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第1章 新型材料导论1

1.1 新型材料与高新技术1

1.1.1 何谓“新型材料”，“高新技术”1

1.1.2 新型材料是高新技术研究、开发的先导和基石1

1.2 新型材料的特征与分类4

1.2.1 新型材料的特征4

1.2.2 五彩缤纷、绚丽多彩的材料世界6

1.3 材料的成分、结构与性能之间的关系7

1.3.1 材料科学的“四要素”与“五要素”7

1.3.2 材料结构、成分、性能与应用之间的关系8

1.4 新型材料的发展趋势8

1.4.1 伴随高科技的迅猛发展，对新型材料提出新的总体要求8

1.4.2 新型材料的发展趋势9

思考题12

第2章 新型金属材料13

2.1 概述13

2.1.1 金属材料仍将是21世纪最主要的结构材料13

2.1.2 金属材料的主要强韧化途径14

2.2 新型工程结构用钢16

2.2.1 低合金结构钢16

2.2.2 新型工程结构用钢的成分与组织设计18

2.2.3 控制加工工艺过程，提高钢的强韧性19

2.2.4 控制夹杂物形态22

2.2.5 微合金化低碳高强度钢22

2.2.6 微合金化低碳F-M双相钢25

2.2.7 发展新型低合金结构钢27

2.2.8 积极开发低碳马氏体（M）钢28

2.3 新型机器零件用钢——非调质钢29

2.3.1 概述29

2.3.2 强韧化特点30

2.3.3 冶金工艺特点31

2.3.4 性能特点32

2.3.5 非调质钢的应用34

2.3.6 非调质钢的发展与研究动向35

2.4 金属间化合物高温结构材料41

2.4.1 金属间化合物及其特性41

2.4.2 改善金属间化合物作为高温结构材料的方法43

2.4.3 金属间化合物结构材料的发展43

2.5 刚柔相济的超塑性合金46

2.5.1 超塑性合金的由来46

2.5.2 超塑性合金的优点48

2.5.3 为什么金属会产生超塑性行为48

2.5.4 外界条件对超塑性的影响49

2.5.5 超塑性合金的作用50

思考题52

第3章 新型聚合物合成材料53

3.1 概述53

3.1.1 聚合物材料的发展与分类53

3.1.2 聚合物材料的性能54

3.1.3 聚合物材料的强韧化（即改性）55

3.1.4 聚合物材料的发展前景展望58

3.2 新型工程塑料59

3.2.1 通用工程塑料59

3.2.2 特种工程塑料62

3.3 聚合物液晶材料64

3.3.1 何谓液晶材料64

3.3.2 聚合物液晶材料的形成65

3.3.3 聚合物液晶材料的类型66

3.3.4 聚合物液晶必须具备的条件68

3.3.5 聚合物液晶特殊的结构69

3.3.6 奇妙的效应69

3.3.7 聚合物液晶材料的应用70

3.3.8 聚合物液晶材料的发展73

3.4 导电聚合物材料74

3.4.1 概述74

3.4.2 结构型导电聚合物材料74

3.4.3 复合型导电聚合物材料75

3.5 聚合物材料与可持续发展77

3.5.1 废弃聚合物的回收与再利用77

3.5.2 绿色聚合物——环保与可降解聚合物81

思考题85

第4章 新型无机非金属材料86

4.1 概述86

4.1.1 无机非金属材料的范围86

4.1.2 无机非金属材料的分类86

4.1.3 无机非金属材料的制备方法87

4.1.4 无机非金属材料的基本特点90

4.1.5 无机非金属材料的应用发展前景91

4.2 氧化物陶瓷材料91

4.2.1 氧化铝（aluminum oxide，alumina）91

4.2.2 二氧化锆93

4.2.3 ZTA陶瓷97

4.3 碳化物陶瓷材料98

4.3.1 碳化硅（silicon carbide）陶瓷99

4.3.2 碳化硼（boron carbide）陶瓷101

4.3.3 碳化钛陶瓷104

4.4 氮化物陶瓷材料106

4.4.1 氮化硅陶瓷（silicon nitride ceramics）106

4.4.2 Sialon陶瓷108

4.4.3 氮化铝陶瓷（aluminium nitride ceramics）110

4.4.4 氮化硼陶瓷111

4.5 碳素材料113

4.5.1 概述113

4.5.2 石墨材料的分类和应用118

4.5.3 C60和碳纳米管材料120

思考题121

第5章 新型复合材料123

5.1 概述123

5.1.1 复合材料的概念123

