目錄
總序 i
前言 vii
摘要 ix
第一章 緒 論 1
第一節(jié) 引言 1
一、從需求出發(fā)將材料分類 1
二、重點領(lǐng)域巡禮 2
三、材料科學發(fā)展趨勢 6
四、關(guān)注材料領(lǐng)域重要事件和新生長點 8
第二節(jié) 碳材料綻放新葩 9
第三節(jié) 從晶體到準晶 12
第四節(jié) 功能材料 14
一、新能源材料 14
二、光電功能材料 16
第五節(jié) 金屬材料學科 17
一、鋼鐵材料 17
二、輕質(zhì)金屬 18
第六節(jié) 材料使役性能研究新機遇 20
第七節(jié) 金屬強韌化新途徑 22
第八節(jié) 計算材料學成為熱點 24
一、計算材料科學工具 26
二、計算材料學的實驗驗證 28
三、數(shù)據(jù)庫 28
第九節(jié) 超構(gòu)材料 29
第十節(jié) 材料結(jié)構(gòu)表征 32
第十一節(jié) 建設(shè)調(diào)控材料制備與性能的研究中心 36
一、依托大科學裝置的材料組織表征和性能測試 36
二、包含大科學裝置的材料系統(tǒng)研究中心 37
三、建設(shè)材料制備與性能調(diào)控中心 38
參考文獻 39
第二章 石墨烯的歷史、現(xiàn)狀與未來 42
第一節(jié) 石墨烯的研究歷史、發(fā)現(xiàn)與意義 42
第二節(jié) 石墨烯的研究現(xiàn)狀、趨勢與應(yīng)用前景 43
第三節(jié) 我國的石墨烯研究概況與建議 47
參考文獻 48
第三章 準晶的發(fā)現(xiàn)與研究 54
第一節(jié) 對傳統(tǒng)晶體學的挑戰(zhàn) 54
第二節(jié) 準晶研究的發(fā)展 60
一、尋找存在準晶的體系 63
二、擴展準晶存在的類型 63
三、結(jié)構(gòu)描述 64
四、缺陷和相變 66
五、性能與應(yīng)用 67
第三節(jié) 研究展望 67
參考文獻 68
第四章 光電功能材料 70
第一節(jié) 硅和硅基半導(dǎo)體材料 70
第二節(jié) GaAs、InP和GaSb基Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料和器件 72
一、GaAs、InP和GaSb等單晶材料 72
二、低維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)材料和器件 73
第三節(jié) 寬帶隙半導(dǎo)體材料 77
一、GaN基半導(dǎo)體材料 77
二、碳化硅材料 79
三、氧化鋅材料 79
四、半導(dǎo)體金剛石 81
第四節(jié) 光電傳感材料與器件 82
一、碲鎘汞面陣和雙色焦平面探測器 83
二、非致冷紅外焦平面技術(shù) 84
三、高性能InGaAs近紅外探測器 84
四、半導(dǎo)體低維結(jié)構(gòu)紅外探測器 85
五、基于InAs/GaSbⅡ類超晶格的紅外探測材料與器件 88
六、GaN基紫外探測器材料與器件 89
第五節(jié) 微納結(jié)構(gòu)光電功能材料 90
第六節(jié) 半導(dǎo)體太陽能光伏電池 91
一、元素半導(dǎo)體太陽電池 91
二、化合物(第二代)太陽能光伏電池 92
三、染料敏化太陽電池(DSSC) 93
四、有機半導(dǎo)體太陽電池(OPV) 93
五、新概念(新三代)高效太陽電池 94
六、我國的光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況 94
第七節(jié) 光電功能晶體材料研究進展 95
一、激光晶體材料 95
二、非線性光學晶體材料 97
第八節(jié) 小結(jié) 99
參考文獻 99
第五章 我國鋼鐵發(fā)展中的資源能源問題 101
第一節(jié) 我國鋼鐵發(fā)展現(xiàn)狀 101
一、鋼鐵產(chǎn)量 101
二、鋼鐵產(chǎn)能 103
三、鋼鐵利潤 103
四、產(chǎn)業(yè)集中度 103
第二節(jié) 我國鋼鐵發(fā)展中資源能源現(xiàn)狀 104
一、我國鋼鐵發(fā)展中資源現(xiàn)狀 104
二、我國鋼鐵發(fā)展中能源現(xiàn)狀 110
三、廢鋼資源 112
第三節(jié) 鋼鐵發(fā)展面臨的資源能源問題 117
一、鋼鐵工業(yè)發(fā)展中資源問題 118
二、鋼鐵工業(yè)發(fā)展中能源問題 118
三、廢鋼存在的問題 119
第四節(jié) 我國鋼鐵發(fā)展中的資源能源對策和建議 119
