材料科學基礎重點知識復習

材料科學基礎重點知識復習一、材料與材料科學

材料是一個國家科學技術水平、經(jīng)濟發(fā)展水平和人民生活水平的重要標志，也是一個時代的重要標志。人類社會的發(fā)展史事實上也是一部材料的發(fā)展史，材料與人類的發(fā)展和進步息息相關，材料的每一次重大發(fā)現(xiàn)及其大量制造和使用，推動人類社會向更新更高的階段發(fā)展。幾百萬年來，人類已經(jīng)跨越了石器時代，青銅器時代，鐵器時代，以水泥、玻璃、塑料、橡膠為代表的非金屬時代，21世紀將以復合材料和功能材料為特色。材料的涵義及其分類材料是指人類利用化合物的某些功能來制作物件時用的化學物質(zhì)。

使用性能（物理）合成/加工

（工程）

性質(zhì)（化學）

結構/成分

（物理）

作為材料，必須具備如下特點：一定的組成可加工性現(xiàn)狀保持性使用性能經(jīng)濟性再生性從以上的分析可見，材料與物質(zhì)是兩個不同的概念，材料總是和一定的用場相聯(lián)系的。材料按用途可分為結構材料和功能材料。結構材料主要是利用材料的力學和理化性質(zhì)，廣泛應用于機械制造、工程建設、交通運輸和能源等各個工業(yè)部門。功能材料則利用材料的熱、光、電、磁等性能，用于電子、激光、通訊、能源和生物工程等許多高新技術領域。功能材料的最新發(fā)展是智能材料。材料按化學組成的不同，可分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和復合材料。金屬材料又分為黑色金屬和有色金屬。黑色金屬通常包括鐵、錳、鉻以及它們的合金。除黑色金屬以外的其他各種金屬及其合金都稱為有色金屬。產(chǎn)量最大的金屬材料是鋼鐵。無機非金屬材料主要是指硅酸鹽材料，包括陶瓷、玻璃和水泥。新近發(fā)展起來的特種陶瓷，成分擴展到純的氧化物、碳化物、氮化物和硅化物。此外半導體材料也屬于無機非金屬材料。高分子材料是一類合成材料，主要有塑料、合成纖維和合成橡膠，此外還有涂料和膠粘劑等。這類材料具有優(yōu)異的性能，如較高的強度、優(yōu)良的塑性、耐腐蝕、不導電等，發(fā)展速度很快，已部分取代了金屬材料。合成具有特殊性能的高分子材料是其發(fā)展方向。復合材料是由金屬材料、陶瓷材料和高分子材料復合組成的。復合材料的強度、剛性和耐腐蝕性等比單一材料更為優(yōu)越，是一類具有廣闊應用發(fā)展前景的新型材料。材料科學：范疇及任務

材料是一切技術發(fā)展的物質(zhì)基礎，是與人類社會的發(fā)展進步密切相關的。最初，各種材料的發(fā)展是分別進行，互不相關的。隨著科學技術的發(fā)展，人們對材料的認識不斷深化，積極吸取了近代物理、化學，特別是固體物理、量子化學等基礎理論并應用各種先進分析儀器和尖端技術來研究和闡明材料的本性，為認識材料的性能——結構——應用之間的關系和探索新材料提供了理論基礎。這樣就在各種基礎學科的滲透和現(xiàn)代科學儀器的幫助下，從20世紀60

年代開始形成了一門新的綜合性學科——材料科學。

材料科學是一門以材料為研究對象，介于基礎科學與應用科學之間的應用基礎科學。材料科學的內(nèi)容：一是從化學的角度出發(fā)，研究材料的化學組成、鍵性、結構與性能的關系規(guī)律；二是從物理學角度出發(fā)，闡述材料的組成原子、分子及其運動狀態(tài)與各種物性之間的關系，在此基礎上為材料的合成、加工工藝及應用提出科學依據(jù)。材料科學的主要任務是以現(xiàn)代物理學、化學等基礎學科理論為基礎，從電子、原子分子間結合力、晶體及非晶體結構、顯微組織、結構缺陷等觀點研究材料的各種性能以及材料在制造和應用過程中的行為，了解結構——性能——應用之間的規(guī)律關系，提高現(xiàn)有材料的性能，發(fā)揮材料的潛力，并能動地探索和發(fā)展新型材料以滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設和現(xiàn)代技術發(fā)展對材料日益增長的需求。金屬材料

