材料动力学_CH1概论
ch1_塑性力学引言
近40年来，在塑性力学的应用方面，主要是在板壳 和结构的弹塑性分析、极限分析和金属的塑性成型方面 取得了出色的成果。特别是由于电子计算技术的发展， 为塑性力学的研究和应用拓展了广阔的前景。对求解弹 塑性问题，有限单元法是一个有效的方法。1960年，提 出的初始荷载法可以作为有限单元法解弹塑性问题的基 础。
塑性力学仍然是一门年轻的学科。目前，理想塑性的塑 性力学已臻于定型的阶段。但是，具有加工硬化的塑性力学 至今仍是正在发展中的研究课题，与定型阶段还有相当大的 距离。 由弹性力学到塑性力学，表明了人们对材料力学性质的 认识和运用上的一个发展。作为固体力学的一个独立分支， 近40来，塑性力学在理论上和方法上都得到迅速的发展和广 泛的应用。随着生产和科学技术的发展，塑性力学定会获得 更好、更多的发展。
塑性力学
主要参考书：
塑性力学基础（机械工业出版社 蒋咏秋 穆霞英1981） 塑性力学 （同济大学出版社 夏志皋1991） 塑性力学引论（王仁 黄文彬 1982） 塑性力学 (中国建材工业出版社，杨桂通 2002)
2013年7月28日
第一章
1、材料的变形
变形 弹性变形
绪论
弹性后效
非弹性变形 永久变形 流态变形(如:儒变)
线性硬化刚塑性模型 对弹性应变比塑性应变小得多而且强化性质明显 的材料，可用倾斜直线代替实际曲线 此外，还有一些关于应力应变的经验公式。
6、塑性力学对工程实践的意义
(1) 塑性力学是一门在生产中发展起来的学科，它又直接
为生产服务的，在工程实际中有广泛的应用。例如用于研究
如何发挥材料强度的潜力，如何利用材料的塑性性质，以便 合理选材精定加工成形工艺。
弹性后效：在非弹性变形当中，有一部分（DC）会随时间而慢 慢消失。这种现象称为弹性后效。 永久变形：在非弹性变形当中，不能随时间而慢慢消失的部分 （OD）叫永久变形。
CH1互换性及标准化概论
按互换的部位可分为 部件或机构与其相配件间的互换性。 外互换 部件或机构与其相配件间的互换性。如滚动轴承内 圈与轴、 圈与轴、外圈与轴承孔的配合 部件或机构内部组成零件间的互换性。 内互换 部件或机构内部组成零件间的互换性。如滚动轴承 外圈滚道直径与滚珠（滚柱） 内、外圈滚道直径与滚珠（滚柱）直径的装配 为使用方便，滚动轴承的外互换采用完全互换； 为使用方便，滚动轴承的外互换采用完全互换；而其内 互换则因其组成零件的精度要求高，加工困难， 互换则因其组成零件的精度要求高，加工困难，故采用分 组装配， 组装配，为不完全互换
本身的零部件 加工和检验用的刀、 加工和检验用的刀、夹、量具及机床等 使用性能 防止数值传播的紊乱 把产品品种的发展一开始就引向科学的标准化轨道 优先数和优先数系就是对各种技术参数的数值进行 协调、简化和统一的一种科学的数值标准。 协调、简化和统一的一种科学的数值标准。
优先数系由一些十进制等比数列构成，代号为 Rr 优先数系由一些十进制等比数列构成， R5 1, 1.6, 2.5, 4, 6.3,10 10 q10 = 10 ≈ 1 .25 R10 1, 1.25, 1.6, 2.0, 2.5, 3.15, 4.0, 5.0, 6.3, 8.0, 10 q 20 = 20 10 ≈ 1 .12 R20 R40 q 40 = 40 10 ≈ 1 .06
在生产中，为了满足用户各种各样的要求， 在生产中，为了满足用户各种各样的要求，同一品 种同一参数还要从大到小取不同的值， 种同一参数还要从大到小取不同的值，从而形成不同规 格的产品系列
例：普通车床加工最大直径 φ320，φ400，φ500， φ320，φ400，φ500，φ630 R10系列 系列） （R10系列） 形成产品系列
二、互换性在机械制造生产中的作用
材料学概论基础知识点总结
材料学概论基础知识点总结一、材料学概论概念及发展历程材料学是一门研究材料结构、性能、加工工艺及应用的学科，是现代工程技术和科学研究的基础。
材料学的研究对象主要包括金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料等。
