材料科學與工程的基礎知識匯報人：XX2024-01-16目錄材料科學與工程概述材料結構與性能材料制備與加工技術材料表面科學與工程材料腐蝕與防護材料科學與工程前沿領域01材料科學與工程概述定義與范圍010203材料科學與工程是研究材料的制備、組織結構、性能、應用及其相互關系的學科。它涵蓋了金屬、陶瓷、高分子、復合材料等各類材料，以及材料的物理、化學、力學、熱學等性能。材料科學與工程還涉及材料的合成、加工、改性、測試、評價和應用等方面。03當前，材料科學與工程正朝著跨學科、多功能、智能化的方向發(fā)展，不斷推動著人類社會的進步。01材料科學與工程的發(fā)展經(jīng)歷了從經(jīng)驗到科學、從宏觀到微觀的歷程。02隨著科技的進步，現(xiàn)代材料科學與工程已經(jīng)深入到原子、分子層面，借助先進的實驗手段和計算機模擬技術進行研究。發(fā)展歷程及現(xiàn)狀材料是科技進步的先導和物質基礎，材料科學與工程的發(fā)展對于推動社會進步具有重要意義。材料科學與工程的應用領域廣泛，包括能源、環(huán)境、信息、生物醫(yī)學、航空航天、國防等各個領域。例如，高性能材料的研發(fā)對于提高能源利用效率、減少環(huán)境污染具有重要作用；生物醫(yī)用材料的開發(fā)對于提高醫(yī)療水平和人類健康水平具有重要意義。重要性及應用領域02材料結構與性能晶體結構晶體是由原子、離子或分子按一定規(guī)律在三維空間周期性排列構成的固體。常見的晶體結構有立方晶系、四方晶系、六方晶系等。晶體缺陷晶體缺陷是指晶體中原子排列的周期性被破壞的地方。根據(jù)缺陷的維度，可分為點缺陷（如空位、間隙原子）、線缺陷（如位錯）和面缺陷（如晶界、相界）。晶體結構與缺陷相圖是用來表示材料相平衡關系的圖形，通常由溫度、壓力和成分等參數(shù)構成。常見的相圖有二元相圖、三元相圖等。相變是指材料在固態(tài)下，由于溫度或壓力的變化，從一個相轉變?yōu)榱硪粋€相的過程。常見的相變有熔化、凝固、升華、凝華以及固態(tài)相變等。相圖與相變相變相圖力學性能力學性能是指材料在外力作用下所表現(xiàn)出的性能，如強度、硬度、韌性、疲勞強度等。變形行為變形行為是指材料在受到外力作用時發(fā)生的形狀和尺寸變化。常見的變形行為有彈性變形、塑性變形和蠕變等。力學性能與變形行為物理性能是指材料在力、熱、光、電等物理因素作用下所表現(xiàn)出的性能，如密度、熱導率、電導率、磁導率等。物理性能化學性能是指材料與周圍介質發(fā)生化學反應時所表現(xiàn)出的性能，如耐腐蝕性、抗氧化性、催化活性等?；瘜W性能物理化學性能03材料制備與加工技術冶煉與鑄造技術冶煉通過高溫熔煉礦石或金屬氧化物，以獲取金屬或合金液體的過程。冶煉技術包括火法冶煉和濕法冶煉。鑄造將熔融金屬或合金倒入模具中，冷卻凝固后得到所需形狀和尺寸的金屬件的過程。鑄造技術包括砂型鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造等。塑性變形金屬在外力作用下發(fā)生形狀改變而不斷裂的現(xiàn)象。塑性變形加工技術包括鍛造、軋制、擠壓、拉拔等。鍛造通過錘擊或壓力使金屬坯料變形，以獲得所需形狀和尺寸的金屬件的過程。鍛造技術包括自由鍛造和模鍛。塑性變形加工技術010203粉末制備通過物理或化學方法將金屬或非金屬原料制成粉末的過程。粉末制備技術包括機械粉碎法、化學還原法、電解法等。壓制成型將粉末放入模具中，施加壓力使粉末緊密結合形成所需形狀的過程。壓制成型技術包括冷壓成型和熱壓成型。燒結將壓制成型后的粉末加熱至一定溫度，使其顆粒間發(fā)生冶金結合，從而提高制品的密度和強度的過程。燒結技術包括固相燒結和液相燒結。粉末冶金技術物理氣相沉積利用物理過程將材料從源物質蒸發(fā)或升華，并在基體上冷凝形成薄膜的過程。物理氣相沉積技術包括真空蒸鍍、濺射鍍膜等。化學氣相沉積通過化學反應在基體表面生成薄膜的過程?；瘜W氣相沉積技術包括化學氣相沉積、等離子體增強化學氣相沉積等。