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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——C60204

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