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第1章 引言1

1.1 基本概念1

1.1.1 大学中的材料科学与工程1

1.1.2 产业中的材料科学与工程5

1.1.3 材料研究实验室7

1.1.4 起源、定义和术语9

参考文献11

第2章 学科的出现13

2.1 类比13

2.1.1 物理化学的出现15

2.1.2 化学工程的起源23

2.1.3 高分子科学25

2.1.4 胶体科学31

2.1.5 固体物理与化学34

2.1.6 固体连续介质力学与原子力学35

2.2 学科的自然历史38

参考文献39

第3章 材料科学诞生的基础42

3.1 三脚凳的三条腿42

3.1.1 原子和晶体42

3.1.1.1 X射线衍射50

3.1.2 相平衡与亚稳态55

3.1.2.1 亚稳态64

3.1.2.2 非化学计量比65

3.1.3 显微组织65

3.1.3.1 眼见为实72

3.2 一些其它的基础74

3.2.1 旧式冶金学与物理冶金学74

3.2.2 同素异构现象与相变79

3.2.2.1 形核与调幅分解83

3.2.3 晶体缺陷84

3.2.3.1 点缺陷84

3.2.3.2 线缺陷：位错88

3.2.3.3 晶体生长93

3.2.3.4 多晶型96

3.2.3.5 晶体结构、晶体缺陷和化学反应98

3.2.4 晶体化学与物理101

3.2.5 物理矿物学与地球物理学105

3.3 固体物理学的早期作用107

3.3.1 量子理论和固体电子理论107

3.3.1.1 用电子理论理解合金110

3.3.2 统计力学114

3.3.3 磁学116

参考文献121

第4章 辅助学科的作用131

4.1 辅助学科在材料科学中的作用131

4.2 一些辅助学科132

4.2.1 金属单晶132

4.2.2 扩散137

4.2.3 高压方面的研究141

4.2.4 晶体学145

4.2.5 超塑性147

4.3 辅助学科的起源和集成149

参考文献151

第5章 走向定量描述154

5.1 物理冶金学中定量理论的产生154

5.1.1 位错理论155

5.1.2 其它定量研究方面的成就160

5.1.2.1 巴氏定理161

5.1.2.2 变形机理与材料选择图163

5.1.2.3 体视金相学165

5.1.3 辐照损伤166

参考文献169

第6章 表征172

6.1 引言172

6.2 微观结构的检测173

6.2.1 光学显微术174

6.2.2 电子显微术176

6.2.2.1 透射电子显微术177

6.2.2.2 扫描电子显微术180

6.2.2.3 电子微探针分析183

6.2.3 扫描隧道显微术及其衍生扩展186

6.2.4 场离子显微术和原子探针188

6.3 谱学技术189

6.3.1 痕量元素分析190

6.3.2 核方法191

6.4 热分析法194

6.5 硬度分析197

6.6 结束语199

参考文献200

第7章 功能材料203

7.1 引言203

7.2 电子材料203

7.2.1 半导体203

7.2.1.1 硅和锗205

7.2.1.2 物理学家、化学家和冶金学家的合作208

7.2.1.3 （单片）集成电路210

7.2.1.4 带隙工程：受限异质结212

7.2.1.5 光电池216

7.2.2 电子陶瓷217

7.2.2.1 铁电材料220

7.2.2.2 快离子导体221

7.2.2.3 热电材料222

7.2.2.4 超导陶瓷224

7.3 磁性陶瓷225

7.4 计算机存储器229

7.5 光学玻璃232

7.5.1 光学纤维234

7.6 液晶237

7.7 静电印刷239

7.8 结束语240

参考文献240

第8章 聚合物的变革246

8.1 引言246

8.2 聚合物的合成247

8.3 聚合物科学中的概念249

8.4 结晶聚合物和半结晶聚合物250

8.4.1 球晶250

8.4.2 层状聚合物晶体251

8.4.3 半结晶性255

8.4.4 半结晶聚合物的塑性变形257

8.4.5 聚合物纤维257

8.5 聚合物统计力学259

8.5.1 类橡胶弹性材料：合成橡胶260

8.5.2 聚合物中的扩散和蠕动262

8.5.3 聚合物共混物263

8.5.4 聚合物中的相变264

8.6 聚合物的加工265

8.7 分子量的测定266

8.8 聚合物表面及黏附267

8.9 聚合物的电性能268

8.9.1 半导体聚合物及器件269

