对材料科学领域基础研究工作的若干建议

当今材料科学的重要发展趋势是，人们依据现有的信息和知识，力图对材料在微观、介观和宏观各个层次上进行理论设计，积极发展新的材料制备方法，发展各种具有优异性能的亚稳及低维材料。同时，材料科学与生命科学、环境科学等新兴学科相结合也孕育了许多新的研究方向。将材料科学的基础研究和物理、化学、力学、生物等学科紧密相结合，充分发挥学科交叉优势将是材料科学未来发展的重要特色。单一的、光靠大量实验的研究形式已不能满足时代的要求。虽然由于各种形式材料本身的多样性和复杂性，使材料科学基础研究的领域范围非常广泛，但通过…     

遗态材料:引发材料制备领域“蝴蝶效应”的新概念

<正>在刚刚召开的2014年度上海市科学技术奖励大会上,上海交通大学的张荻教授及其团队,以"基于生物分级精细结构的材料功能特性研究"项目,获得自然科学奖一等奖。具有分级结构的功能材料是材料科学领域中的一类新型材料。这种材料在微、纳米连续尺度范围内具有复杂的形态结构并呈现多层次分布,而其特有的微观形态结构也提供了独特功能特性的可能。传统物理化学的制备方法对多尺度和多层次的纳米材料存在一定的局限性。张荻教授团队     

《功能与智能材料——结构演化与结构分析》

作者:王中林,康振川译者:孙家枢等出版日期:2002年5月 科学出版社出版定价:58.00元 本书从键合、分子轨道、配位出发,将原子尺度晶体结构基础与化学相结合,讨论了氧化物功能材料中的一系列晶体结构系统,把结构演化与稀土和过渡金属元素的混合价相联系,总结和探讨了功能和智能材料的性能与结构的本质联系和演化规律,从而为开发新型功能材料提供了理论基础.并从理论与实际方法上论述了分析、研究、表征这些功能材料原子分辨结构、化学和价结构分析的现代电子衍射和电子显微学方法. 本书可作为材料科学、物理学、材料现代测试分析技术等专业…     

高分子结构与性能

正高分子科学是研究高分子的形成、化学结构与链结构、聚集态结构、性能与功能、加工及应用的科学.高分子材料是现代工业和高新技术产业的重要基石,已经成为国民经济的基础产业和国家安全不可或缺的重要保证.高分子科学与材料科学、信息科学、生命科学和环境科学等前瞻领域的交叉与结合,对推动社会进步、改善人们生活质量发挥着重要作用.例如:高分子科学与材料科学的学科交叉,建立了以塑料、橡胶和纤维三大高分子合成材料为代表的传统高分子工业;高分子科学与信息科学的学科交叉,产生了以光电磁功能高分子为代表的新兴学科领域-塑料光电子学;高分子科学与生命科学及环境科学的学科交叉,形成了以     

自然界“军备竞赛”中的材料科学

自然界中的生物材料具有优异的力学性能与独特的功能特性,这主要归功于它们复杂而巧妙的微观组织结构。特别是在长期的自然选择与生存竞争中,生物体进化出各种各样的天然武器,实现强力攻击与稳固防御这两种本身相互矛盾的技能之间的完美平衡。探索自然界"军备竞赛"中的材料科学能够从仿生角度为人造材料的优化设计提供宝贵的启示和灵感。文章阐明了典型天然武器的种类、形式、组织结构和力学性能特征,提炼了它们同步实现进攻与防御效果的共性的内在设计原则,总结了这些原则在促进新型仿生人造材料、器件与装置研发方面应用的最新进展,并进一步探讨了生物力学与仿生材料研究面临的机遇与挑战。     

本期专题简介

<正>第一性原理计算方法因只需要知道构成微观体系各元素的原子序数,而不需要其他参数就可以计算出体系的原子结构、电子结构、总能量等信息,因此该方法已成为材料科学研究的有力工具。本期专题《材料科学》刊出的前两篇文章详细介绍了第一性原理计算方法在VO_2相变机制和掺杂改性,以及金属与金属氧化物界面的研究中的应用。     

中国散裂中子源

中子散射是研究物质微观结构和动态过程的理想工具之一.散裂中子源能为中子散射提供高通量的脉冲中子。正在建设中的中国散裂中子源预计于2018年建成,为我国生命科学、材料科学、化学、物理学和工程等领域的物质微观结构研究提供强有力的手段。     

