清華大學材料化學課件

1、2021/8/61材材 料料 化化 學學Chemistry of MaterialsChemistry of Materials龔 江 宏清華大學材料科學與工程系2021/8/62v 舊石器時代v 新石器時代v 陶器時代v 青銅器時代v 鐵器時代歷史學家把某一類材料的特征及其廣泛應歷史學家把某一類材料的特征及其廣泛應用作為人類文明史各個階段的一種標志用作為人類文明史各個階段的一種標志2021/8/63v 鋼v 硅v 塑料v 合成材料v 半導體v 精密陶瓷v 復合材料v 納米材料v 我們現(xiàn)在所處的時代應該稱為什么時代？我們現(xiàn)在所處的時代應該稱為什么時代？2021/8/64 材料成為了一個新的獨立

2、的科學門類。這個新學科與物理、化學、力學、機械、冶金、化工等傳統(tǒng)科學門類水乳交融，但是具有其獨特的鮮明的個性。也正是因為與各個傳統(tǒng)科學門類水乳交融，材料學科在不同的場合就被劃分成了材料物理、材料化學、材料力學、材料工程學等諸多分支。2021/8/65本課程所涉及的內(nèi)容就屬于材料化學這一分支。而作為本課程的緒論，這里我們將首先來討論幾個相關的名詞：材料材料材料科學材料科學材料化學材料化學 2021/8/66第一章第一章 緒緒 論論2021/8/671.1 什么是材料？什么是材料？材料是可以用來制造有用的構件、器件或物品的物質。 師昌緒主編：材料大辭典p.58材料是“具有一定性能的物質, 可以用來

3、制成一些機器、器件、結構和產(chǎn)品” 。 美國科學院、美國工程院聯(lián)合編寫 材料：人類的需求2021/8/68材料是可以用來制造有用的構件、器件或物品的物質材 料 = 物 質 Materials = Matter水是材料？冰是材料？2021/8/69幾乎所有的物質都可以稱為是材料什么樣的材料值得我們關注什么樣的材料值得我們關注？并不是所有的材料都能引起人們的廣泛關注那么下一個問題就是先來看看材料的發(fā)展歷史2021/8/610n 群居洞穴的猿人通過簡單加工獲得石器以狩獵、護身和生存；n 隨著對石器加工制作水平的提高，出現(xiàn)了原始手工業(yè)如制陶和紡織n 青銅時代大約源于4000 5000年前。青銅是銅錫鋁等

4、元素組成的合金，與純銅相比，青銅熔點低，硬度高，比石器易制作且耐用。青銅器大大促進了農(nóng)業(yè)和手工業(yè)的出現(xiàn)。2021/8/611n 鐵器時代被認為是始于2000多年前，由鐵制作的農(nóng)具、手工工具及各種兵器得以廣泛應用，大大促進了當時社會的發(fā)展。n 鋼鐵、水泥等材料的出現(xiàn)和廣泛應用，人類社會開始從農(nóng)業(yè)和手工業(yè)社會進入了工業(yè)社會。n 本世紀半導體硅、高集成芯片的出現(xiàn)和廣泛應用，則把人類由工業(yè)社會推向信息和知識經(jīng)濟社會。 2021/8/612 一方面，材料是人類生存和生活必不可缺少的部分，是人類文明的物質基礎和先導，是直接推動社會發(fā)展的動力。 另一方面，隨著社會的發(fā)展，科學技術的進步以及自然資源和能源的逐

5、漸減少，人們所關注的、所使用的材料種類也在發(fā)生著變化2021/8/613因此材料的定義可以發(fā)展為：人類社會所能夠接受的經(jīng)濟地制造有用器件的物質 2021/8/614一個例子 高比強鋁合金給高比強鋁合金給 20 世紀的世紀的“新新”材料帶來了第一個突材料帶來了第一個突破破比強：比強度，也就是比強：比強度，也就是材料的材料的強度與密度之比強度與密度之比。具有高強度、低密度的具有高強度、低密度的材料無疑具有應用優(yōu)勢。材料無疑具有應用優(yōu)勢。鋼的比強度為：鋼的比強度為： 0.64 106 cm鋁合金的比強度為：鋁合金的比強度為：2.64 106 cm 后者是前者的后者是前者的 4 倍，這對于結構材倍，這