材料学概论是材料学的基础课程，主要介绍材料学的基本概念、发展历程、分类、性能和应用等内容。
材料学的发展可以追溯到古代，人类在生产和生活中使用各种原始材料制作工具、器物、建筑等。
随着工业革命的到来，材料学得到了迅速的发展，尤其是在20世纪以来，材料科学和工程学得到了迅速发展，涌现了一大批优秀的材料科学家和工程师，推动了材料学的发展。
二、材料的分类和基本性能1. 材料的分类材料按其化学成分和组织结构可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料四大类。
根据材料的性能和用途，还可以进一步细分为结构材料、功能材料和特种材料等。
金属材料是由金属元素组成的材料，具有亲密的金属结合，通常具有优良的导电性、导热性和塑性等特点，广泛应用于工程技术中。
无机非金属材料是由非金属元素或其化合物组成的材料，主要包括陶瓷、硅酸盐、玻璃等，具有高硬度、抗热、抗腐蚀等特点，广泛应用于建筑、电子、化工等领域。
有机高分子材料是由含碳的高分子化合物组成的材料，主要包括塑料、橡胶、纤维等，具有轻质、良好的可塑性和绝缘性能，广泛应用于包装、建筑、医疗、轻工等领域。
复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的新材料，具有多种材料的优点，广泛应用于航空航天、汽车、建筑、体育用品等领域。
2. 材料的基本性能材料的性能是材料的重要特征，反映了材料在特定工程条件下的行为。
材料的基本性能包括力学性能、物理性能、化学性能、热性能、电性能等。
力学性能包括强度、硬度、韧性、塑性、抗疲劳性等，是材料抵抗外部力量影响的能力。
物理性能包括密度、导热性、导电性、磁性、光学性能等，是材料与外部物理环境相互作用的特性。
化学性能包括腐蚀性、氧化性、渗透性等，是材料与各种化学介质相互作用的特性。
(最新整理)ch1复合材料的有效性质和均质化方法解析
均匀化（Homogenization）
均匀化（Homogenization）的目的是确定非均匀 材料的等效均匀介质的特征，根据局部本构关系 和相关的局部变量表达式，得到描述RVE整体 特征的宏观量。
2021/7/26 25
细观力学的理论分析主要解决两个问题
代表单元所对应的均质化等效介质的等效模量 均质化等效介质的等效强度
2021/7/26 30
等效模量就是建立平均应力和平均应变之间的关系
平均应力 细观本构
V1VxdV
xSx:x
线弹性
等效柔度
Seff : 即 Seff :
N相材料组成的复合材料，令第r相材料的平均应力
和宏观应力满足
A r ij
r ijkl kl
第r相材料的体积百分比为cr ，则有效柔度满足
2021/7/26 13
2. 基于离散微观结构的研究方法 周期性微观场方法(periodic micro-field approaches) 材料模型：真实的非均匀材料被近似为各组分周期 性排列、无限延伸； 适用范围：研究非均匀材料的非线性特性和本构模 型，给出胞元内局部应力应变微观场； 局 限 性：不适合研究宏观裂纹与微结构之间的相 互作用，计算费用高。
2）在不同载荷作用下，分析代表性体积单元的力学响 应，确定边界条件及细观应力场和应变场，用均匀化方法 寻找宏观均匀材料的性能，即有效材料的性能。
3）根据前面得到的结果，对结构进行整体分析，将研
2究021/结7/26果作为工程设计的依据。
10
代表单元（Representative Volume Element）
2021/7/26 32
等效模量就是建立平均应力和平均应变之间的关系
ch-1材料与工艺概论
合金
平面 生长（异质）
• 几种晶体管的基本结构
台面
Schottky
合金 生长（异质） 平面1
平面2
MOS
1）、简单的Bipolar IC 结构 隔离、基区、发射区、钨塞、集电区
• References：(Processing)
1. The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication, By Stephen A. Campbell, (Oxford, 2nd Edition, 2001)