Ge-SiO_2纳米镶嵌薄膜的制备及光吸收特征

半导体-绝缘体纳米颗粒镶嵌复合膜是由半导体纳米颗粒镶嵌在不相溶的介质基体中而形成的薄膜.由于它兼具纳米颗粒与薄膜的双重特点,表现出许多独特的光学特性,展示出这种新型固体薄膜材料越来越广泛的应用前景,所以逐渐形成当前材料科学、凝聚态物理研究中值得重视的一个新领域.锗是应用较广泛,最重要的元素半导体材料之一,研究锗纳米颗粒镶嵌复合膜的制备工艺,微观结构以及物理性能之间的关系和规律,有助于指导我     

界面分子组装与表面图案化

表面图案化是指在至少一维的方向上生成纳米级的规则表面结构. 它在超分子科学、材料科学, 微电子学及细胞生物学等方面均有重要的科学意义和应用价值[1]. 表面图案化主要用于表面性质的调控. 微观尺度的表面结构可以用来控制黏附、摩擦及浸润等材料表面性质, 该性质与分子间相互作用和表面拓扑结构密切相关. 选择性吸附和表面特异性识别更是要求控制表面的各向异性性质. 在微电子领域, 人们已经开始探讨图案化表面材料用作高密度磁性存储介质的可能性. 量子点阵激光、量子级联激光和单电子二极管的出现也从根本上改变了传统器件的基本概念.…     

中子技术与磁学

研究物质和材料的宏观性质同微观结构之间的联系,探讨其规律性,并利用这些规律性实现“分子设计”,即依指定性能设计新材料,这是当代材料科学和固体物理学的一项带有战略性的课题.中子技术是研究物质微观结构的一种有力手段.中子不带电荷而有磁矩(-1.91核磁子),热中子的波长约为1～10埃,能量约为1～100毫电子伏(或10～1000K),正好与固态物质中分子或原子的间距以及运动能量相近,因此研究固体,尤其是磁性物质的结构以及各种运动状态,用中子作灵敏的微探针是极适宜的.中子技术在现代磁学的研究中有其重要的独特的作用.     

高速铁路用水泥乳化沥青砂浆

水泥乳化沥青(cement asphalt, CA)砂浆是高速铁路CRTS I型和II型板式无砟轨道的关键工程材料,对轨道结构动力学、耐久性及列车乘坐舒适性有重要影响.为满足我国高速铁路建设的重大需求,相关单位开展了CA砂浆的科技攻关,形成了具有自主知识产权的成套技术,有力地支撑了我国近7×103km板式无砟轨道结构的建设.本文简要介绍了我国高速铁路用CA砂浆的研发历程,主要从材料科学的角度,并结合工程实际,从高速铁路用CA砂浆的流变性能、早期变形行为、微观结构、力学性能与耐久性等方面进行了综合评述.     

材料科学与工程(MSE)的内容、发展与体系

什么是“材料科学与工程”?什么是“材料科学”?什么是“材料工程”?甚至什么是“材料”?众说纷纭。材料是一个极为古老的概念,自有人类文明,就用以划分时代,然而材料科学却是近三十年中才迅速形成起来的年轻科学,因此,近年来因时因地因人,产生了不同的说法,而考察其发展的过程,则能得到比较全面的实质理解。人类从事金属材料的生产,已有数千年的历史。十七世纪英国胡克制造第一台复式显微镜观察材料并总结出应力、应变关系的弹性定律,为材料科学与工程的发展奠上了一块重要的基石(图1B-11)。这时,物理学和化学由于牛顿和波义耳的工作已确立     

新型材料和材料科学及其在现代科技、经济和社会发展中的作用

材料历来是人类进化的标志之一。七十年代就有人把材料与能源、信息一起称为现代文明的三大支柱,现在人们又把新材料、生物工程和信息作为新技术(产业)革命的重要标志。新材料引起了新技术的质的变化,同时也极大地影响着社会的变革和人民的生活。新材料的主要特点是:以科学为基础;其发展与新工艺、新技术有非常密切的关系;品种多,更新换代快;生产规模小。新材料的基础是材料科学。目前,新材料的发展越来越依赖于基础研究,依赖于知识。和其他各门科学一样,材料科学也是与技术密切结合在一起的;同时,材料科学是一门多学科交叉的科学,它涉及固体物理(凝聚态物理)、固体化学、物理化学、有机化学、冶金     