6、對于結構材料來說是幾千年來的一個飛躍。料來說是幾千年來的一個飛躍。2021/8/615鋁鋁n 鋁是一種輕金屬，密度 2.7 g/cm3,大約是鐵的 1/3。純鋁的拉伸強度只有 48 MPa，只有鋼的1/10 左右。因此在早期并未得到重視。n Al 在地殼中含量豐富，占 1/12，但主要以 Al2O3的狀態(tài)存在。18 世紀發(fā)現(xiàn)了 Al 元素的存在，1825 年丹麥物理學家 Hans Oersted 第一次成功地提煉出金屬鋁，但是提煉方法比較復雜，產(chǎn)量很低，使得其價格極為昂貴。2021/8/616鋁曾經(jīng)比金銀還要珍貴鋁曾經(jīng)比金銀還要珍貴n 100多年前，為了表彰門捷列夫對化學的杰出貢獻，英國皇家學

7、會不惜重金制作了一個比黃金還要貴重的獎杯鋁杯，贈送給門捷列夫。 n 法國皇帝拿破侖三世為了顯示自己的尊貴，用鋁作了一頂頭盔，成為轟動一時的新聞。每逢盛大國宴，別人都用銀制餐具，而他獨自使用一套鋁制餐具。 2021/8/617技術的進步讓鋁走出了首飾技術的進步讓鋁走出了首飾店店n 1886 年， 22 歲的美國人 Hall 發(fā)明了熔鹽電解法制取金屬鋁，此法投產(chǎn)后，金屬鋁的產(chǎn)量迅速增長，價格則大幅度下降 ，從而把鋁的大規(guī)模生產(chǎn)變成了現(xiàn)實。這個年輕人組成了一個大公司，這就是今天美國美鋁公司 (Alcoa) 的前身。n將氧化鋁 (A12O3) 溶解在熔融的冰晶石 (Na3AlF6) 中進行電解(電解液

8、溫度接近 1000) n在 上可以找到很多關于鋁以及鋁合金的信息2021/8/618美鋁的生意是從一把鋁壺開始的美鋁的生意是從一把鋁壺開始的n 從鋁壺做起，慢慢延伸到了烹調器具、錫箔紙、電線和電纜。n 現(xiàn)在，美鋁了成為公認的世界上最大的原鋁、鋁加工產(chǎn)品和氧化鋁生產(chǎn)商。美鋁的產(chǎn)品廣泛的應用于航空航天、汽車、包裝、建筑、商業(yè)運輸以及工業(yè)市場。2021/8/619鋁的應用市場的打開鋁的應用市場的打開n 鋁的應用市場的打開是從 20 世紀 30 年代開始的。為了提高鋁的比強度，當時關于鋁的研究有兩個熱門話題：n 合金強化n 時效硬化在在 Al 中加入中加入 Cu、Mn、Si、Mg、Fe、Zn 等元素，

9、形成等元素，形成所謂的鋁合金以提高所謂的鋁合金以提高 Al 的強度。的強度。把合金強化處理后形成的鋁合金加熱到一定溫度以上進行把合金強化處理后形成的鋁合金加熱到一定溫度以上進行“熔解處理熔解處理”，使合金處于均勻的單相狀態(tài)，然后快速淬，使合金處于均勻的單相狀態(tài)，然后快速淬火，保持其單相組織。此后再在稍高于室溫的溫度下加熱，火，保持其單相組織。此后再在稍高于室溫的溫度下加熱，使合金中慢慢析出第二相，以提高合金的強度。使合金中慢慢析出第二相，以提高合金的強度。2021/8/620鋁合金的出現(xiàn)，大大拓寬了鋁的用途鋁合金的出現(xiàn)，大大拓寬了鋁的用途n 航天飛機、大型客機n 鋁門窗、鋁活動建筑n 鋁細粉是

