“材料科學(xué)與工程導(dǎo)論”是高等教育材料科學(xué)與工程類相關(guān)專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課。本書結(jié)合近年來的研究進(jìn)展，先后介紹了材料的設(shè)計(jì)方法、材料的表征技術(shù)，最后介紹了不同類型的材料，包括金屬材料、陶瓷材料、高分子材料、復(fù)合材料、新能源材料、納米材料和生物醫(yī)用材料等。其中，重點(diǎn)介紹了各種材料的定義、特點(diǎn)和應(yīng)用等，旨在使學(xué)生對材料專業(yè)建立基礎(chǔ)概念和激發(fā)學(xué)生對材料專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣。
本書可作為高等院校材料科學(xué)與工程、材料化學(xué)、復(fù)合材料、無機(jī)非金屬材料、新能源材料等專業(yè)本科生、研究生的通用教材或教學(xué)參考書，也可作為相關(guān)專業(yè)的研究人員和技術(shù)人員的參考用書。
劉瑞平，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）教授，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）科學(xué)技術(shù)研究院副院長、材料系主任、兼任中國材料研究學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)理事以及超硬材料及制品專業(yè)委員會(huì)委員、中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)工程陶瓷專業(yè)委員會(huì)理事、JournalofAdvancedceramics編委、Energy&EnvironmentalMaterials、ChineseChemicalLetters和Raremetal青年編委。
先后承擔(dān)了北京市教改項(xiàng)目材料類專業(yè)課程思政建設(shè)與樣板黨支部建設(shè)深度融合機(jī)制研究（2021）、煤炭學(xué)會(huì)教改項(xiàng)目材料科學(xué)基礎(chǔ)一*流課程的建設(shè)與實(shí)踐（2022）和學(xué)校教改項(xiàng)目探究式與案例式教學(xué)法在材料科學(xué)基礎(chǔ)課程中的探索與應(yīng)用（2016）、材料科學(xué)與工程創(chuàng)新教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)（2016）、《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程群教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)（2018）、《材料科學(xué)基礎(chǔ)》線上線下混合式開放課程建設(shè)（2020）、材料科學(xué)基礎(chǔ)課程思政建設(shè)（2020）等教學(xué)改革項(xiàng)目，從課程教學(xué)體系改革、校內(nèi)外教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)、線上線下混合式課程建設(shè)、課程思政、雙語課程以及課程評價(jià)等多面進(jìn)行了課程建設(shè)和改革。相關(guān)成果發(fā)表教學(xué)研究論文10篇，獲校級優(yōu)秀教學(xué)成果二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、校優(yōu)秀課程1門、校課程思政示范課一等獎(jiǎng)1門、優(yōu)秀教學(xué)質(zhì)量一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、優(yōu)秀教學(xué)質(zhì)量二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、校本科生導(dǎo)師制優(yōu)秀導(dǎo)師。
科研方面：主要從事高比能二次電池關(guān)鍵材料研發(fā)。先后承擔(dān)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目子課題、國家自然科學(xué)基金區(qū)域創(chuàng)新聯(lián)合基金項(xiàng)目子課題、國家自然科學(xué)基金面上、青年項(xiàng)目、北京市自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、北京市自然科學(xué)基金-海淀原始創(chuàng)新聯(lián)合基金、河北省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、青海省重點(diǎn)研發(fā)與轉(zhuǎn)化項(xiàng)目等近20項(xiàng)科研項(xiàng)目；
