前沿材料科学PPT课件
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《新材料科技进展》PPT课件
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车轮
取代传统车轮，一家制造公司开发出一种经久 耐用的新型车轮，可以和钢或铝制车轮一决高 下。这种车轮的优点可不仅仅是时髦漂亮，聚 酯材料提供了优良的抗腐耐磨性能，可以有效 的抑制化学物对车轮的侵蚀。
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一百多年来，钢铁一直是汽车工业 的基础。你也许会说这已经没什么 好发展的了，不过，你错了！ 图片是几卷高强钢。这类金属将是 未来汽车的中坚力量。近来，钢铁 工业已经开发出一种汽车用钢，比 原先的轻24%，而强度高34%。
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2004年奥运会-跑道
塑胶跑道厚度一般为13毫 米，它弹性好、耐磨、防 滑、色彩美观、场地清洁 、易于维护管理、不受气 候等条件影响。这种场地 平坦均匀，可吸收震动， 使运动员弹跳自如，并可 防跌伤。无数大型国际赛 事表明，100米短跑时运 动员在聚氨酯跑道上要比 在传统跑道上快0．2秒以 上，跳远成绩可提高20～ 30厘米。
超级钢
新型钢材的优点是： 高撞击能量吸收率； 高强度-质量比； 实用新型制造工艺； 可以有多种不同性能(寿命、防锈等）。
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国家游泳中心 阳光房 外层膜上分布着密度不均的镀点，这镀点 将有效的屏蔽直射入馆内的日光，起到遮光、降温的作用。水立 方的这层“外衣”可保证90％的自然光进入场馆，这样一来，每 天可以享用9个小时的自然光。这样就大大节省了能源。 1437块 气枕,ETFE(四氟乙烯)制成的膜材料质量轻、强度大，由于自身的 绝水性，它可以利用自然雨水完成自身清洁，是一种新兴的环保 材料。犹如一个个“水泡泡”的ETFE膜具有较好抗压性，厚度仅 如同一张纸的ETFE膜构成的气枕，甚至可以承受一辆汽车的重量
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21世纪科技发展的主要方向之一是新材料的 研制和应用。新材料的研究，是人类对物质性 质认识和应用向更深层次的进军。
纳米生物材料PPT精选课件
1 普通载药纳米微粒 ❖ 在一块基片表面固定了序列已知的八核苷酸的探针。
载药磁性微粒是在微囊基础上发展起来的新型药物运载系统。 纳米技术在当代中国的发展
这种剂型的出现背景是基于将一些药物通过 费米能级附件的电子能级由准连续变为离散能级的现象
❖ 对矿物类中药进行纳米化处理技术上不存在大问题，常规制备纳米材料的物理、化学方法都可以采用，但对于中药中大量使用的植物
❖ (4)溶胶凝胶法 金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化， 再经低温热处理而生成纳米粒子。
❖ (5)微乳液法 两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的
作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处 理后得纳米粒子。
2 纳米材料在生物医学上的应用
1. 纳米载体 2. 纳米生物器件 3. 纳米生物组织工程 4. 纳米医药
急剧上升到0.991表面原子的晶场环境和结合能 第一代蛋白检测芯片将主要依赖于抗体和其他大分子，显然，用这些材料制备复杂的芯片，尤其是规模生产会存在很多实际问题，理
想的解决办法是采用化学合成的方法大规模制备抗体。
与内部原子不同，具有很大的活性；晶粒的微粒 纳米电子学: 拥有崭新功能的电子仪器，有高速度及低能量消耗的优点;
而当粒度减小到l nm(总原子数为30)时，这一比值急剧上升到0.
16nm、20nm时转变为超顾磁性。另外纳米颗粒材 1 nm=106 mm=109m(=10Å) 大约等于十个氢原子并列一直线的长度。
(3) 提高芯片制作的点阵速度；
(4)溶胶凝胶法 金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。
31在血管中运动的纳米机器人它正在使用纳米切割机和真空吸尘器来清除血管中的沉积物纳米机器人在清理血管中的有害堆积物中国科学院合肥研究院的研究32中国科学院沈阳自动化所研制研制的纳米微操作机器人在1010微米的基片上刻出的字样肾结石胆结石的治疗肾结石胆结石的治疗将纳米机器人以插入导管将纳米机器人以插入导管的方式引入到尿道或胆道里的方式引入到尿道或胆道里内内直接到达结石所在的部位直接到达结石所在的部位并且直接把结石击碎并且直接把结石击碎并且直接把结石击碎
载药磁性微粒是在微囊基础上发展起来的新型药物运载系统。 纳米技术在当代中国的发展
这种剂型的出现背景是基于将一些药物通过 费米能级附件的电子能级由准连续变为离散能级的现象
❖ 对矿物类中药进行纳米化处理技术上不存在大问题，常规制备纳米材料的物理、化学方法都可以采用，但对于中药中大量使用的植物
❖ (4)溶胶凝胶法 金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化， 再经低温热处理而生成纳米粒子。
❖ (5)微乳液法 两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的
作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处 理后得纳米粒子。
2 纳米材料在生物医学上的应用
1. 纳米载体 2. 纳米生物器件 3. 纳米生物组织工程 4. 纳米医药
急剧上升到0.991表面原子的晶场环境和结合能 第一代蛋白检测芯片将主要依赖于抗体和其他大分子，显然，用这些材料制备复杂的芯片，尤其是规模生产会存在很多实际问题，理
想的解决办法是采用化学合成的方法大规模制备抗体。
与内部原子不同，具有很大的活性；晶粒的微粒 纳米电子学: 拥有崭新功能的电子仪器，有高速度及低能量消耗的优点;
而当粒度减小到l nm(总原子数为30)时，这一比值急剧上升到0.
