5.8.1 概述 182

5.8.2 湿敏陶瓷材料 183

5.8.3 湿敏机制 185

5.9.1 陶瓷的导电性 186

5.9 导电陶瓷 186

5.9.2 快离子导体 187

5.9.3 电热、电极陶瓷 188

5.10 多功能化和智能化 188

5.10.1 MgCr2O4-TiO2气湿敏陶瓷 189

5.10.2 MgCr2O4-MgO温湿敏陶瓷 189

5.10.3 BaTiO3-SrTiO3温湿敏陶瓷 190

5.10.4 集成化多功能敏感陶瓷 191

5.10.5 智能化气体传感器 191

5.10.6 有源可调柔顺性装置 191

参考文献 191

6 功能玻璃材料 194

6.1 光学玻璃材料 195

6.1.1 无色光学玻璃 196

6.1.2 滤色玻璃 199

6.1.4 光色玻璃 200

6.1.3 耐辐照玻璃 200

6.2 电介质玻璃材料 201

6.2.1 电容器玻璃 201

6.2.2 半导体玻璃 202

6.2.3 超离子导体玻璃 205

6.3 光电子功能玻璃材料 205

6.3.1 激光玻璃 205

6.3.2 声光玻璃 209

6.3.3 磁光玻璃 210

6.3.4 玻璃光纤材料 214

参考文献 219

7 半导体材料 220

7.1 引言 220

7.1.1 物质的导电性和半导体材料 220

7.1.2 半导体材料的分类 220

7.2 半导体材料的结构与键合 222

7.2.1 金刚石结构 222

7.2.2 闪锌矿和纤锌矿结构 224

7.2.4 四面体共价键与轨道杂化 226

7.2.3 氯化钠结构 226

7.3 半导体材料的物理基础 228

7.3.1 导电特性 228

7.3.2 能带结构 228

7.3.3 载流子的散射与迁移率 231

7.3.4 非平衡载流子 233

7.3.5 p-n结 235

7.3.6 半导体表面和界面 239

7.3.7 异质结和超晶格 241

7.3.8 半导体的光、热、电、磁性质 244

7.4 半导体材料中的杂质 247

7.4.1 杂质的种类 247

7.4.2 杂质对半导体材料电学性能的影响 249

7.5.1 点缺陷 250

7.5.2 位错 250

7.5 半导体中的缺陷 250

7.5.3 堆垛层错 251

7.5.4 化合物半导体中的缺陷 252

7.6 典型半导体材料及应用 252

7.6.1 硅材料 252

7.6.2 锗材料 255

7.6.4 镓砷磷材料 256

7.6.5 薄膜导体材料 256

7.6.3 砷化镓材料 256

7.6.6 非晶半导体和非晶超晶格材料 257

7.7 结束语 260

参考文献 261

第3篇 功能高分子材料 265

8 光功能高分子材料 265

8.1 感光性高分子材料 265

8.1.1 光化学反应过程 265

8.1.3 重要的感光性高分子 267

8.1.2 感光性高分子分类 267

8.2 光致变色高分子材料 277

8.2.1 光致变色高分子材料的定义和分类 277

8.2.2 光致变色高分子的变色机理 279

8.2.3 光致变色高分子材料的应用 280

8.3 塑料光导纤维 281

8.3.1 概述 281

8.3.2 塑料光纤材料的组成及其制备 281

8.3.3 塑料光纤的性能 282

参考文献 285

9 电功能高分子材料 286

9.1 导电高分子材料 286

9.1.1 概述 286

9.1.2 复合型导电高分子材料 286

9.1.3 结构型导电高分子 289

9.2.2 光电导机理 295

9.2.1 概述 295

9.2 光电导高分子材料 295

9.2.3 典型的高分子光电导体 297

9.2.4 光电导高分子的应用 298

9.3 高分子压电材料 299

9.3.1 概述 299

9.3.2 高分子压电材料 299

9.3.3 应用 302

9.4 高分子超导体 302

9.5 结构型高分子磁性材料 304

9.5.1 二炔烃类衍生物的聚合物 304

9.5.2 热解聚丙烯腈 304

9.5.3 三氨基苯 304

9.5.4 电荷转移络合物 304

9.5.5 金属有机高分子磁性体 304

参考文献 305

10.1.1 离子交换树脂 306

10.1 化学功能高分子材料 306

10 化学功能高分子材料及其他功能高分子 306

10.1.2 高吸水性树脂 309

10.2 高分子液晶 312

10.2.1 高分子液晶的分类及特点 312

10.2.2 主链型高分子液晶 314