自然界中存在的94多種化學元素中有2/3是金屬(72種)，20世紀中幾乎所有的金屬都被研究過。金屬材料在工程中一直是最重要的材料。

鋼鐵是鐵和碳的合金體系總稱。鋼鐵中含碳量大于2%的叫生鐵，小于0.02%的叫純鐵，在這兩者之間的稱為鋼。鋼中含碳量大于0.25%的稱低碳鋼，介于0.25%~0.60%的稱中碳鋼，大于0.60%的稱為高碳鋼。所謂煉鋼，其實質(zhì)是控制生鐵中含碳量達到鋼的要求，同時除去危害鋼的性能的一些雜質(zhì)，如S、P等。若要想得到特殊性能的合金鋼，當然還要加入一些其他金屬。電力系統(tǒng)中的工業(yè)鍋爐、高壓鍋爐及其熱交換管道，發(fā)電機中的大型篆字和葉輪，變壓器的鐵芯。汽車工業(yè)：根據(jù)美國的一份調(diào)查，美國平均美臺車消耗的材料鋼鐵的九大應用領域機床與工程機械，包括起重機、挖掘機、拖拉機。鐵路（鋼軌）與橋梁。船舶和海上鉆井平臺。它們對鋼材的強度、韌性和耐海水腐蝕都有很高的要求。兵器：包括坦克、大炮、槍械。石油開采機械、輸油管道和泵站。化工壓力容器、反應釜和管道，其中不銹鋼、耐熱鋼等特殊鋼用量很大。建筑鋼筋和構架

有機高分子材料和金屬以外的固體材料都屬于無機非金屬材料，范圍很廣。無機非金屬材料大都具有熔點高、硬度高、化學穩(wěn)定性好、耐高溫、耐磨損、耐氧化、耐腐蝕、強度高等優(yōu)良性能，有些無機非金屬材料還具有某些獨特的性能而作為功能材料使用。這里主要介紹陶瓷、水泥和玻璃等材料。無機非金屬材料高分子材料是一種古老而又年輕的材料。合成高分子材料從問世到今天不到一個世紀，但在這短短的幾十年中，其發(fā)展速度卻遠遠超過其它傳統(tǒng)材料。在過去的40年中，美國塑料生產(chǎn)猛增100倍，而同一時期鋼鐵生產(chǎn)卻幾乎是負增長。如按體積計算，全世界塑料的產(chǎn)量在90年代初已超過鋼鐵，高分子材料在世界經(jīng)濟中的作用已變得越來越重要。高分子材料主要能源分類

凡是能提供某種形式能量的物質(zhì),或是物質(zhì)的運動,統(tǒng)稱為能源。它是人類取得能量的來源，包括已開采出來的可供使用的自然資源與經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)移的能量的來源。

二、能源材料能源可分為一次能源和二次能源：自然界中以現(xiàn)成形式提供的能源稱為一次能源，需依靠其他能源的能量間接制取的能源稱為二次能源。一級能源二級能源燃料能源非燃料能源煤、石油、薪柴、天然氣

汽油、酒精、液化氣、煤氣

水力、鈾、風力熱水、蒸汽、電能源還可以分為常規(guī)能源與新能源。常規(guī)能源：在一定歷史時期和科學水平下，已被人們廣泛利用的能源稱為常規(guī)能源，如煤、石油、天然氣、水能等；新能源：隨著科技的不斷發(fā)展，才開始被人類采用先進的方法加以利用的古老能源以及新發(fā)展的利用先進技術所獲得的能源都是新能源，如：核聚變能、用以發(fā)電的風能、太陽能、海洋能等。

