目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 材料的界定和分類 1
1.1.1 材料的界定與劃代 1
1.1.2 材料的分類 1
1.1.3 結(jié)構(gòu)材料和功能材料的定義 2
1.2 功能材料及其類型 2
1.2.1 功能材料備受重視的五十年 2
1.2.2 功能材料的特點(diǎn) 3
1.2.3 功能材料的分類 3
1.2.4 功能轉(zhuǎn)換及智能材料 5
1.2.5 功能材料的應(yīng)用 5
1.3 功能材料設(shè)計的對稱性原理 5
1.3.1 群及其表示的基本概念 6
1.3.2 對稱元素與對稱操作 7
1.3.3 結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的對稱性原理 8
1.4 材料化學(xué)及其研究內(nèi)容 11
1.4.1 什么是材料化學(xué) 11
1.4.2 材料化學(xué)的研究內(nèi)容 11
1.4.3 新材料研究的發(fā)展趨勢 13
思考題 14
第2章 結(jié)構(gòu)與物性 15
2.1 物態(tài)與物性 15
2.1.1 正常條件下的物態(tài) 15
2.1.2 極端條件下的物態(tài) 16
2.1.3 特殊條件下的物態(tài) 17
2.2 固體材料中的化學(xué)鍵 17
2.2.1 離子固體 18
2.2.2 金屬固體 18
2.2.3 分子固體和超分子固體 20
2.2.4 共價固體 21
2.3 晶體的結(jié)構(gòu) 21
2.3.1 點(diǎn)陣與平移群 21
2.3.2 晶胞及其表征 23
2.3.3 宏觀對稱性與點(diǎn)群 25
2.3.4 微觀對稱性與空間群 28
2.3.5 晶體對稱性對其物性的制約 30
2.3.6 晶體的缺陷 30
2.4 晶體的物理性質(zhì) 34
2.4.1 硬度 34
2.4.2 解理性和斷裂性 34
2.4.3 顏色 34
2.4.4 各向異性的功能特征 35
2.5 固溶體 36
2.5.1 固溶體類型及特征 36
2.5.2 研究固溶體組成的衛(wèi)格定律和雷特格定律 38
2.5.3 固溶體材料的性能 38
2.6 非晶態(tài)固體 38
2.6.1 無機(jī)玻璃 39
2.6.2 水泥材料 40
2.6.3 有機(jī)高分子 40
2.7 準(zhǔn)晶態(tài)材料 42
2.7.1 準(zhǔn)晶的結(jié)構(gòu)特征 42
2.7.2 準(zhǔn)晶的理論模型 42
2.7.3 準(zhǔn)晶的應(yīng)用 44
思考題 45
第3章 納米材料 46
3.1 納米材料與納米科技 46
3.1.1 納米科技的發(fā)展簡史 46
3.1.2 納米材料的定義及其分類 47
3.2 納米材料的基本物理效應(yīng) 48
3.2.1 量子尺寸效應(yīng) 48
3.2.2 體積/小尺寸效應(yīng) 49
3.2.3 表面效應(yīng) 49
3.2.4 庫侖堵塞與量子隧穿效應(yīng) 50
3.2.5 宏觀量子隧道效應(yīng) 50
3.2.6 介電限域效應(yīng) 50
3.3 納米微�！�—零維納米材料 51
3.3.1 納米材料的制備方法概述 51
3.3.2 納米粉體的制備方法示例 52
3.3.3 納米微粒的結(jié)構(gòu)與形貌 53
3.3.4 納米微粒的特異性能 55
3.4 納米纖維材料--維納米材料 59
3.4.1 —維納米材料的制備 59
3.4.2 —維納米材料的結(jié)構(gòu)與形貌 61
3.4.3 —維納米材料的性能與應(yīng)用 64
3.5 納米薄膜材料——二維納米材料 65
3.5.1 二維納米材料的結(jié)構(gòu)與類型 65
3.5.2 二維納米材料的性能與應(yīng)用 66
3.6 納米塊狀材料——三維納米材料 67
3.6.1 三維納米材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 67
3.6.2 三維納米材料的性能 68
3.7 納米組裝體系 70
3.7.1 —維納米線陣列的制備及性能 70
3.7.2 納米薄膜鑲嵌體系 72
思考題 73
第4章 復(fù)合材料及雜化材料 74
4.1 復(fù)合材料概述 74
4.1.1 復(fù)合材料的概念 74
4.1.2 復(fù)合材料的分類 74
4.2 新型復(fù)合材料用增強(qiáng)材料 76
4.2.1 纖維增強(qiáng)體 76
4.2.2 顆粒增強(qiáng)體 77
4.2.3 片狀增強(qiáng)體 77
4.3 聚合物基復(fù)合材料 77
4.3.1 概述 77
4.3.2 纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料 78
4.3.3 晶須增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料 81
4.3.4 顆粒填充聚合物基復(fù)合材料 81
4.3.5 聚合物基層狀復(fù)合材料 81
4.4 金屬基復(fù)合材料 82
4.4.1 概述 82