16nm、20nm时转变为超顾磁性。另外纳米颗粒材 1 nm=106 mm=109m(=10Å) 大约等于十个氢原子并列一直线的长度。
(3) 提高芯片制作的点阵速度；
(4)溶胶凝胶法 金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。
31在血管中运动的纳米机器人它正在使用纳米切割机和真空吸尘器来清除血管中的沉积物纳米机器人在清理血管中的有害堆积物中国科学院合肥研究院的研究32中国科学院沈阳自动化所研制研制的纳米微操作机器人在1010微米的基片上刻出的字样肾结石胆结石的治疗肾结石胆结石的治疗将纳米机器人以插入导管将纳米机器人以插入导管的方式引入到尿道或胆道里的方式引入到尿道或胆道里内内直接到达结石所在的部位直接到达结石所在的部位并且直接把结石击碎并且直接把结石击碎并且直接把结石击碎
《前沿材料科学》课件
《前沿材料科学》PPT课 件
本课件旨在介绍前沿材料科学的重要性和最新发展趋势，帮助大家了解材料 科学的发展历程、定义和特点，并探索前沿材料在不同领域的应用。
课程介绍
本节将简要介绍《前沿材料科学》课程的目的和内容，引发学习的兴趣，并 概述学习本课程的益处。
材料科学的发展历程
回顾材料科学的发展历史，从古代材料的使用到现代材料科学的崛起，探讨材料科学的重要性和它对人类进步 的贡献。
未来前沿材料的发展趋势
展望前沿材料领域的未来发展趋势，包括新兴材料、可持续发展和智能材料等方面，启发人们探索更多的创新 与突破。
结论和要点
总结本课件的要点和主要内容，强调前沿材料科学的重要性和应用前景，鼓 励大家对材料科学的进一步探索和研究。
前沿材料的定义和特点
明确前沿材料的概念和特征，强调其创新性、先进性和应用前景，解释为什 么前沿材料对我们的社会和科技发展至关重要。
最新的前沿材料研究成果
介绍最新的前沿材料研究成果，例如新型纳米材料、柔性电子材料和生Байду номын сангаас可 降解材料，展示它们的独特性能和未来应用的前景。
前沿材料在不同领域的应用
探索前沿材料在能源、医疗、电子、交通等领域的广泛应用，展示其优势和 突破，激发人们对前沿材料应用潜力的兴趣。
本课件旨在介绍前沿材料科学的重要性和最新发展趋势，帮助大家了解材料 科学的发展历程、定义和特点，并探索前沿材料在不同领域的应用。
课程介绍
本节将简要介绍《前沿材料科学》课程的目的和内容，引发学习的兴趣，并 概述学习本课程的益处。
材料科学的发展历程
回顾材料科学的发展历史，从古代材料的使用到现代材料科学的崛起，探讨材料科学的重要性和它对人类进步 的贡献。
未来前沿材料的发展趋势
展望前沿材料领域的未来发展趋势，包括新兴材料、可持续发展和智能材料等方面，启发人们探索更多的创新 与突破。
结论和要点
总结本课件的要点和主要内容，强调前沿材料科学的重要性和应用前景，鼓 励大家对材料科学的进一步探索和研究。
前沿材料的定义和特点
明确前沿材料的概念和特征，强调其创新性、先进性和应用前景，解释为什 么前沿材料对我们的社会和科技发展至关重要。
最新的前沿材料研究成果
介绍最新的前沿材料研究成果，例如新型纳米材料、柔性电子材料和生Байду номын сангаас可 降解材料，展示它们的独特性能和未来应用的前景。
前沿材料在不同领域的应用
探索前沿材料在能源、医疗、电子、交通等领域的广泛应用，展示其优势和 突破，激发人们对前沿材料应用潜力的兴趣。
神奇的纳米材料PPT课件
• 1nm与1m相比，相当于玻璃弹珠跟地球相比
• 当一个男人把剃须刀放下那一小段时间，胡子已经 长了大约1 nm
• 分子中原子之间间隔是 0.12-0.15 nm • DNA双螺旋结构的直径 ～2 nm • 最小的细胞（Mycoplasma细菌）长度 ～200 nm
科学新视野
12
5/23/2020
纳米技术研究的是至少在一个维度上已经进入纳米 尺度（0.1-100 nm) 范围的材料或者器件的相关现象。
Binning and Rohrer
科学新视野 5/23/2020
An STM image of a silicon surface - each bump is one 16 atom
• 1985年 美国Rice Univ. 科学家Richard Smalley等人发现了Buckminsterfullerene，
科学新视野
20
5/23/2020Leabharlann 3. 观察纳米世界的主要工具
• 扫描隧道显微镜（STM） • 原子力显微镜（AFM） • 扫描电子显微镜（SEM） • 透射电子显微镜（TEM）
科学新视野
21
5/23/2020
3.1 扫描隧道显微镜(STM)
扫描隧道显微镜的照片
刻蚀的钨针尖
科学新视野 5/23/2020
C60
科学新视野
17
5/23/2020
• 1989年 IBM科学家利用STM把35个氙 （Xenon）原子在光滑表面排列出IBM三个 字母，实现对单个原子的操纵。
科学新视野
18
5/23/2020
• 1991年 日本科学家Iijima发表了关于碳纳米 管（CNT）的研究，激起了世界范围对纳 米科技的研究热情
《当前材料研究热点》课件
广泛应用于住宅、办公楼、商业建筑等领域，如节能门窗、绿色墙体 等。
05
新材料技术
3D打印技术
3D打印技术是一种增材制造技 术，通过逐层堆积材料来构建
三维物体。
该技术广泛应用于航空航天、 医疗、建筑、汽车等领域，可 快速原型制造和定制化生产。
3D打印材料种类不断增多，包 括塑料、金属、陶瓷等，性能 和精度也在不断提高。
研究的意义
阐述本研究的理论和实践意义，包括推动新材料和新技术的研发、 促进各领域的创新发展等。
02
高性能材料
高强度材料
总结词
高强度材料具有出色的力学性能，能够承受极端的压力和温度，广泛应用于航空 航天、汽车、建筑等领域。
详细描述
