本书共11章，内容包括材料的结构与物性，纳米、复合、杂化材料，电、 磁、光和化学功能材料，功能转换与智能材料，分子材料与分子器件，特种功能材料。本书介绍了材料的功能特性及其物理效应、化学行为、应用领域及合成方法，强调了降低对称性有利于彰显材料的功能特性。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 材料的界定和分类 1
1.1.1 材料的界定与划代 1
1.1.2 材料的分类 1
1.1.3 结构材料和功能材料的定义 2
1.2 功能材料及其类型 2
1.2.1 功能材料备受重视的五十年 2
1.2.2 功能材料的特点 3
1.2.3 功能材料的分类 3
1.2.4 功能转换及智能材料 5
1.2.5 功能材料的应用 5
1.3 功能材料设计的对称性原理 5
1.3.1 群及其表示的基本概念 6
1.3.2 对称元素与对称操作 7
1.3.3 结构与性能关系的对称性原理 8
1.4 材料化学及其研究内容 11
1.4.1 什么是材料化学 11
1.4.2 材料化学的研究内容 11
1.4.3 新材料研究的发展趋势 13
思考题 14
第2章 结构与物性 15
2.1 物态与物性 15
2.1.1 正常条件下的物态 15
2.1.2 极端条件下的物态 16
2.1.3 特殊条件下的物态 17
2.2 固体材料中的化学键 17
2.2.1 离子固体 18
2.2.2 金属固体 18
2.2.3 分子固体和超分子固体 20
2.2.4 共价固体 21
2.3 晶体的结构 21
2.3.1 点阵与平移群 21
2.3.2 晶胞及其表征 23
2.3.3 宏观对称性与点群 25
2.3.4 微观对称性与空间群 28
2.3.5 晶体对称性对其物性的制约 30
2.3.6 晶体的缺陷 30
2.4 晶体的物理性质 34
2.4.1 硬度 34
2.4.2 解理性和断裂性 34
2.4.3 颜色 34
2.4.4 各向异性的功能特征 35
2.5 固溶体 36
2.5.1 固溶体类型及特征 36
2.5.2 研究固溶体组成的卫格定律和雷特格定律 38
2.5.3 固溶体材料的性能 38
2.6 非晶态固体 38
2.6.1 无机玻璃 39
2.6.2 水泥材料 40
2.6.3 有机高分子 40
2.7 准晶态材料 42
2.7.1 准晶的结构特征 42
2.7.2 准晶的理论模型 42
2.7.3 准晶的应用 44
思考题 45
第3章 纳米材料 46
3.1 纳米材料与纳米科技 46
3.1.1 纳米科技的发展简史 46
3.1.2 纳米材料的定义及其分类 47
3.2 纳米材料的基本物理效应 48
3.2.1 量子尺寸效应 48
3.2.2 体积/小尺寸效应 49
3.2.3 表面效应 49
3.2.4 库仑堵塞与量子隧穿效应 50
3.2.5 宏观量子隧道效应 50
3.2.6 介电限域效应 50
3.3 纳米微粒——零维纳米材料 51
3.3.1 纳米材料的制备方法概述 51
3.3.2 纳米粉体的制备方法示例 52
3.3.3 纳米微粒的结构与形貌 53
3.3.4 纳米微粒的特异性能 55
3.4 纳米纤维材料--维纳米材料 59
3.4.1 —维纳米材料的制备 59
3.4.2 —维纳米材料的结构与形貌 61
3.4.3 —维纳米材料的性能与应用 64
3.5 纳米薄膜材料——二维纳米材料 65
3.5.1 二维纳米材料的结构与类型 65
3.5.2 二维纳米材料的性能与应用 66
3.6 纳米块状材料——三维纳米材料 67
3.6.1 三维纳米材料的结构特点 67
3.6.2 三维纳米材料的性能 68
3.7 纳米组装体系 70
3.7.1 —维纳米线阵列的制备及性能 70
3.7.2 纳米薄膜镶嵌体系 72
思考题 73
第4章 复合材料及杂化材料 74
4.1 复合材料概述 74
4.1.1 复合材料的概念 74
4.1.2 复合材料的分类 74
4.2 新型复合材料用增强材料 76
4.2.1 纤维增强体 76
4.2.2 颗粒增强体 77
4.2.3 片状增强体 77
4.3 聚合物基复合材料 77
4.3.1 概述 77
4.3.2 纤维增强聚合物基复合材料 78
4.3.3 晶须增强聚合物基复合材料 81
4.3.4 颗粒填充聚合物基复合材料 81
4.3.5 聚合物基层状复合材料 81
4.4 金属基复合材料 82
4.4.1 概述 82
