【正文】 級 (1940‘s) 10萬噸級 (1970‘s) 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 巨型火箭 —土星級、長征級、 阿里亞納級 隱形飛機(jī) —F117（ 1980’s）、 B B2（ 1990’s） 均是現(xiàn)代材料科學(xué)的工程結(jié)晶 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 四、新材料是現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)， 是信息產(chǎn)業(yè)起飛的加速器 電子工業(yè) —超純、特薄、特細(xì)的材料 原子能工業(yè) —核電站、電子加速器、 質(zhì)子加速器 耐腐蝕、耐輻射材料 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 人類已進(jìn)入信息時代， IC、 Inter、 IT技 術(shù)的發(fā)展日新月異。 材料科學(xué)著重知識的探索、積累、研究、總結(jié) 材料工程著重知識的開發(fā)應(yīng)用 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 材料、能源、信息是現(xiàn)代社會的三大支柱 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 二、材料是人類進(jìn)步的里程碑 對材料的認(rèn)識和利用的能力，決定了人類社會的形態(tài)和人類的生活質(zhì)量。材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 Introduction of Materials Science 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 ? 參考書： ? ——融貫的論述 ? 作者： 馮端 師昌緒等主編 出版日期： 2021年 05月第 1版 ? ? 作者： 肖建中 出版日期： 2021年 ? （第 2版） ? 作者： 石德珂主編 出版日期： 2021年 06月第 2版 ? ? 作者： 徐恒鈞主編 出版日期： 2021年 10月第 1版 ? ? 作者： 杜丕一 潘頤編著 出版日期： 2021年 03月第 1版 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 緒 論 一、材料的定義 人們可用來制作物品的宇宙物質(zhì)的子集 在機(jī)器、結(jié)構(gòu)件、器件、產(chǎn)品中因其特殊的性能而成為有用的物質(zhì)。 人類文明史，也可稱為世界材料 發(fā)展史 人類的時代劃分，往往以使用的材料為標(biāo)準(zhǔn) 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 石器時代（公元前幾十萬年 ~前 5000年） 青銅時代（前 5000年 ~前 1200年） 鐵器時代（前 1200年 ~公元 1700年） 鋼鐵時代（ 1700年 ~現(xiàn)在） 高分子時代（ 1909年 ~現(xiàn)在） 貝克蘭用化學(xué)法合成酚醛樹脂 新石器時代 —信息時代（ 1947年 ~現(xiàn)在） 在硅晶體上制成了第一個三級管 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 材料領(lǐng)域的強(qiáng)國，也是政治、軍事強(qiáng)國 1644年，“工業(yè)革命”英國成為“日不落 帝國”，基礎(chǔ)：鋼、鐵、煤的產(chǎn)量居世界 第一 鋼鐵與石器的交鋒 ——美利堅合眾國向印 第安人血與火的擴(kuò)張（ 19世紀(jì)） 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 WWI—新興資本主義強(qiáng)國要求“陽光下的 土地”，重新劃分勢力范圍 WWII—三個法西斯向世界宣戰(zhàn) 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 1937年 : 日本 世界排名 中 國 鐵 240萬噸 (7) 96 萬噸 鋼 635萬噸 (6) 56 萬噸 石油產(chǎn)品 245萬噸 25 萬噸 汽車 9500 輛 (8) 0 造船 43萬噸 (3) 1 萬噸 面積 37 萬平方公里 960 萬平方公里 人口 1 億 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 1937年 日本 中國 航空母艦 2 0 飛機(jī) 700 0 坦克 300 0 大炮 2500 580 機(jī)槍 7000 3500 步槍 180000 150000 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 1937年 軍事實(shí)力對比 日本 中國 飛機(jī) 2600 架 600 架 艦艇 77 萬噸 萬噸 航空母艦 4 艘 0 坦克 650 輛 120 輛 火炮 15000 門 8000 門 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 抗日戰(zhàn)爭歷時八年，中國付出巨大代價： 軍民傷亡 3500 萬人 財產(chǎn)損失 5000 億美元 上海、武漢、南京等城市受到嚴(yán)重破壞 中國鋼產(chǎn)量發(fā)展進(jìn)程（萬噸） 0202140006000800010000120211949 1958 1962 1976 1990中國鋼產(chǎn)量材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 到 2021年，我國主要材料產(chǎn)量： 鋼、鋼材、水泥、玻璃 位居世界第一 10種有色金屬、純堿、燒堿 等 位居世界第二 堅實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)使中國的面貌煥然一新。 