10、一種火箭固體燃料n 鋁 箔n 鋁電纜n 易拉罐n 2000年，光美國就生產(chǎn)了1000億個鋁易拉罐。輕、薄、耐腐蝕。易拉罐上的易拉扣，的確是一項高技術，代表了鋁材和鋁加工的現(xiàn)代成就。2021/8/621美國紐約的世界貿(mào)易大廈是一個大量使用鋁合金貼面的雄偉建筑?？上б呀?jīng)灰飛煙滅了。2021/8/622 長期以來人們一直認為鋁是無毒的，因此用起來很放心。但是醫(yī)學家經(jīng)過長期研究后發(fā)現(xiàn)，人體攝入過量的鋁也會帶來危害。 由于鋁制品的大量使用，特別是鋁制品盛放咸的、酸性的或堿性的食物時，其表面的保護膜就會遭到破壞，氧化鋁就會被溶解，使人體攝入鋁的量增加，日積月累，對健康會產(chǎn)生影響。友情提示友情提示2021/

11、8/623一般說來，一種材料能否在一個時代引起一般說來，一種材料能否在一個時代引起人們關注、得到廣泛使用應該從以下幾方人們關注、得到廣泛使用應該從以下幾方面加以分析面加以分析v 資 源v 能 源v 環(huán) 保v 經(jīng) 濟v 質 量2021/8/624 新陳代謝這一生命規(guī)律在材料中也是同樣存在的。事實上，每種材料都有其生命曲線出現(xiàn)發(fā)展成熟衰退衰退主要是由于社會衰退主要是由于社會發(fā)展和科學技術進步發(fā)展和科學技術進步導致的。導致的。一個新材料的誕生，從實一個新材料的誕生，從實驗室研制出樣品到工業(yè)上驗室研制出樣品到工業(yè)上的大規(guī)模實際使用，大概的大規(guī)模實際使用，大概需要需要 15 20 年時間。年時間。 20

12、21/8/625所謂的所謂的“材料科學材料科學”的主要研究對象是新的主要研究對象是新材料，或者是想方設法使傳統(tǒng)材料獲得新材料，或者是想方設法使傳統(tǒng)材料獲得新生。生。出現(xiàn)發(fā)展成熟衰退新材料新材料傳統(tǒng)材料傳統(tǒng)材料2021/8/626v石棉是含有鐵、鎂、鎳、鈣、鋁等元素的硅酸鹽，分為溫石棉和青石棉兩種，由于具有結實、抗彎、絕緣、隔熱、保溫、耐酸堿腐蝕等優(yōu)點，所以被廣泛用于建筑、造船、航天和交通機械中隔熱、保溫、防火等領域。石棉經(jīng)過加工后制成的紡織、石棉水泥制品，具有耐磨、絕緣等特點，還可制成防火材料、濾料、填料等。據(jù)統(tǒng)計，石棉的各種用途已逾千種 ?！跋﹃栂﹃枴辈牧希菏薏牧希菏?021/8/627

13、v近年來的研究表明石棉是一種致癌物質，歐美國家許多癌癥的病因，都曾與石棉污染有關。目前這種狀況正在向發(fā)展中國家轉移。據(jù)保守估計，今后30年中死于石棉污染者將達到100萬，其中大多數(shù)是制造含石棉的地板、天花板、屋頂材料、接合劑和自動閘的工人。若進行大規(guī)模樓層定向爆破、拆除等工作時，現(xiàn)場附近人員不采取防護措施，也極可能被構成傷害。“夕陽夕陽”材料：石棉材料：石棉2021/8/628v專家估計，全世界每年約有20萬人死于與石棉有關的癌癥，其中約25死于肺癌，10死于惡性間皮瘤。v在歐盟的15個國家中，已有12個禁止使用石棉，沙特阿拉伯也將它列在禁用之列，阿根廷、智利等國也隨之仿效。目前美國也不再生產(chǎn)

14、石棉，其石棉使用僅依靠進口。 “夕陽夕陽”材料：石棉材料：石棉2021/8/629v鋼鐵工業(yè)在發(fā)達國家已進入衰退階段，原因是有許多新材料來代替鋼鐵，并且鋼鐵生產(chǎn)污染環(huán)境，他們往往把這些企業(yè)放在第三世界國家。v v鋼鐵在我國還在成熟階段，鋼鐵的需求量很大，不但每年產(chǎn)量有所增加,每年還需進口2000萬噸。v據(jù)估計,我國的鋼產(chǎn)量達到12000萬15000萬噸，才能滿足國內(nèi)市場需要。 “夕陽夕陽”材料工業(yè)：鋼鐵材料工業(yè)：鋼鐵2021/8/630在“911”事件中變成廢墟的紐約世貿(mào)大廈的數(shù)十萬噸廢鋼鐵被運往中國和印度，將在那里回爐后重新使用。從這兩座 100 多層的雙子大廈廢墟中回收的鋼材數(shù)量相當可觀，