高强度材料如钛合金、超高强度钢等，通过特殊的制备工艺和合金化等方式，具 有高强度、高刚性和良好的耐磨、耐腐蚀性能。这些材料能够满足各种极端环境 下的使用需求，对于推动技术进步和产业发展具有重要意义。
智能高分子材料
智能高分子材料是一种具有感知和响应外部刺激功能的先进材料，能够 在光、热、电、磁、化学和生物等外部刺激下发生相应的物理或化学变 化。
智能高分子材料的特性主要归因于其独特的分子结构和组成。通过改变 分子链的排列和组合，可以赋予材料各种智能特性，如传感、驱动、信
息存储和药物控释等。
常见的智能高分子材料包括液晶高分子、电致变色高分子、温度敏感高 分子等。它们在信息显示、智能传感器、生物医学等领域具有广泛的应 用前景。
超导材料
总结词
超导材料在低温下具有零电阻和完全抗磁性的特性，对于能 源传输、磁浮交通、磁共振成像等领域有广泛应用前景。
详细描述
超导材料在一定的低温环境下，电阻为零且完全抗磁，能够 实现无损耗的电能传输和强磁场产生。目前研究和应用较多 的超导材料包括金属合金和陶瓷复合材料等，其制备工艺和 性能优化是当前研究的热点。
05
新材料技术
3D打印技术
3D打印技术是一种增材制造技 术，通过逐层堆积材料来构建
三维物体。
该技术广泛应用于航空航天、 医疗、建筑、汽车等领域，可 快速原型制造和定制化生产。
3D打印材料种类不断增多，包 括塑料、金属、陶瓷等，性能 和精度也在不断提高。
研究的意义
阐述本研究的理论和实践意义，包括推动新材料和新技术的研发、 促进各领域的创新发展等。
02
高性能材料
高强度材料
总结词
高强度材料具有出色的力学性能，能够承受极端的压力和温度，广泛应用于航空 航天、汽车、建筑等领域。
详细描述
高强度材料如钛合金、超高强度钢等，通过特殊的制备工艺和合金化等方式，具 有高强度、高刚性和良好的耐磨、耐腐蚀性能。这些材料能够满足各种极端环境 下的使用需求，对于推动技术进步和产业发展具有重要意义。
智能高分子材料
智能高分子材料是一种具有感知和响应外部刺激功能的先进材料，能够 在光、热、电、磁、化学和生物等外部刺激下发生相应的物理或化学变 化。
智能高分子材料的特性主要归因于其独特的分子结构和组成。通过改变 分子链的排列和组合，可以赋予材料各种智能特性，如传感、驱动、信
息存储和药物控释等。
常见的智能高分子材料包括液晶高分子、电致变色高分子、温度敏感高 分子等。它们在信息显示、智能传感器、生物医学等领域具有广泛的应 用前景。
超导材料
总结词
超导材料在低温下具有零电阻和完全抗磁性的特性，对于能 源传输、磁浮交通、磁共振成像等领域有广泛应用前景。
详细描述
超导材料在一定的低温环境下，电阻为零且完全抗磁，能够 实现无损耗的电能传输和强磁场产生。目前研究和应用较多 的超导材料包括金属合金和陶瓷复合材料等，其制备工艺和 性能优化是当前研究的热点。
《纳米生物材料》课件
纳米生物材料的前景和挑战
纳米生物材料领域面临着巨大的发展潜力和一些挑战，需要克服技术和安全等方面的问题。
1
前景
纳米生物材料有望实现更精确和个性化的疾病治疗。
2
挑战
纳米生物材料的长期安全性和毒性问题仍需深入研究和解决。
3
未来方向
纳米生物材料的研究方向将更加注重多学科的交叉和合作。
总结
纳米生物材料的研究和应用为医学领域带来了巨大的希望和机遇，我们将继 续努力推动其发展和创新。
生物相容性
纳米生物材料与生物体相容性好，不会引起明显 的免疫反应。
纳米生物材料的分类
纳米生物材料按照不同的特性和结构可分为多个类别，每种类别都具有独特的应用潜力。
纳米粒子
具有纳米尺度的结构，可用于 靶向治疗和药物传递。
纳米纤维
具有高比表面积和生物相容性， 可用于组织工程和修复。
纳米薄膜
具有可调节性和导电性，可用 于生物传感和电子器件。
纳米技术为各行业的发展 提供了新的突破口。
纳米生物材料的定义和特性
纳米生物材料是使用纳米技术制造的具有生物相容性和可控特性的材料，具有许多独特的特点。
高比表面积
纳米生物材料具有较大的比表面积，增强了其与 生物体的相互作用。
可调节性
纳米生物材料的物理和化学特性可通过控制制备 条件进行调节。
多功能性
纳米生物材料可以在不同疾病治疗和诊断中发挥 多种功能。
《纳米生物材料》PPT课件
引言
纳米生物材料是一门前沿科学，将纳米技术与生物医学相结合，为未来研究 和应用提供术是一种研究和操纵纳米尺度物质的技术，具有很大的革命性潜力。
1 尺度之变
纳米技术操作物质在纳米 尺度的特性和行为。
材料科学材料性能与指标PPT课件
树脂材料拉伸曲线
10
20
30
e(%)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
s(MPa)
低碳钢
锰钢
硬铝
退火球墨铸铁
延展性或塑性的表征
延伸率 elongation 断面收缩率 reduction of area
< 5%： 脆性材料
塑性材料和脆性材料力学性能比较:
塑性材料
各种材料的能带结构
2.4.2 介电性能 Dielectric Property
电容C（capacitance）——电荷量q与电压V的比值：
平板电容计算： C = (A/L)
：介电常数，表征材料极化和储存电荷的能力； 相对介电常数r： r=/0 (介质常数、介电系数或电容率)
2.3.2 热膨胀 thermal expansion
势能一原子间距离曲线
假想的
实际的
热膨胀现象解释
金属和无机非金属材料的线膨胀系数较小； 聚合物材料则较大。
键强与热膨胀
膨胀的差异 ——原子间的键合力越强，则热膨胀系数越小。
热量通量q ： 热导率：表征物质热传导性能的物理量。 单位：Wm-1K-1，或 calcm-1s-1K-1 1 calcm-1s-1K-1=4.2102 Wm-1K-1
溶蚀性 耐腐蚀性 抗渗透性 抗氧化性
——材料抵抗各种介质作用的能力
化学稳定性
