【正文】 60年代才提出 “ 材料科學 ” 的概念， “ 材 料科學 ” 的形成實際上 也是科學技術發(fā)展的結果。 19世紀 熱力學 電磁學 化學原子論 X射線 放射性 電子 20世紀 前 30年 相對論 量子力學 20世紀 諾貝爾物理、化學獎獲得者的研究成果 科學驅(qū)動 —— 科學技術的發(fā)展 MSE 科學驅(qū)動 —— 科學技術 的發(fā)展 諾貝爾物理獲得者的研究成果 20世紀 X 光 晶 體 衍 射 合 金 中 的 反 常 性 質(zhì) 高 壓 對 材 料 的 作 用 物 質(zhì) 凝 聚 態(tài) 理 論 半 導 體 晶 體 管 1914 1920 固 體 激 光 反 鐵 磁 現(xiàn) 象 非 晶 態(tài) 中 的 電 子 性 狀 相 變 的 研 究 取 得 成 功 30K 的 超 導 氧 化 物 第 一 塊 芯 片 1946 1956 1962 1964 1970 1977 1982 1987 1996 獲獎年份 諾貝爾化學獎獲得者的研究成果 20世紀 物 質(zhì) 低 溫 物 性 研 究 化 學 鍵 高 分 子 塑 料 導 電 高 分 子 有 機 物 的 三 維 構 象 1949 1953 高 分 子 聚 合 物 1954 1963 1969 2022 獲獎年份 科學驅(qū)動 —— 科學技術 的發(fā)展 科學驅(qū)動 —— 科學技術 的發(fā)展 從 1980年至 1987年，基礎材料科 學連續(xù)三年取得 三項舉世公認的重大進展，并獲得了諾貝爾物理學獎 學金： 量子霍爾效應的發(fā)現(xiàn) 1980年，在對電子沿半導體表面運動作基礎研究時，發(fā)現(xiàn)了 一種出乎預料的全新的效應－－量子霍爾效應（幾乎完全不 存在電阻），如圖所示。 科學驅(qū)動 —— 科學技術 的發(fā)展 實驗工作完全憑借了 材料科學與工程 在表面制備方面取 得的最新進展使表面性質(zhì)得到極其精確的控制才順利進 行的。 量子霍爾效應 科學驅(qū)動 —— 科學技術 的發(fā)展 掃描隧道顯微鏡 上世紀８０年代初期掃描隧道顯微鏡研制成功。該顯微鏡基 于一種微妙的量子力學效應，即能量低于勢壘頂?shù)碾娮拥乃? 道效應，可精確得出了關于單個原子在表面上位置的息，用 它來可檢測出數(shù)量級為正常原子間距１％的位移量。 掃描隧道顯微鏡操控原子排列成 “ IBM”字樣 科學驅(qū)動 —— 科學技術 的發(fā)展 超導材料的新進展 1986年，科學家發(fā)現(xiàn)了最高臨界溫度為 39K的超導化合物，接著又獲得臨界溫度高 達 125K的化合物超導體，比 1911年最先發(fā)現(xiàn) 的超導體汞的臨界溫度高出 120K之多。 科學驅(qū)動 —— 科學技術 的發(fā)展 固體物理、無機化學 有機化學、物理化學 冶金學、金屬學 陶瓷學、高分子學 物質(zhì)結構 和物性 材料的制備、 結構與性能 材 料 科 學 金屬材料、高分子材料與陶瓷材料之間的 共性規(guī)律 應用上 相互取代性 科學驅(qū)動 —— 科學技術的發(fā)展 形 成 材 料 科 學 與 工 程 的 必 要 性 制備方法 分析測試手段 結構的相似性 各種不同材料 的共性特點 研究方法 如：尺度上 科學驅(qū)動 —— 科學技術 的發(fā)展 馬氏體相變 本是金屬學提出，廣泛用于鋼熱處理的理論基 礎，但在氧化鋯陶瓷中也發(fā)現(xiàn)了馬氏體相變，并用來作為陶瓷 增韌的一種有效手段。 溶膠－凝膠法 是利用金屬有機鹽的分解而得到納米氧化物的 方法，但也成為改進陶瓷性能的有效途徑。 各類材料研 究均涉及 從微 觀、介觀到宏 觀 等不同尺 度，它們的宏 觀性能均與材 料的微觀、介 觀的組織、結 構密切相關。 如：金屬軋制過 程的分析； 如：復合材料的 斷裂行為分析； 科學驅(qū)動 —— 科學技術 的發(fā)展 各類材料的 研究測試設備和生產(chǎn)手段 也有頗多相似 之處，例如，電子顯微鏡、表面測試及物性與力學性 能測試設備等。 許多不同類型的材料可以 相互替代和補充 ，能更加 發(fā)揮各種材料的優(yōu)越性，達到物盡其用的目的。 