材料科学研究的部分名词解释

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1、一、名词解释【材料科学与工程学科定义】材料科学与工程学科以数学、力学及物理、化学等自然科学为基础，以工程学科为服务和支撑对象，是一个理工结合、多学科交叉的新兴学科，其研究领域涉及自然科学、应用科学和工程科学。【材料】材料是具有一定性能， 可以用来制作器件、构件、工具、装置等物品的物质；材料是人类用以做成有用东西的物质【移植法】将某学科的原理、方法或技术用于研究分支科学或其它学科技术领域的理论、技术或方法问题。它是通过横向、纵向联想和类比等方法进行的。所以和类比、联想法有密切联系或相似。【原型启发法】对自然现象进行观察、探索受到启发来进行科学研究和创造发明的。启发是从其他失误、现象中得到启示后，

2、找出解决 某一问题的途径。起启发作用的事物称为原型【散耗结构】指从环境输入能量或（和）物质，使系统转变为新型的 有序状态，即这种形态依靠不断地耗散能量或（和） 物质来维持。一个远离平衡的开放系统，在不断与外界交换物质和能量的过程中，自动从无序状态转化而形成的有序结构非平衡有序结构。【蠕变】指金属在恒定应力作用下，随着时间的延长发生的缓慢而持续的形变( 非弹性变形inelastic deformation)。某一温度和应力下蠕变性能合格的指标：100h和低于0.1%。【超塑性】材料在特定的组织状态(如超细晶或复合材料) ，在一定温度和形变速率下表现出极高塑性的现象。衡量超塑性高低的指标：塑性高(

3、100%或以上)，温度越低或形变速率越高。【仿生学】从材料的观点研究生物材料的结构和功能特点，并用以设计和制造先进复合材料，是当前国际上一大热点【材料设计】材料设计是依据积累的实验规律和总结的科学原理制备预先确定目标性能材料的科学。【多尺度材料模型】一般是由连续介质和介观层次、微观层次及原子层次材料模型组成。即连续介质和介观层次（模型直径大于10 -4m）微观层次（大约10 -6m10 -4m）及原子层次（约10 -10m10 -6m）材料模型。【材料设计专家系统】具有相当数量的各种背景知识，并能运用这些知识解决材料设计中有关问题的计算机程序系统【有限元法】将结构物质看成是由有限个划分的单元组

4、成的整体，以单元结点的位移或结点力作为基本未知量求解。【物理模型】对具有相同物理本质特征事物的抽象。在工程技术中，就是利用物理模型模拟实际系统的行为和过程的方法。【数值模拟】数值模拟是以实际系统和模型之间数学方程式的相似性为基础的。【分子动力学方法】一种确定性方法，跟踪每个粒子的运动。求解所有粒子的运动方程，模拟原子的路径相关的基本过程。二、简答1. 按化学成分（或基本组成）分类：金属材料（Metallic Materials):钢铁、铝、铜、钛合金 陶瓷材料（Ceramics）：AlO、SiC、SiN、SiO、TiN或无机非金属材料（Inorganic Materials) 高分子材料（Hi

5、gh Polymers)：纤维、蛋白质、聚乙烯、聚乙烯Matel-Matrix 复合材料（Composites)：CompositesPolymer书P42.两个阶段 古代：古代世界材料的发展中心在中国 近现代：工业革命即19世纪中古代：旧石器时代（大约250万年前）：使用天然材料木棒、石块 新石器时代（1万年前）：主要标志是大量磨光石器及陶器的出现。陶是人类第一个人工合成材料。 青铜器时代（公元前50001200年）：青铜铜锡合金，是人类历史上出现的第一个合金。 铁器时代（公元前1200年）那时的铁器是用天然陨铁敲打而成，后来发明了炼铁技术，公元前1200年左右，铁器逐渐取代了铜器。逐步取代

6、铜器）近代：P8 第一次技术革命第二次第三次第四次多样化时代 微芯片时代 材料设计时代3.书P8 第一次技术革命第二次第三次第四次4.书P24书P315.P19中间 复合化，整体化，集成化，一体化，智能化、敏捷化，仿生化，多元化、个性化，优选化、创新化，环境意识化、生态化，多学科渗透综合化、大学科化。下面论述题1中有提到，可以参考。6.（1）各类材料逐步趋向统一（2）材料的发展和应用是系统工程7.书P37.举例：归纳法：钟声在空气中响能听到，在真空中听不到 声音是在空气中传播的。8.移植法： 技术移植创新法。 原理移植创新法； 方法移植创新法； 综合移植创新法。9.可分与穷尽，转变与守恒，树木

