物理性质 描述如颜色

物理性质描述如颜色、弹性、电器,热导率,磁性和光学行为一般被作用于材料的力量不显著影响的特征。

多晶材料此材料由许多晶体组成（而不是只有一个水晶的单晶材料)。

聚合通过此过程有机分子加入到巨大的分子或聚合物。

聚合物此组材料通常通过把有机分子加入到巨大的分子链或网络而得到。聚合物是借助低优势,低熔点的温度,导电性差来说明的。

塑料制品它们是由其他添加剂组成的高分子材料。

处理把不同材料塑造成有用的组件或改变它们的属性。

半导体一组在金属和典型陶瓷之间有导电性的材料(如。、硅、砷化镓)。

单晶体这种晶体材料由只有一个水晶组成(没有粒子边界)。

智能材料这种材料可以感知和响外部刺激如温度的变化,压力的应用应力或湿度或化学环境的变化。

强度重量比材料的强度除以它的密度,具有高强度重量比的材料强劲但轻量级。

结构材料的的原子或离子的安排的描述。材料的结构对许多材料的性质有一个深远的影响,即使整个构图不改变!

合成材料通过此过程自然生成或通过其他化学物质而生成。

热塑性塑料一群特殊的聚合物分子链缠绕在一起而不是相互联系。他们可以很容易地融化,形成有用的形状。通常情况下,这些聚合物都有一个链状的结构(如，聚乙烯)。

热固性材料一组分解而不是加热后融化的特殊的聚合物。由于相对严格,三维网络结构，他们通常很脆弱(如，聚氨酯)。

问题

1-1 材料科学与工程是什么?

1-1 定义材料科学与工程（MSE)。

1-2 定义以下术语：（a) 组成，（b) 结构，（c）合成，（d）处理，和（e) 微观结构。

1-3 解释材料科学和材料工程这两个术语之间的区别。

1-4 命名一个革命性的发现。一个进化的发现。

1-2 材料的分类

1-3 功能材料的分类

1-4 基于结构的材料的分类

第一章材料科学和工程的介绍

环境和其他影响

如果作外用的话，钢通常涂有一层薄薄的锌。你认为锌为这种涂层,或镀锌钢提供了什么特点? 生产这种产品应当考虑什么措施？将如何影响产品的再循环能力？

我们想为一架飞机提供一个透明的树冠。如果我们使用陶瓷(即传统的窗玻璃)树冠,岩石或鸟类可能导致粉碎。设计一个会减少损失或至少可以防止树冠摔成碎片的材料。

螺旋弹簧应该非常强大和僵硬。氮是一个强大的、僵硬的材料。你会为弹簧选择这种材料吗?解释。

温度指标有时会从一个卷钢带产生，当温度增加时此卷钢带解开一个特定数量。这是如何工作的;这个指标是通过什么样的材料得到的;这个指标中的材料必须处理的重要特性是什么? 材料设计和选择

你想设计一架可以乘坐人力不间断30公里的距离的飞机。你推荐什么类型的材料特性?哪些材料可能是适当的?

你要将一个直径为三英尺的微卫星送入轨道。这颗卫星将包含精致的电子设备,从地球上发送和接收无线电信号。设计包含电子设备的外壳。需要什么属性，可能考虑什么样的材料？一个木工锤拥有什么样的属性？你将如何制造一个锤头？

1-12 航天飞机的船体由保税的铝皮瓷砖组成。讨论导致使用这种材料的结合的船体航天飞机的设计要求。设计师和制造商们在生产船体方面可能面临的问题是什么？

1-13 你想为一个经常并有力的电器开关设备的电器接触选择一个材料。这种接触材料有什么特性？你将推荐什么类型的材料？氧化铝是一个好的选择吗？解释一下。

1-14 铝的密度为2.7克/立方厘米。假设你想生产一种基于铝的密度为1.5克/立方厘米的复合材料。设计一个拥有这个密度的材料。将密度为0.95克/立方厘米的珠子聚乙烯引入铝是可能的吗? 解释一下。

