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第一章 绪论1

第一节 引言1

一、从需求出发将材料分类1

二、重点领域巡礼2

三、材料科学发展趋势6

四、关注材料领域重要事件和新生长点8

第二节 碳材料绽放新葩9

第三节 从晶体到准晶12

第四节 功能材料14

一、新能源材料14

二、光电功能材料16

第五节 金属材料学科17

一、钢铁材料17

二、轻质金属18

第六节 材料使役性能研究新机遇20

第七节 金属强韧化新途径22

第八节 计算材料学成为热点24

一、计算材料科学工具26

二、计算材料学的实验验证28

三、数据库28

第九节 超构材料29

第十节 材料结构表征32

第十一节 建设调控材料制备与性能的研究中心36

一、依托大科学装置的材料组织表征和性能测试36

二、包含大科学装置的材料系统研究中心37

三、建设材料制备与性能调控中心38

参考文献39

第二章 石墨烯的历史、现状与未来42

第一节 石墨烯的研究历史、发现与意义42

第二节 石墨烯的研究现状、趋势与应用前景43

第三节 我国的石墨烯研究概况与建议47

参考文献48

第三章 准晶的发现与研究54

第一节 对传统晶体学的挑战54

第二节 准晶研究的发展60

一、寻找存在准晶的体系63

二、扩展准晶存在的类型63

三、结构描述64

四、缺陷和相变66

五、性能与应用67

第三节 研究展望67

参考文献68

第四章 光电功能材料70

第一节 硅和硅基半导体材料70

第二节 GaAs、InP和GaSb基Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料和器件72

一、GaAs、InP和GaSb等单晶材料72

二、低维半导体结构材料和器件73

第三节 宽带隙半导体材料77

一、GaN基半导体材料77

二、碳化硅材料79

三、氧化锌材料79

四、半导体金刚石81

第四节 光电传感材料与器件82

一、碲镉汞面阵和双色焦平面探测器83

二、非致冷红外焦平面技术84

三、高性能InGaAs近红外探测器84

四、半导体低维结构红外探测器85

五、基于InAs/GaSbⅡ类超晶格的红外探测材料与器件88

六、GaN基紫外探测器材料与器件89

第五节 微纳结构光电功能材料90

第六节 半导体太阳能光伏电池91

一、元素半导体太阳电池91

二、化合物（第二代）太阳能光伏电池92

三、染料敏化太阳电池（DSSC）93

四、有机半导体太阳电池（OPV）93

五、新概念（新三代）高效太阳电池94

六、我国的光伏产业发展概况94

第七节 光电功能晶体材料研究进展95

一、激光晶体材料95

二、非线性光学晶体材料97

第八节 小结99

参考文献99

第五章 我国钢铁发展中的资源能源问题101

第一节 我国钢铁发展现状101

一、钢铁产量101

二、钢铁产能103

三、钢铁利润103

四、产业集中度103

第二节 我国钢铁发展中资源能源现状104

一、我国钢铁发展中资源现状104

二、我国钢铁发展中能源现状110

三、废钢资源112

第三节 钢铁发展面临的资源能源问题117

一、钢铁工业发展中资源问题118

二、钢铁工业发展中能源问题118

三、废钢存在的问题119

第四节 我国钢铁发展中的资源能源对策和建议119

一、关于开发国内铁矿石资源的政策建议121

二、关于开发国外铁矿石资源的政策建议122

三、应对国际铁矿石垄断化趋势的对策与建议123

四、应对国际铁矿石金融化趋势的对策与建议124

五、关于二次铁资源开发与利用的政策建议124

六、关于国家铁矿石资源储备的政策建议126

七、加强铁矿石高效利用与节能环保技术开发126

八、进一步建立与完善铁矿石技术标准127

九、钢铁企业余能、余热的利用127

参考文献128

第六章 核电材料的历史、现状与挑战129

第一节 引言129

第二节 锆合金130

一、国外锆合金的研究状况131

二、国内锆合金的研究状况133

三、锆合金的研发趋势133

第三节 低合金钢134

一、发展历史与现状134

二、国内外RPV钢的研究热点、问题与趋势135

第四节 不锈钢137

第五节 镍基合金137

一、核用镍基合金的发展过程138

二、核用690镍基合金的现状、问题与挑战138

第六节 焊接材料139

第七节 电缆140

一、核电站电缆材料要求141

二、核电站电缆的发展趋势142

第八节 混凝土142

第九节 核电关键金属结构材料的使役行为143

一、核电关键材料环境行为的主要研究部署144

二、服役过程中的主要性能退化机制145

三、待解决的问题与研究趋势148

第十节 安全性评估与寿命评价技术150

一、压水堆核电厂的关键金属部件及其重要度排序150

二、反应堆压力容器（RPV）的安全性151

三、主管道和泵（铸造不锈钢）的热老化与结构完整性153

四、应力腐蚀开裂（SCC）评估155

五、金属疲劳评估156

六、无损检测158

七、安全评估与寿命评价的研究趋势159

第十一节 标准159

第十二节 小结161

参考文献162

第七章 材料基因组工程164

第一节 美国材料基因组计划简介164

第二节 材料中的“基因”166

第三节 计算工具168

一、第一性原理和分子动力学计算169

二、CALPHAD方法172

三、显微组织预测173

四、力学性能预测和多尺度计算工具的集成174

第四节 实验工具175

一、扩散多元节方法175

二、高通量材料性能测试方法176

三、数字化三维微观结构的表征与分析180

四、组合材料学方法181

第五节 数据库及材料信息学181

第六节 成功实例182

第七节 小结183

参考文献185

第八章 超材料拓展材料科学研究新领域198

第一节 超材料的崛起198

第二节 高性能材料构造的新策略200

第三节 人工超材料的困境及其与天然材料的融合201

第四节 利用超材料结构改进与提高材料性能203

第五节 探寻天然材料中的超常特性204

第六节 战略思考205

参考文献205

第九章 材料组织结构研究的新机遇207

第一节 电子显微镜已可在原子尺度给出材料的成分与结构信息208

第二节 电子透镜的像差及其校正211

一、电子透镜像差211

二、像差校正器212

三、单色器215

第三节 材料显微研究新机遇217

一、像差校正电子显微学217

二、扫描透射电子显微学与原子柱元素分辨的成分分析222

三、三维原子像223

四、复杂结构晶体表面与界面224

五、时间分辨电子显微术226

六、电子全息术228

七、原位电子显微术232

第四节 小结232

参考文献233