2. Silicon VLSI Technology—Fundamentals, Practice and Modeling, By Lame D. Plummer et al, (Pearson Education, , 2000)
– 第一单元：热处理和局域掺杂技术
• 第二章：扩散掺杂技术(Ch3) • 第三章：热氧化技术(Ch4) • 第四章：离子注入技术(Ch5) • 第五章：快速热处理技术(Ch6)
– 第二单元：图形加工技术
• 第六章：图形转移技术（光刻技术）(Ch7~9) • 第七章：图形刻蚀技术(Ch10~)
– 第三单元：薄膜技术
5. 半导体制造技术，Michael Quirk, Julian Serda （科学出版社，1999） Semiconductor Manufacturing Technology, (Prentice Hall, 2001)
6. 微电子技术工程—材料、工艺与测试，刘玉岭 等，（电子工 业出版社， 2004）
3. Silicon Processing，By Stanley Wolf and Richard N. Tauber， （Lattice Press，2000）
材料动力学
材料动力学
材料动力学是研究物质内部结构和性质变化的学科，其重点是材料的相变、形变和扩散等动力学过程。
这些动力学过程不仅涉及到材料的宏观性质变化，也涉及到材料的微观结构变化。
材料动力学的研究对于提高材料性能、制定材料加工工艺和改进材料设计具有重要意义。
首先，材料动力学研究可以帮助我们更好地理解材料的相变过程。
相变是材料内部由一种相转变为另一种相的过程，常见的相变有固态相变、液态相变和气态相变等。
材料动力学研究可以通过对相变过程中的结构和性质变化进行实验和理论分析，揭示相变过程中的微观机制，从而指导材料的制备和改进工艺。
其次，材料动力学研究对于材料的形变行为的理解具有重要意义。
形变是材料内部结构的变化，包括弹性变形、塑性变形和断裂等。
材料动力学研究可以通过实验和理论模拟分析材料在受力下的形变行为，从而揭示材料的力学性能和断裂机理，为制造高强度和高韧性材料提供理论依据。
此外，材料动力学研究还可以帮助我们理解材料中的扩散现象。
扩散是指物质在均匀浓度梯度下的自发传递过程，是材料中各种物质交换的基础。
材料动力学研究可以通过实验和理论计算分析材料中不同物质的扩散速率、扩散路径和扩散机制，从而指导材料的制备和改进。
总之，材料动力学研究是一门综合性的学科，涉及到材料的相变、形变和扩散等多个方面。
材料动力学的研究可以帮助我们
更好地理解和改善材料的性能，为制备高性能材料提供理论支持，同时也为制定材料加工工艺和改进材料设计提供重要依据。
材料动力学的发展将进一步推动材料科学的进步和技术的发展。
ch1 材料结构的基本知识[1]
![ch1 材料结构的基本知识[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/ec354219a216147917112813.png)
根据量子力学，各个壳层的S态、P态中电子的充 满程度对该壳层的能量水平起着重要作用。
价电子： 电负性：用来 衡量原子吸引 电子能力的参 数。
§1.2 原子间的结合键(interatomic bonding)
第一章 材料结构的基本知识
材料的分类
按使用性能分： 结构材料： （强度、塑性、韧性等 力学性能） 功能材料： （电、磁、光、热等 物理性能） 按组成分： 金属材料 (metals) 陶瓷材料 (ceramics)
高分子材料 (polymers)
复合材料 (composites)
材料科学与工程的四个要素 材料使用 性 能 performa nce
2.合金：指两种或两种以上的金属或金属与非金属 经熔炼、烧结或用其它方法组合而成的具有金属特 性的物质。如：铜镍合金、碳钢、合金钢、铸铁
组元：组成合金的最基本的、独立的物质。 如：Cu-Ni合金，Fe-FeS合金 二元合金：如：Fe-C二元系合金 三元合金：如：Fe-C-Cr三元系合金 多元合金
