材料科学发展史PPT格式课件下载.ppt

1、淬火为什么可以使钢硬化？趁热打铁为何能够成功？微观组织结构决定了材料的性能微观组织结构决定了材料的性能微观组织结构决定了材料的性能微观组织结构决定了材料的性能我国著名学者柯俊提出切变机制光学显微组织观察光学显微组织观察光学显微组织观察光学显微组织观察 组织决定材料性能组织决定材料性能组织决定材料性能组织决定材料性能组织决定材料性能组织决定材料性能金属强度常数/晶格摩擦力常数晶粒直径人类首次在结构材料中获得了第一个定量的性能预报公式！人类首次在结构材料中获得了第一个定量的性能预报公式！细细细细晶晶晶晶强强强强化化化化多晶微观组织相图的建立相图的建立相图的建立相图的建立材料设计的地图材料设计的地图

2、材料设计的地图材料设计的地图材料设计的地图材料设计的地图不同成分相不一样不同成分相不一样组织不一样组织不一样 强度不一样强度不一样19世纪中末期，世纪中末期，Gibbs系统地建立了化学热力学，为相图的建立奠定了基础！系统地建立了化学热力学，为相图的建立奠定了基础！相图的建立相图的建立相图的建立相图的建立材料设计的地图材料设计的地图材料设计的地图材料设计的地图材料设计的地图材料设计的地图深圳号导弹驱逐舰Cu-Zn相图紫铜黄铜X X射线衍射及晶体结构解析射线衍射及晶体结构解析射线衍射及晶体结构解析射线衍射及晶体结构解析材料科学乃至整个凝聚态物理领域的重大革命材料科学乃至整个凝聚态物理领域的重大革命

3、材料科学乃至整个凝聚态物理领域的重大革命材料科学乃至整个凝聚态物理领域的重大革命 Wilhelm Conrad Roentgen（Mar.27,1845 Feb.2,1923）Wilhelm Conrad Roentgen（Mar.27,1845 Feb.2,1923）u1895年，德国物理学家R.C.伦琴 在研究阴极射线时，发现以他名字命名的射线，后称X射线。u现已查明：X射线实际上就是电磁波，只不过是波长很短而已！u伦琴是第一位Nobel物理奖得主！X X射线衍射及晶体结构解析射线衍射及晶体结构解析射线衍射及晶体结构解析射线衍射及晶体结构解析材料科学乃至整个凝聚态物理领域的重大革命材料科学

4、乃至整个凝聚态物理领域的重大革命材料科学乃至整个凝聚态物理领域的重大革命材料科学乃至整个凝聚态物理领域的重大革命晶体X射线衍射的发现 极极极极富富富富启启启启发发发发性性性性1910以前晶体是原子规则排列组成，间距:10-1101nm，对吗？X实现可能是波、有偏振现象，是电磁波吗？M.von Laue,1879-196019121912，LauesLaues equation equation1914年Nobel物理奖获得者X-Ray衍射斑点衍射斑点衍射斑点衍射斑点透射斑点透射斑点透射斑点透射斑点CuSOCuSO4 412H12H2 2OO晶体晶体晶体晶体底片底片底片底片一箭双雕X X射线衍射

5、及晶体结构解析射线衍射及晶体结构解析射线衍射及晶体结构解析射线衍射及晶体结构解析材料科学乃至整个凝聚态物理领域的重大革命材料科学乃至整个凝聚态物理领域的重大革命材料科学乃至整个凝聚态物理领域的重大革命材料科学乃至整个凝聚态物理领域的重大革命W.H.Bragg,1862-1942布拉格父子布拉格父子19131913年提出晶体衍射的年提出晶体衍射的著名布拉格方程，著名布拉格方程，19151915年年NobelNobel奖奖W.L.Bragg,1890-1971中国有一流的X射线衍射分析专家，如余瑞黄材料科学乃至整个凝聚态物理领域的重大革命材料科学乃至整个凝聚态物理领域的重大革命材料科学乃至整个凝聚

6、态物理领域的重大革命材料科学乃至整个凝聚态物理领域的重大革命X X射线衍射及晶体结构解析射线衍射及晶体结构解析射线衍射及晶体结构解析射线衍射及晶体结构解析NaCl石墨：导体，易断裂金钢石：绝缘体，最硬X射线衍射仪晶体结构决定晶体的性质晶体结构决定晶体的性质晶体结构决定晶体的性质晶体结构决定晶体的性质位错理论的建立位错理论的建立位错理论的建立位错理论的建立金属强度理论的基石金属强度理论的基石金属强度理论的基石金属强度理论的基石金属强度理论的基石金属强度理论的基石n晶体强度为何远低于理论强度？n1934年，Taylor,Orowan和Polanyi 提出利用位错滑移来解释晶体的强度大获成功。试验结

7、果：单晶试棒在拉伸应力作单晶试棒在拉伸应力作用下的变化（宏观）用下的变化（宏观）位错理论的建立位错理论的建立位错理论的建立位错理论的建立金属强度理论的基石金属强度理论的基石金属强度理论的基石金属强度理论的基石金属强度理论的基石金属强度理论的基石刃性位错及其滑移引起晶体变形示意图量子力学的应用量子力学的应用量子力学的应用量子力学的应用材料的微观理论基础材料的微观理论基础材料的微观理论基础材料的微观理论基础材料的微观理论基础材料的微观理论基础爱因斯坦薛定谔核心困难：核心困难：1.势能函数交叉项，难于求解；2.即便可以求解，含1023个变量的解意义甚微。量子力学的应用量子力学的应用量子力学的应用量子