2.1 化学性能 Chemical Performance
氧化物成核 生长 氧溶解
氧化膜生长 内氧化
缝隙 孔洞 微裂纹
宏观裂纹
吸附
（1）化学锈蚀
纳米材料科学与技术ppt课件
我国从20世纪80年代起就一直高度重视纳米技术，作 为较早开展纳米技术研究的国家之一，2001年就成立 国家纳米科技指导协调委员会，同年7月科技部等五部 委发布《国家纳米科技发展纲要（2001-2010）》。
2001-2009年，我国用于纳米科技的研发经费超过26亿 元人民币。我国在纳米材料研究方面与国际保持同步 ，并已开始产业化。
12
纳米材料概述 —— 纳米技术在美国
2010年: 80万纳米科技人才,GDP1万亿美元, 200万个就 业机会
能源部的8项优先研究中，6项有关纳米材料。 军工: 隐形飞机表面涂料、舰船表面纳米涂料 本世纪前10年几个关键领域之一，制定了“国家纳米技
术倡议”: • 纳米材料 • 纳米电子学、光电子学和磁学 • 纳米医学和生物学
意义: 确立了现存微电子器件进一步微型化的极限
29
纳米材料的奇异性能
量子尺寸效应
当粒子尺寸降到某一值时，金属费米能级附近的电子能 级由准连续变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续 的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能隙 变宽现象均称为量子尺寸效应。
能带理论表明: • 金属费米能级附近电子能级一般是连续的，这一点只有 在高温或宏观尺寸情况下才成立。 • 对于只有有限个导电电子的超微粒子来说，低温下能级是 离散的。
扩散
是在有浓度差时，由于微粒热运动(布朗运动)而
引起的物质迁移现 象。微粒越大，热运动速度愈小。一般以扩散系数(D)
来量度扩散速度。
D RT 1 N0 6r
为分散介质的粘度系数；r为粒子半径
28
纳米材料的奇异性能
宏观量子隧道效应 原子配位不满，多悬空键； 微观粒子具有贯穿势垒的能力； 宏观量子隧道效应； 一些宏观量（如微颗粒的磁化强度，量子相干器件 中的磁通量）具有的隧道效应
2001-2009年，我国用于纳米科技的研发经费超过26亿 元人民币。我国在纳米材料研究方面与国际保持同步 ，并已开始产业化。
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纳米材料概述 —— 纳米技术在美国
2010年: 80万纳米科技人才,GDP1万亿美元, 200万个就 业机会
能源部的8项优先研究中，6项有关纳米材料。 军工: 隐形飞机表面涂料、舰船表面纳米涂料 本世纪前10年几个关键领域之一，制定了“国家纳米技
术倡议”: • 纳米材料 • 纳米电子学、光电子学和磁学 • 纳米医学和生物学
意义: 确立了现存微电子器件进一步微型化的极限
29
纳米材料的奇异性能
量子尺寸效应
当粒子尺寸降到某一值时，金属费米能级附近的电子能 级由准连续变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续 的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能隙 变宽现象均称为量子尺寸效应。
能带理论表明: • 金属费米能级附近电子能级一般是连续的，这一点只有 在高温或宏观尺寸情况下才成立。 • 对于只有有限个导电电子的超微粒子来说，低温下能级是 离散的。
扩散
是在有浓度差时，由于微粒热运动(布朗运动)而
引起的物质迁移现 象。微粒越大，热运动速度愈小。一般以扩散系数(D)
来量度扩散速度。
D RT 1 N0 6r
为分散介质的粘度系数；r为粒子半径
28
纳米材料的奇异性能
宏观量子隧道效应 原子配位不满，多悬空键； 微观粒子具有贯穿势垒的能力； 宏观量子隧道效应； 一些宏观量（如微颗粒的磁化强度，量子相干器件 中的磁通量）具有的隧道效应
纳米材料演讲PPT课件
详细描述
在某些纳米材料中，电子具有穿越势垒的能力，使得材料在 某些物理和化学过程中表现出独特的性质，如氧化还原反应 、光催化等。
03
纳米材料的分类
零维纳米材料
总结词
指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围的纳米材料。
详细描述
零维纳米材料是指那些在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围的纳米材料， 如纳米颗粒、纳米球等。这些材料通常是通过化学合成或物理制备方法获得，具 有优异的物理、化学和机械性能，广泛应用于能源、环境、医疗等领域。
VS
生物成像与检测
纳米材料可用于生物成像和检测，如荧光 纳米颗粒可用于标记和追踪细胞。
环境治理
污染物吸附与降解
纳米材料具有较大的比表面积和活性，可以 用于吸附和降解水体和空气中的污染物。
环境监测与修复
纳米材料可用于环境监测和修复，如检测水 体中的有害物质和土壤中的重金属。
能源领域
太阳能电池
纳米材料可以提高太阳能电池的效率，如纳 米结构的光吸收层可以增强光吸收。
纳米技术的滥用可能对人类社会造成潜在威胁，需要制定相应的伦理规范和监管措施。
06
结论
纳米材料的重要性和影响
纳米材料在科技、医疗、能源、环保等领域具有广泛的应用前景，对现代社会的发 展具有重要意义。
纳米材料具有独特的物理、化学和机械性能，能够满足许多特定领域的需求，为科 技进步提供新的可能性。
纳米材料在医疗领域的应用，如药物传递、肿瘤治疗等，为疾病诊断和治疗提供了 新的手段，有助于提高人类健康水平。
量子尺寸效应
总结词
纳米材料尺寸减小至一定程度时，电子能级由连续态变为离散态，导致材料的 光学、电学等性质发生变化。
详细描述
当纳米材料尺寸减小至量子点或量子线时，电子能级发生分裂，导致吸收光谱 发生红移或蓝移，对光电器件的性能产生影响。
