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第一篇 基础理论 3

1 近代晶体化学 3

1.1 晶体结构 3

1.1.1 基本概念 3

1.1.2 单质晶体结构 8

1.1.3 无机化合物结构与鲍林规则 11

1.1.4 硅酸盐晶体结构 18

1.1.5 高分子材料结构 24

1.2 晶体生长 31

1.2.1 晶体生长基本理论 32

1.2.2 晶体生长实验方法 43

1.3 应用晶体学 47

1.3.1 尖晶石结构材料及其应用 47

1.3.2 萤石型结构材料及其应用 50

1.3.3 钙钛矿结构材料及其应用 51

1.3.4 堇青石晶相陶瓷材料 55

1.3.5 储氢材料 55

1.4 固体缺陷 57

1.4.1 固体缺陷的类型及运动规律 57

1.4.2 组成缺陷与固溶体 68

1.4.3 非化学计量化合物与半导体 71

1.5 扩散理论 75

1.5.1 扩散动力学方程——菲克定律 76

1.5.2 扩散机制 79

1.5.3 反应扩散 86

2 材料热力学与动力学 90

2.1 材料热力学 90

2.1.1 相图热力学 90

2.1.2 相变热力学 102

2.2 材料动力学 116

2.2.1 相变形核 116

2.2.2 晶体长大 120

3 材料设计基础 132

3.1 新材料的计算机辅助设计 132

3.1.1 材料设计概述 132

3.1.2 现代材料设计的几个环节 134

3.1.3 材料设计的途径 136

3.1.4 现代材料设计的发展趋势及反思 137

3.2 材料计算及分子动力学模拟 138

3.2.1 材料计算的理论基础 138

3.2.2 几种常用的材料计算方法 140

3.2.3 材料研究的分子动力学模拟 146

3.3 人工神经网络及自动控制 149

3.3.1 人工神经网络概述 149

3.3.2 人工神经网络发展简史 150

3.3.3 人工神经元 151

3.3.4 人工神经网络构成的基本原理 152

3.3.5 人工神经网络的基本功能 156

参考文献 156

第二篇 研究前沿 159

1 信息功能材料 159

1.1 半导体材料 159

1.1.1 硅材料 159

1.1.2 GaAs和InP材料 160

1.1.3 半导体超晶格、量子阱材料 161

1.1.4 宽带隙半导体材料 163

1.2 信息功能陶瓷材料 166

1.2.1 电子片式元件及材料 167

1.2.2 电子封装陶瓷基片材料 169

1.2.3 微波介质陶瓷 170

1.2.4 压电、铁电材料 171

1.2.5 铁电薄膜 177

1.2.6 信息功能陶瓷与器件的集成化、机敏化 185

1.3 信息载体材料 185

1.3.1 光纤通信材料 185

1.3.2 磁性和磁光存储材料 191

1.3.3 超高密度光存储材料 194

2 纳米材料 198

2.1 纳米材料概述 198

2.2 零维纳米材料 200

2.2.1 零维纳米材料的定义及特点 200

2.2.2 典型的零维纳米材料——C60 204

2.3 一维纳米材料 206

2.3.1 一维纳米材料的定义及特点 206

2.3.2 典型的一维纳米材料——碳纳米管 206

2.4 二维纳米材料 212

2.4.1 二维纳米材料的定义及特点 212

2.4.2 典型的二维纳米材料 215

2.5 三维纳米材料 221

2.5.1 三维纳米材料的定义及特点 221

2.5.2 典型的三维纳米材料 229

2.6 纳米复合材料 232

2.6.1 纳米复合材料的定义及特点 232

2.6.2 典型的纳米复合材料 237

2.7 纳米材料的研究开发及展望 241

3 生物材料 243

3.1 生物医用材料 243

3.1.1 生物医用金属材料 244

3.1.2 生物医用高分子材料 245

3.1.3 生物陶瓷 246

3.1.4 生物医用复合材料 248

3.1.5 生物衍生材料 251

3.2 仿生材料 251

3.2.1 仿生复合材料 252

3.2.2 仿生陶瓷材料 252

3.2.3 仿生纳米材料和仿生涂层材料 253

3.2.4 仿生有机材料 254

4 能源材料 255

4.1 太阳能电池 255

4.1.1 太阳能电池的工作原理 255

4.1.2 太阳能电池的分类 260

4.1.3 染料敏化太阳能电池 271

4.2 燃料电池材料 275

4.2.1 燃料电池概述 275

4.2.2 燃料电池的主要种类及其研究现状 276

4.2.3 固体氧化物燃料电池的特点及工作原理 280

4.2.4 固体氧化物燃料电池材料 281

4.3 相变储能材料 285

4.3.1 相变材料的分类及特点简介 285

4.3.2 相变储能技术的应用 288

4.3.3 相变储能材料的遴选原则 290

4.3.4 相变储能材料存在的问题 290

5 智能材料 291

5.1 智能材料的基本概念 291

5.1.1 引言 291

5.1.2 智能材料的内涵、定义与特征 292

5.1.3 智能材料的分类 293

5.1.4 智能材料的设计、合成与评价 294

5.2 智能材料的几种基础材料 296

5.2.1 形状记忆材料 296

5.2.2 压电智能材料 306

5.2.3 智能高分子材料 314

5.3 智能材料的应用展望及趋势 320

5.3.1 智能材料的应用领域 320

5.3.2 智能材料的发展 321

6 高性能结构材料 322

6.1 新型高比强轻金属材料 322

6.1.1 Al合金材料 322

6.1.2 Mg合金材料 324

6.1.3 Ti合金材料 326

6.1.4 超细晶粒硬质合金材料 329