此外，能源也可以分為再生能源和非再生能源。再生能源：可連續(xù)再生、持續(xù)利用的一次能源稱為可再生能源，如水力、風能等；非再生能源：經(jīng)過億萬年形成的、短期內(nèi)無法恢復的能源，稱之為非再生能源，如：石油、煤、天然氣等。

能源是與人類社會的生存和發(fā)展休戚相關的。人類社會的發(fā)展伴隨著能源消耗的增加，另一方面，隨著科技進步包括能源技術的進步，單位GDP的能耗正逐步降低。為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，科學工作者提出了資源與能源最充分利用技術（maximumenergyandresourecesutilization,MERU)和環(huán)境最小負擔技術（minimumenvironmentalimpactMEI)等。

新材料的作用：新材料把原來習用已久的能源變成新能源一些新材料可提高儲能和能量轉(zhuǎn)化效果新材料決定著核反應堆的性能與安全性材料的組成、結構、制作與加工工藝決定著新能源的投資與運行成本。

新能源材料的任務及面臨的課題：研究新材料、新結構、新效應以提高能量的利用效率與轉(zhuǎn)換效率。能源的合理利用。安全與環(huán)境保護材料規(guī)模生產(chǎn)的制作與加工工藝延長材料的使用壽命。一些主要的新能源材料：金屬氫化物鎳電池材料鋰離子二次電池材料燃料電池材料太陽能電池材料核能材料

目前，世界各國都投入極大的人力和物力來發(fā)展新型二次電池技術，并形成以下研究熱點：儲氫材料及金屬氫化物鎳電池；鋰離子嵌入材料及液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池；聚合物電解質(zhì)鋰蓄電池或鋰離子電池。Ni/MH電池

Ni-MH電池的正極都是鎳電極（氫氧化鎳），負極是儲氫合金，電解液是氫氧化鉀的水溶液。儲氫合金是一種能大量吸收并釋放氫的功能材料一般適用于Ni-MH電池的儲氫材料有兩大系列：一類是以LaNi5稀土系儲氫合金；另一類是以TiNi2為主體的儲氫合金。Ni/MH二次電池及正負極材料的發(fā)展現(xiàn)狀正極：泡沫鎳、纖維鎳和高密度球形Ni(OH)2負極：主要有AB5和AB2型合金兩種，在AB5型方面，采用富Ce或富La混合稀土（Mm或Ml）取代LaNi5中的La，并對合金B(yǎng)側進行多元合金化，研究開發(fā)出性價比良好的AB5型混合稀土系多元合金。鋰離子二次電池

鋰是金屬中最輕的元素，且標準電極電位為－3.045v,是金屬元素中電位最負的一個元素。自70年代以來，以金屬鋰為負極的各種高比能量鋰原電池分別問世，并得以廣泛應用。1990年日本索尼公司宣稱，采用可以使鋰離子嵌入和脫嵌的碳材料代替金屬鋰和采用可以脫嵌和可逆嵌入鋰離子的高電位氧化鈷鋰正負極材料和與正負極能相容的LiPF6–EC+DEC電解質(zhì)后，終于研制出新一代實用化的新型鋰離子蓄電池。鋰離子電池的優(yōu)越性能

相對于傳統(tǒng)的鎘鎳電池（Ni/Cd）和氫鎳電池（Ni/MH）,鋰離子電池的電壓大約是它們的3倍;重量比能量密度提高了約3倍;對于同樣的功率消耗，鋰離子電池的使用期限約為鎳鎘電池的倍.現(xiàn)在鋰離子電池已經(jīng)是電子信息產(chǎn)品設計人員的普通配置.