4.4.2 纤维增强金属基复合材料 83
4.4.3 晶须增强金属基复合材料 85
4.4.4 颗粒增强金属基复合材料 85
4.5 陶瓷基复合材料 86
4.5.1 概述 86
4.5.2 纤维增强陶瓷基复合材料 86
4.5.3 短纤维、晶须增韧陶瓷基复合材料 89
4.5.4 颗粒弥散强化陶瓷基复合材料 89
4.6 杂化材料 90
4.6.1 杂化材料概述 90
4.6.2 杂化材料的分类及制备方法 90
4.6.4 有机-无机杂化材料的性能与应用 97
思考题 100
第5章 电功能材料 101
5.1 材料的电学与电子学 101
5.1.1 物质的导电性 101
5.1.2 固体能带理论 103
5.1.3 物质的介电性 104
5.1.4 铁电晶体及其自发极化 105
5.2 半导体 106
5.2.1 半导体及其分类 106
5.2.2 本征半导体 106
5.2.3 掺杂半导体 107
5.2.4 PN结及其导电特性 108
5.2.5 半导体材料的应用 109
5.2.6 半导体晶体结构 110
5.2.7 单晶硅及半导体芯片 111
5.3 超导体 114
5.3.1 超导体的基本物理性质 115
5.3.2 超导理论简介 116
5.3.3 超导材料的应用 117
5.4 快离子导体 118
5.4.1 快离子导体的结构特点 118
5.4.2 几种典型的快离子导体 118
5.4.3 快离子导体的应用 120
5.5 电流变体 122
5.5.1 电流变体的组成和分类 122
5.5.2 电流变效应理论模型 122
5.5.3 电流变体的应用 124
5.6 电子陶瓷 125
5.6.1 电子陶瓷的显微结构 125
5.6.2 电子陶瓷的应用 126
思考题 133
第6章 磁功能材料 134
6.1 材料的磁性概述 134
6.1.1 重要的磁学概念 134
6.1.2 物质的磁性及其特征 136
6.1.3 铁磁体与磁滞回线 137
6.1.4 磁畴与磁各向异性 138
6.2 永磁材料 140
6.2.1 永磁材料的性能指标 140
6.2.2 铁氧体系和铝镍钴系 142
6.2.3 稀土钴系和稀土铁硼系 143
6.2.4 永磁薄膜和双相纳米晶 144
6.2.5 黏结永磁体 145
6.3 软磁材料 146
6.3.1 软磁材料的性能要求 146
6.3.2 富铁软磁体 148
6.3.3 富镍软磁体 149
6.3.4 非晶和纳米晶软磁体 150
6.4 半硬磁材料 151
6.4.1 概述 151
6.4.2 α/γ相转变型合金 152
6.4.3 淬火硬化钢 153
6.5 磁致伸缩材料 153
6.5.1 磁致伸缩效应及材料类型 153
6.5.2 材料的制备方法 155
6.5.3 应用领域 155
6.6 磁流体和磁流变体 157
6.6.1 磁流体 157
6.6.2 磁流变体 158
思考题 160
第7章 光功能材料 161
7.1 光及其与物质和外场的相互作用 161
7.1.1 光的本性及范畴 161
7.1.2 分子和晶体的电子能级 162
7.1.3 光与物质的相互作用 164
7.1.4 光与外场的相互作用 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 激光器的分类 167
7.2.3 激光光源材料 168
7.3 发光材料 169
7.3.1 发光机理及材料分类 169
7.3.2 无机发光材料 170
7.3.3 有机荧光材料 171
7.3.4 有机电致发光材料与器件 172
7.4 导光材料 174
7.4.1 光纤的传输原理及特点 174
7.4.2 光纤材料分类 176
7.4.3 主要光纤材料及其制备工艺 176
7.4.4 光纤材料的应用 178
7.5 非线性光学材料 178
7.5.1 非线性光学原理与效应 178
7.5.2 非线性光学材料及其分类 180
7.5.3 材料的应用领域及技术要求 182
7.6 太阳能电池材料 183
7.6.1 光电池概貌 183
7.6.2 染料敏化太阳能电池 183
7.6.3 有机及高分子太阳能电池 186
思考题 188
第8章 功能转换与智能材料 189
8.1 形状记忆材料 189
8.1.1 形状记忆效应 189
8.1.2 重要的形状记忆材料 191
8.1.3 形状记忆材料的应用 193
8.2 压电与电致伸缩材料 194