從社會經(jīng)濟需求的牽引、科學技術發(fā)展的推動以及不 同材料的諸多共性來看， 有必要形成一門材料科學 。 材料科學 往往被理解為研究材料的組織、結構和性質(zhì) 的關系，探索自然規(guī)律，這屬于基礎研究；但實際 上，研究和發(fā)展材料的目的在于應用。材料又是一門 應用科學，研究材料必須通過合理工藝流程才能制備 出具有實際價值的材料來，即 材料工程 問題。 小結 材料科學與工程的定義 材料科學與工程 就是指出研究有關材料的 組成、結構、制備工藝流程與材料性能和 用途關系的知識和它的應用。 合成 /制備 結構 /成分 性質(zhì) 材料科學與工程的內(nèi)涵 效能 a 理論及材料與工藝設計 基本性能 制備與加工 效能 (使用性能 ) 受環(huán)境影響 （氣氛、溫度、受力狀態(tài)） 組織結構 b 成分 材料科學與工程的內(nèi)涵 材料科學與工程的三個重要屬性 一是多學科交叉 。它是物理學、化學、冶金學、 金屬學、陶瓷學、高分子化學及計算科學相互融合 和交叉的結果； 二是一種與實際使用結合非常緊密的科學 。發(fā)展 材料科學的目的在于開發(fā)新材料，提高材料的性能 和質(zhì)量，合理使用材料，同時降低材料成本和減少 污染； 三是材料科學是一個正在發(fā)展中的科學 。不像物 理學、化學已有很成熟的體系，它將隨著各有關學 科的發(fā)展而得到充實和發(fā)展。 材料科學與工程的形成和發(fā)展 材料科學與工程學科的形成與發(fā) 展，反映了學科發(fā)展從細分到整合 （綜合）的基本規(guī)律。 年 1865?1879 1879?1884 1884?1888 1888?1890 1890?1927 1927?1937 1937?1966 1966?1975 1975?現(xiàn)在 系名稱 地質(zhì)與采礦工程 采礦工程 采礦工程（地質(zhì)、采礦、冶金） 采礦與冶金 采礦工程與冶金 采礦與冶金 冶金 冶金與材料科學 材料科學與工程 材料科學與工程的形成和發(fā)展 美國 MIT礦冶及材料系名稱的演變 材料科學與工程的形成和發(fā)展 中國 材料 學科二級學科分類表 材料學科 金 屬 材 料 與 熱 處 理 鋼 鐵 冶 金 有 色 金 屬 冶 金 冶 金 物 理 化 學 金 屬 壓 力 加 工 無 機 非 金 屬 材 料 硅 高 酸 分 鹽 子 工 材 程 料 與 工 程 粉 末 冶 金 復 合 材 料 腐 蝕 與 防 護 材 料 科 學 與 工 程 復 鑄 焊 合 造 接 材 料 材料 類 型 金屬 陶瓷 高分子 復合 層 次 金相組織 相 分子原子 電子 環(huán) 境 自 然 社 會 材 料 學 宏 觀 微 觀 材料和材料學 功 能 性 能 社 會 自然科學 現(xiàn) 象 社 會 現(xiàn) 象 自 然 需 要 成 果 反 饋 社會科學 環(huán)境 輸 入 系統(tǒng) 輸 出 學科 現(xiàn) 象 材料科學與工程的形成和發(fā)展 結論 不同的材料二級學科曾為社會培養(yǎng)了大量的專 業(yè)人才； 已不能滿足 21世紀人才培養(yǎng)的需求，必須進行 改革； 按照 “四要素” 原則重新構建材料科學與工程 的 大材料學科 。 材料科學與工程的形成和發(fā)展 材 料 科 學 與 工 程 使用 加工 性能 結構 四 要 素 陶瓷 電子材料 金屬 高分子材料 材料科學與工程的縱向或橫向分類方法 材料科學與工程的形成和發(fā)展 材料科學與工程 材料科學與工程的形成和發(fā)展 美國的全面領先戰(zhàn)略 歐盟的前沿技術發(fā)展戰(zhàn)略 日本的重點跨越戰(zhàn)略 韓國的國際爭先戰(zhàn)略 中國的中長期科技發(fā)展規(guī)劃 俄羅斯的新材料與化學工藝等 9個優(yōu)先發(fā)展方向 材料科學與工程研究占重要地位 材料科學與工程的形成和發(fā)展 材料科學家和材料工程師的使命 從電子和原子尺寸微觀尺度、到介觀和宏觀尺 度去研究材料 。 材料研究工作者形成共識 :四個要素缺一不可 。 需要多學科多領域材料工作者的團結協(xié)作 ,共同 推動材料的不斷進步 。 e d Th oo r to E E S M opening is MSE