一、關(guān)于開發(fā)國內(nèi)鐵礦石資源的政策建議 121
二、關(guān)于開發(fā)國外鐵礦石資源的政策建議 122
三、應(yīng)對國際鐵礦石壟斷化趨勢的對策與建議 123
四、應(yīng)對國際鐵礦石金融化趨勢的對策與建議 124
五、關(guān)于二次鐵資源開發(fā)與利用的政策建議 124
六、關(guān)于國家鐵礦石資源儲備的政策建議 126
七、加強鐵礦石高效利用與節(jié)能環(huán)保技術(shù)開發(fā) 126
八、進一步建立與完善鐵礦石技術(shù)標準 127
九、鋼鐵企業(yè)余能、余熱的利用 127
參考文獻 128
第六章 核電材料的歷史、現(xiàn)狀與挑戰(zhàn) 129
第一節(jié) 引言 129
第二節(jié) 鋯合金 130
一、國外鋯合金的研究狀況 131
二、國內(nèi)鋯合金的研究狀況 133
三、鋯合金的研發(fā)趨勢 133
第三節(jié) 低合金鋼 134
一、發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 134
二、國內(nèi)外RPV鋼的研究熱點、問題與趨勢 135
第四節(jié) 不銹鋼 137
第五節(jié) 鎳基合金 137
一、核用鎳基合金的發(fā)展過程 138
二、核用690鎳基合金的現(xiàn)狀、問題與挑戰(zhàn) 138
第六節(jié) 焊接材料 139
第七節(jié) 電纜 140
一、核電站電纜材料要求 141
二、核電站電纜的發(fā)展趨勢 142
第八節(jié) 混凝土 142
第九節(jié) 核電關(guān)鍵金屬結(jié)構(gòu)材料的使役行為 143
一、核電關(guān)鍵材料環(huán)境行為的主要研究部署 144
二、服役過程中的主要性能退化機制 145
三、待解決的問題與研究趨勢 148
第十節(jié) 安全性評估與壽命評價技術(shù) 150
一、壓水堆核電廠的關(guān)鍵金屬部件及其重要度排序 150
二、反應(yīng)堆壓力容器(RPV)的安全性 151
三、主管道和泵(鑄造不銹鋼)的熱老化與結(jié)構(gòu)完整性 153
四、應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)評估 155
五、金屬疲勞評估 156
六、無損檢測 158
七、安全評估與壽命評價的研究趨勢 159
第十一節(jié) 標準 159
第十二節(jié) 小結(jié) 161
參考文獻 162
第七章 材料基因組工程 164
第一節(jié) 美國材料基因組計劃簡介 164
第二節(jié) 材料中的“基因” 166
第三節(jié) 計算工具 168
一、第一性原理和分子動力學計算 169
二、CALPHAD方法 172
三、顯微組織預(yù)測 173
四、力學性能預(yù)測和多尺度計算工具的集成 174
第四節(jié) 實驗工具 175
一、擴散多元節(jié)方法 175
二、高通量材料性能測試方法 176
三、數(shù)字化三維微觀結(jié)構(gòu)的表征與分析 180
四、組合材料學方法 181
第五節(jié) 數(shù)據(jù)庫及材料信息學 181
第六節(jié) 成功實例 182
第七節(jié) 小結(jié) 183
參考文獻 185
第八章 超材料拓展材料科學研究新領(lǐng)域 198
第一節(jié) 超材料的崛起 198
第二節(jié) 高性能材料構(gòu)造的新策略 200
第三節(jié) 人工超材料的困境及其與天然材料的融合 201
第四節(jié) 利用超材料結(jié)構(gòu)改進與提高材料性能 203
第五節(jié) 探尋天然材料中的超常特性 204
第六節(jié) 戰(zhàn)略思考 205
參考文獻 205
第九章 材料組織結(jié)構(gòu)研究的新機遇 207
第一節(jié) 電子顯微鏡已可在原子尺度給出材料的成分與結(jié)構(gòu)信息 208
第二節(jié) 電子透鏡的像差及其校正 211
一、電子透鏡像差 211
二、像差校正器 212
三、單色器 215
第三節(jié) 材料顯微研究新機遇 217
一、像差校正電子顯微學 217
二、掃描透射電子顯微學與原子柱元素分辨的成分分析 222
三、三維原子像 223
四、復(fù)雜結(jié)構(gòu)晶體表面與界面 224
五、時間分辨電子顯微術(shù) 226
六、電子全息術(shù) 228
七、原位電子顯微術(shù) 232
第四節(jié) 小結(jié) 232
參考文獻 233