工作電壓高比能量大

循環(huán)壽命長自放電率低

無記憶效應無污染

鎘鎳、氫鎳、鋰離子蓄電池性能對比

太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風能、海洋能、水能等都來自太陽能，廣義地說，太陽能包含以上各種可再生能源。太陽能作為可再生能源的一種，則是指太陽能的直接轉(zhuǎn)化和利用。通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能利用的屬于太陽能熱利用技術，再利用熱能進行發(fā)電的稱為太陽能熱發(fā)電，也屬于這一技術領域；通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能利用的屬于太陽能光發(fā)電技術，光電轉(zhuǎn)換裝置通常是利用半導體器件的光伏效應原理進行光電轉(zhuǎn)換的，因此又稱太陽能光伏技術。太陽能電池按照所用材料的不同：硅太陽能電池(單晶硅、多晶硅、非晶硅）

（光電轉(zhuǎn)化效率高，成本高，制備工藝復雜！）以無機鹽如砷化鎵、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池（鎘：劇毒。銦、硒：稀有元素）功能高分子材料制備的大陽能電池（處于研發(fā)初期、轉(zhuǎn)化效率低、使用壽命短）染料敏化納米晶體太陽能電池（正在研發(fā)）

太陽能發(fā)電(Photovoltaic)原理(I)太陽能電池是以P型與

N型半導體材料接合構成正極與負極。當太陽光照射太陽能電池時，光的能量會使半導體材料內(nèi)的正、負電荷分離。正、負電荷會分別往正、負極方向移動并且聚集。將太陽能電池正、負極接上負載時，將有電流流出，可以對負載作功(燈泡會亮、馬達會轉(zhuǎn))。正極：P型負極：N型PNPNPN-++-+-+-++++++-------+-+正、負電荷+-+-+-太陽光太陽光太陽光電流-+“十五”國家863計劃電動汽車重大專項，從國家汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的高度出發(fā)，選擇新一代電動汽車技術作為我國汽車科技創(chuàng)新的主攻方向，組織企業(yè)、高等院校和科研機構，以官、產(chǎn)、學、研四位一體的方式，聯(lián)合進行攻關，為實現(xiàn)我國能源安全、改善大氣環(huán)境、提高加入WTO后我國汽車工業(yè)的競爭力做出積極貢獻。專項總體目標是：在“十五”期間，促進我國符合市場經(jīng)濟發(fā)展要求的研發(fā)體系、機制和人才隊伍的形成；以電動汽車的產(chǎn)業(yè)化技術平臺為工作重點，力爭在電動汽車關鍵單元技術、系統(tǒng)集成技術及整車技術上取得重大突破；集中有限資源搶占新一代電動汽車制高點，促進我國汽車工業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展。

“電動汽車重大專項”提出“三縱三橫”研究開發(fā)布局。強調(diào)建立符合整車開發(fā)規(guī)律嚴密的整車開發(fā)程序。提出以整車開發(fā)為主導，關鍵零部件和相關材料緊密結合，基礎設施協(xié)調(diào)發(fā)展，政策法規(guī)、技術標準與評估技術同步展開的基本方針,作為國內(nèi)汽車科技項目的一個探索，以保證電動汽車重大專項產(chǎn)品化和產(chǎn)業(yè)化目標的實現(xiàn)?！半妱悠囍卮髮ｍ棥痹谑袌龊图夹g分析的基礎上，對混合動力電動汽車、純電動汽車、燃料電池汽車、電動車共性技術采取了不同的研發(fā)導向、時段安排、投資策略和推廣及產(chǎn)業(yè)化措施，致力于體現(xiàn)有所為有所不為的原則，恰當定位、突出重點、取得實效。專項特別提出了支持技術創(chuàng)新和專利保護。美國知名科學家

StephenWainwright更指出，仿生學將結合分子生物學并取代分子生物技術，成為21世紀最具挑戰(zhàn)與重要性的生物科技！生物的骨骼構造比鋼鐵強硬；