Cl与Na形成离子键
一种材料由两种原子组成， 且一种是金属，另一种是 非金属时容易形成离子键 的结合(如左图)。由NaCl 离子键的形成可以归纳出 离子键特点如下： 1.金属原子放弃一个外 层电子，非金属原子得到 此电子使外层填满，结果 双双变得稳定。 2.金属原子失去电子带 正电荷，非金属原子得到 电子带负电荷，双双均成 为离子。 3. 离子键的大小在离子 周围各个方向上都是相同 的，所以，它没有方向性
§1.1
原子结构
一、原子的电子排列
核外电子的分布与四个量子数有关，且服从两个基本 原理： 1.Pauli不相容原理(Pauli principle) ：一个原子中 不可能存在四个量子数完全相同的两个电子。 2.能量最低原理：电子总是优先占据能量低的轨道，使 系统处于最低能量状态。
2015 AFM ch1 功能材料概论课件
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第1章 功能材料概论
1. 现代文明的三大支柱-----能源、信息、材料。
2. 材料是一切技术发展的物质基础。
1986年我国制定的《高技术发展计划纲要》， 被列入的七个技术群：生物技术、信息技术、激 光技术、航天技术、自动化技术、新能源技术和
新材料技术。
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一、材料科学及其发展
1、 材料概念 ☞可用来制造有用构件、器件或物品的物质。 师昌绪主编：《材料大辞典》 ☞“具有一定性能的物质, 可以用来制成一些机 器、器件、结构和产品” 美国科学院、工程院 联合编写《材料：人类的需求》
先进功能材料
Adv. Func. Mater.
兰州理工大学材料学院
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主要参考资料
References
1. 《先进功能材料》 李弘，(化学工业出版社,2010) 2. 《功能材料学》周馨我 (北京理工大学出版社,2002)
3. 《新型功能材料》 贡长生，张克立(化学工业出版社,2001)
4. 《信息功能材料》赵连城 等（哈工大出版社,2005 1st ed.) 5. 《电子材料导论》李言荣等，清华大学出版社，2001 (第1版)
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பைடு நூலகம்
几乎所有物质均为材料，但并非所有材料都能引起人 们的广泛关注。 那么，什么样材料值得关注？ 具有实用价值 5个判据： 资 源 能 源 环 保 经 济 质 量 据此，有人提出材料定义： 能够经济地制造有用器件的物质
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2、 材料历史
某种意义上：人类文明史就是材料史。 社会发展历史阶段常根据当时使用主要材料来划分。 从古至今共经历6个时代： 石器时代 青铜器时代 铁器时代 钢时代
注：结构材料与功能材料划分并非绝对
材料科学基础CH1复习
至于在多电子的原子中，核外电子的排布规律则遵循以 下三个原则： (1)能量最低原理：电子的排布总是先占据能量最低的内 层，再由里向外进入能量较高的壳层，以尽可能使体系 的能量最低； (2)Pauli不相容原理：在一个原子中不可能有运动状态 完全相同的两个电子，主量子数为n的壳层，最多容纳 2n2个电子； (3)Hund规则：在同一亚层中的各个能级中，电子的排 布尽可能分占不同的能级，而且自旋的方向相同。当电 子排布为全充满、半充满或全空时，是比较稳定的，整 个原子的能量最低；
晶面可以归结为同一晶面族，用 hkl 表示。
立方晶系中，具有相同指数的晶向和晶面必定是相互垂直的。如：[110] 垂直于 (110)
六方晶系中的指数：