10.2.3 侧链型高分子液晶 315

10.2.4 高分子液晶材料的应用 318

10.3 高分子分离膜材料 320

参考文献 321

10.4 医用高分子 321

第4篇 功能晶体材料 325

11 光学晶体 325

11.1 光学晶体分类 325

11.1.1 金属卤化物晶体 325

11.1.2 氧化物和含氧酸盐晶体 326

11.2.3 N族与Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体晶体 327

11.2.1 透过光谱 329

11.2 光学晶体性质和应用 329

11.2.2 折射率和双折射 330

11.2.3 色散 330

11.2.4 偏光器件 330

11.3 人造宝石晶体 333

11.3.1 宝石的评价和表征 333

11.3.2 宝石的分类 336

11.3.3 重要的人造宝石晶体 337

参考文献 342

12 非线性光学晶体 343

12.1 引言 343

12.2 非线性晶体光学基础 344

12.2.1 激光频率转换的参量过程 344

12.2.2 非线性光学过程的位相匹配 345

12.2.3 非线性光学系数 347

12.3 探索新的非线性光学晶体的理论模型及途径 349

12.3.2 非线性光学晶体计算的几个经典理论模型 350

12.3.1 非线性光学晶体应具备的性质 350

12.3.3 阴离子基团理论 351

12.3.4 双重基元结构模型 352

12.3.5 探索非线性光学新晶体的途径 352

12.4 激光频率转换晶体 354

12.4.1 强激光频率转换晶体 355

12.4.2 低功率激光频率转换晶体 355

12.4.3 参量振荡晶体 357

12.4.4 超短脉冲激光频率转换晶体 357

12.5 几种重要的无机非线性光学晶体 357

12.5.1 三硼酸锂(LiB3O5,LBO)晶体 357

12.5.2 三硼酸锂铯(CsLiB6O40,CLBO)晶体 358

12.5.3 磷酸二氢钾(KH2PO4，KDP)和磷酸二氘钾(KD2PO4,DKDP)晶体 358

12.5.4 偏硼酸钡(β-BaB2O4,BBO)晶体 359

12.5.5 α-碘酸锂(α-LiIO3)晶体 359

12.5.7 铌酸锂(LiNbO3,LN)晶体 360

12.5.6 磷酸钛氧钾(KTiOPO4,KTP)晶体 360

12.5.8 铌酸钾(KNbO3,KN)晶体 361

12.6 红外非线性光学晶体 361

12.6.1 单质晶体 361

12.6.2 二元化合物晶体 362

12.6.3 三元化合物晶体 362

12.7 有机非线性光学晶体 362

12.7.2 有机物晶体 363

12.7.1 有机晶体分类、结构特点和生长方法 363

12.7.3 有机盐类晶体 365

12.7.4 有机金属络合物晶体 366

12.8 结束语 366

参考文献 366

13 激光晶体 367

13.1 激光物理基础 367

13.1.1 光的受激发射 367

13.1.2 固体激光器 370

13.2.1 掺杂型激光晶体 373

13.2 激光晶体分类 373

13.2.3 色心激光晶体 375

13.2.2 自激活激光晶体 375

13.2.4 半导体激光器 376

13.3 激光晶体的现状和发展趋势 378

13.3.1 高平均功率密度激光晶体 378

13.3.2 可调谐激光晶体 378

13.3.3 新波长激光晶体 380

13.3.4 半导体激光器和小型固体激光器用激光晶体 380

13.4 新型激光晶体的探索 381

13.4.1 激活离子和基质晶体 381

13.4.2 探索新型激光晶体的若干方面 384

参考文献 387

14.2 电光效应 388

14.2.1 电光效应的基本原理 388

14 电光和光折变晶体 388

14.1 引言 388

14.2.2 线性电光效应(Pockels效应) 389

14.2.3 42m晶类的线性电光效应 389

14.2.4 二次电光效应(Kerr效应) 391

14.3 电光器件 392

14.3.1 电光开关 392

14.4.1 实用电光晶体应具备的性质 393

14.4.2 几种实用的电光晶体 393

14.3.3 电光偏转器 393

14.4 电光晶体 393

14.3.2 电光调制器 393

14.5 光折变效应的基本概念 395

14.5.1 光折变效应的定义和特点 395

14.5.2 光折变效应的机理 395