在某些纳米材料中，电子具有穿越势垒的能力，使得材料在 某些物理和化学过程中表现出独特的性质，如氧化还原反应 、光催化等。
03
纳米材料的分类
零维纳米材料
总结词
指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围的纳米材料。
详细描述
零维纳米材料是指那些在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围的纳米材料， 如纳米颗粒、纳米球等。这些材料通常是通过化学合成或物理制备方法获得，具 有优异的物理、化学和机械性能，广泛应用于能源、环境、医疗等领域。
VS
生物成像与检测
纳米材料可用于生物成像和检测，如荧光 纳米颗粒可用于标记和追踪细胞。
环境治理
污染物吸附与降解
纳米材料具有较大的比表面积和活性，可以 用于吸附和降解水体和空气中的污染物。
环境监测与修复
纳米材料可用于环境监测和修复，如检测水 体中的有害物质和土壤中的重金属。
能源领域
太阳能电池
纳米材料可以提高太阳能电池的效率，如纳 米结构的光吸收层可以增强光吸收。
纳米技术的滥用可能对人类社会造成潜在威胁，需要制定相应的伦理规范和监管措施。
06
结论
纳米材料的重要性和影响
纳米材料在科技、医疗、能源、环保等领域具有广泛的应用前景，对现代社会的发 展具有重要意义。
纳米材料具有独特的物理、化学和机械性能，能够满足许多特定领域的需求，为科 技进步提供新的可能性。
纳米材料在医疗领域的应用，如药物传递、肿瘤治疗等，为疾病诊断和治疗提供了 新的手段，有助于提高人类健康水平。
量子尺寸效应
总结词
纳米材料尺寸减小至一定程度时，电子能级由连续态变为离散态，导致材料的 光学、电学等性质发生变化。
详细描述
当纳米材料尺寸减小至量子点或量子线时，电子能级发生分裂，导致吸收光谱 发生红移或蓝移，对光电器件的性能产生影响。
材料科学导论ppt课件
➢ 20世纪70年代，人们把材料科学与能源科学和 信息科学并列，称作现代文明的三大支柱
➢ 20世纪80年代，又把新材料技术、信息技术、 生物技术作为新技术革命的主要标志
9
二、材料的分类
❖ 用 途：结构材料、功能材料 ❖ 结晶状态：单晶材料、多晶材料、非晶态材料 ❖ 几何形态：三维材料、二维材料、一维材料和
11
普通陶瓷的分类
12
三、材料与人类文明
➢ 材料的发展史，就是人类社会的发展史 ➢ 材料的发展史，就是科学技术的发展史 ➢ 历史学家根据当时所使用的最重要材料来命名
早期人类时代（如：石器、青铜、铁器时代）
13
材料的发展水平和利用程度已成为人类文明 进步的标志。
14
1. 石器时代（Stone Age） （1）天然材料
31
后周（953年）沧州铁狮 （中国现存最早的大型铸件艺术品，重约40吨）
32
湖北当阳宋代铁塔 （不用砖石木料，完全用生铁铸成，重53吨，不 加焊接；形体瘦削挺拔，稳健玲珑；塔身向北倾
斜，以抵御北风）
33
钢
❖ 含碳量在0.0218~2.11%之间的铁碳合金称为钢 ❖ 冶炼温度更高，强度更高，用途更广 ❖ 距今1800年前出现了两步炼钢技术，即先炼成
材料科学和材料工程紧密联系，它们之间没 有明显的界线；在解决实际问题中，不能将科学 因素和工程因素独立考虑。
6
材料科学
设备 工艺
结构
性能 构件行为
材料工程 材料科学与工程是研究有关材料的成分、结 构和制造工艺与其性能和使用性能间相互关系的 知识及这些知识的应用，是一门应用基础科学。
7
材料科学与工程的四要素
从兴隆战国铁器遗址中发掘出了浇铸农具用 的铁模，冶铸技术已由泥砂造型水平进入铁模铸 造的高级阶段。
➢ 20世纪80年代，又把新材料技术、信息技术、 生物技术作为新技术革命的主要标志
9
二、材料的分类
❖ 用 途：结构材料、功能材料 ❖ 结晶状态：单晶材料、多晶材料、非晶态材料 ❖ 几何形态：三维材料、二维材料、一维材料和
11
普通陶瓷的分类
12
三、材料与人类文明
➢ 材料的发展史，就是人类社会的发展史 ➢ 材料的发展史，就是科学技术的发展史 ➢ 历史学家根据当时所使用的最重要材料来命名
早期人类时代（如：石器、青铜、铁器时代）
13
材料的发展水平和利用程度已成为人类文明 进步的标志。
14
1. 石器时代（Stone Age） （1）天然材料
31
后周（953年）沧州铁狮 （中国现存最早的大型铸件艺术品，重约40吨）
32
湖北当阳宋代铁塔 （不用砖石木料，完全用生铁铸成，重53吨，不 加焊接；形体瘦削挺拔，稳健玲珑；塔身向北倾
斜，以抵御北风）
33
钢
❖ 含碳量在0.0218~2.11%之间的铁碳合金称为钢 ❖ 冶炼温度更高，强度更高，用途更广 ❖ 距今1800年前出现了两步炼钢技术，即先炼成
材料科学和材料工程紧密联系，它们之间没 有明显的界线；在解决实际问题中，不能将科学 因素和工程因素独立考虑。
6
材料科学
设备 工艺
结构
性能 构件行为
材料工程 材料科学与工程是研究有关材料的成分、结 构和制造工艺与其性能和使用性能间相互关系的 知识及这些知识的应用，是一门应用基础科学。
7
材料科学与工程的四要素
从兴隆战国铁器遗址中发掘出了浇铸农具用 的铁模，冶铸技术已由泥砂造型水平进入铁模铸 造的高级阶段。
纳米技术及材料PPT课件
农业食品
纳米肥料、纳米农 药、纳米食品包装 等。
纳米技术的发展历程
1986年，IBM阿尔马登研究中心的科 学家发明了扫描隧道显微镜（STM）， 使人类第一次能够直接观察并操纵单 个原子。
1990年代初，美国政府和欧洲委员 会分别设立了针对纳米的科研计划， 推动了全球范围内的纳米技术研究和 应用。
1989年，美国贝尔实验室的科学家 发明了原子力显微镜（AFM），可以 观察和操纵单个原子和分子。
对未来的展望与建议
政府和企业应加大对纳米技术 研发和应用的投入，推动其快
速发展。