基于电子结构理论筛选二维材料用于高性能能量存储及转化器件

在能源危机与环境污染问题日益严峻的背景下,探索新型的高性能能量存储和转化材料成为当今材料科学界研究的热点.近年来,有关新型能量存储和转化材料的预测、合成和性能研究取得了突飞猛进的进展;但同时如何提高能量的转化效率以及材料的循环性能和安全性能是制约其实际应用的瓶颈.另一方面,基于密度泛函方法的理论计算在揭示微观反应机理和筛选高性能的能量存储和转化材料方面发挥了重要的作用.通过理论计算能够从原子尺度上建立材料的本征属性与能量存储和转化性能之间的关系,为筛选高性能能量存储和转化材料提供重要的理论依据.本文首先从锂离子电池、燃料电池等能源器件所涉及的电化学反应出发,回顾二维材料在这些电化学反应中的应用,进一步探讨二维材料的电子结构与其化学反应性能之间的关系,并总结目前提出的用于化学反应性能的描述符并阐述其具体的应用领域,最后指出目前理论计算在研究能量存储及转化材料上存在的不足和未来的发展方向.     

90年代的热门材料

材料科学正进入一个前所未有的挑战时代和成果迭出的阶段。借助新技术,比如扫描隧道显微镜、原子力显微镜和各种光谱法,材料科学家能比十年前更好地了解进而控制材料的结构和特性。本文将让人们一览材料研究的6大热点,它们是:陶瓷、高级纤维复合物、聚合物、超塑钢、金属-基体复合物、超导材料。陶瓷陶瓷研究体现了材料研究一体化的程度。单块材料,如矾土、硅、碳化物和氮化硅是今天可得到的最先进的结构陶瓷,但由于脆性问题,它们只适用于应力相对低的领域。对它们的研究主要集中于通过添加连续纤维.用其他材料层压它们或用金属熔合它们,达到增强这些材料强度之目的。     

经典文献寻内核，实践本源求真谛——指导不相干材料相融的杂化策略是怎样形成的

正本篇报道围绕2018年上海市自然科学奖一等奖项目"有机-无机杂化策略构建多功能生物医用材料" 展开,该奖项由东华大学材料科学与工程学院朱美芳院士领衔的团队获得。2018年,有一项获得上海市自然科学一等奖殊荣的工作,即用"有机-无机杂化策略构建多功能生物医用材料",由东华大学材料科学与工程学院的朱美芳院士和陈志钢教授领衔的团队获得。     

高分子快离子导体

“材料科学”栏里介绍了两种新型材料:高分子快离子导体和机械粉末合金。《高分子快离子导体》与《机械合金化——一种崛起的粉末冶金法》两篇文章对上述材料的性质、优点以及工艺方法均作了介绍。     

材料的环境·结构和性能

材料是一种系统,一种特殊的系统,作者只是一个在材料领域内长期从事工作的科技人员,本文尝试采用特殊→一般→特殊的思维方法,将材料科学与工程(或简称为材料学)中三个重要概念—环境·结构·性能,以及处理材料问题的方法,用系统科学的词汇论述,然后示例地延伸到其它系统。一、概念     

电负性概念的新拓展

电负性概念1932年由Pauling提出, 它与分子中原子的极化率、软硬度、电荷分布等性质之间存在着密切的内在联系, 是人们判断物质性质的重要理论依据. 随着新材料的发展以及各学科之间的相互交叉与渗透, 电负性如今已成为在化学、物理和材料科学等领域均具有广泛应用的基本原子参数. 它的发展经历了原子电负性、离子电负性和键电负性三个阶段, 其中离子电负性是考虑了原子所处具体环境的价态元素电负性, 用于更精确地描述离子和化合物的各种物理化学性质; 键电负性是连接原子电负性和材料性质之间的桥梁, 它能帮助人们更方便、直接地建立材料的宏观性质和微观结构之间的定量关系. 离子电负性和键电负性的提出是对电负性概念的重要拓展, 它们在丰富和发展电负性理论的同时, 在新材料设计方面发挥了重要作用. 该文就电负性概念的研究进展及其在材料研究中的应用作了详细介绍.     

超声兰姆波二次谐波发生效应的理论、实验及应用研究进展

材料退化或微损伤的早期无损检测和评价可以保障关键结构的安全服役.因此,开展缺陷演化的早期评价,甚至缺陷产生前的早期检测是非常重要的.通常,线性超声检测方法对材料微观缺陷不敏感.非线性超声技术被广泛认为可以表征材料微观结构变化.二次谐波发生效应作为超声传播过程中的一种典型非线性声学效应,可以用来评价材料的性能退化程度和检...