5.1.2 复合材料的分类124

5.1.3 复合材料的性能特点126

5.1.4 复合材料的现状与发展前景128

5.2 复合材料用增强材料130

5.2.1 纤维增强体130

5.2.2 颗粒增强体136

5.2.3 片状增强体136

5.2.4 织物增强体137

5.2.5 毡状增强体137

5.3 聚合物（树脂）基复合材料138

5.3.1 概述138

5.3.2 纤维增强聚合物基复合材料139

5.3.3 颗粒填充聚合物基复合材料141

5.3.4 聚合物基层状复合材料141

5.4 金属基复合材料142

5.4.1 连续纤维增强金属基复合材料143

5.4.2 晶须增强金属基复合材料143

5.4.3 颗粒增强金属基复合材料143

5.5 陶瓷基复合材料144

5.5.1 纤维增强陶瓷基复合材料144

5.5.2 晶须增强陶瓷基复合材料148

5.5.3 颗粒弥散强化陶瓷基复合材料148

5.5.4 纳米陶瓷（基）复合材料149

5.6 梯度功能材料研究进展149

5.6.1 概述149

5.6.2 梯度功能材料的研究动态150

5.6.3 前景展望155

思考题156

第6章 非晶、准晶与纳米材料157

6.1 材料的稳定态与亚稳态157

6.1.1 亚稳态常见的几种类型157

6.1.2 为什么非平衡的亚稳态能够存在157

6.2 非晶态材料158

6.2.1 非晶态的形成158

6.2.2 非晶态的结构特性159

6.2.3 非晶态合金的性能161

6.2.4 非晶态合金的制备与应用162

6.3 材料的准晶态166

6.3.1 准晶的形成166

6.3.2 准晶的结构特征167

6.3.3 准晶的性能167

6.3.4 准晶的应用167

6.4 纳米材料168

6.4.1 概述168

6.4.2 纳米材料的结构特征171

6.4.3 纳米材料的性能176

6.4.4 纳米材料的合成与制备177

6.4.5 纳米材料的应用180

6.4.6 实现“在原子和分子水平上制造材料和器件”的梦想185

思考题186

第7章 新型功能材料187

7.1 概述187

7.1.1 功能材料的发展187

7.1.2 功能材料的特征与分类187

7.1.3 功能材料的现状与展望188

7.2 新型电功能材料——超导材料190

7.2.1 超导材料的开发历程190

7.2.2 超导体的几个特征值193

7.2.3 超导材料的类型195

7.2.4 超导材料的应用197

7.3 生物医学材料201

7.3.1 生物医学材料的发展概况202

7.3.2 生物医学材料的用途、基本特性及分类202

7.3.3 金属生物医学材料203

7.3.4 生物陶瓷205

7.3.5 生物医用聚合物材料210

7.3.6 生物医学材料的发展趋势213

思考题214

第8章 新能源材料215

8.1 锂离子电池材料215

8.1.1 概述215

8.1.2 锂离子电池负极材料的研究217

8.1.3 锂离子电池正极材料224

8.1.4 二次锂离子电池电介质研究的进展237

8.2 镍氢电池材料243

8.2.1 概述243

8.2.2 镍氢电池的正极材料244

8.2.3 镍氢电池的负极材料——储氢合金247

8.2.4 Ni-MH电池的电解液257

8.3 燃料电池材料257

8.3.1 概述257

8.3.2 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）261

8.3.3 固体氧化物燃料电池（SOFC）264

8.3.4 质子交换膜燃料电池（PEMFC）269

思考题278

第9章 智能材料279

9.1 概述279

9.1.1 智能材料的发展历程279

9.1.2 智能材料的定义与特性280

9.2 神秘的形状记忆智能材料281

9.2.1 形状记忆效应（SME）的概念281

9.2.2 SME的实质283

9.2.3 SMA材料与开发过程284

9.2.4 SMA的应用285

9.2.5 形状记忆陶瓷与形状记忆聚合物材料的开发、应用286

9.3 发展中的电流变液智能材料289

9.3.1 概述289

9.3.2 电流变液的分类及电流变液效应290

9.3.3 电流变液的影响因素291

9.3.4 电流变液的应用292

9.3.5 电流变液材料的研究进展293

思考题294

参考文献295