啄木鳥的腦殼有最緊密組織的抗震骨骼；

蜘蛛絲有五倍鋼鐵的硬度與延展性；

墨魚的瞬間加速可以達到每小時20哩；

蜂鳥飛行600哩旅程耗費不到十分之一盎司的能量；

蝙蝠的回音定位使用促進了雷達開發(fā)改進；蓮花效應有絕佳的抗污性(self-cleaningproperties)和疏水性(waterrepellent)自然生命世界蘊藏所有科技的奧秘與答案……。但數(shù)千年來，人類卻靠剝削自然為基礎而發(fā)明各種科技，

並開始卷入大自然反撲的漩渦。三、仿生材料仿生結構陶瓷

陶瓷材料的脆性和增韌問題一直是研究的熱點之一，也是陶瓷材料得到廣泛應用的關鍵問題之一

。近二十年來，人們相繼提出了長纖維或晶須增韌補強、顆粒彌散強化、相變增韌等多種強韌化措施，也取得了很多積極的研究成果。但是，這些強韌化措施的增韌效果還很有限，還沒有從本質(zhì)上解決陶瓷材料的脆性問題。仿竹木結構的纖維獨石結構陶瓷材料

abc仿貝殼結構的層狀結構陶瓷許多植物表面，如蓮葉面具有超疏水(superhydrophobicity)及自潔(self-cleaning)的特性。蓮葉表面的疏水、不吸水的表面始終葉面永遠保持一塵不染。為什麼會有這種“蓮花效應”？用傳統(tǒng)的化學分子極性理論來解釋，不僅解釋不通，恰恰是相反。從機械學的粗糙度、光潔度角度來解釋也不行，因為它的表面光潔度根本達不到機械學意義上的光潔度（粗糙度），用手觸摸就可以感到它的粗糙程度。經(jīng)過兩位德國科學家的長期觀察研究，即在1990年代初終於揭開了荷葉葉面的奧妙。原來在荷葉葉面上存在著非常複雜的多重奈米和微米級的超微結構。表面細微的奈米結構

在自潔功能上扮演著關鍵的角色以蓮葉為例，水珠與葉面接觸的面積大約只佔總面積的2～3%，若將葉面傾斜，則水珠被迫以滾動方式運動。滾動時，會順便吸附起葉面上的污泥顆粒，一同滾出葉面達到清潔的效果。表面細微的奈米結構

在自潔功能上扮演著關鍵的角色相形之下，在同樣具有疏水性的光滑表面水珠只會以滑動的方式移動並不會夾帶灰塵離開因此不具有自潔的能力。今年六月初，BBC新聞指出，英國曼徹斯特(Manchester)大學一群材料科學家研發(fā)出一種超強黏性的膠帶，任何人只要掌心貼上這種膠帶，便可如壁虎掛吊在天花板上。

科學家發(fā)現(xiàn)，爬蟲類每隻爪佈滿了幾十億個毛髮狀分子結構，並藉由分子與周遭不平衡電流的相互吸引產(chǎn)生力量，讓壁虎能在壁上爬行自如。目前，科學家正努力進一步開發(fā)大量生產(chǎn)方式，並期望這種新膠帶與新技術可應用來處理電腦晶片，或用在醫(yī)學方面。跳蚤－節(jié)肢彈性蛋白而澳大利亞的科學家日前宣布，他們已經(jīng)成功利用跳蚤身上的特殊組織合成出一種超彈性材料，并可能生產(chǎn)出全世界最完美的橡膠。他們還表示，這種節(jié)肢彈性蛋白未來的應用前景非常廣泛，如在工業(yè)中用于高效能橡膠，醫(yī)學上用于脊椎盤移植、心臟和血壓的替換，甚至可能用于增加跑鞋后跟的彈力。四、納米材料