7、与森林，表象与真实和量变与质变。10.书P5911.根据服役条件确定性能要求、依据知识选择材料、设计相应工艺确定工艺参数、检测组织测试性能、达到设计要求进行实际试验、根据失效分析改进技术方案、研究与创新、新材料研究在本质上就是新的宏观与微观结构的研究与开发12.自己总结！我们每个人都有使用铅笔的经历，但几乎没有人意识到当我们用铅笔在纸上留下字迹的同时也不知不觉地制造出了很有可能在不久的将来改变人类生活的新材料。有科学家在20世纪40年 代就对类似石墨烯的结构进行过理论研究，但制取单层石墨烯的努力一直没有成功。但海姆和诺沃肖洛夫没有放弃，他们不断地试验，研究分析，最后用普通胶带完 成了他们“魔术

8、”般的发现。他们用胶带从石墨上沾下薄片，这样的薄片仍然包含许多层石墨烯。但反复沾上十到二十次，薄片就变得越来越薄，最终产生一些单层 石墨烯。这个看上去非常简单、一点儿也不高科技的方法，并不是他们的首创。在此之前就有人试过，但没能辨识出单层石墨烯。海姆和诺沃肖洛夫把剥离下来的薄片放在氧化硅基板上，光的干涉效应使薄片在显微镜下呈现彩色条纹，就像油膜在水面上产生的效果。利用这种效应，他们观察到了单层石墨烯。就这样，第一种二维晶体材料正式出现了。这两位物理学家的成功，源于他们在这一领域付出的巨大努力，这无可置疑。但从前面所述的研究过程，我们可以发现，早在上世纪40年 代就有科学家对类似石墨烯的结构进行

9、过研究，用胶带从石墨上沾下薄片的方法之前也有人试过，但他们都没有坚持下去。没有完成最后的发现。只有海姆和诺沃肖 洛夫一直没有放弃努力，不断探索研究，最终取得成功。他们只不过比别人多走了一步，多坚持了一下，就走到了成功的彼岸。这就像我们挖井一样，浅尝辄止，挖 多少洞也见不到水，向深处再掘进一步，就有可能看到新鲜的井水。让我们在工作学习中，发扬他们的科学精神，在各自的岗位上付出艰辛的努力，坚持下去，不轻言放弃，发现属于自己的“石墨烯”。13.书P8114 书P118下15. 书P121124，举例; 从数量冶金学角度进行设计:新型铝合金用于F-16改进型战斗机16.书P12517. 特别适用于内应

10、力、热应力及残余应力等分析。研究梯度功能材料（FGM）中的热应力。在材料加工过程中得到了广泛应用。当网格高度畸变时，有限元方法有着一定的局限性。18.书P15419.特点：（1）在特殊情况下，物理模拟意义大。（2）利用物理特性相似模拟。重大工程 首先建造出物理模型进行物理模拟，（3）可建立整体系统的物理模型；复杂系统可分别对子系统进行模拟试验。（4）要进行物理模拟试验与分析。应用：P156-158三条20.书P16621.数值模拟与物理模拟具有不同的特点和应用，两者具有互补性，物理模拟是数值模拟的基础，数值模拟是物理 模拟的归宿，两者结合，才能有效地解决工程复杂问题。22. 在材料科学：界面、

11、位错、裂纹、界面偏析、亚晶等问题的研究。纳米材料研究应用：模拟晶格畸变、晶体生长、弹性模量、应力-应变关系、高温形变行为、扩散、烧结等，都取得了比较满意的结果。材料包括：纳米纯金属(如Cu、Ni等)及其合金、Si等非金属和陶瓷等材料三论述1. 现代科学发展的规律是从细分化走向综合。现代科学技术的发展史现代科学技术以其发展的高速性、应用的综合性、对社会各方面的渗透性、以及对社会影响的深刻性迅猛发展，以巨大的力量推动着人类社会的文明进程。（1） 现代科学技术发展的高速性在科学技术如此飞速发展的时代，一个发展中国家拉大同发达国家之间的差距比缩小差距，容易得多。如果说在 18 世纪、19 世纪，一个国