液相沉積將材料溶解在溶劑中，通過控制溶液的濃度、溫度和pH值等條件，使材料在基體上析出形成薄膜的過程。液相沉積技術包括溶膠-凝膠法、電鍍法等。薄膜制備技術04材料表面科學與工程液體表面分子間相互作用力不平衡導致的張力，影響液體形狀和界面行為。表面張力液體在固體表面鋪展的能力，與表面張力、接觸角和界面能有關。潤濕現(xiàn)象不同相之間界面處的特殊現(xiàn)象，如吸附、界面反應和界面能等。界面效應表面現(xiàn)象與界面效應去除表面污染物，如油脂、氧化物和顆粒等，常用方法有溶劑清洗、化學清洗和超聲波清洗等。清洗粗糙化鈍化增加表面積和改變表面形貌，提高涂層附著力，常用方法有噴砂、酸蝕和激光刻蝕等。通過化學反應使金屬表面形成一層難溶的保護膜，防止金屬腐蝕，如鋼鐵的磷化和鋁的陽極氧化等。030201表面處理技術ABDC電鍍利用電解原理在金屬表面沉積一層金屬或合金，如鍍鋅、鍍鎳和鍍鉻等。化學鍍通過化學反應在金屬或非金屬表面沉積一層金屬或合金，如化學鍍銅和化學鍍鎳等。噴涂利用噴槍將涂料噴涂到物體表面，形成一層保護或裝飾涂層，如噴漆、噴粉和噴塑等。真空鍍膜在真空環(huán)境下將金屬或非金屬材料蒸發(fā)并沉積到基體表面，形成一層薄膜，如真空蒸鍍、濺射鍍膜和離子鍍等。涂層與薄膜技術顯微鏡觀察X射線衍射分析電子能譜分析接觸角測量利用光學顯微鏡、電子顯微鏡等觀察表面形貌和微觀結構。通過X射線在晶體中的衍射效應分析表面相組成和晶體結構。利用電子束與物質相互作用產生的特征X射線分析表面元素組成和化學狀態(tài)。通過測量液體在固體表面的接觸角評估表面潤濕性和界面張力。0401表面分析測試方法020305材料腐蝕與防護金屬與非電解質直接發(fā)生純化學作用而引起的破壞?；瘜W腐蝕金屬與電解質溶液發(fā)生電化學作用而引起的破壞。電化學腐蝕金屬由于單純的物理溶解作用而引起的破壞。物理腐蝕金屬受生物作用而引起的破壞。生物腐蝕腐蝕類型及機理選擇具有耐蝕性的合金，如不銹鋼、耐蝕合金等。耐蝕金屬材料選擇具有耐蝕性的非金屬材料，如陶瓷、塑料等。耐蝕非金屬材料通過復合技術將耐蝕材料與基體材料相結合，提高材料的耐蝕性能。耐蝕復合材料耐蝕材料選擇與設計表面涂層在金屬表面涂覆耐蝕涂層，如油漆、鍍層等，以隔離腐蝕介質。陰極保護通過外加電流使金屬成為陰極，從而抑制金屬的腐蝕。緩蝕劑在腐蝕介質中添加少量能減緩金屬腐蝕的物質。合理設計通過改變金屬的結構和形狀，減少或消除應力集中和縫隙等易引起腐蝕的因素。腐蝕防護技術與方法失重法電阻法電化學法聲發(fā)射法腐蝕監(jiān)測與評估通過測量金屬在腐蝕前后的質量損失來評估腐蝕程度。通過測量金屬在電解質溶液中的電化學參數(shù)來評估腐蝕程度。通過測量金屬的電阻變化來評估腐蝕程度。通過監(jiān)測金屬在腐蝕過程中產生的聲發(fā)射信號來評估腐蝕程度。06材料科學與工程前沿領域

納米材料與技術納米材料在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1-100nm)或由它們作為基本單元構成的材料。納米效應納米材料具有小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等，表現(xiàn)出許多獨特的物理化學性質。納米技術通過特定的技術設計，在納米尺度上合成、加工和制備材料，以實現(xiàn)對材料性能的精確控制。生物醫(yī)用材料需具有良好的生物相容性，即不引起人體排異反應和組織炎癥。生物相容性生物醫(yī)用材料應具有特定的生物功能，如藥物載體、組織工程支架等。生物功能性生物醫(yī)用材料在醫(yī)療器械、藥物載體、組織工程、再生醫(yī)學等領域具有廣泛應用。醫(yī)學應用生物醫(yī)用材料與技術能源轉換能源材料可將太陽能、風能等可再生能源轉換為電能或化學能進行存儲和利用。能源存儲通過電池、超級電容器等能源存儲器件，實現(xiàn)電能的儲存和釋放。節(jié)能技術通過提高材料的熱導率、降低熱膨脹系數(shù)等手段