14.5.3 光折变晶体中的光束耦合 397

14.5.4 光折变材料的基本性能和参数 397

14.6.1 光学位相共轭器件 400

14.6 光折变效应的应用 400

14.6.2 光折变自泵浦位相共轭器的应用 401

14.6.3 光折变二波耦合的应用 401

14.6.4 光折变四波混频的应用 401

14.6.5 光存储 402

14.7 光折变晶体及其性能 403

14.7.1 铁电体氧化物光折变晶体 403

14.7.2 非铁电氧化物光折变晶体 407

14.7.3 半导体光折变晶体 408

14.7.4 量子阱光折变材料 409

14.7.5 有机光折变晶体聚合物 409

14.8 应用中光折变晶体的选择 410

参考文献 411

15 其他交互效应功能晶体 412

15.1 晶体在外场作用下的交互效应 412

15.2 压电晶体 412

15.2.1 压电效应 412

15.2.2 水晶 413

15.2.3 其他压电晶体 414

15.2.4 压电晶体及压电材料的应用 415

15.3 声光晶体 416

15.3.1 声光效应 416

15.3.2 几种典型声光晶体 417

15.3.3 声光晶体的应用 418

15.4 磁光晶体 419

15.4.1 磁光效应 419

15.4.2 几种磁光晶体 420

15.4.3 磁光晶体的应用 421

15.5 热释电晶体 422

15.5.1 热释电晶体 422

15.5.2 几种典型热释电晶体 422

参考文献 424

16.1.1 复合材料的分类 427

16.1 功能复合材料基础 427

16 功能复合材料(Functional composite materials) 427

第5篇 功能复合材料 427

16.1.2 功能复合材料的复合效应 428

16.1.3 功能复合材料的设计 428

16.2 磁性复合材料(Magnetic composite materials) 429

16.2.1 永磁复合材料 429

16.2.2 软磁复合材料 429

16.2.3 磁记录复合材料 430

16.2.4 磁流体 433

16.3 电性复合材料(Electric composite materials) 434

16.3.1 金属填充材料的导电特性 434

16.3.2 电磁屏蔽复合材料 435

16.3.3 复合材料压电性能 436

16.3.4 超导复合材料 437

16.4 梯度功能复合材料(Functionally gradient materials) 437

16.4.1 梯度功能材料的概念 437

16.4.3 梯度功能材料的制造方法 438

16.4.2 梯度功能材料的应用 438

16.5 隐身复合材料 440

16.5.1 隐身复合材料 440

16.5.2 抗声的复合材料 441

16.6 其他功能复合材料 442

16.6.1 抗X射线辐射复合材料 442

16.6.2 仿生复合材料 442

16.6.3 磨擦功能复合材料 443

16.6.4 透光复合材料 443

16.6.5 热性能复合材料 444

参考文献 444

第6篇 具有特殊结构的功能材料 449

17 非晶态合金 449

17.1 绪论 449

17.3 制备方法 450

17.3.1 熔体急冷法 450

17.2 金属玻璃的分类 450

17.3.2 气相沉积法 451

17.3.3 化学法 451

17.3.4 固态反应法 451

17.3.5 大块非晶合金的制备 451

17.4 结构弛豫和晶化 451

17.5 性能 453

17.5.1 磁性 453

17.5.2 化学性质 456

17.5.3 电学性质 457

17.5.4 热学性质 457

17.5.5 力学性质 458

17.6 应用和展望 458

17.6.1 磁性器件 458

17.6.2 非晶态光存储薄膜 461

17.6.3 非晶态硅(a-Si) 461

参考文献 462

18 纳米结构材料 464

18.1 引言 464

18.2 合成与制备 465

18.2.1 气相冷凝法 465

18.2.2 非晶晶化法 466

18.2.3 高能球磨法 466

18.2.4 溶胶-凝胶法 467

18.3 纳米材料的微结构 467

18.3.1 界面结构 467

18.3.2 晶粒结构 468

18.3.3 结构弛豫和晶界偏聚 468

18.3.4 热稳定性 469

18.4 纳米材料的性能 470

18.4.1 热学性能 470

18.4.2 磁学性能 471