12、家还可以在短时间内赶上或超过别的国家的话，那么现在几乎是不可能了，而且稍不留意，差距就会越拉越大。（2） 现代科学技术应用的综合性现代科学技术一方面在研究上学科和专业越分越细，另一方面在应用上又越来越综合，出现综合应用、集成发展的趋势。当前，与人类有密切关系的五大科学前沿和六大高技术领域都在不断的深化和迅速发展。同 18 世纪、19 世纪不同的是，不是单项发展，而是相互渗透，综合发展。不仅科学和技术的关系越来越密切，科学的各学科之间、技术的各领域之间的联系也越来越紧密，相互渗透，相互交叉，综合发展。这就要求一个国家，特别是我们这样的大国不但要具有某些单项的技术优势，更要具有综合技术或技术集成化

13、的能力。对于科技工作者而言，也是如此。较宽广的知识面和综合应用能力已成为创新的关键。（3） 当代科学技术对社会各个层面的渗透性在现代，一项新的科学发现，或者一项新的技术发明，一旦产生便很快渗透到人类社会的各个方面，广泛影响着人类的经济、政治、文化、教育等各个领域。在政治民主化、经济市场化、文化多元化的今天，社会对科学和技术有着强有力的吸纳能力和转化能力。而科学技术，对于人类社会更有巨大的渗透力和影响力。彼此相互作用加快了科学和技术发展的速度，同时也促进了社会发展的进程。（4） 当代科学技术对社会影响的深刻性现代科学技术不仅决定着人类经济和社会发展的速度，而且深刻地影响了人类社会发展的方向，使得

14、人类经济增长方式发生了质的变化；使得人类经济更加繁荣，政治更加民主，社会更加理性；使得人类文化的内容和形式都发生了深刻的变化，等等。总之，当今世界，技术，正在出现新的突破(数字化信息革命)；经济，正在发生新的革命(从工业经济转向知识经济)；社会，正在发生新的转型(从工业社会转向知识社会)。在世纪之交，我们国家面临经济上“人世”(即世界贸易组织)，技术上“入网”(进人世界互联网络)的两大机遇和挑战。人世，要求我们经济进一步市场化；入网，则要求我们加快民主政治建设的进程。因此，只有加速改革，扩大开放，我们才能更好地迎接 21 世纪-我们中华民族的未来，实现“中华民族的伟大复兴”。20 世纪科学技术

15、的几项重大成就1、 一种技术：计算机技术2、 两个理论：相对论与量子论3、 三项突破：核能利用，空间科学，基因序列4、 四个模型：夸克模型，宇宙大爆炸模型，地球板块模型，DNA 双螺旋结构模型现代科学技术的发展趋势1、 一个升起：纳米技术物质或物体在纳米级的情况下，其物理性质会发生很大的变化。1996 年诺贝尔化学奖被一组研究纳米管的科学家获得，他们研究出的纳米管的强度远远大于较非纳米管的强度，由此可见，对纳米技术进行研究具有十分重要的理论意义与应用价值。纳米技术的研究与发展将有可能产生一次新的工业革命。2、 两大问题：资源问题，环境问题3、 三个可开发的领域：陆地，海洋和宇宙空间陆地是人类获

16、得最早开发的领域，除陆地外，可开发的领域还有海洋和宇宙空间，目前海洋和宇宙空间还没有获得很好的开发，进军海洋和宇宙空间是 21 世纪的重要任务。4、 四大支柱产业：信息产业，制造产业，新材料产业，生物工程产业信息产业：信息技术是用于信息的获取、处理、传输、储存等有关技术，其中包括多媒体技术、网络技术、光导纤维技术、集成电路技术和传感器技术等，至 0 世纪末信息产业的产值已占各种产业的总和的 20%，信息产业任将是 21 世纪全球经济中规模最宏大，最具活力的产业，21 世纪也将是信息革命的时代，信息科技将是最活跃，发展最迅速，影响组广泛和深刻的科技领域。新材料产业：先进材料是发展高技术产业的物质基础，21 世纪的材料科技发展重点是研究具有功能化、复合化、智能化、微型化的材料，最活跃的材料将是信息功能材料、纳米材料、生物材料、节能材料以及高比强度、比刚度、耐高温、耐磨、耐蚀和其他在极端恶劣条件下的具有良好性能的结构材料。轻质材料、高强度材料、新型复合材料、新