15、估計多達 40 萬噸。2021/8/631材料中的材料中的“常青樹常青樹”：陶瓷：陶瓷2021/8/6321.2 材料的分類材料的分類2021/8/633按材料的組成分類按材料的組成分類n 金屬材料 (Metal)n鋼鐵材料、非鐵材料、合金n 有機高分子材料 (Polymer)n天然的、合成的n 無機非金屬材料 (Ceramics)n陶器、瓷器、水泥、玻璃、耐火材料、新型陶瓷n 復合材料 (Composites)2021/8/634按材料的用途分類按材料的用途分類n 結構材料n 支撐件、連接件、傳動件、緊固件等n 功能材料n 磁性材料、電子材料、信息記錄材料、光學材料、敏感材料、能源材料、生物

16、醫(yī)學材料等n 結構材料與功能材料的劃分并不嚴格n 生物醫(yī)學材料？2021/8/635按材料內(nèi)部原子排列情況分類按材料內(nèi)部原子排列情況分類n 晶態(tài)材料n 非晶態(tài)材料n 液態(tài)材料n 氣態(tài)材料材料是可以用來制造有用的構件、器件或物品的物質2021/8/636從材料尺度角度分類從材料尺度角度分類n 三維材料n 塊體材料n 二維材料n 薄膜、涂層等 (金剛石薄膜、高溫超導薄膜、半導體薄膜、耐磨涂層)n 一維材料n 纖維、晶須等 (光導纖維、高強纖維)n 零維材料n 粉 體2021/8/6371.3 材料科學材料科學 20 世紀對于材料的發(fā)展歷史來說是一個值得大書特書的時期。20 世紀科學技術領域一系列驚

17、人的重大發(fā)現(xiàn)導致了原子能、航空航天、激光、信息、能源等領域的巨大變化，而這些巨大變化則有力地促進了材料的發(fā)展，使得材料在 20 世紀中葉發(fā)生了一次“革命性”的飛躍，這個飛躍的標志就是“材料科學”的形成。 2021/8/638v 超音速飛機 (鎳基超級合金)v 計 算 機 (晶體管、半導體)v 航天飛機 (高溫結構陶瓷)20 世紀中葉的幾項成果世紀中葉的幾項成果2021/8/639 1947 年，在美國新墨西哥州哥西維爾地方，有一艘外星來的宇宙飛船墜毀了?？茖W家們紛紛云集此地，對這艘飛船進行了全方位的研究，于是地球上就誕生了半導體、光纖、激光器等一系列對當代文明產(chǎn)生了顯著影響的新材料。后來美國政

18、府將這艘飛船隱匿起來了輕松一下輕松一下哈哈哈哈！天方夜譚2021/8/64020 世紀中葉是蘇美兩個超級大國在各個領域進行全面競爭的時代。材料的競爭是其中的主要內(nèi)容之一。v1957 年蘇聯(lián)率先將人造地球衛(wèi)星送上了天，從而引發(fā)了全球性的材料科學研究。v美國從此相繼成立了一些材料研究中心，正式將材料科學作為一個學科對待。2021/8/64120 世紀世紀 80 年代出現(xiàn)的新技術革命把新材料、信息年代出現(xiàn)的新技術革命把新材料、信息技術、生物技術并列為新技術革命的重要標志。技術、生物技術并列為新技術革命的重要標志。 n 美國國防部1991年提出20項關鍵技術，有5項以材料為主。n 同年，美國白宮發(fā)布美

19、國國家關鍵技術項目共6領域22項關鍵，材料為6領域之一。材料合成與加工、電子和光子材料、陶瓷復合材料、高性能金屬與合金5項為關鍵。 n 從1995年至2001年每兩年更新一次的美國國家關鍵技術報告中，特種功能材料和制品技術占了很大的比例。 2021/8/64220 世紀世紀 80 年代出現(xiàn)的新技術革命把新材料、信息年代出現(xiàn)的新技術革命把新材料、信息技術、生物技術并列為新技術革命的重要標志。技術、生物技術并列為新技術革命的重要標志。 n 2001年日本文部省發(fā)布的第七次技術預測研究報告中列出了影響未來的100項重要課題,一半以上為新材料或依賴于新材料發(fā)展的課題,而其中絕大部分均為功能材料。 n