4.4.2 纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料 83
4.4.3 晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料 85
4.4.4 顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料 85
4.5 陶瓷基復(fù)合材料 86
4.5.1 概述 86
4.5.2 纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料 86
4.5.3 短纖維、晶須增韌陶瓷基復(fù)合材料 89
4.5.4 顆粒彌散強(qiáng)化陶瓷基復(fù)合材料 89
4.6 雜化材料 90
4.6.1 雜化材料概述 90
4.6.2 雜化材料的分類及制備方法 90
4.6.4 有機(jī)-無機(jī)雜化材料的性能與應(yīng)用 97
思考題 100
第5章 電功能材料 101
5.1 材料的電學(xué)與電子學(xué) 101
5.1.1 物質(zhì)的導(dǎo)電性 101
5.1.2 固體能帶理論 103
5.1.3 物質(zhì)的介電性 104
5.1.4 鐵電晶體及其自發(fā)極化 105
5.2 半導(dǎo)體 106
5.2.1 半導(dǎo)體及其分類 106
5.2.2 本征半導(dǎo)體 106
5.2.3 摻雜半導(dǎo)體 107
5.2.4 PN結(jié)及其導(dǎo)電特性 108
5.2.5 半導(dǎo)體材料的應(yīng)用 109
5.2.6 半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu) 110
5.2.7 單晶硅及半導(dǎo)體芯片 111
5.3 超導(dǎo)體 114
5.3.1 超導(dǎo)體的基本物理性質(zhì) 115
5.3.2 超導(dǎo)理論簡介 116
5.3.3 超導(dǎo)材料的應(yīng)用 117
5.4 快離子導(dǎo)體 118
5.4.1 快離子導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 118
5.4.2 幾種典型的快離子導(dǎo)體 118
5.4.3 快離子導(dǎo)體的應(yīng)用 120
5.5 電流變體 122
5.5.1 電流變體的組成和分類 122
5.5.2 電流變效應(yīng)理論模型 122
5.5.3 電流變體的應(yīng)用 124
5.6 電子陶瓷 125
5.6.1 電子陶瓷的顯微結(jié)構(gòu) 125
5.6.2 電子陶瓷的應(yīng)用 126
思考題 133
第6章 磁功能材料 134
6.1 材料的磁性概述 134
6.1.1 重要的磁學(xué)概念 134
6.1.2 物質(zhì)的磁性及其特征 136
6.1.3 鐵磁體與磁滯回線 137
6.1.4 磁疇與磁各向異性 138
6.2 永磁材料 140
6.2.1 永磁材料的性能指標(biāo) 140
6.2.2 鐵氧體系和鋁鎳鈷系 142
6.2.3 稀土鈷系和稀土鐵硼系 143
6.2.4 永磁薄膜和雙相納米晶 144
6.2.5 黏結(jié)永磁體 145
6.3 軟磁材料 146
6.3.1 軟磁材料的性能要求 146
6.3.2 富鐵軟磁體 148
6.3.3 富鎳軟磁體 149
6.3.4 非晶和納米晶軟磁體 150
6.4 半硬磁材料 151
6.4.1 概述 151
6.4.2 α/γ相轉(zhuǎn)變型合金 152
6.4.3 淬火硬化鋼 153
6.5 磁致伸縮材料 153
6.5.1 磁致伸縮效應(yīng)及材料類型 153
6.5.2 材料的制備方法 155
6.5.3 應(yīng)用領(lǐng)域 155
6.6 磁流體和磁流變體 157
6.6.1 磁流體 157
6.6.2 磁流變體 158
思考題 160
第7章 光功能材料 161
7.1 光及其與物質(zhì)和外場的相互作用 161
7.1.1 光的本性及范疇 161
7.1.2 分子和晶體的電子能級 162
7.1.3 光與物質(zhì)的相互作用 164
7.1.4 光與外場的相互作用 166
7.2 激光光源材料 166
7.2.1 激光及其光源概貌 167
7.2.2 激光器的分類 167
7.2.3 激光光源材料 168
7.3 發(fā)光材料 169
7.3.1 發(fā)光機(jī)理及材料分類 169
7.3.2 無機(jī)發(fā)光材料 170
7.3.3 有機(jī)熒光材料 171
7.3.4 有機(jī)電致發(fā)光材料與器件 172
7.4 導(dǎo)光材料 174
7.4.1 光纖的傳輸原理及特點(diǎn) 174
7.4.2 光纖材料分類 176
7.4.3 主要光纖材料及其制備工藝 176
7.4.4 光纖材料的應(yīng)用 178
7.5 非線性光學(xué)材料 178
7.5.1 非線性光學(xué)原理與效應(yīng) 178
7.5.2 非線性光學(xué)材料及其分類 180
7.5.3 材料的應(yīng)用領(lǐng)域及技術(shù)要求 182
7.6 太陽能電池材料 183
7.6.1 光電池概貌 183
