材料學概論

《材料學概論》和《創新材料學》作為材料學組合教材，系統鳥瞰學科概況。《材料學概論》按10 條橫線討論緒論、元素週期表、金屬、粉體、玻璃、陶瓷、聚合物、複合材料、磁性材料、薄膜材料。說明每一類材料從原料到成品的全過程、相關性能及應用，推薦作為學生入門教材。

田民波
學歷：
清華大學 工程物理系 碩士
經歷：
日本京都大學國家公派訪問學者
日本Kyoto Elex株式会社 特邀研究員
清華大學材料科學與工程系 教授
現職：
清華大學材料科學與工程系 教授

(一)材料的支柱和先導作用
1.1　材料的定義和分類
1.2　材料是人類社會進步的標誌
1.3　材料是當代文明社會的根基
1.4　材料是各類產業的基礎
1.5　先進材料是高科技的核心
1.6　材料可以「點石成金，化腐朽為神奇」
1.7　複合材料和功能材料大大擴展了材料的應用領域
1.8　材料科學與工程的定義和學科特點
1.9　材料科學與工程四要素
1.10　重視材料的加工和製造
1.11　關注材料的最新應用 —強調發展，注重創新
1.12　「9.11」世貿大廈垮塌和「3.11」福島核事故都涉及材料
(二)材料就在元素週期表中
2.1　在元素週期表中發現材料
2.2　120 種元素綜合分析
2.3　原子的核外電子排佈(1)—量子數和電子軌道
2.4　原子的核外電子排佈(2)—電子排佈的三個準則
2.5　核外電子排佈的應用(1)—不同碳材料的晶體結構
2.6　核外電子排佈的應用(2)—碳材料的多樣性
2.7　原子的核外電子排佈(3)—過渡族元素和難熔金屬
2.8　原子半徑、離子半徑和元素的電負性
2.9　日常生活中須臾不可離開的元素
2.10　材料性能與微觀結構的關係
2.11　從軌道能階到能帶 —絕緣體、導體和半導體的能帶圖
2.12　化合物半導體和螢光體材料
(三)金屬及合金材料
3.1　從礦石到金屬製品(1)—高爐煉鐵
3.2　從礦石到金屬製品(2)—轉爐煉鋼
3.3　晶態和非晶態，單晶體和多晶體
3.4　相、相圖、組織和結構
3.5　凝固中的成核與長大
3.6　鋼的各種組織形態
3.7　鋼的強化機制及合金鋼
3.8　應用最廣的碳鋼
3.9　金屬的熱變形
3.10　金屬的冷變形
3.11　熱處理的目的和熱處理溫度的確定
3.12　鋼的退火
3.13　鋼的正火
3.14　鋼的回火
3.15　表面處理—表面淬火及滲碳淬火
3.16　合金鋼(1)—強韌鋼、可焊高強度鋼和工具鋼
3.17　合金鋼(2)—高速鋼、不鏽鋼、彈簧鋼和軸承鋼
(四)粉體和奈米材料
4.1　粉體及其特殊性能(1)—小粒徑和高比表面積
4.2　粉體及其特殊性能(2)—高分散性和易流動性
4.3　粉體及其特殊性能(3)—低熔點和高化學活性
4.4　粉體的特性及測定(1)—粒徑和粒徑分布的測定
4.5　粉體的特性及測定(2)—密度及比表面積的測定
4.6　粉體的特性及測定(3)—折射率和附著力的測定
4.7　非機械式粉體製作方法
4.8　日常生活用的粉體
4.9　工業應用的粉體材料
4.10　奈米材料與奈米技術
4.11　包羅萬象的奈米領域
4.12　「奈米」就在我們身邊
4.13　奈米材料製作和奈米加工
4.14　奈米材料與奈米技術的發展前景
(五)陶瓷及陶瓷材料
5.1　陶瓷進化發展史—人類文明進步的標誌
5.2　日用陶瓷的進展
5.3　陶瓷及陶瓷材料(1)—按緻密度和原料分類
5.4　陶瓷及陶瓷材料(2)—按性能和用途分類
5.5　普通黏土陶瓷的主要原料