20、歐盟第六框架計劃和韓國的國家計劃等把功能材料技術列為關鍵技術之一加以重點支持。 n 我國863高技術發(fā)展計劃，材料是7個重點之一，重大基礎研究攀登計劃的30個重大課題中有7個與材料直接有關。 2021/8/643材料涉及的領域極為廣泛，舉凡國家的工農(nóng)業(yè)建設和國防建設，人民生活水平的提高，無不與材料密切相關。所以材料的科學研究、新產(chǎn)品的開發(fā)、工業(yè)大生產(chǎn)與合理應用都關系到社會進步、國家安全，因此人們把材料譽為現(xiàn)代文明的三大支柱之一。 摘自：師昌緒主編材料大辭典前言2021/8/644新材料發(fā)展與應用水平直接決定著經(jīng)濟發(fā)展的水平。不妨看幾個簡單的數(shù)據(jù) v以每公斤產(chǎn)品的出廠價格計算，把原材料比作1，那

21、么小轎車為5，家電為30，飛機為200，計算機為1000，集成電路芯片則為10000。產(chǎn)品中的技術含量越高，收益就越高。 v 2000 年，世界新材料市場銷售額達到 4000 億美元，美國占市場份額 40%，日本占市場份額 20% (預計數(shù)據(jù))。v據(jù) 1982 年統(tǒng)計，美國每年因材料腐蝕造成的直接經(jīng)濟損失為 1260 億美元。材料斷裂和磨損造成的損失分別為 1190 億和 1000 億美元。 2021/8/645 戰(zhàn)后日本經(jīng)濟的迅速崛起，與其政府對材料的高度重視有關。材料科學與綜合國力材料科學與綜合國力2021/8/646700170027552082969025000200040006000

22、800010000年產(chǎn)量 (萬噸)年產(chǎn)量 (萬噸)1952年1962年1972年日本英國n 二戰(zhàn)結束的時候，鋼鐵仍然是整個世界經(jīng)濟的支柱。意識到必須具有高質量和低成本的鋼鐵，日本開始大力發(fā)展鋼鐵工業(yè) 這一技術政策推動了日本的汽車工業(yè)和其他一些主要用鋼材的產(chǎn)品，使得日本經(jīng)濟得到了很大的發(fā)展。2021/8/647n 1970 年以后，日本認識到當今世界已經(jīng)處于硅時代，因此在保持鋼的生產(chǎn)優(yōu)勢的同時，日本瞄準了硅材料，開始大力發(fā)展半導體工業(yè)，使得家用電器的生產(chǎn)在世界市場中占據(jù)了絕對優(yōu)勢。n 英國此時卻忽略了硅時代的到來，由于沒有相應的技術政策和戰(zhàn)略眼光，其結果是英國有2000 名研究硅材料的科學家流入

23、美國硅谷。n 1988 年僅在信息技術產(chǎn)品這一項上，英國對日本的貿(mào)易赤字就高達 2.2 億英鎊，這還不包括由硅片控制的自動聚焦的照相機之類的產(chǎn)品。 2021/8/648英國人悲哀地說：英國沒有硅工業(yè)了，英國人悲哀地說：英國沒有硅工業(yè)了，英國從第一流的經(jīng)濟大國變?yōu)榱说诙鴱牡谝涣鞯慕?jīng)濟大國變?yōu)榱说诙鞯慕?jīng)濟發(fā)達國家，而日本卻從第二流的經(jīng)濟發(fā)達國家，而日本卻從第二流的經(jīng)濟發(fā)達國家變成了第一流的經(jīng)流的經(jīng)濟發(fā)達國家變成了第一流的經(jīng)濟大國，英國的態(tài)度恰似一個仍然停濟大國，英國的態(tài)度恰似一個仍然停留在石器時代的國家，而沒有進展到留在石器時代的國家，而沒有進展到青銅器時代。青銅器時代。2021/8/649