先后入選北京市優(yōu)秀人才青年骨干計(jì)劃（2016）、北京科技新星（2017）、校越崎青年學(xué)者（2017）、北京市青年拔尖人才（2018）。主要從事高比能鋰二次電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及關(guān)鍵材料開發(fā)等工作。相關(guān)研究成果曾獲教育部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，獲授權(quán)中國發(fā)明專利6項(xiàng)。以第*一作者或通訊作者在Joule、AdvancedEnergyMaterials、AdvancedFunctionalMaterials、Small、Smallmethods、JournalofMaterialsChemistryA、ChemicalEngineeringJournal、JournalofEnergyChemistry、JournalofMateriomics、Energy&EnvironmentalMaterials、CarbonEnergy等國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表SCI論文70余篇。
第1章 緒論 001
1.1 材料的定義 001
1.2 材料的發(fā)展與人類文明 001
1.2.1 材料與人類的日常生活 001
1.2.2 材料與能源環(huán)境 002
1.2.3 材料與新技術(shù)革命 004
1.2.4 材料與國防現(xiàn)代化 008
1.3 材料的分類 009
1.4 材料科學(xué)與工程的基本要素 012
1.5 材料的發(fā)展趨勢 012
習(xí)題 014
參考文獻(xiàn) 014
第2章 材料設(shè)計(jì)方法 015
2.1 材料設(shè)計(jì)的定義與結(jié)構(gòu)層次 015
2.1.1 材料設(shè)計(jì)的定義 015
2.1.2 材料設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)層次 016
2.2 材料設(shè)計(jì)的發(fā)展概況 017
2.3 材料設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)路徑 018
2.3.1 材料知識庫和數(shù)據(jù)庫技術(shù) 019
2.3.2 材料設(shè)計(jì)專家系統(tǒng) 019
2.3.3 計(jì)算機(jī)模擬 020
2.3.4 理論計(jì)算 021
2.4 人工智能與新材料 021
2.4.1 人工智能與新材料設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫和計(jì)算方法 022
2.4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與新材料研發(fā) 022
2.4.3 傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)在材料設(shè)計(jì)與加工中的應(yīng)用 023
2.4.4 深度學(xué)習(xí)在材料設(shè)計(jì)與加工中的應(yīng)用 028
習(xí)題 031
參考文獻(xiàn) 032
第3章 材料表征技術(shù)簡介 033
3.1 材料的微觀形貌或結(jié)構(gòu)表征 033
3.1.1 光學(xué)顯微鏡 034
3.1.2 透射電子顯微鏡 036
3.1.3 掃描電子顯微鏡 047
3.1.4 掃描透射電子顯微鏡 052
3.1.5 掃描隧道顯微鏡 055
3.1.6 原子力顯微鏡 057
3.2 X射線分析技術(shù) 059
3.2.1 X射線的產(chǎn)生 060
3.2.2 X射線與物質(zhì)的相互作用 063
3.2.3 X射線衍射分析技術(shù) 064
3.2.4 X射線光電子能譜 073
3.2.5 X射線吸收譜 077
3.2.6 其他基于X射線的表征方法 080
3.3 化學(xué)分析檢測方法 084
3.3.1 核磁共振譜 086
3.3.2 質(zhì)譜 088
3.3.3 紫外光譜 092
3.3.4 紅外光譜 094
3.3.5 其他波譜表征技術(shù) 096
習(xí)題 098
參考文獻(xiàn) 099
第4章 金屬材料 100
4.1 概述 100
4.2 金屬新材料 101
4.3 高性能結(jié)構(gòu)材料 102
4.3.1 鈦及鈦合金材料 103
4.3.2 高端特殊鋼 105
4.3.3 鎂及鎂合金材料 108
4.3.4 硬質(zhì)材料 110
4.3.5 新型鋁合金 111
4.3.6 鋯及鋯合金材料 113
4.4 金屬功能材料 114
4.4.1 稀土永磁材料 114
4.4.2 金屬能源材料 115
4.4.3 信息材料 116
4.4.4 超導(dǎo)材料 116
4.5 金屬材料的合成與制備 117
4.5.1 金屬的冶煉與精煉 117
4.5.2 金屬熱處理 120
4.5.3 金屬成型工藝 121
習(xí)題 124
參考文獻(xiàn) 125
第5章 陶瓷材料 126
5.1 概述 126
5.2 普通陶瓷 127
5.2.1 普通陶瓷的制備工藝 127
5.2.2 普通陶瓷的應(yīng)用 130
5.3 新型陶瓷 131
5.3.1 結(jié)構(gòu)陶瓷 132
5.3.2 功能陶瓷 137
5.4 新型陶瓷的制備過程 146
5.4.1 新型陶瓷一般制備流程 146
5.4.2 原料制備 146
5.4.3 陶瓷粉料制備 150
5.4.4 陶瓷成型工藝 150
5.4.5 燒結(jié)基礎(chǔ)理論 152
習(xí)題 161
參考文獻(xiàn) 161
第6章 高分子材料 163
6.1 概述 164
6.1.1 高分子材料發(fā)展歷程 164
6.1.2 基本概念 165