5.6　陶瓷成型技術(1)—旋轉制胚成型和注漿成型
5.7　陶瓷成型技術(2)—乾壓成型、熱壓注成型和等靜壓成型
5.8　普通陶瓷的燒結過程
5.9　結構陶瓷及應用(1)—Al2O3 和ZrO2
5.10　結構陶瓷及應用(2)—SiC 和Si3N4
5.11　低溫共燒陶瓷（LTCC）基板
5.12　單晶材料及製作
5.13　功能陶瓷及應用(1)—陶瓷電子元件
5.14　功能陶瓷及應用(2)—微波元件、感測器和超聲波馬達
(六)玻璃及玻璃材料
6.1　玻璃的發現至少有5000 年
6.2　玻璃熔融和加工
6.3　非傳統方法製造玻璃
6.4　新型建築玻璃(1)
6.5　新型建築玻璃(2)
6.6　汽車、高鐵用玻璃(1)
6.7　汽車、高鐵用玻璃(2)
6.8　生物醫學用玻璃材料
6.9　特殊性能玻璃材料
6.10　圖像顯示、光通信用玻璃材料(1)
6.11　圖像顯示、光通信用玻璃材料(2)
6.12　高新技術前沿用玻璃材料
(七)高分子及聚合物材料
7.1　何謂高分子和聚合物
7.2　加聚反應和聚合物實例(1)—均加聚
7.3　加聚反應和聚合物實例(2)—共加聚
7.4　幾種熱塑性聚合物的聚合反應及結構
7.5　高分子鏈的結構層次和化學結構
7.6　天然橡膠和合成橡膠
7.7　高分子的聚集態結構
7.8　熱固性樹脂（熱固性塑料）
7.9　聚合物的結構模型及力學特性
7.10　聚合物的形變機制及變形特性
7.11　常見聚合物的結構和用途 —按性能和用途分類
7.12　工程塑料
7.13　新型電子產業用的塑料膜層
7.14　聚合物的成形加工及設備(1)—壓縮模塑和傳遞模塑
7.15　聚合物的成形加工及設備(2)—擠出成形和射出成形
7.16　膠黏劑 —膠黏劑的構成和黏結原理
7.17　塗料 —塗料的分類及構成
(八)複合材料和生物材料
8.1　複合材料的定義和分類
8.2　複合材料的介面
8.3　複合材料的特長及優勢
8.4　複合材料中增強材料與基體材料的匹配
8.5　碳纖維及C/C 複合材料
8.6　複合材料 —在航空太空領域的應用
8.7　生物材料的定義和範疇
8.8　骨骼、筋和韌帶組織
8.9　各種植入人體的材料
(九)磁性及磁性材料
9.1　磁性源於電流
9.2　磁矩、磁導率和磁化率
9.3　過渡金屬元素3d 殼層的電子結構與其磁性的關係
9.4　高磁導率材料、高矯頑力材料及半硬質磁性材料
9.5　亞鐵磁性和鐵氧體材料
9.6　鐵氧體硬磁材料的製作
9.7　硬磁鐵氧體和軟磁鐵氧體的磁學特性及應用
9.8　磁疇及磁疇壁的運動
9.9　磁滯迴線及其決定因素
9.10　永磁材料及其進展
9.11　釹鐵硼稀土永磁材料及製作技術
9.12　永磁材料的應用和退磁曲線
9.13　磁記錄材料
9.14　光磁記錄材料
(十)薄膜材料及薄膜製造技術
10.1　薄膜的定義和薄膜材料的特殊性能
10.2　獲得薄膜的三個必要條件
10.3　薄膜是如何沉積的
10.4　電漿與薄膜沉積
10.5　物理氣相沉積（PVD）(1)—真空蒸鍍
10.6　物理氣相沉積（PVD）(2)—離子鍍和雷射熔射
10.7　物理氣相沉積（PVD）(3)—濺射鍍膜
10.8　物理氣相沉積（PVD）(4)—磁控濺鍍靶
10.9　化學氣相沉積（CVD）(1)—原理及設備
10.10　化學氣相沉積（CVD）(2)—各類CVD 的應用
10.11　電鍍薄膜
10.12　反應離子刻蝕（RIE）和反應離子束刻蝕（RIBE）
10.13　平坦化技術