材料科学以材料的分子结构、分子聚 集态、构筑成材料的外形结构为研究内容 ，探讨材料的微观结构与宏观性能之间的 内在联系的学科。
1.原子、分子结构：属于原始基础结构，决定材料 所具有的潜在功能。 2.原子的排列方式即分子聚集态结构—相结构：决 定材料具有某种可表现的实际功能。
3.显微组织—各相的组合体：构筑材料的外形结构： 决定材料具有某种特定的有效功能。
1）主量子数确定电子运动的能量。 n值越大
电子所具有的能量 越大。
2）电子出现概率最大的离核的平均距离 。 3）代表电子层或能层。在一个原子内，具有相同 主量子数的电子，几乎在同样的空间范围运动， 故称为主量子数。n相同的电子为一个电子层。
2、角量子数l
常用符号： s， p， d, f l:
1) 2)
青铜器时代
1.44 Mb 650 Mb 钢铁时代
氧化铁 以ZnS等为主的 陶瓷材料
容量小，文本文件存储
铁器时代
CD－RW
CD光盘，价低，用量大
电子管时代
MO(磁光盘)
TbFeCo合金磁光 材料 ZnS等为主的陶 瓷材料
硅时代
650 Mb，1.3Gb
纳米材料时代
需专用驱动器，价格高，局限 在广告图形用户 CD－RW和CD光盘，用量大
多电子原子按能量，电子充填填充轨道的 顺序： 1s; 2s,2p; 3s,3p; [4s,3d],4p; [5s,4d],5p; [6s,4f,5d],6p; [7s,5f,6d]
材料工程为材料科学的发展提出了 丰富的研究课题。
五、材料性能与结构的关系
材料性能：
是一种参量，用于表征材料在给定外界条件 （温度、载荷、电磁场、化学介质等）下的行为。
材料性能
外界条件的改变涉及体系能量的改变，能量 控制结构的形成和过程的进行，导致性能改变。
条件
能量 性能
结构
材料结构
材料的结构是表明材料的组元及其排列 和运动的方式。
第二章
原子结构与晶体结合力
原子结构
原子核(直径≈10-3 Ǻ)
§2-1
原子（直径≈ Ǻ)
核外电子
原子和核外电子的作用 静电引力（库仑力） 作用力 万有引力
原子之间的作用
原子中的电子受到 自身原子核的作用
原子中的电子受到其 他原子的电子、原子 核的作用。
电子态发 生改变
粒子的总能量 可以经典地表达为动能 T 与 势能 V 的和： E = T + V = P2/2m +V ； 其中，P 是动量， m 是质量。
一、什么是材料？
材料是指人类社会可接受的，能经济的制 造有用器件（物品）的固体物质。 矿物
天然生成材料
煤炭
材料
人工合成材料
钢铁
陶瓷
塑料
复合材料
二、材料的发展
人类社会的历史是一部利用材料和制造 材料的历史，材料更新推动社会进步 。 人类使用材料已经历了7个时代：
使用的材料 存储容量
种类
软盘
特点
石器时代
结构缺陷：影响材料性能。
六、材料的分类
1. 按化学成分、生产过程、结构与性能的特点 分：
材料 金属材料
无机非金属材料 有机高分子材料
金属陶瓷
无机有机复合材料
2. 按使用功能分类
结构材料：着重考虑材料的力学性能。如：材料的强度、 硬度、塑性、韧性等。
功能材料：着重考虑材料的电磁学、光学、 热学等等的性能。
0, 1,
2, 3…(n-1)
l 对应的能级表示亚层，决定原子轨 道形状 在多电子原子中l和主量子数一起决定 电子的能级 。 s＜p＜d＜f＜g…
n=2, l=0 的状态就为2s电子；
l=1 的状态为2p电子。
如： 当
处在 n=2,
3、磁量子数m
磁量子数m 取值受角量子数的限制。
m = （2l+1 ） 或者0, ±1, ±2, ±3…,…l。
四、材料与工程
材料是机械、电子、化工等工程领域的 物质基础，是工程技术的突破口。