納米（Nanometer）又稱毫微米，是一種長度單位.把1米分成10億份,每一份就是1納米（1nm=10-9m）。

1982年,一種奇特的顯微鏡(掃描隧道顯微鏡)發(fā)明后,便誕生了一門以至100納米尺度空間為研究對象的前沿學科,也就是研究電子、原子和分子運動規(guī)律、特性的高新學科,它就是納米科技。進一步認識納米蛋白質(zhì)、DNA、RNA、病毒，都在1~100nm的范圍光合作用在“納米車間”進行細胞中的一些結構單元都是執(zhí)行某種功能的“納米機械”，細胞象一個“納米工廠”蓮花荷葉出污泥而不染:“荷葉效應”納米結構是生命現(xiàn)象中基本的東西納米材料的特性A.特殊的光學性質(zhì)

當黃金被細分到小于光波波長的尺寸時，便失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實上，所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色愈黑，銀白色的鉑（白金）變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。

金屬超微顆粒對光的反射率很低，通常可低于l％，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個特性可以高效率地將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、電能。還可能應用于紅外敏感元件、紅外隱身技術等。1991年春的海灣戰(zhàn)爭，美國F－117A型隱身戰(zhàn)斗機外表所包覆的材料中就包含有多種納米超微顆粒，它們對不同波段的電磁波有強烈的吸收能力，以欺騙雷達，達到隱形目的，成功地實現(xiàn)了對伊拉克重要軍事目標的打擊。B.特殊的熱學性質(zhì)固態(tài)物質(zhì)在其形態(tài)為大尺寸時，其熔點是固定的，超細微化后其熔點將顯著降低，當顆粒小于10納米量級時尤為顯著。例如，金的常規(guī)熔點為1064℃，當顆粒尺寸減小到10納米時，則降低27℃，2納米尺寸時的熔點僅為327℃左右；銀的常規(guī)熔點為670℃，而超微銀顆粒的熔點可低于100℃。因此，超細銀粉制成的導電漿料可以進行低溫燒結，此時元件的基片不必采用耐高溫的陶瓷材料，甚至可用塑料。

金屬納米顆粒表面上的原子十分活潑。可用納米顆粒的粉體作為火箭的固體燃料、催化劑。例如,在火箭發(fā)射的固體燃料推進劑中添加l％重量比的超微鋁或鎳顆粒，每克燃料的燃燒熱可增加l倍。C.特殊的磁學性質(zhì)人們發(fā)現(xiàn)鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細菌等生物體中存在超微的磁性顆粒，使這類生物在地磁場導航下能辨別方向，具有回歸的本領。磁性超微顆粒實質(zhì)上是一個生物磁羅盤，生活在水中的趨磁細菌依靠它游向營養(yǎng)豐富的水底。通過電子顯微鏡的研究表明，在趨磁細菌體內(nèi)通常含有直徑約為2*10-2微米的磁性氧化物顆粒。當顆粒尺寸減小到2*10-2微米以下時，其矯頑力可增加1千倍，若進一步減小其尺寸，大約小于6*10-3微米時，其矯頑力反而降低到零，呈現(xiàn)出超順磁性。利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，已作成高貯存密度的磁記錄磁粉，大量應用于磁帶、磁盤及磁卡中。利用超順磁性，已將磁性超微顆粒制成用途廣泛的磁性液體。D.