24、新材料在高技術中的應用新材料在高技術中的應用n幾個實例幾個實例2021/8/650v1982 年日本首次研制出了陶瓷發(fā)動機小汽車。它的出現(xiàn)使發(fā)動機重量減輕，提高燃燒度和節(jié)約燃料的愿望成為現(xiàn)實。2021/8/651v1988年前蘇聯(lián)一架以液氫為燃料的中型運輸機首次試飛成功。液氫的沸點為 253C，攜儲液氫需要高效率的絕熱材料。液氫發(fā)動機的使用，則意味著低溫極限技術已達到實用化程度。2021/8/652v1989 年日本一艘潛水調查船下潛到6500 米的深海區(qū)，打破了美國、前蘇聯(lián)和德國的下潛紀錄。這艘潛水艇耐水艙使用的是一種高強度鈦合金，觀察窗使用的是一種新型的有機玻璃。2021/8/653v美國

25、在海灣戰(zhàn)爭中使用的隱身戰(zhàn)斗機所以能隱身，就是使用了一種吸波材料和吸波涂層。v所謂隱形是指不易被雷達或紅外線、可見光、聲探測等傳感器發(fā)現(xiàn)。v隱形飛機之所以能夠隱形，主要是綜合采用了隱身外形技術、隱身材料技術、紅外線抑制和干擾技術、聲波隱身技術以及微電子技術等，具有降低其在雷達屏幕上的特征、壓制噪聲、減弱飛機紅外圖像特征、抑制無線電信號傳輸?shù)刃阅?。隱形飛機與材料隱形飛機與材料 2021/8/654n 隱形武器由于其科技含量高，對材料要求苛刻，研制費用異常高。n 美國的 F-117A 隱形飛機單價 為 1.1 億美元，B-2隱形轟炸機單價更高達 5.3 億美元，比與機體等重量的黃金價值還要高。n 最

26、近，美國又以 4000 億美元的天價，開始研制一種集“隱形、敏捷、高速”為一體的 F-35 新型隱形戰(zhàn)機。 2021/8/655F-117A 戰(zhàn)斗機周身幾乎全由直線構成，機體表面使用了 6 種不同的雷達吸波涂層材料，大大降低了雷達探測度。經(jīng)科學家測試，雷達在距離 F-117A 飛機 600 米時，就已完全接收不到它發(fā)出的信號。2021/8/656 揚子晚報2001年6月12日報道：西門子公司近日發(fā)布消息說，該公司所屬的一家研究機構開發(fā)出了利用移動電話發(fā)射站對付隱形飛機的技術。這家設在英國的研究機構 RMR 研究人員發(fā)現(xiàn)，由普通移動電話發(fā)射站、全球定位系統(tǒng)以及由計算機連接的若干信號接收器組成的系

27、統(tǒng)，可以用來捕捉隱形飛機。 RMR的科學家說，如果隱形飛機飛越某一已部署該系統(tǒng)的地區(qū)，移動電話發(fā)射站的信號接觸飛機后會向四處反射，而接收器接收的反射信號經(jīng)電腦處理后就能判斷出飛機的準確位置?？茖W家認為，他們開發(fā)的技術將使“隱形飛機毫無用處”。材料科學家的喜訊材料科學家的喜訊? ?2021/8/657在美國的航天史上發(fā)生過三起巨大災難在美國的航天史上發(fā)生過三起巨大災難n1967 年 1 月 27 日：阿波羅號飛船升空時爆炸，三名宇航員遇難n1986 年 1 月 28 日：挑戰(zhàn)者號航天飛機升空時爆炸，包括一名女教師在內(nèi)的宇航員全部遇難n2003 年 2 月 1 日：“哥倫比亞號”航天飛機在完成 1

28、6 天的太空研究任務后，在返回大氣層時突然發(fā)生解體，機上 7 名宇航員全部遇難2021/8/658 “哥倫比亞號”是航天飛機第一次在即將著陸時發(fā)生的災難。空難發(fā)生后，由美國宇航局（NASA）組成了由材料和工藝工程師及科學家組成的調查組對飛機殘骸進行了重組、殘骸材料的冶金分析以及模擬試驗，分析了航天飛機爆炸的原因?！案鐐惐葋喬枴焙教祜w機的爆炸，震驚了世人，同時也引起了人們對材料的關注，材料分析揭開了哥倫比亞空難之謎。 哥倫比亞空難與材料哥倫比亞空難與材料 2021/8/659這張照片是在哥倫比亞號返回地球的這張照片是在哥倫比亞號返回地球的1111天前拍攝并傳回的，通過哥倫比亞天前拍攝并傳回的，通