1-15 你想能够不通过化学分析或冗长的测试程序来识别不同的材料。描述你可能用到的基于材料物理性质的一些可能的测试和分选的技术。

1-16 你希望能够在物理层面上分离一个废品回收工厂的不同的材料。描述一些可能用于分离如聚合物，铝合金和钢的材料的方法。

1-17 一些汽车活塞引擎从一个铝合金矩阵中包含小,硬碳化硅粒子的复合材料中产生。解释这种复合材料中的每一种材料可以给整个部分带来什么好处。再生产方面，这两种材料的不同性质会产生什么问题？

第二章原子结构

你有没有想过？

纳米技术是什么？

为什么碳,以钻石的形式,是已知最坚硬的材料之一,但是作为石墨却很柔软,可以作为固体润滑剂吗?

作为形成沙滩的主要化学成分的硅是如何用于一种超纯光纤吗？

本章的目的是描述与物质的结构有关的底层物理概念。您将了解原子的结构会影响持有材料债券的类型。这些不同类型的债券直接影响材料是否适合实际工程应用。

一种材料的组成和结构对它的性质和行为有深远的影响。学习和研究材料的工程师和科学家们必须了解它们的原子结构。材料的性质是可控的，可以通过控制它们的结构和组成并根据给定的应用程序的需要量身定做。

我们可以在五个级别检查和描述材料的结构：

1. 宏观结构；

2. 微观结构；

3. 纳米结构；

4. 短期和长期的原子安排；

5. 原子结构。

关心先进材料的发展和实际应用的工程师和科学家们需要了解不同材料的微观和宏观结构以及控制它们的方法。微观结构是长度在10-1000纳米的材料的结构。材料属性是一个特征长度或尺寸的变化，而在它上面我们描述材料的属性和发生在材料中的现象。微结构特征通常包括诸如平均粒度,粒度分布,晶粒取向和其他与材料缺陷有关的特性。（粒子是材料的一部分，而在此材料中原子的安排几乎是一样的。）而宏观结构是长度大于10万纳米的材料的结构。构成宏观结构的特性包括孔隙度、表面涂层、汽缸室以及内外部微裂隙等特性。了解原子结构和原子键如何导致不同的原子或粒子在材料中的组成也是重要的。原子结构包括所有的原子以及它们的组成，它们组成物质的积木。所有的纳米，微观和宏观结构经由这些积木而出现。通过了解原子结构和成键原子和分子的构型获得的见解对工程材料的选择和开发新的先进材料是必不可少的。对于原子排列的近距离的检查使我们能够区分非晶态(那些缺乏远程命令的原子或离子)材料或水晶(那些表现出周期安排的原子或离子)材料。非晶态材料只有短程原子安排而晶体材料有短期和长期的安排。在短程原子安排中，原子或离子只在相对较短的距离显示一个特定的顺序。对于晶体材料来说,远程原子秩序是以原子或离子的形式排列在一个三维模式上的,而此三维模式重复到更大的距离(> 100纳米至几厘米)。材料的结构：技术关联性

在当今世界,信息技术(IT)、生物技术、能源技术、环境技术、和许多其他领域需要更小、更轻、更快、更高效,可靠,耐用,便于携带,并且廉价的设备。我们想要更小的，更轻的以及寿命长的电池。我们需要相对便宜,轻便、安全、高燃油效率的汽车,并且车上“加载”了很多高级特性,从全球定位系统(GPS)到复杂的安全气囊传感器部署。

其中一些需要在纳米技术和微机电系统(MEMS)产生相当大的兴趣。微电机系统的一个真实例子是图2-1，此图显示了通过硅的微加工而得到的小型的加速度计传感器（Si）。该传感器用于测量汽车的加速度。该信息由中央计算机处理,然后用于控制安全气囊部署。这些“微”水平的材料的属性和行为于在它们的“宏观”和批量状态的材料的属性和行为有很大的差异。