7.6.2 染料敏化太陽能電池 183
7.6.3 有機(jī)及高分子太陽能電池 186
思考題 188
第8章 功能轉(zhuǎn)換與智能材料 189
8.1 形狀記憶材料 189
8.1.1 形狀記憶效應(yīng) 189
8.1.2 重要的形狀記憶材料 191
8.1.3 形狀記憶材料的應(yīng)用 193
8.2 壓電與電致伸縮材料 194
8.2.1 壓電效應(yīng)與電致伸縮效應(yīng) 194
8.2.2 壓電材料及其應(yīng)用 196
8.2.3 電致伸縮材料及其應(yīng)用 198
8.3 熱-電轉(zhuǎn)換材料 200
8.3.1 熱電效應(yīng) 200
8.3.2 熱電材料及其應(yīng)用 201
8.3.3 熱釋電效應(yīng) 202
8.3.4 熱釋電材料及其應(yīng)用 203
8.4 鐵電材料 204
8.4.1 鐵電效應(yīng) 204
8.4.2 影響電滯回線的因素 206
8.4.3 鐵電材料及其應(yīng)用 206
8.4.4 鐵電材料的制備方法 207
8.5 磁光材料 208
8.5.1 磁光效應(yīng) 208
8.5.2 磁光器件及其應(yīng)用 210
8.5.3 磁光材料的分類 211
8.6 聲光材料 212
8.6.1 聲光效應(yīng) 212
8.6.2 表征材料聲光性能的參數(shù) 213
8.6.3 聲光材料及其應(yīng)用 214
思考題 215
第9章 化學(xué)功能材料 216
9.1 催化材料概述 216
9.1.1 催化劑和催化作用 216
9.1.2 催化劑的類型 217
9.1.3 酶催化作用 218
9.1.4 人工酶及手性催化劑 220
9.1.5 光電催化材料 222
9.1.6 催化劑作用機(jī)理與選擇 222
9.2 工業(yè)催化材料 223
9.2.1 工業(yè)催化劑及其載體 223
9.2.2 沸石分子篩催化劑 225
9.2.3 過渡金屬催化劑 228
9.2.4 工業(yè)催化的設(shè)計與前瞻 230
9.3 光催化與環(huán)保催化材料 231
9.3.1 光催化降解有機(jī)污染物 231
9.3.2 光催化殺菌和消毒 232
9.3.3 光催化材料的創(chuàng)新 234
9.3.4 汽車尾氣催化材料 235
9.4 電催化與化學(xué)電池材料 237
9.4.1 化學(xué)電池與電化學(xué)催化 237
9.4.2 鋰/亞硫酰氯電池及其催化劑 238
9.4.3 鋰離子電池及其正極材料 240
9.4.4 燃料電池及其催化材料 241
9.4.5 光電化學(xué)反應(yīng)催化和光敏劑 243
9.5 儲氫材料 245
9.5.1 氫能源與儲氫 245
9.5.2 化學(xué)吸附型儲氫 245
9.5.3 物理吸附型儲氫 247
思考題 247
第10章 分子材料與分子器件 249
10.1 概述 249
10.1.1 分子-超分子-分子器件 249
10.1.2 分子自組裝 250
10.1.3 分子功能特性 251
10.2 電功能分子材料 252
10.2.1 電荷轉(zhuǎn)移型化合物 252
10.2.2 單一小分子化合物 255
10.2.3 —維組裝的金屬配合物 257
10.2.4 酞菁類金屬配合物 258
10.3 分子磁體 260
10.3.1 電荷轉(zhuǎn)移鹽 260
10.3.2 單分子磁體 261
10.3.3 自旋交叉型配合物 263
10.4 光功能分子材料 265
10.4.1 二階非線性光學(xué)分子材料 265
10.4.2 三階非線性光學(xué)分子材料 266
10.4.3 變色材料 267
10.4.4 發(fā)光材料與器件 269
10.5 分子器件 273
10.5.1 分子導(dǎo)線 273
10.5.2 分子開關(guān) 276
10.5.3 分子馬達(dá) 279
10.5.4 分子計算機(jī)展望 284
思考題 284
第11章 特種功能材料 286
11.1 超硬材料 286
11.1.1 材料硬度的測試方法及其指標(biāo) 286
11.1.2 典型的超硬材料 287
11.2 耐髙溫和耐低溫材料 290
11.2.1 耐髙溫材料 290
11.2.2 耐低溫材料 293
11.3 耐腐蝕材料 296
11.3.1 耐腐蝕材料分類 296
11.3.2 材料的耐腐蝕性能及劃分標(biāo)準(zhǔn) 297
11.3.3 代表性的耐腐蝕材料 297
11.4 抗輻射材料 300
11.4.1 輻射的分類及輻射量 300
11.4.2 電磁輻射的危害及防護(hù) 302
11.4.3 抗輻射材料概述 303
11.4.4 抗輻射材料的分類及特征 304
11.5 隱身材料 305
11.5.1 隱身技術(shù)與隱身材料 305
11.5.2 雷達(dá)隱身材料 306
11.5.3 紅外隱身材料 307
11.5.4 可見光隱身材料 308
11.5.5 聲波隱身材料 309
11.5.6 電子隱身及兼容型隱身材料 309
思考題 309
參考文獻(xiàn) 310
附錄 313
附錄I 32個晶體學(xué)點(diǎn)群的符號和對稱元素 313
附錄II 230個空間群的ScMnflies符號和國際符號 314