确定步骤和立方晶系一样，但一般在标定六方结构的晶向指数 时选择四个坐标轴：a1、a2、a3、c其中a1、a2、a3处于同一底面上， 且它们之间夹角为120°、C轴垂直于底面。则有： 晶面指数（h k i l）其中i=-（h+k） 晶向指数 [u v t w] 其中t=-（u+v）
(4)按基体类型分类： 一次固溶体：以纯金属为基形成的固溶体。 二次固溶体：以化合物为基形成的固溶体。
离子晶体结构：
离子晶体的结构规则—鲍林规则
（1）负离子配位多面体规则（Pauling第一规则） 在正离子周围形成一个负离子配位多面体，正负离子之间的距离取决于离子半 径之和，而配位数则取决于正负离子的半径之比。 这一规则符合最小内能原理。根据这一规则，描述和理解离子晶体结构时，将 其视为由负离子配位多面体按一定方式连接而成，正离子处于配位多面体的中 央。 （2）电价规则(pauling第二规则) 在一个稳定的离子晶体结构中，每个负离子电价要等于或接近等于与之相邻 的各正离子静电键强度的总和。 （3）负离子多面体共顶、棱、面规则(pauling第三规则) 在一个配位结构中，当配位多面体共用点、棱，特别是共用面时，其稳定性会 降低，而且正离子的电价越高、配位数越低，则上述效应越显著。 (4)不同种类正离子多面体间连接规则(鲍林第四规则) 在含有二种以上正离子的晶体中，电价大，配位数小的那些正离子之间，有尽 量互不结合的趋势（特别倾向于共顶相连） (5)节约规则 同一晶体中，同种正离子和同种负离子的结合方式应最大限度地趋于一致。或 者说：晶体中配位多面体类型倾向于最少。
2015 AFM ch1 功能材料概论资料
⑤磁功能：硬磁性(记录介质)、软磁性（磁头等）等。
⑥光功能：透光、反折射光、吸光、偏振光、聚光性等 ⑦化学功能：吸附、催化、生化反应、酶反应等 ⑧其他功能：如放射特性、电磁波特性等。
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Ｂ、二次功能：输入能量 和输出能属于不同形式， 材料起能量转换作用, 这种功能称二次功能或高次功能 有人认为这种材料算真正功能材料。 二次功能可分为四类：
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⑥性能不同用途不同——功能材料与结构材料最大区别
⑦一般，功能单一、但功能突出
⑧生产规模小、更新快、技术保密性强
⑨高投入、高风险，成功，则高产值、高效益产业。
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2、功能材料的分类
属于材料大类的一支。
同时与材料的分类相对应，种类繁多，无统一
分类标准，出发点不同，分类方法不同：
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按材料的种类分类
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按功能显示过程分：一次功能材料和二次功能材料。 Ａ、一次功能：输入能量 和输出能量属于同种形式， 材料起到能量传输作用。 这时材料又称载体材料。
一次功能主要有八种： ①力学功能：粘、润滑、超塑、高弹、防震性等。
②声功能：隔音、吸音性等。
③热功能：传热、隔热、吸热、蓄热性等。 ④电功能：导电、超导性、绝缘、电阻等。
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4、材料学角度分类
结构材料(structural material)：主要利用其保持形状和结构 不变能力。如：制造工具、机械、车辆、房屋、桥梁、铁路、
封装材料等。注：结构材料对物理、化学性能有一定要求，
如光泽、热导率、抗辐照、抗腐蚀、抗氧化等。（例支撑件、 连接件、传动件、紧固件）
功能材料(functional material)：通过某一作用（光、电、磁、 力、热、声、化学、生物等）具有特定功能（由美国Bell Lab. J. A. Morton在1965年提出并受到普遍接受）。也叫特 种材料(Speciality mater)或精细材料(Fine mater).