参考文献271

第9章 从技术到科学275

9.1 工程用传统和新型金属与合金275

9.1.1 凝固和铸造275

9.1.1.1 熔化焊278

9.1.2 钢279

9.1.3 高温合金282

9.1.4 金属间化合物285

9.1.5 高纯金属286

9.2 金属、合金及复合材料的塑性成型及断裂287

9.3 先进陶瓷的发展290

9.3.1 瓷器290

9.3.2 高技术陶瓷的诞生：照明用灯291

9.4 烧结与粉末成型294

9.4.1 无孔烧结298

9.5 高强结构陶瓷300

9.5.1 氮化硅302

9.5.2 其它陶瓷材料304

9.6 玻璃陶瓷305

参考文献308

第10章 极端状态下的材料314

10.1 极端状态的形式314

10.2 极端处理314

10.2.1 快速凝固314

10.2.1.1 金属玻璃316

10.2.1.2 非晶化的其它途径317

10.3 极端条件下的微观结构318

10.3.1 纳米结构材料318

10.3.2 利用粒子示踪的微筛321

10.4 超高真空和表面科学322

10.4.1 现代表面科学的起源322

10.4.2 超高真空的建立323

10.4.3 表面科学概述325

10.5 极薄材料328

10.5.1 薄膜328

10.5.1.1 外延329

10.5.1.2 金属多层膜330

10.6 极端对称331

10.6.1 准晶331

10.7 极端状态的比较334

参考文献334

第11章 材料化学与仿生学337

11.1 材料化学的形成337

11.1.1 仿生学338

11.1.2 自组装化学（超分子化学）339

11.2 材料化学例举342

11.2.1 自蔓延高温反应342

11.2.2 超临界溶剂343

11.2.3 Langmuir-Blodgett膜343

11.2.4 庞磁电阻效应：亚锰酸盐345

11.2.5 制备碳、陶瓷及人工制品的新方法347

11.2.6 富勒烯与纳米碳管348

11.2.7 组合材料合成与筛选352

11.3 电化学354

11.3.1 现代蓄电池355

11.3.1.1 晶态离子导体356

11.3.1.2 聚合物离子导体356

11.3.1.3 现代蓄电池（接叙）357

11.3.2 燃料电池358

11.3.3 化学传感器360

11.3.4 金属电解提取361

11.3.5 金属腐蚀361

参考文献362

第12章 计算机模拟367

12.1 引言367

12.2 材料科学中的计算机模拟370

12.2.1 分子动力学模拟371

12.2.1.1 原子间作用势372

12.2.2 有限元模拟374

12.2.3 材料模拟实例375

12.2.3.1 硅中晶界375

12.2.3.2 胶态“晶体”375

12.2.3.3 晶粒长大以及其它微观组织变化376

12.2.3.4 高分子材料的计算机模拟377

12.2.3.5 塑性变形的模拟380

12.3 基于化学热力学的模拟381

参考文献384

第13章 数据管理387

13.1 问题的本质387

13.2 数据库的种类387

13.2.1 Landolt-B？rnstein数据表、国际关键数据表及其后续数据库387

13.2.2 晶体结构390

13.2.3 Max Hansen及其继承者：相图数据库391

13.2.4 其它专业数据库以及计算机应用393

参考文献394

第14章 材料科学的相关研究机构和文献396

14.1 材料科学与工程教育396

14.2 专业学会及其发展400

14.2.1 冶金学会及其外延400

14.2.2 其它专业学会401

14.2.3 最早的材料学会401

14.3 期刊、教科书和参考读物404

14.3.1 涉及面广的期刊404

14.3.2 《冶金学报（Acta Metallurgica）》的诞生405

14.3.3 专门性期刊407

14.3.4 教科书和参考读物408

14.4 特定地域的材料科学411

14.4.1 Cyril Smith与芝加哥的金属研究所411

14.4.2 本多光太郎（Kotaro Honda）与日本的材料研究414

14.4.3 Walter Boas与澳大利亚的固体物理416

14.4.4 Jorge Sabato与阿根廷的材料科学419

14.4.5 库久莫夫（Georgii Kurdyumov）与俄罗斯的材料科学421

参考文献424

第15章 结束语425

参考文献427

人名索引428

主题词索引445