8.2.1 压电效应与电致伸缩效应 194
8.2.2 压电材料及其应用 196
8.2.3 电致伸缩材料及其应用 198
8.3 热-电转换材料 200
8.3.1 热电效应 200
8.3.2 热电材料及其应用 201
8.3.3 热释电效应 202
8.3.4 热释电材料及其应用 203
8.4 铁电材料 204
8.4.1 铁电效应 204
8.4.2 影响电滞回线的因素 206
8.4.3 铁电材料及其应用 206
8.4.4 铁电材料的制备方法 207
8.5 磁光材料 208
8.5.1 磁光效应 208
8.5.2 磁光器件及其应用 210
8.5.3 磁光材料的分类 211
8.6 声光材料 212
8.6.1 声光效应 212
8.6.2 表征材料声光性能的参数 213
8.6.3 声光材料及其应用 214
思考题 215
第9章 化学功能材料 216
9.1 催化材料概述 216
9.1.1 催化剂和催化作用 216
9.1.2 催化剂的类型 217
9.1.3 酶催化作用 218
9.1.4 人工酶及手性催化剂 220
9.1.5 光电催化材料 222
9.1.6 催化剂作用机理与选择 222
9.2 工业催化材料 223
9.2.1 工业催化剂及其载体 223
9.2.2 沸石分子筛催化剂 225
9.2.3 过渡金属催化剂 228
9.2.4 工业催化的设计与前瞻 230
9.3 光催化与环保催化材料 231
9.3.1 光催化降解有机污染物 231
9.3.2 光催化杀菌和消毒 232
9.3.3 光催化材料的创新 234
9.3.4 汽车尾气催化材料 235
9.4 电催化与化学电池材料 237
9.4.1 化学电池与电化学催化 237
9.4.2 锂/亚硫酰氯电池及其催化剂 238
9.4.3 锂离子电池及其正极材料 240
9.4.4 燃料电池及其催化材料 241
9.4.5 光电化学反应催化和光敏剂 243
9.5 储氢材料 245
9.5.1 氢能源与储氢 245
9.5.2 化学吸附型储氢 245
9.5.3 物理吸附型储氢 247
思考题 247
第10章 分子材料与分子器件 249
10.1 概述 249
10.1.1 分子-超分子-分子器件 249
10.1.2 分子自组装 250
10.1.3 分子功能特性 251
10.2 电功能分子材料 252
10.2.1 电荷转移型化合物 252
10.2.2 单一小分子化合物 255
10.2.3 —维组装的金属配合物 257
10.2.4 酞菁类金属配合物 258
10.3 分子磁体 260
10.3.1 电荷转移盐 260
10.3.2 单分子磁体 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 二阶非线性光学分子材料 265
10.4.2 三阶非线性光学分子材料 266
10.4.3 变色材料 267
10.4.4 发光材料与器件 269
10.5 分子器件 273
10.5.1 分子导线 273
10.5.2 分子开关 276
10.5.3 分子马达 279
10.5.4 分子计算机展望 284
思考题 284
第11章 特种功能材料 286
11.1 超硬材料 286
11.1.1 材料硬度的测试方法及其指标 286
11.1.2 典型的超硬材料 287
11.2 耐髙温和耐低温材料 290
11.2.1 耐髙温材料 290
11.2.2 耐低温材料 293
11.3 耐腐蚀材料 296
11.3.1 耐腐蚀材料分类 296
11.3.2 材料的耐腐蚀性能及划分标准 297
11.3.3 代表性的耐腐蚀材料 297
11.4 抗辐射材料 300
11.4.1 辐射的分类及辐射量 300
11.4.2 电磁辐射的危害及防护 302
11.4.3 抗辐射材料概述 303
11.4.4 抗辐射材料的分类及特征 304
11.5 隐身材料 305
11.5.1 隐身技术与隐身材料 305
11.5.2 雷达隐身材料 306
11.5.3 红外隐身材料 307
11.5.4 可见光隐身材料 308
11.5.5 声波隐身材料 309
11.5.6 电子隐身及兼容型隐身材料 309
思考题 309
参考文献 310
附录 313
附录I 32个晶体学点群的符号和对称元素 313
附录II 230个空间群的ScMnflies符号和国际符号 314
京公网安备 11010102004214号