材料热力学与动力学
材料热力学与动力学材料热力学与动力学是材料科学中两个重要的分支，它们研究物质的热力学和动力学特性，对于了解材料的性质、结构和行为有着重要的意义。
在本文中，我们将从基本概念、应用领域和实验方法等方面介绍材料热力学与动力学。
首先，让我们来了解一下材料热力学。
热力学是研究物质与能量之间转化关系的科学，热力学定律描述了物质和能量的行为规律。
热力学的研究对象是宏观系统，即大量粒子组成的系统。
材料热力学是将热力学原理应用于材料科学领域的一门学科，主要研究材料的热力学性质和热力学过程。
材料热力学研究的对象包括材料的热容、热导率、热膨胀、热稳定性等热力学性质，以及材料的相变、晶体结构、晶体缺陷、溶解度等热力学过程。
热力学定律可以用数学方程式描述物质和能量之间的关系，通过热力学定律的应用，我们可以预测材料在不同条件下的热力学性质和热力学过程。
材料热力学在材料科学中有着广泛的应用领域。
在材料制备过程中，我们可以利用热力学原理来优化材料的制备条件，提高制备效率和质量。
例如，通过热力学计算可以确定合适的温度和压力条件来合成具有特定结构和性能的材料。
在材料设计和优化中，热力学计算可以帮助我们预测材料的相变和稳定性，选择合适的材料和工艺条件。
材料动力学是研究物质的运动和变化过程的科学，它描述了物质在力的作用下的行为规律。
材料动力学研究的对象是微观粒子，在材料科学领域中主要研究材料的相变、晶体生长、晶体缺陷和扩散等动力学过程。
材料动力学的研究方法有实验方法和理论方法两种。
实验方法主要通过实验观察和测试来研究材料的动力学过程，例如通过晶体生长实验和扩散实验来研究材料的生长速度和扩散行为。
理论方法则通过建立数学模型和方程式来描述材料的动力学过程，并通过数值计算和模拟来预测材料的行为。
材料动力学在材料科学中也有着广泛的应用领域。
在材料制备过程中，我们可以利用动力学原理来控制和优化材料的生长速度和形貌，以实现期望的结构和性能。
例如，通过研究晶体生长动力学过程，可以选择合适的生长条件来制备高质量的晶体。
材料科学基础完整材料的动力学部分ppt课件
.
6
第二节 宏观动力学方程
一、稳定扩散和不稳定扩散
稳定扩散： 扩散物质在扩散层内各处的浓度不
随时间而变化，即 dc/dt=0
不稳定扩散： 扩散物质在扩散层内各处的浓度随时
间而变化，即 dc/dt 0
.
7
二、扩散的动力学方程
1、菲克第一定律（Fick’s First Law）
在扩散体系中，参与扩散质点的浓度因位置而异、且可随 时间而变化。即浓度c是位置坐标（x、y、z）和时间（t）的 函数，表述为：原子的扩散通量与浓度梯度成正比。
.
3
二、从不同的角度对扩散进行分类
1、按浓度均匀程度分
互扩散：有浓度差的空间扩散； 自扩散：没有浓度差的扩散。
2、按扩散方向分 顺扩散：由高浓度区向低浓度区的扩散，又称下坡扩散; 逆扩散：由低浓度区向高浓度区的扩散，又称上坡扩散。
3、按原子的扩散方向分
体扩散：在晶粒内部进行的扩散；
表面扩散：在表面进行的扩散；
即 c＝Κ p
因此，可得出单位时间内球罐中氧气的泄漏量为：
.
15
不稳定扩散
不稳定扩散根据边界条件分为两种情况：
➢ 一是扩散物质浓度（C0）在晶体表面保持不变； ➢ 二是一定量（Q）的物质由表面向晶体内部扩散。
c c
c0
x
.
16 x
第一种情况
C(x,t)C0er(f2cxD)t
e( r) f 2e 2 d,e( r)f 1 c 2e 2 d
.
