材料科學基礎歡迎來到材料科學基礎課程。本課程將帶您深入探索材料的奧秘，從原子層面到宏觀應用。我們將學習各種材料的性質、結構和應用。課程介紹課程目標掌握材料科學的基本概念和原理學習內容包括材料結構、性能、制備和應用等方面授課方式理論講解、實驗演示和小組討論相結合考核方式平時作業、實驗報告和期末考試綜合評定原子結構和鍵1化學鍵離子鍵、共價鍵、金屬鍵2電子排布能級、軌道、殼層3原子結構質子、中子、電子晶體結構簡單立方每個晶胞頂點有一個原子體心立方晶胞頂點和中心各有一個原子面心立方晶胞頂點和面中心各有一個原子六方密堆積原子呈六角形排列，堆積緊密缺陷點缺陷空位、間隙原子、雜質原子線缺陷刃型位錯、螺型位錯面缺陷晶界、相界、堆垛層錯擴散空位擴散原子通過空位移動間隙擴散小原子在間隙中移動表面擴散原子在表面移動相平衡相律自由度=組元數-相數+2相圖描述溫度、成分和相的關系杠桿定則用于計算相的相對量共晶反應液相冷卻形成兩種固相相變1形核新相的小晶核開始形成2長大晶核通過原子擴散逐漸長大3粗化大晶粒長大，小晶粒消失金屬材料陶瓷材料傳統陶瓷黏土為原料，用于日常生活用品先進陶瓷高純度原料，用于高科技領域玻璃非晶態陶瓷，廣泛應用于建筑和光學高分子材料1熱塑性塑料可重復加熱成型2熱固性塑料一旦成型不可再熔化3彈性體具有高彈性的高分子4纖維長徑比很大的細長高分子復合材料纖維增強復合材料碳纖維、玻璃纖維等增強塑料基體顆粒增強復合材料金屬或陶瓷顆粒分散在基體中夾層復合材料輕質芯層夾在兩層面板之間材料的力學性能1彈性材料在應力下的可逆變形能力2強度材料抵抗永久變形或斷裂的能力3韌性材料吸收能量并塑性變形而不斷裂的能力4硬度材料抵抗局部變形的能力材料的熱學性能熱容材料儲存熱量的能力熱膨脹材料隨溫度升高而體積增大的程度熱導率材料傳導熱量的能力材料的電學性能1絕緣體電阻率大于10^8Ω·m2半導體電阻率在10^-5~10^8Ω·m之間3導體電阻率小于10^-5Ω·m材料的光學性能反射光線被材料表面反彈折射光線通過介質時改變方向吸收光能轉化為其他形式的能量透射光線穿過材料材料的磁學性能順磁性在外磁場作用下微弱磁化抗磁性在外磁場作用下產生微弱的反向磁化鐵磁性能被強烈磁化并保持磁性反鐵磁性相鄰磁矩反向平行排列腐蝕與防護1電化學腐蝕金屬在電解質溶液中發生氧化還原反應2化學腐蝕金屬與非電解質直接發生化學反應3防護措施涂層、陰極保護、合金化等方法材料制備技術冶煉從礦石中提取金屬成型鑄造、鍛造、擠壓等熱處理通過加熱冷卻改變性能粉末冶金將金屬粉末壓制成型材料表面處理技術涂層在材料表面施加保護層表面改性改變表面成分或結構表面清潔去除表面污染物材料表征技術材料的環境影響資源消耗原材料開采對環境的影響能源消耗材料生產過程中的能源使用廢棄物處理材料使用后的回收和處理問題碳排放材料生產和使用過程中的溫室氣體排放材料的循環利用1分類收集按材料類型分類收集廢棄物2預處理清洗、分選、破碎等3再生處理熔煉、重塑等再生工藝4再利用將再生材料用于新產品生產材料的前沿應用石墨烯用于電子設備、能源存儲等領域生物材料用于組織工程和醫療植入智能材料對外界刺激有響應的新型材料材料科學的發展趨勢納米技術研究和應用納米尺度的材料計算材料學利用計算機模擬設計新材料綠色材料開發環境友好型材料多功能材料集成多種功能于一體的材料實驗演示1材料性能測試拉伸、壓縮、彎曲等2顯微觀察金相顯微鏡、電子顯微鏡3熱處理實驗淬火、回火、退火等4腐蝕實驗觀察不同環境下的腐蝕行為實驗報告撰寫實驗目的明確實驗要達到的目標實驗原理闡述實驗的理論基礎實驗步驟詳細記錄實驗過程數據分析處理實驗數據并分析結果結論討論總結實驗結果，分析誤差小組討論案例分析討論實際工程中的材料應用案例創新設計設計新材料或新的材料應用方案文獻匯報分享和討論最新的材料科學研究進展期末考核理論考試考察基本概念和原理的掌握程度實驗考核評估實驗操作技能和數據分析能力課程論文撰寫材料科學相關主題的研究報告