6.1.3 高分子材料的結(jié)構(gòu) 167
6.1.4 高分子材料的制備 168
6.2 通用高分子材料 169
6.2.1 合成塑料 169
6.2.2 合成橡膠 172
6.2.3 合成纖維 175
6.3 功能高分子材料 178
6.3.1 液晶高分子材料 179
6.3.2 吸附分離功能高分子材料 183
6.3.3 電活性功能高分子材料 191
6.3.4 智能高分子材料 198
習(xí)題 206
參考文獻(xiàn) 206
第7章 復(fù)合材料 208
7.1 概述 208
7.2 復(fù)合材料的定義和分類 210
7.2.1 復(fù)合材料的定義 210
7.2.2 復(fù)合材料的分類 212
7.3 復(fù)合材料的性能特點(diǎn) 213
7.4 聚合物基復(fù)合材料 215
7.4.1 聚合物基復(fù)合材料的發(fā)展 215
7.4.2 聚合物基復(fù)合材料的制備工藝 217
7.5 金屬基復(fù)合材料 221
7.5.1 金屬基復(fù)合材料的發(fā)展 221
7.5.2 金屬基復(fù)合材料的制備工藝 223
7.6 陶瓷基復(fù)合材料 225
7.6.1 陶瓷基復(fù)合材料的性能 225
7.6.2 陶瓷基復(fù)合材料的制備工藝 227
7.7 碳/碳復(fù)合材料 229
7.7.1 碳/碳復(fù)合材料的發(fā)展 229
7.7.2 碳/碳復(fù)合材料的制備工藝 230
7.8 復(fù)合材料的應(yīng)用 231
7.9 復(fù)合材料的進(jìn)展 234
習(xí)題 235
參考文獻(xiàn) 236
第8章 新能源材料 237
8.1 鋰離子電池 237
8.1.1 鋰離子電池概述 238
8.1.2 鋰離子電池正極材料 239
8.1.3 鋰離子電池負(fù)極材料 243
8.1.4 鋰離子電池隔膜 246
8.1.5 鋰離子電池電解質(zhì) 254
8.2 鋰硫電池 257
8.2.1 鋰硫電池的基本原理 257
8.2.2 鋰硫電池面臨的技術(shù)挑戰(zhàn) 258
8.2.3 鋰硫電池正極材料 259
8.2.4 鋰金屬負(fù)極 261
8.3 固體氧化物燃料電池 264
8.3.1 固體氧化物燃料電池概述 264
8.3.2 固體氧化物燃料電池工作原理 264
8.3.3 固體氧化物燃料電池特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)類型 265
8.3.4 固體氧化物燃料電池的組成部分 266
8.3.5 固體氧化物電解池結(jié)構(gòu)和工作原理 267
8.3.6 固體氧化物電解池關(guān)鍵材料 268
8.4 太陽能電池材料 271
8.4.1 鈣鈦礦太陽能電池介紹 272
8.4.2 鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展 272
8.4.3 鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu) 273
8.4.4 鈣鈦礦太陽能電池器件材料和制備 274
8.5 熱電材料 276
8.5.1 熱電轉(zhuǎn)換效應(yīng) 276
8.5.2 熱電器件 277
8.5.3 熱電材料的研究進(jìn)展 278
習(xí)題 282
參考文獻(xiàn) 283
第9章 納米材料 285
9.1 概述 286
9.2 納米材料的發(fā)展 287
9.3 納米材料的研究內(nèi)容 288
9.4 納米材料的分類 289
9.4.1 納米粉末 289
9.4.2 納米纖維 289
9.4.3 納米膜 290
9.4.4 納米塊體 290
9.5 納米材料的基本理論 291
9.5.1 小尺寸效應(yīng) 291
9.5.2 表面效應(yīng) 292
9.5.3 量子尺寸效應(yīng) 293
9.5.4 宏觀量子隧道效應(yīng) 294
9.6 納米材料的制備 295
9.6.1 機(jī)械法 295
9.6.2 化學(xué)法 297
9.6.3 物理法 299
9.6.4 光化學(xué)法 299
9.6.5 生物法 300
9.7 納米材料的應(yīng)用 300
9.7.1 材料科學(xué) 300
9.7.2 環(huán)境科學(xué) 301
9.7.3 生物醫(yī)學(xué) 301
9.7.4 能源領(lǐng)域 301
9.7.5 電子信息 302
9.7.6 材料加工 302
習(xí)題 303
參考文獻(xiàn) 303
第10章 生物醫(yī)用材料 304
10.1 醫(yī)用金屬材料 304
10.1.1 醫(yī)用金屬材料的生物學(xué)要求 304
10.1.2 醫(yī)用金屬材料的種類 305
10.2 生物陶瓷材料 308
10.2.1 生物惰性材料 309
10.2.2 生物活性玻璃 310
10.2.3 羥基磷灰石 311
10.3 醫(yī)用高分子材料 313
10.3.1 醫(yī)用高分子材料的概念及發(fā)展簡史 313
10.3.2 醫(yī)用高分子材料的分類 314
10.3.3 醫(yī)用高分子材料的基本要求 316
10.3.4 醫(yī)用高分子材料舉例 317
10.3.5 醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用 319
習(xí)題 320
參考文獻(xiàn) 321
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