5
四、扩散的意义
➢ 材料制备工艺中很多重要的物理化学过程都与扩散有关 系。例如：固溶体的形成、离子晶体的导电性、材料的 热处理、相变过程、氧化、固相反应、烧结、金属陶瓷 材料的封接、金属材料的涂搪与耐火材料的侵蚀。
纳米材料导论_Ch1_(基本概念)
纳米材料导论
（特性、制备与应用）
Introduction to Nanomaterials: Properties, Synthesis and Applications
社社会会需需求求与与学学科科发发展展
• 2001年3月，美国国家科学技术顾问委员会 （NSTC）在《纳米科技的社会影响-- SOCIETAL IMPLICATIONS OF NANOSCIENCE AND NANOTECHNOLOGY》 的报告中对纳米技术在全球的市场容量进行了 预测，在今后10—15年内，每年纳米技术的市 场容量超过一万亿美元。其中，纳米材料和加 工为3400亿美元/年；纳米电子和集成电路为 6000亿美元/年；纳米药物为1800亿美元/年； 纳米催化剂为1000亿美元/年；交通运输（包括 汽车、飞机、铁路、桥梁等）为700亿美元/年。 这些数据显示，纳米材料拥有巨大的市场。
Improvement
主主要要研研究究内内容容
Five R&D categories in nanotechnology: · Nanostructure properties（纳米结构的性能）: Investigate biological, chemical, electronic, magnetic, optical, and structural properties in nanostructures. · Synthesis and processing（合成与加工）: Enable atomic and molecular control of material building blocks to provide the means to assemble and utilize these tailored building blocks for new processes and devices in a wide variety of applications. Extend the traditional approaches to patterning and microfabrication to include parallel processing with proximal probes, stamping, and embossing. Give particular attention to the interface with bionanostructures and bioinspired structures, to multifunctional and adaptive nanostructures, to scaling approaches, and to affordability at commercial scales.
材料热力学与动力学
材料热力学与动力学材料热力学与动力学是研究材料内部结构与性能变化规律的重要学科，它涉及了材料的热力学性质和动力学过程。
热力学是研究物质能量转化和物质间相互作用的科学，而动力学则是研究物质内部结构和性能变化的规律。
本文将从热力学和动力学两个方面，介绍材料热力学与动力学的基本概念和相关知识。
首先，我们来介绍材料热力学的基本概念。
材料的热力学性质是指材料在不同温度、压力和化学环境下的物理性质和化学性质。
热力学研究的主要内容包括热力学平衡、热力学过程和热力学函数等。
热力学平衡是指系统内各部分之间达到平衡状态，不再发生宏观变化的状态。
热力学过程是指系统在外界作用下发生的能量和物质交换过程。
热力学函数是描述系统热力学性质的函数，如内能、焓、熵等。
通过研究材料的热力学性质，可以揭示材料的稳定性、相变规律和热力学过程等重要信息。
其次，我们来介绍材料动力学的基本概念。
材料的动力学是指材料内部结构和性能随时间、温度和应力变化的规律。
动力学研究的主要内容包括材料的弹性和塑性行为、断裂和疲劳行为、相变动力学等。
弹性是指材料在受力后能够恢复原状的性质，而塑性是指材料在受力后会发生永久形变的性质。
断裂是指材料在受到外部力作用下发生破裂的现象，疲劳是指材料在受到交变载荷作用下发生疲劳破坏的现象。
相变动力学是指材料在温度或压力变化下发生相变的规律。
通过研究材料的动力学性质，可以揭示材料的强度、韧性、疲劳寿命和相变动力学等重要信息。
综上所述，材料热力学与动力学是研究材料内部结构与性能变化规律的重要学科，它涉及了材料的热力学性质和动力学过程。
通过研究材料的热力学性质和动力学性质，可以揭示材料的稳定性、相变规律、强度、韧性、疲劳寿命等重要信息，为材料设计、制备和应用提供科学依据。
希望本文能够帮助读者更好地了解材料热力学与动力学的基本概念和相关知识，促进材料科学的发展和应用。
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A=E-TS