建立完善的法规和标准体系， 确保纳米技术的安全可控和可
持续发展。
加强国际合作和交流，共同推 动纳米技术的发展和应用。
提高公众对纳米技术的认知和 理解，促进其广泛应用和社会 接受度。
THANKS
感谢观看
燃料电池
纳米材料可以改善燃料电池的电极 性能和催化剂活性，提高燃料电池 的效率和稳定性。
医学领域
药物输送
生物传感器
纳米材料可以作为药物载体，实现药 物的定向输送和控释，提高药物的疗 效和降低副作用。
纳米材料可以用于构建高灵敏度和特 异性的生物传感器，用于检测生物分 子和细胞活性。
医学成像
纳米材料可以提高医学成像的分辨率 和灵敏度，为疾病的早期诊断和治疗 提供帮助。
环境领域
空气净化
纳米材料可以用于空气过滤和净 化，去除空气中的有害物质和异
味，改善室内空气质量。
水处理
纳米材料可以用于水过滤和消毒， 去除水中的细菌、病毒和有害物
质，提供清洁的饮用水。
土壤修复
纳米材料可以用于土壤修复和治 理，吸附和固定重金属和有害物
质，降低土壤污染风险。
材料科学前沿之功能陶瓷优秀课件
材料科学前沿之功能陶瓷优秀课件
Various effects in materials
INPUT
Material Device
OUTPUT
OUTPUT INPUT ELEC. FIELD MAG. FIELD STRESS HEAT LIGHT
CHARGE
MAGNETI STRAIN
CURRENT
侧重于高技术和军事工程，在水声、电光、光电子、红外技 术和半导体封装等领域处于优势。 韩国：近年来在电子陶瓷领域发展迅速，引人注目。
材料科学前沿之功能陶瓷优秀课件
二、功能陶瓷的研究现状
1．装置陶瓷 1）主要包括用于电子技术、微电子技术和光电子技术中起电
绝缘作用的陶瓷装置零件、陶瓷基片以及多层陶瓷封装等。 2）装置陶瓷是功能陶瓷中市场份额最大的一类材料，大体上
2） 微波介质陶瓷的主要性能要求是：适当的介电常数、高Q 值（低介 电可损分耗为）五和类近：零谐振温度系数f。根据其性能与用途，微波介质陶瓷
①超低损耗类。主要是钡基复合钙钛矿陶瓷，其性能指标为=20~30，
在10GHz时，Q 信。
>
20000，-5×10-6
<f
<
5×10-6
/℃，主要用于卫星通
②合中钙介钛电矿常陶数瓷类，。其包性括能B指aT标i4O为9、=B30a~2T40i9O，2在0、4(GZHr,Szn时)T, QiO>4及5部00分0，钡-基复 10×10-6 < f < 10×10-6 /℃，主要用于卫星通信及移动通信基站。
★随着电子整机向数字化、高频化、多功能化和薄、轻、小、便携式 的方向发展，压电陶瓷器件也在向片式化、多层化和微型化方向发 展。
★近年来，包括多层压电变压器、多层压电驱动器、片式化压电频率 器件、声表面波（SAW）器件等一些新型压电陶瓷器件不断研制成 功，并得到应用。
Various effects in materials
INPUT
Material Device
OUTPUT
OUTPUT INPUT ELEC. FIELD MAG. FIELD STRESS HEAT LIGHT
CHARGE
MAGNETI STRAIN
CURRENT
侧重于高技术和军事工程，在水声、电光、光电子、红外技 术和半导体封装等领域处于优势。 韩国：近年来在电子陶瓷领域发展迅速，引人注目。
材料科学前沿之功能陶瓷优秀课件
二、功能陶瓷的研究现状
1．装置陶瓷 1）主要包括用于电子技术、微电子技术和光电子技术中起电
绝缘作用的陶瓷装置零件、陶瓷基片以及多层陶瓷封装等。 2）装置陶瓷是功能陶瓷中市场份额最大的一类材料，大体上
2） 微波介质陶瓷的主要性能要求是：适当的介电常数、高Q 值（低介 电可损分耗为）五和类近：零谐振温度系数f。根据其性能与用途，微波介质陶瓷
①超低损耗类。主要是钡基复合钙钛矿陶瓷，其性能指标为=20~30，
在10GHz时，Q 信。
>
20000，-5×10-6
<f
<
5×10-6
/℃，主要用于卫星通
②合中钙介钛电矿常陶数瓷类，。其包性括能B指aT标i4O为9、=B30a~2T40i9O，2在0、4(GZHr,Szn时)T, QiO>4及5部00分0，钡-基复 10×10-6 < f < 10×10-6 /℃，主要用于卫星通信及移动通信基站。
★随着电子整机向数字化、高频化、多功能化和薄、轻、小、便携式 的方向发展，压电陶瓷器件也在向片式化、多层化和微型化方向发 展。
★近年来，包括多层压电变压器、多层压电驱动器、片式化压电频率 器件、声表面波（SAW）器件等一些新型压电陶瓷器件不断研制成 功，并得到应用。
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超声振动的乳化作用可使异种材料均匀地混合 在一起，将超声振动与冶金学科交叉，可明显 改善材料尤其是组分物性差别大的合金、复合 材料的组织，形成组织均匀的高性能材料
.
19
未处理组织
经处理组织
图0-1 铝铅合金
.
20
从上述前沿科学及其交叉的介绍可见，前 沿科学交叉一方面拓宽了其本身研究领域， 另一方面也给其它科学带来了勃勃生机， 成功地解决了各领域中存在的难题，使得 现代科技产生了史无前例的飞跃。
目的：了解激光加工的产生、发展和应用
.
9
主要教学参考书：
1.复合材料及其应用技术/汤佩钊编著，重庆 大学出版社，1998
2.功能材料与纳米技术/李玲、向航编著，化 学工业出版社，2002
3.半固态金属加工技术及其应用/谢水生、黄声 宏编著，冶金工业出版社，1999
4.现代加工技术/张辽远编著，机械工业出版社， 2002
目的：了解半固态加工的产生、发展、与其
它科学的交叉和应用
.
7
第五章 超声加工科学
内容：介绍超声加工科学的基本情况，包括超
声加工的基本概念、特点、加工技术等内容
目的：了解超声加工的产生、发展、与其
它科学的交叉和应用
.