18.4.3 纳米陶瓷的超塑性 474

18.4.4 纳米颗粒膜和颗粒合金的磁电输运性质 475

18.5 应用和展望 476

参考文献 477

19 储氢材料 480

19.1 绪论 480

19.2 金属氢化物 480

19.3 储氢合金的分类 481

19.3.1 镁系合金 481

19.3.2 稀土系合金 482

19.3.3 钛系和锆系合金 482

19.4 应用 484

19.4.1 氢的贮存、净化和回收 484

19.4.2 氢燃料发动机 484

19.4.3 热-压传感器和热液激励器 484

19.4.4 氢同位素分离和核反应堆中的应用 484

19.4.5 空调、热泵及热贮存 485

19.4.7 氢化物-镍电池 486

19.4.6 加氢及脱氢反应催化剂 486

参考文献 489

20 薄膜功能材料 491

20.1 薄膜材料制备方法简介 491

20.1.1 物理气相沉积 491

20.1.2 化学气相沉积 493

20.2 薄膜材料的特点 494

20.2.1 二维材料的特点 494

20.2.3 薄膜制备方法能够实现的特点 495

20.2.2 薄膜制备过程决定的特点 495

20.3 主要薄膜功能材料 496

20.3.1 半导体薄膜 496

20.3.2 电学薄膜 498

20.3.3 信息记录用薄膜 499

20.3.4 敏感薄膜 502

20.3.5 光学薄膜 503

参考文献 504

21.1.1 形状记忆效应 505

21 形状记忆材料 505

21.1 形状记忆效应及原理 505

21.1.2 形状记忆效应机理 508

21.2 形状记忆材料及性能 512

21.2.1 TiNi形状记忆合金 512

21.2.2 铜基形状记忆合金 515

21.2.3 铁基形状记忆合金 518

21.3 形状记忆合金的应用 520

21.3.1 工业应用 521

21.3.2 医学上的应用 522

21.4 陶瓷和树脂中的形状记忆效应 523

21.4.1 形状记忆效应机理的多样性 523

21.4.2 陶瓷中的形状记忆效应 523

21.4.3 树脂中的形状记忆效应 525

参考文献 528

22.1.1 材料的分类和术语 530

22.1 引言 530

22 智能材料与结构 530

22.1.2 智能材料是多学科融合化的结果 532

22.2 关于智能材料的概念 533

22.2.1 智能材料的初级功能 534

22.2.2 材料固有的智能 534

22.2.3 从人类观点看的材料智能 534

22.2.4 结构材料和功能材料 535

22.3 智能(机敏)结构和系统中的材料 535

22.3.1 敏感器材料、致动器材料和机械材料 535

22.3.2 制作工艺和材料复合 538

22.3.3 杂化材料(hybrid materials) 540

22.3.4 电流变体 540

22.4 机敏材料和结构 542

22.4.1 被动敏感机敏结构 543

22.4.2 仅有致动器的机敏结构 544

22.4.3 受控结构(被动型智能结构) 545

22.4.4 智能皮肤 546

22.5 结束语 547

参考文献 549

23.减振材料 550

23.1 引言 550

23.2 内耗的表述及各表示法之间的关系 550

23.3 动滞后(dynamic hysteresis)型内耗 551

23.4 静滞后(static hysteresis)型内耗 553

23.5 阻尼共振型内耗 553

23.6 金属强度与衰减系数的关系 554

23.7 从材料的内部组织结构观点看减振机制 555

23.8 典型减振合金的特点和减振合金的应用 558

参考文献 561

24 生物医学材料 562

24.1 前言 562

24.2 生物医学材料的发展简史 563

24.3.1 宿主反应与材料反应 564

24.3 生物医学材料的特征与评价 564

24.3.2 生物相容性 566

24.3.3 生物相容性评价 566

24.4 生物医学材料的分类、特性与应用 567

24.4.1 医用金属材料 568

24.4.2 生物陶瓷 572

24.4.3 医用高分子材料 577

24.4.4 医用复合材料 579

24.4.6 多种生物医学材料的综合应用 582

24.4.5 几种新型的生物材料 582

24.5 结束语 583

参考文献 585

附录一 物理学基本常数 587

附录二 国际单位制(SI)单位表 588

元素周期表 590

编后记 591

编者通讯录 592