G =H-TS
E
E=A+TS
H =E+PV
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(1)-(4)
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材料动力学
➢ 通常根据受冲击载荷作用的材料的质点速度和特征强度（如屈服应力 ）将冲击载荷分为低速、中速、高速三种，受冲击载荷作用的材料特 性也相应地分为三种：
①低速冲击载荷 介质变形量不大，以时效现象为主,可用等温近似方法处理。 ②中速冲击载荷 介质发生有限弹塑性变形，时效、热与机械功的耦合都比较明显， 体积可压缩性也需要考虑，相应地有各种描述变形过程的本构关系。 ③高速冲击载荷 与材料强度有关的诸效应退居次要地位，而以体积压缩变形和热的 耦合为主要特征。介质变形可按照可压缩流体处理，其变形行为可用各种高压状态方程 描述。
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T
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克劳休斯（Clausius)说法
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➢ 冲击载荷下材料的变形行为，表现为变形同应力、应变率（应变随时 间的变化率）、温度、内能等变量之间的复杂关系，包括屈服应力和 流动应力的应变率效应、温度效应及应变率的历史效应等等。
➢ 在冲击载荷的作用下，材料有多种动态破坏形式，主要表现在以下几 个方面： ①局部大变形；②温度效应引起的绝热剪切破坏；③应力波相互作用 造成的崩落破坏；④应变率效应引起的动态脆性。
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材料动力学----是研究材料在冲击载荷下的高速变形和 动态破坏基本规律的学科分支
为爆炸力学的重要基础 材料科学研究中的发展方向
研究对象----固体材料 研究材料力学性能及其重要性 与准静态力学（固体力学）区别？
惯性效应 高应变率效应
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第一章 固体高压状态方程 Equation of State for Solid at A High-pressure
高 温 热
低 温 否认热传导过程的可逆性
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b.文字叙述：熵变为可逆热温商 2. 说明 a) 要计算过程熵变必先选择一可逆过程 b)熵变计算的任务是求出可逆热
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(d)
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在绝热(或隔离)系统内进行的过程
(Qi ) 0 Ti
SQ0 0
熵增加原理 绝热(或隔离)系统的熵永不减少
隔离系统内的自发过程总是向着熵增加的方向进行
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封闭系统的热力学基本关系式
Fundamental equations of thermo-dynamics for closed system
热力学函数的基本关系式如右图
E、H、A、G 、 S、 p、V、T
对只有两个独立变量的均匀封闭
材料动力学
Materials Dynamics
工程力学研究生课程 绪论 第一章 固体高压状态方程 第二章 固体状态方程的固体物理基础 第三章 高压固体中的冲击波 第四章 速率相关塑性畸变律 第五章 粘塑性畸变律的微观理论基础—位错动力学 第六章 断裂动力学 第七章 动态断裂 第八章 固体的侵彻和贯穿
➢ 这几方面的力学性能都以各种时效、热与机械功的耦合以及有限的体 积变形和塑性畸变为特征，这些特征有时是同时存在的，有时则某一 点更为突出。
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➢ 机械碰撞和各种形式的爆炸载荷是最常见的冲击载荷。它们的强度一 般至少都足以引起材料的塑性变形，而载荷持续的时间则从纳秒（如 薄膜的撞击和辐射脉冲载荷）、毫秒至秒（如核爆炸或化学爆炸对结 构物的载荷）的量级。
பைடு நூலகம்
教科书 材料动力学，胡时胜，中国科技大学内部教材 参考书 Dynamic Behavior of Materials, Meyers, 内部引印 材料对强冲击载荷的动态相应，周培基等，科学出版社，1986年
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绪论
➢ 在持续短暂时间的强载荷作用下，材料会发生变形和破坏，相应的组 织结构和性能也会发生永久性的变化。