工程技术的高速发展为材料的改型和 新材料的研制提出更高的要求。
材料工程
材料工程
设备 工艺 结构 性能 构件行为
材料工程
材料工程是着重把基础知识应用于材料的
研制、生产、改性、和应用的学课。
材料工程是整个工程学中的一个重 要领域。
DVD－RW
单面单层为4.7 Gb
三、材料科学 ：
是从事材料本质的发现、分析和了解方面的 研究，其目的在于提供材料结构的统一描绘或模 型，以及解释这种结构与性能之间的关系。它包 括下面的三个环节，核心是结构和性能。 材料科学
工艺
结构
性能
材料科学
材料科学是在物理化学数学工程等学科的 基础上发展起来的一个交叉学科。
自由电子模型的Schrö dinger方程:
稳态原子量子数
1. 主量子数 n : 与特定态的电子能量有关。 2. 角量子数L: 量子角动量的量度。
3. 磁量子数m: 角动量在磁场方向的分量。 4. 自旋量子数ms
１、主量子数n 常用符号： K, L, M, N, O, P, Q n： 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
功能材料
光 电 材 料 压 电 材 料 激 光 材 料 热 电 材 料 声 光 材 料 智 能 材 料 非 线 性 光 学 材 料
3. 按用途分类
电子材料 电工材料 研磨材料 建筑材料 光学材料 感光材料 耐酸材料 包装材料
4. 按结构分类
A 晶态材料：单晶、多晶、微晶、液晶、孪晶。
B 非晶态材料 C 准晶材料
材料工程学科的目的：
解决技术上、社会（环境）上不断出 现的新问题。
能经济地、为社会所能接受的控制 材料的结构、性能和形状。 全面考虑材料的经济性、资源性、 环保性、能源性、内在和表面的质量。
材料科学与工程的关系
材料科学和材料工程之间的区别主要在于 着眼点的不同或者说各自强调的重点不同。
材料科学为材料工程指明方向、为更好地 选择材料、使用材料、发挥材料的潜力提供理 论基础。
1） m 决定原子轨道在空间的取向。某种形状 原
1) 2) 3) 4) 子轨道，可以在空间取不同的伸展方向， 这 是由线状光谱在磁场中还能发生分裂，显示出 微小差别的现象得出的结果。
Example: p orbit have 3 different orientation p x. p y p z 2）磁量子数与电子能量无关。
原子
材料组元
分子 离子
组元的排列方式： 取决于组元的结合类型。
金属键
离子键
结合类型 共价键 分子键
电子自旋运动
组元的运动方式
原子热运动 分子伸缩、弯曲振动 空穴的扩散
原子结构:影响材料的电、磁、热、光
学及耐腐蚀性能。
材料结构
相结构： 影响材料的力学性能。 显微组织：各相含量和形貌所构成的
图像。如钢和铁。
材料结构与性能
参考教材： 材料结构与性能 李宗全 陈湘明编 浙江大学出版社
授课教师：王耐艳 联系地址：17-243 联系电话: 86843265
第一章 绪 课程的性质：
论ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
材料结构与性能是材料类各 专业硕士研究生必修的一门专业
基础课。
课程任务：
获得材料结构的基本理论和知识；掌 握材料成分－组织－性能－应用之间关系 的一般规律。
自旋磁量子数ms
ms 自旋量子数: 表示电子的自旋方向。 ms 取值：+1/2、-1/2。
综上所述，
四个量子数可以确定原子核外电子的运动状态，
一个电子的一种运动状态需要用四个量子数来确定。 我们把具有一定“轨道”的电子称为具有一定空间运动 状态的电子；
把既具有一定空间运动状态又具有一定自旋状态的电子 称为具有一定运动状态的电子。