8、力学的应用材料的微观理论基础材料的微观理论基础材料的微观理论基础材料的微观理论基础材料的微观理论基础材料的微观理论基础Sommerfeld金属自由电子Fermi 理想气体理论Hume-Rothery合金相图自由电子理论N.Fermi1938年Nobel奖P.A.M.Dirac1933年Nobel奖Bloch单电子波函数Hatree-Fock单电子近似局域密度泛函理论固体的能带理论W.Kohn 1998年Nobel化学奖局域密度泛函理论F.Bloch1952年Nobel物理奖量子力学的应用量子力学的应用量子力学的应用量子力学的应用材料的微观理论基础材料的微观理论基础材料的微观理论基础材料的微观理

9、论基础材料的微观理论基础材料的微观理论基础J.BardeenW.H.Brattain1956年因发现晶体管获得Nobel物理奖W.B.Schokleyp-n结结n型p型Depletion Zonepn regions in equilibriumEVEFEC+晶体管的发现信息领域的革命W.B.Shokly微观分析手段的应用微观分析手段的应用微观分析手段的应用微观分析手段的应用材料学研究范式的重要环节材料学研究范式的重要环节材料学研究范式的重要环节材料学研究范式的重要环节材料学研究范式的重要环节材料学研究范式的重要环节E.Ruska因电子光学和第一台透射电镜获1986年Nobel奖分析透射电子显

10、微镜磁透镜原理磁透镜原理磁透镜原理磁透镜原理透射电子显微镜的发现材料微结构分析的革命材料微结构分析的革命材料微结构分析的革命材料微结构分析的革命微观分析手段的应用微观分析手段的应用微观分析手段的应用微观分析手段的应用材料学研究范式的重要环节材料学研究范式的重要环节材料学研究范式的重要环节材料学研究范式的重要环节材料学研究范式的重要环节材料学研究范式的重要环节透射电子显微镜的发现材料微结构分析的革命材料微结构分析的革命材料微结构分析的革命材料微结构分析的革命高分辨透射电镜晶格像位错的透射电镜照片和高分辨晶格像微观分析手段的应用微观分析手段的应用微观分析手段的应用微观分析手段的应用材料学研究范式的

11、重要环节材料学研究范式的重要环节材料学研究范式的重要环节材料学研究范式的重要环节材料学研究范式的重要环节材料学研究范式的重要环节扫描电子显微镜的发现材料表层分析的革命材料表层分析的革命材料表层分析的革命材料表层分析的革命扫描电镜集成电路血红蛋白微观分析手段的应用微观分析手段的应用微观分析手段的应用微观分析手段的应用材料学研究范式的重要环节材料学研究范式的重要环节材料学研究范式的重要环节材料学研究范式的重要环节材料学研究范式的重要环节材料学研究范式的重要环节扫描隧道显微镜的发现 人们可以直接观察原子的排列及操纵原子G.BinnigH.RohrerH.Rohrer访问哈工大1986年因STM获得N

12、obel奖成像原理原子操纵材料纳米化及尺寸效应材料纳米化及尺寸效应发现新原理和新器件的新途径发现新原理和新器件的新途径发现新原理和新器件的新途径发现新原理和新器件的新途径1000年出现一个的科学鬼才年出现一个的科学鬼才R.P.Feynman，1965年年Nobel奖奖费曼首先提出人类可以在纳米尺度上合成和设计材料R.E.Smalley1996年Nobel化学奖Smalley预研：21世纪将令人难以致信，我们将通过逐个原子，在尽可能小的尺度上来合成物质，这些微小物质将使我们的工业和生活发生天翻地覆的变化。结语结语结语结语n材料学的研究范式n材料微结构表征依然是材料学的重要内容n技术进步对材料学研

13、究有极为重要的推动作用，反之亦然n材料设计-理论和实验n以纳米材料为代表的超微结构研究n多学科交叉是材料学研究的明显特点n尺寸效应n新现象n新原理n自组装n新器件材料纳米化及尺寸效应材料纳米化及尺寸效应发现新原理和新器件的新途径发现新原理和新器件的新途径发现新原理和新器件的新途径发现新原理和新器件的新途径材料纳米化材料纳米化及尺寸效应材料纳米化及尺寸效应发现新原理和新器件的新途径发现新原理和新器件的新途径发现新原理和新器件的新途径发现新原理和新器件的新途径卢柯：最年轻的中国科学院院士纳米亚结构纳米亚结构纳米亚结构纳米亚结构CuCu的超塑性的超塑性的超塑性的超塑性卢柯等：卢柯等：ScienceScience结语结语结语结语青出于蓝而胜于蓝！The God helps only them who help themselves!人人人人无无无无远远远远虑虑虑虑，必必必必有有有有近近近近忧忧忧忧！请请请请精精精精心心心心设设设设计计计计自自自自己己己己的的的的人人人人生生生生路路路路程程程程！谢谢！请批评指正！