特殊的力學性質(zhì)由于納米材料粒度非常微小,具有良好的表面效應,1克納米材料的表面積達到幾百平方米。因此,用納米材料制成的產(chǎn)品其強度、柔韌度、延展性都十分優(yōu)越，就象一種有千萬對腳的毛毛蟲，當它吸附在光滑的玻璃面上時，由于接觸面積大，12級臺風有也吹不掉它。陶瓷材料在通常情況下呈脆性，陶瓷茶壺一摔就碎，然而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料，竟然可以象彈簧一樣具有良好的韌性。研究表明，人的牙齒之所以具有很高的強度，是因為它是由磷酸鈣等納米材料構成的。呈納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬3～5倍。至于金屬---陶瓷等復合納米材料，其應用前景十分寬廣。E.特殊的電學性質(zhì)由于顆粒內(nèi)的電子運動受到限制，電子能量被量子化了。結果表現(xiàn)為當在金屬顆粒的兩端加上合適電壓時，金屬顆粒導電；而電壓不合適時金屬顆粒不導電。原來是導體的銅等金屬，在尺寸減少到幾個納米時就不導電了；而絕緣的二氧化硅等，電阻會大大下降，失去絕緣特性，變得能導電了。還有一種奇怪的現(xiàn)象，當金屬納米顆粒從外電路得到一個額外的電子時，金屬顆粒具有了負電性，它的庫侖力足以排斥下一個電子從外電路進入金屬顆粒內(nèi)，從而切斷了電流的連續(xù)性。這就使得人們想到是否可以發(fā)展用一個電子來控制的電子器件，即所謂的單電子器件。單電子器件的尺寸很小，把它們集成起來做成計算機芯片其容量和計算速度不知要提高多少倍。第一次產(chǎn)業(yè)革命(1734-1834）

主導技術：蒸汽機動力變革，熱能、機械能

科學基礎：牛頓力學、熱力學、能量轉(zhuǎn)化原理第二次產(chǎn)業(yè)革命（1835-1914）

科學基礎：電的發(fā)現(xiàn)電磁理論

主導技術：電氣化技術

(發(fā)電機和電動機、電力傳輸、無線電通訊)第三次產(chǎn)業(yè)革命（1945-2010？）

科學基礎：X射線的發(fā)現(xiàn)放射線的發(fā)現(xiàn)半導體的發(fā)現(xiàn)

主導技術：微米技術微電子技術

三次產(chǎn)業(yè)革命的啟示:1.每一次產(chǎn)業(yè)革命造就了一、二個先進國家；2.主導技術經(jīng)歷了孕育期

生長期、高速發(fā)展期、穩(wěn)定期，主導技術周期約50-60年；3.主導技術的穩(wěn)定期開始蘊釀下一個主導技術；4.主導技術帶動產(chǎn)業(yè)革命，先從傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)開始，逐漸形成新的產(chǎn)業(yè)群。半導體材料的分代以硅Si為代表的半導體材料為第一代半導體材料以砷化鎵GaAs為代表的化合物半導體材料為第二代半導體材料以氮化鎵GaN為代表的寬帶隙化合物半導體材料為第三代半導體材料GaN半導體材料特點寬帶隙化合物半導體材料，有很高的禁帶寬度（2.3—6.2eV)，可以覆蓋紅、黃、綠、藍、紫和紫外光譜范圍，是到目前為止其它任何半導體材料都無法達到的高頻特性，可以達到300GHz（硅為10G，砷化鎵為80G）

高溫特性，在300℃正常工作（非常適用于航天、軍事和其它高溫環(huán)境）耐酸、耐堿、耐腐蝕（可用于惡劣環(huán)境）高壓特性（耐沖擊，可靠性高）大功率（對通訊設備是非?？释模〨aN半導體材料特點優(yōu)異的性能白光LED

固體冷光源，效率高，綠色環(huán)保壽命長，可以達到10萬小時（連續(xù)10年）低電壓工作是照明領域的又一次革命白光LED的構成方式基于藍光LED，通過熒光粉激發(fā)一個黃光，組合成為白光通過紅、綠、藍三種LED組合成為白光基于紫外光LED，通過三基色粉，組合成為白光光纖通信

光(導)纖(維)是20世紀70年代的重要發(fā)明之一，它與激光器、半導體探測器一起構成了新的光學技術，創(chuàng)造了光電子學的新天地(領域)。光纖的出現(xiàn)產(chǎn)生了光纖通信技術，特別是光纖在有線通信廣的優(yōu)勢越來越突出，它為人類21世紀的通信基礎一——信息高速公路奠定了基礎，為多媒體(符號、數(shù)字、語音、圖形和動態(tài)圖像)通信提供了實現(xiàn)的必需條