現(xiàn)代材料科學(xué)進(jìn)入了信息材料時代并為 信息產(chǎn)業(yè)提供了堅實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)： 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 1883 硒整流器 1911 硅整流器 1926 鍺整流器 1946 鍺單晶 1947 鍺接觸三極管（ Transistor） 1950 鍺結(jié)型三極管（ PNP或 NPN型） 1952 高質(zhì)量硅單晶 1954 Integrated Circuit（ IC） 問世 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 1958 IC 集成度 10個 元件 /cm2 1978 IC 集成度 10萬個元件 /cm2 1999 IC 集成度 10000萬個元件 /cm2 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 計算機(jī)發(fā)展簡史： 1945 第一臺電子計算機(jī)問世 每秒運(yùn)算 5000次、體積 100立方米 1970‘s 大型計算機(jī)運(yùn)算速度 1000萬次 /秒 1999 10 億次 /秒 [美 ]克雷機(jī)、 [中 ]銀河機(jī) 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 微型計算機(jī)發(fā)展： 1981 IBMPC 主頻 1 MHz 1982 IBMPC/XT 主頻 2 MHz 1984 IBMPC/AT 主頻 4 MHz 1985 386計算機(jī) 主頻 16 MHz 1989 486計算機(jī) 主頻 64 MHz 1993 Pentium計算機(jī) 主頻 133 MHz 1996 PII計算機(jī) 主頻 256 MHz 1999 PIII計算機(jī) 主頻 500 MHz 2021 PIV計算機(jī) 主頻 GHz 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 高純 (%)、大口徑（ ~?300毫米） 的硅材料及高質(zhì)量的 IIIV族化合物半導(dǎo)體 材料是制備所有 IC的最重要的物質(zhì)。 中國 彩電、手機(jī)、交換機(jī)、錄象機(jī)、 VCD、DVD機(jī)等產(chǎn)量在 1980~2021年間已達(dá)到世界第一！ 我國信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展 1978年 1999 年 2021年 電話 300萬 8000萬 14000萬 移動電話 0 4000萬 12021萬 尋呼機(jī) 0 6000萬 8000萬 手機(jī) 戶 PC 0 350萬 500萬 截止 2021年 3月我國內(nèi)地手機(jī)用戶人數(shù)突破 5億大關(guān)， 成為世界第一手機(jī)大國。 人類社會的發(fā)展伴隨著 能源消耗 的增加。因此促進(jìn)了高容量二次電池的發(fā)展。 新能源的開發(fā)一方面靠利用 新的原理來發(fā)展新的能源 系統(tǒng) ， 另一方面靠 材料的開發(fā)與應(yīng)用 ， 使新系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn) ， 并提高效率 ， 降低成本 。 新材料決定著核反應(yīng)堆的性能與安全性。 新能源材料－如增殖堆用核材料 、 太陽能電池材料 節(jié)能材料－如非晶態(tài)金屬磁性 ， 超導(dǎo)材料 。 ? 質(zhì)子為什么會聚在一核之內(nèi)？（萬有引力、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用、弱相互作用） 中子、質(zhì)子、電子的質(zhì)量 ? 它們質(zhì)量很小 ， 通常以 “ 原子質(zhì)量單位 ” u表示 – 1u = ?1027 kg – 1me = ?1031 kg = u – 1mp = ?1027 kg = u – 1mn = ?1027 kg = u 原子核的結(jié)合能 211 ??2mcE ?M e Vummmumummumumdnpdpnpn?????????中子的質(zhì)量 質(zhì)子的質(zhì)量 氘核的質(zhì)量（ 質(zhì)子 +中子 ） 核能何來 ? 核能的來源 的兩個途徑可以獲得能量： ，即一個重核可裂變?yōu)閮蓚€中等質(zhì)量的核，從而獲得原子能。 核聚變：數(shù)個小原子核結(jié)合并釋放能量 。其殺傷機(jī)理與原子彈基本相同，但威力比原子彈大幾十甚至上千倍。 ? 生產(chǎn)巨大能量 。 ? 生產(chǎn)電力時不會造成空氣污染。 核廢料的處理不當(dāng)將造成輻射污染 核能發(fā)展現(xiàn)狀與國家能源需求 ? 核能是公認(rèn)的現(xiàn)實(shí)的可大規(guī)模替代常規(guī)能源的既干凈又經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代能源 –一座百千瓦核裂變電站， 300萬噸原煤 /年 –法國核電約占總發(fā)電量的 70%左右 –英、美等國核電約占總發(fā)電量的 20%左右 , ? 而中國大陸僅 1% 左右，核電可大有作為 ! 可控 核聚變 的研究現(xiàn)狀與前景 ? 中國、日本、韓國、俄羅斯、美國和歐盟 6大 ITER成員國 2021年 6月 28日在莫斯科敲定 法國 的卡達(dá)拉舍（ Cadalache）為可控核聚變反應(yīng)堆建設(shè)地，這一為期 30年、共計投資將超過 100億歐元的國際超大型科學(xué)合作項目很快就將正式啟動。 ? 托卡馬克的中央是一個環(huán)形的真空室，外面纏繞著線圈。 三種射線在電場中的偏轉(zhuǎn) 對這三種射線，用它們在垂直于運(yùn)動方向的電場（或磁場）中的軌跡即可區(qū)分。一個 4KW的屋頂