材料专业介绍

材料基因组计划
美国开国以来继曼哈顿计划、阿波罗计划、人类基因组计划之后 的第四大重大科研计划。
将最强计算（包括人工智能和机器学习）与材料科学领域的最佳 创意相结合，缩短新产品的开发时间，使美国在最高需求制造业 和新兴技术市场更具竞争力。"材料基因组计划"是美国经过信息 技术革命后，充分认识到材料革新对技术进步和产业发展的重要 作用，以及在复兴制造业的战略背景下提出来的。
钢 交通运输业
1945年 电子管计算机
几间大屋
半导体——集成电路——小型芯片、液晶、分子器件、计算机（PC）
手提电脑，掌上电脑
以数理化为基础，构筑起材料组分、结构与性能之间的联 系，进而为材料在当今社会中发挥的巨大作用奠定基础。
固体物理、无机化学、有机化学、物理化学等学科的发展
，对物质结构和物性的深入研究，推动对材料本质的了解
材料发展重点
材料制备工艺与技术：强磁场、强冲击波、超高压、微重力、超
高真空以及强制冷却等都可能成为材料制备工艺的有效手段。
科学仪器与检测装置：大约半数物理学诺贝尔奖获得者得益于新 仪器或新测试手段的发明创造。
➢ 光学显微镜->电子显微镜->扫描电子显微镜->高分辨电子显微镜->扫 描隧道显微镜->……
许多科学家因其材料领域的发明创造而荣获诺贝 尔奖，彰显了材料科学在现代科技革命中的引领 地位。
➢ 高温超导材料 — 108年历史，10位诺奖获得者 ➢ 导电聚合物 — 30年历史，3位诺奖获得者（2000） ➢ 准晶体 — 2011年诺贝尔化学奖，1位 ➢ 石墨烯 — 2010年诺贝尔物理学奖，2位 ➢ 富勒烯 — 1996年诺贝尔化学奖，3位 ➢ ……
顶级期刊
➢ Nature reviews Materials ➢ Nature Energy ➢ Nature Materials ➢ Nature Nanotechnology
中国学者 贡献巨大
中科院《2019研究前沿热度指数》《2019研究前沿》
➢ 全部137个研究前沿中，美国排名第一80个，中国排名第一33个 ➢ 化学和材料科学领域稳居第一
纳米材料
纳米材料，是指其结构单元的尺寸介于1纳米 ～100纳米范围之间。由于尺寸已经接近电子 的相干长度，使得性质发生很大变化，所表现 的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电 特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所 表现的性质。
石墨烯
纳米计算机
➢ 2013年9月斯坦福大学宣布，人类首台基于碳纳 米晶体管技术的计算机已成功测试运行。该项 实验的成功证明了人类有望在不远的将来，摆 脱当前硅晶体技术以生产新型电脑设备。
➢ 材料工程：研究材料在制备过程中的工艺和工程
基础问题学。 科与工程实践的结合点
发展现状
数量：几十万种 支柱产业：
➢ 80年代 能源、材料、信息 ➢ 90年代 信息技术、新材料、生物技术 ➢ 高速民航客机使用的复合材料，高比强、代替金属、重量轻 ➢ 耐摩擦、热氧稳定、力学性能 ➢ 生物降解材料（环境保护） ➢ 计算机、液晶显示屏
数据共享与计算工具开发对MGI的成功至关重要。先进材料复杂的 物理与化学特性可以因不同的应用需要而相应调整，并可以在合 成、生产和使用过程中改变。
计算材料学制的广定度和标深度准应用，按需设计
能源与环境材料
研究各种新型化学电源、物理电源的关键材料及其工程应用技术，各种新型绿色能源材料 的分子设计、合成表征、仿真模拟、性能预测和经济性评价，能源材料制备与应用中的新 理论、新方法和新技术，环境材料失效机制以及各种废弃物品的资源化与再生利用技术。
提纲
一、历史 • 人类进步的里程碑 二、当代 • 大国崛起的动力源 三、校园 • 探索未来的发源地
材料是什么？
生产力和科技水平的基础
研究对象：材料、物质 研究内容：材料科学、材料工程 研究体系：应用基础科学 研究历史：社会发展巨大推动力
人类文明之源、科技发展之基
人类用于制造生活和生产用的物品、器件、构 件、机器和其他产品的物质的统称。
材料可由一种或多种物质组成。同一物质由于 制备方法或加工方法不同可以得到用途各异、 类型不同的材料。
人类生存发展的物质基础
发展历史
研究材料成分、结构、加工工艺与其性能和 应用的学科
材料是人类社会发展的巨大推动力，生产工 具制造的物质基础是材料。
材料的使用和发展，与生产力和科学技术的 水平密切相关。
冶金学、金属学、陶瓷学、高分子科学等的发展也使对材 料本身的研究大大加强，从而对材料的制备、结构与性能
，以及它们之间的相互关系的研究也愈来愈深入
材料科学与工程：关于材料组成、结构、制 备工艺与其性能及使用过程间相互关系的知 识开发及应用的科学
➢ 材料科学：研究材料的组织、结构与性质的关系 ，这属于材料的基础研究。
材料领域成果
新材料领域成果
➢ 新型镁锂合金：世界最轻，绿色环保，阻尼性能是铝合金的十 多倍，用于航空航天领域。
➢ m40级碳纤维：直径仅头发十分之一，韧性超过钢铁数倍，用 于提升战机性能。
➢ 砷化铌纳米带：在低维尺度下，让电子快速通过而降低能耗 ➢ 对位芳纶纤维：“子弹打不透、烈火烧不穿”
力争突破新型高温超导体、金属氢、非常规超导机理、新 型量子材料等研发项目，各种材料平台陆续成立，从材料 的基础工程到应用，我国已经形成了完整的生态链。
高➢ 新信息社技会需术要光发、电展、磁、的声材共料 性关键技术
材料的分类
化学成分
作用
成熟度
应用领域
金属材料
结构材料
传统材料
电子材料
无机非金属材料 功能材料
新型材料 航空航天材料
有机高分子材料
核材料
复合材料
建筑材料
能源材料
生物材料
与时俱进的“新材料…”…
提纲
一、历史 • 人类进步的里程碑 二、当代 • 大国崛起的动力源 三、校园 • 探索未来的发源地
➢ 石器时代——陶器时代—— 青铜时代 ——铁期
时代—人—复类合材进料步的里程碑
发展历史
1764年工业革命，第一部机器（手摇）
Байду номын сангаас 1769年 水力纺纱机
1782年
蒸汽机为动力的纺纱机，纺织业 （动力）
瓦特发动机、传动机、工作机——机器系列 机器制造
铁 —— 冶炼业
木炭——大量砍伐；水土流失—— 煤 —— 采矿业