8
第六章 激光加工科学
内容：介绍激光加工科学的基本情况，包括
激光加工的基本概念、特点、加工技术等内容
.
21
第一章 复合材料科学
内容：介绍复合材料的基本概念、特点、 研究方法和加工技术等内容
§1.1复合材料的基本概念、特点
二十世纪六十年代以来，对工业材料提出了越 来越苛刻的要求，耐高温、高强度、轻量化等
传统材料：钢铁、水泥和木材力不从心
复合材料大量涌现
.
22
1.1.1 复合材料概念
复合材料：由二种或二种以上材料组合的 新材料，其中含量多的称悬浮列车的速度
达到了640 km/h
.
16
2 半固态加工科学及其交叉
二十世纪七十年代初期MIT的Flemings教授提出 半固态加工思想
半固态加工与超纯材料研究学科的交叉
科技难题：超纯材料的制备问题
半固态加工处于固液二相区，可利用挤压手段 将含有杂质的液体挤出，留下初生纯固相，然 后再从新进行半固态挤压，进一步提纯，这样 一次一次地提纯，最后就可获得超纯材料
先进复合材料
常用复合材料:常规领域中使用的复合材料，如 混凝土、合金钢等
先进复合材料:前沿领域中使用的复合材料，航
空航天、军事、高科技领域用复合材料，碳纤
维增强环氧树脂、开夫拉层压板、铜-二硼化钛
复合材料
.
25
按用途分：结构复合材料 功能复合材料
结构复合材料：用于完成各种结构功能的复合 材料，对力学性能要求高，镁合金手机外壳
将纳米材料的这一特性交叉到复合材料学科中， 可利用纳米粉末在低温下制备出采用常规粉末在 极高温下也很难制备的高温陶瓷复合材料
.
15
1.3 复合材料科学与磁学科学的交叉
科技难题：磁悬浮问题
本世纪初，美国科学家理查德.波斯特将磁学研 究交叉在复合材料研究领域
利用铁、硼、钕等材料制备了超级磁性复合材料
特点：产生的磁场全部指向同一方向，无需电力 就可将列车悬浮起来
1 复合材料科学及其交叉
二十世纪六十年代以来，对工业材料 提出了越来越苛刻的要求，传统材料 力不从心，复合材料应运而生
.
13
1.1 复合材料科学与声学科学的交叉
科技难题：军事装备的隐身问题
二十世纪九十年代，美国和前苏联等的科学家 进行声学研究与复合材料研究交叉
利用陶瓷铁氧体、碳黑、塑料、磷酸盐等材料 复合成高损耗吸波复合材料
组合方式：宏观-结构复合体、层合板 微观-混合体、合金
.
23
1.1.2 复合材料特点
特点：具有相补效应，即各组分复合后可 以相互弥补各自的弱点，形成优异的综合 性能
形成了系统的复合材料科学，已经开发出 2000多种复合材料
.
24
§1.2复合材料的分类、研究方法
1.21 复合材料的分类 按性能高低分：常用复合材料
日本科学家利用半固态挤压技术制备出了纯度
为15个9的半导体材料 .
17
3 超声振动科学及其交叉
二十世纪六十年代，Merchant 提出需要更新加工观念，于是 人们开始探索采用除机械能以 外的能量进行加工，这样就逐 渐形成了将超声振动加工技术
.
18
超声振动科学与冶金科学交叉
科技难题：组分物性差别大材料的偏析问题
前沿材料科学
任课教师：张 鹏 单位：机电学院材料所
.
1
前沿材料科学
学时数：32 学分数：2.0
.
2
一、课程的目的：
了解复合材料科学、纳米科学、超导科学、 半固态加工科学、超声加工科学、激光加 工科学等先进材料科学的基本原理、基础 理论、技术方法、主要特点与应用等内容
对前沿材料科学体系形成较为系统的认识
特点：可吸收不同频率的声波和电磁波
导致了隐形飞机和隐形舰艇等高科技产品的问世
美国隐形轰炸机，纵横驰骋，无所顾忌
.
14
1.2 复合材料科学与纳米加工科学的交叉
科技难题：高温陶瓷复合材料的烧结问题
二十世纪八十年代，德国物理学家格兰特开发了 纳米级超细粉末，给材料领域带来了巨大的变化
特性之一：熔点的降低。2纳米金粉末金的熔点 1064℃→33℃
.
3
二、课程教学内容：
共分6章
第一章 复合材料科学
内容：介绍复合材料科学的基本情况，包 括复合材料的基本概念、特点、研究方法 和加工技术等内容 目的：了解复合材料科学的产生、发展、 与其它科学的交叉和应用
.
4
第二章 纳米科学
内容：介绍纳米科学的基本情况，包括纳米
技术的基本概念、特点、加工技术等内容
.
10
考核方式：
提交报告（3~5人一组）
课程宗旨：不是负担，轻松学习， 获得知识
.
11
三、前沿科学及其交叉
石器时代→青铜器时代→铁器时代→现代
中国目前就有960多个重点学科
这些学科就象金字塔一样，以雄厚的基础 支撑着活跃在科技领域的前沿学科
复合材料科学、半固态加工科学和超声振 动科学及其交叉
.
12
目的：了解纳米科学的产生、发展、与其它 科学的交叉和应用
.
5
第三章 超导科学
内容：介绍超导科学的基本情况，包括超导
科学的基本概念、特点、研究方法等内容
目的：了解超导科学的产生、发展和应用
.
6
第四章 半固态加工科学
内容：介绍半固态加工科学的基本情况，包
括半固态加工的基本概念、特点、加工技术 等内容
.
19
未处理组织
经处理组织
图0-1 铝铅合金
.
20
从上述前沿科学及其交叉的介绍可见，前 沿科学交叉一方面拓宽了其本身研究领域， 另一方面也给其它科学带来了勃勃生机， 成功地解决了各领域中存在的难题，使得 现代科技产生了史无前例的飞跃。
目的：了解激光加工的产生、发展和应用
.