29、過哥倫比亞號上隨機安裝的一架照相機拍攝。號上隨機安裝的一架照相機拍攝。升空時，從燃料箱腳架處掉下的一塊隔熱泡沫砸到左翼碳碳復合材料面板下半部附近造成裂縫。而后高溫熱離子流穿過此處，使機翼鋁合金、鐵基合金、鈉基合金結構熔化，導致航天飛機失控、機翼破壞和機體解體。2021/8/660 2005 年 8 月 9 日，美國的“發(fā)現(xiàn)”號航天飛機平安著陸。它對于人類今后探索太空、進一步發(fā)展載人航天事業(yè)具有重要意義。與此同時，美國航天飛機兩年半來重返太空的這次首航，在美國航天界、輿論界及民眾中引發(fā)了對航天飛機探測飛行前景及對載人飛行安全前所未有的關注2021/8/661材料科學研究的內(nèi)容材料科學研究的內(nèi)容合

30、成與制備Synthesis and Fabrication結 構Structures性 能Properties效能與功能Performance2021/8/662n 簡而言之，材料科學就是研究各種材料的成分與結構、合成與制備加工工藝、性能以及材料在服役過程中的表現(xiàn)這四個方面之間相互關系的科學。 n 成分與結構、合成與制備加工工藝、性能以及材料在服役過程中的表現(xiàn)是材料科學的四個基本要素。材料科學研究的目的則是在這四個基本要素方面進行不懈地努力，以期使材料的發(fā)展更好地為人類社會的進步服務。n 新方法、新結構、新性能新應用是發(fā)展新材料以及材料科學研究的永恒主題。 2021/8/663工工程程科科學學

31、力學熱力學流體的流動建模技術數(shù)值方法等等設設計計工工具具可行性分析近似分析優(yōu)化方法詳細的分析，例如有限元方法等材材料料科科學學結構制備過程表面工程顯微結構分析表征技術等等材材料料選選擇擇所有材料(低精度)某一類別材料(中等精度)一種材料(最佳精度)概 念細 節(jié)具體化市市場場需需求求產(chǎn)產(chǎn) 品品材料科學研究的一般流程2021/8/664新材料的發(fā)展方向新材料的發(fā)展方向v 結構功能的復合化v 功能材料的智能化v 材料與器件的集成化v 制備和使用工程的綠色化2021/8/665 在 3 到 13 世紀，中國保持著一個讓西方人望塵莫及的科學知識水平。英國科學家 李約瑟v CHINAv 越王勾踐的寶劍v

32、青銅編鐘v 我國的材料研究我國的材料研究2021/8/666這套編鐘是在洛莊漢墓主墓室北面的14號陪葬坑內(nèi)出土的。編鐘出土時排列整齊，可看出當時是掛在架子上埋進去的。難能可貴的是，這套編鐘在地下保存得非常完好，出土之后，輕輕擦拭便锃亮如新2021/8/667n 形成了一支 40 萬人的研究與生產(chǎn)隊伍，其中科研人員近 10 萬人。研究單位有 300 多個，新材料生產(chǎn)工廠 1000 多個。各類大學有 150 多個與材料有關的專業(yè)，畢業(yè)生的數(shù)量與美國相近。我國的新材料研究我國的新材料研究2021/8/668n 在光學晶體、有機分離膜、稀土永磁材料、高溫超導體、準晶態(tài)研究等方面已取得舉世矚目的成績，但與發(fā)達國家相比在總體水平上估計落后 10 年左右。鋼材和化工有機合成材料要靠進口，高技術所需的新材料以及引進生產(chǎn)線所用原材料大量依靠國外。我國的新材料研究我國的新材料研究2021/8/669n 不少研究起步不晚成果不錯，但形不成商品及產(chǎn)業(yè)。“成果一大片，材料看不見”。國家在新材料研究開發(fā)上的總投資估計超過 50 億元，但形成的新材料生產(chǎn)的產(chǎn)值不大，大大影響了我國工業(yè)特別是高技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 我國的新材料研究我國的新材料研究2021/8/670 你們是早晨八、九點鐘的太陽，希望寄托在你們身上。