6.1.5 先进高温合金材料 330

6.2 结构陶瓷及陶瓷基复合材料 330

6.2.1 复相陶瓷 330

6.2.2 相变增韧陶瓷 331

6.2.3 高性能多孔陶瓷材料 336

6.2.4 层状三元碳化物和氮化物陶瓷 337

6.2.5 碳纤维复合材料 337

6.3 高分子结构材料 338

6.3.1 具有高强、高韧的高分子结构材料 338

6.3.2 低成本化的特种工程塑料 338

6.3.3 热塑性树脂基连续纤维复合材料 340

6.3.4 热塑性树脂结构微孔材料 341

参考文献 342

第三篇 研究方法 347

1 新材料制备、成型及加工技术 347

1.1 SHS技术 347

1.1.1 自蔓延高温合成（SHS）技术的起源与发展 347

1.1.2 SHS技术的基本概念 348

1.1.3 SHS技术研究与发展的方向 348

1.1.4 SHS技术研究的最新动向 350

1.2 SPS技术 352

1.2.1 SPS技术特点 353

1.2.2 电火花烧结技术的应用及发展前景 356

1.3 织构技术 358

1.3.1 金属材料的织构及其形成 358

1.3.2 陶瓷材料的织构 359

1.3.3 织构的研究方法 360

1.3.4 材料织构研究的重要意义 361

1.4 功能梯度复合材料 361

1.4.1 功能梯度材料的产生 361

1.4.2 功能梯度材料的特性和分类 362

1.4.3 功能梯度材料的制备方法 363

1.4.4 功能梯度材料的性能评价 365

1.4.5 梯度功能材料的应用与发展前景展望 365

1.5 有机-无机复合材料 366

1.5.1 有机无机复合材料的制备技术 366

1.5.2 有机无机纳米复合材料分类 369

1.5.3 有机-无机纳米复合材料的问题 371

1.5.4 有机-无机纳米复合材料的稳定化设计 371

1.6 微波烧结技术 372

1.6.1 微波与材料的相互作用 372

1.6.2 微波烧结的优点 373

1.6.3 微波烧结在材料研究中的应用 374

1.6.4 微波烧结工程陶瓷的应用 374

1.7 激光精细加工技术 375

1.7.1 激光加工的特点 375

1.7.2 激光加工的类型和应用 375

1.7.3 准分子激光加工 376

1.7.4 激光加工系统的基本概念 377

1.8 其他成型加工技术 378

1.8.1 超微粉料的制备方法 378

1.8.2 成型制备技术新工艺 379

1.8.3 陶瓷原位凝固胶态成型工艺 381

1.8.4 焊接成型技术 384

1.8.5 表面成型技术 385

2 纳米材料制备技术 387

2.1 量子点结构材料生长技术 387

2.1.1 量子结构材料的概念及特点 387

2.1.2 量子结构材料生长技术 387

2.2 碳纳米管及阵列的制备技术 392

2.2.1 碳纳米管的合成 392

2.2.2 碳纳米管阵列的制备 398

2.3 纳米粉、线、块和阵列的制备 399

2.3.1 低维纳米材料的制备 399

2.3.2 多维纳米材料的制备 405

2.4 扫描微探针和原子操作 407

2.4.1 扫描探针显微镜 407

2.4.2 扫描探针显微镜的工作原理 408

2.4.3 STM的局限性与发展 411

2.4.4 扫描微探针和原子操作制备纳米材料 411

2.5 自组装技术 416

2.5.1 分子自组装 416

2.5.2 自组装纳米材料的方法 419

2.5.3 自组装技术在纳米材料制备中的应用 422

2.5.4 静态自组装和动态自组装 423

3 薄膜制备技术 424

3.1 LB膜制备技术 424

3.2 MBE分子束外延技术 427

3.3 金属有机化学气相沉积（MOCVD） 429

3.3.1 MOCVD法原理 429

3.3.2 MOCVD法的特点 430

3.3.3 MOCVD技术现状 430

3.4 溅射法 434

3.4.1 基本原理 434

3.4.2 溅射装置 436

3.5 化学气相沉积（CVD） 439

3.5.1 激光化学气相沉积 440

3.5.2 光化学气相沉积 440

3.5.3 等离子体增强化学气相沉积 441

3.6 脉冲激光沉积法 443

3.6.1 PLD的基本原理及物理过程 443

3.6.2 PLD技术的特点 444

3.7 溶胶-凝胶法 445

4 材料微细图形加工技术 447

4.1 光刻技术 447

4.1.1 光刻掩模制作工艺 448

4.1.2 涂胶工序 448

4.1.3 曝光技术 449

4.1.4 显影技术 454

4.2 刻蚀技术 455

4.3 高能束刻蚀技术 457

4.3.1 离子束刻蚀 457

4.3.2 等离子体刻蚀 458

4.3.3 反应离子刻蚀 458

4.3.4 激光刻蚀 459

4.4 LIGA技术 460

4.5 其他微细图形加工技术 461

4.5.1 微细立体光刻技术 461

4.5.2 准分子激光微细加工技术 462

5 材料测试技术 463

5.1 X射线衍射分析技术 463

5.2 中子衍射技术 465

5.3 光谱分析技术 466

5.3.1 紫外光谱 466

5.3.2 红外光谱 468

5.3.3 拉曼光谱 469

5.3.4 布里渊散射 469

5.4 表面能谱分析技术 470

5.4.1 俄歇电子能谱（AES） 470

5.4.2 光电子能谱（XPS） 470

5.4.3 二次离子质谱（SIMS） 471

5.5 电子显微分析技术 471

5.5.1 透射电子显微分析 472

5.5.2 扫描电子显微分析 477

5.5.3 原子力显微分析 478

5.5.4 电子探针微区成分分析 479

参考文献 480