9
主要教学参考书：
1.复合材料及其应用技术/汤佩钊编著，重庆 大学出版社，1998
2.功能材料与纳米技术/李玲、向航编著，化 学工业出版社，2002
3.半固态金属加工技术及其应用/谢水生、黄声 宏编著，冶金工业出版社，1999
4.现代加工技术/张辽远编著，机械工业出版社， 2002
目的：了解半固态加工的产生、发展、与其
它科学的交叉和应用
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第五章 超声加工科学
内容：介绍超声加工科学的基本情况，包括超
声加工的基本概念、特点、加工技术等内容
目的：了解超声加工的产生、发展、与其
它科学的交叉和应用
.
8
第六章 激光加工科学
内容：介绍激光加工科学的基本情况，包括
激光加工的基本概念、特点、加工技术等内容
.
21
第一章 复合材料科学
内容：介绍复合材料的基本概念、特点、 研究方法和加工技术等内容
§1.1复合材料的基本概念、特点
二十世纪六十年代以来，对工业材料提出了越 来越苛刻的要求，耐高温、高强度、轻量化等
传统材料：钢铁、水泥和木材力不从心
复合材料大量涌现
.
22
1.1.1 复合材料概念
复合材料：由二种或二种以上材料组合的 新材料，其中含量多的称悬浮列车的速度
达到了640 km/h
.
16
2 半固态加工科学及其交叉
二十世纪七十年代初期MIT的Flemings教授提出 半固态加工思想
半固态加工与超纯材料研究学科的交叉
科技难题：超纯材料的制备问题
半固态加工处于固液二相区，可利用挤压手段 将含有杂质的液体挤出，留下初生纯固相，然 后再从新进行半固态挤压，进一步提纯，这样 一次一次地提纯，最后就可获得超纯材料
先进复合材料
常用复合材料:常规领域中使用的复合材料，如 混凝土、合金钢等
先进复合材料:前沿领域中使用的复合材料，航
空航天、军事、高科技领域用复合材料，碳纤
维增强环氧树脂、开夫拉层压板、铜-二硼化钛
复合材料
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25
按用途分：结构复合材料 功能复合材料
结构复合材料：用于完成各种结构功能的复合 材料，对力学性能要求高，镁合金手机外壳
将纳米材料的这一特性交叉到复合材料学科中， 可利用纳米粉末在低温下制备出采用常规粉末在 极高温下也很难制备的高温陶瓷复合材料
.
15
1.3 复合材料科学与磁学科学的交叉
科技难题：磁悬浮问题
本世纪初，美国科学家理查德.波斯特将磁学研 究交叉在复合材料研究领域
利用铁、硼、钕等材料制备了超级磁性复合材料
特点：产生的磁场全部指向同一方向，无需电力 就可将列车悬浮起来
1 复合材料科学及其交叉
二十世纪六十年代以来，对工业材料 提出了越来越苛刻的要求，传统材料 力不从心，复合材料应运而生
.
13
1.1 复合材料科学与声学科学的交叉
科技难题：军事装备的隐身问题
二十世纪九十年代，美国和前苏联等的科学家 进行声学研究与复合材料研究交叉
利用陶瓷铁氧体、碳黑、塑料、磷酸盐等材料 复合成高损耗吸波复合材料
组合方式：宏观-结构复合体、层合板 微观-混合体、合金
.
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1.1.2 复合材料特点
特点：具有相补效应，即各组分复合后可 以相互弥补各自的弱点，形成优异的综合 性能
形成了系统的复合材料科学，已经开发出 2000多种复合材料
.
24
§1.2复合材料的分类、研究方法
1.21 复合材料的分类 按性能高低分：常用复合材料
日本科学家利用半固态挤压技术制备出了纯度
为15个9的半导体材料 .
17
3 超声振动科学及其交叉
二十世纪六十年代，Merchant 提出需要更新加工观念，于是 人们开始探索采用除机械能以 外的能量进行加工，这样就逐 渐形成了将超声振动加工技术
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超声振动科学与冶金科学交叉
科技难题：组分物性差别大材料的偏析问题
前沿材料科学
任课教师：张 鹏 单位：机电学院材料所
.
1
前沿材料科学
学时数：32 学分数：2.0
.
2
一、课程的目的：
了解复合材料科学、纳米科学、超导科学、 半固态加工科学、超声加工科学、激光加 工科学等先进材料科学的基本原理、基础 理论、技术方法、主要特点与应用等内容
对前沿材料科学体系形成较为系统的认识
特点：可吸收不同频率的声波和电磁波
导致了隐形飞机和隐形舰艇等高科技产品的问世
美国隐形轰炸机，纵横驰骋，无所顾忌
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1.2 复合材料科学与纳米加工科学的交叉
科技难题：高温陶瓷复合材料的烧结问题
二十世纪八十年代，德国物理学家格兰特开发了 纳米级超细粉末，给材料领域带来了巨大的变化
特性之一：熔点的降低。2纳米金粉末金的熔点 1064℃→33℃
.
3
二、课程教学内容：
共分6章
第一章 复合材料科学
内容：介绍复合材料科学的基本情况，包 括复合材料的基本概念、特点、研究方法 和加工技术等内容 目的：了解复合材料科学的产生、发展、 与其它科学的交叉和应用
.
4
第二章 纳米科学
内容：介绍纳米科学的基本情况，包括纳米
技术的基本概念、特点、加工技术等内容
.
10
考核方式：
提交报告（3~5人一组）
课程宗旨：不是负担，轻松学习， 获得知识
.
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三、前沿科学及其交叉
石器时代→青铜器时代→铁器时代→现代
中国目前就有960多个重点学科
这些学科就象金字塔一样，以雄厚的基础 支撑着活跃在科技领域的前沿学科
复合材料科学、半固态加工科学和超声振 动科学及其交叉
.
12
目的：了解纳米科学的产生、发展、与其它 科学的交叉和应用
.
5
第三章 超导科学
内容：介绍超导科学的基本情况，包括超导
科学的基本概念、特点、研究方法等内容
目的：了解超导科学的产生、发展和应用
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6
第四章 半固态加工科学
内容：介绍半固态加工科学的基本情况，包
括半固态加工的基本概念、特点、加工技术 等内容