学科发展的目标是知识的发现和创新。专业的目标是为社会培养各级各类专门人才。专 业是学科承担人才培养职能的基地；学科是专业发展的基础。一所高校的人才培养质量 如何，取决于其学科、专业水平。
• 一门新学科或者是从一个现存的、宽泛的领域进一步的细化分离； 或者截然相反，从若干固有的、狭窄的领域中拓展组合而成。
• 在19世纪物理化学从合成有机化学中分离出来便是前者的范例，而 材料科学的出现由冶金学、固体物理学和物理化学等结合而成。
学科形成标志
• 大学设置相应专业 • 学会期刊 • 国际性学术会议 • 学会 • 学术著作 • 自成体体系研究领域
材料科学四要素
• 组成：化学组成和矿物组成 • 结构：微观结构、介观结构和宏观结构 • 合成与加工（制备工艺） • 性能：材料本身所固有的性质
按材料尺度
• 零维材料 • 一维材料 • 二维材料 • 三维材料
材料的发展史，就是人类社会的发展史
从古代到现代人类使用材料的历
史共经历7个时代：
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石器时代（公元前10万年）
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青铜器时代（公元前3000年）
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铁器时代（公元前1000年）
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水泥时代（公元0年）
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钢时代（1800年）
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硅时代（1950年）
从技术到科学
• 揭示生长速度-冷却速度-成分过冷-液固界面以及 结晶物结构之间的关系——指导铸造
• 冶金学原理 • 陶瓷导论 • 组成-结构-性能-制备工艺-使用性能之间关系
材料科学三个重要属性
• 多学科交叉 • 与实际使用紧密结合 • 正在发展中的科学
学科与学科的形成
学科：相对独立的知识体系 。
信息功能材料
• 信息储存材料
• 数据传输材料
先进结构材料
• 超高温合金材料与制备技术 • 超高温复合材料 • 结构功能一体化材料 • 核反应堆用材料 • 高性能纤维
能源材料
• 超导材料 • 电池材料 • 储氢材料 • 太阳能材料
纳米材料
• 纳米材料的制备与合成 • 纳米材料的结构表征 • 纳米材料的奇异性能 • 纳米材料的实用化
高分子材料
• 通用高分子材料的高性能化新技术、新原理 • 功能高分子材料的研究 • 纳米复合新技术 • 聚合物成型理论与技术 • 废弃高分子材料回收与利用
参考文献
• 材料科学导论 徐祖耀 科学出版社 • 走进材料科学 罗伯特 W.康 化学工业出版社
构成一门独立学科的三个基本要素： （1）研究的对象或研究的领域，即独特的、不可替代的研究对象。
（2）理论体系，即特有的概念、原理、命题、规律等所构成的严密的逻辑化的知识系统。 （3）方法论，即学科知识的生产方式。
专业：一般指高校或中等专业学校根据社会分工需要而划分的学业门类。
高校的专业是社会分工、学科知识和教育结构三位一体的组织形态，其中，社会分工是 专业存在的基础，学科知识是专业的内核，教育结构是专业表现形式。
材料科学的由来
• 20世纪50年代产生于美国 • 1958年美国伊利诺伊州(Illinois)西北大学招收材料科学研究生 • 1957年Frankel教授开设《材料性能原理》(principles of the
properties of materials) • 1964年美国已有11所大学有材料科学系 • 20世纪60年代材料科学引入欧洲，1962年英国北威尔士大学 • 1978年浙江大学成立材料科学与工程系 • 1993年我校成立材料科学与工程系
• 金属材料 • 无机非金属材料 • 有机高分子材料 • 复合材料
按功能分类
• 结构材料 • 功能材料
根据服役领域
• 信息材料 • 航空航天材料 • 能源材料 • 生物医用材料 • 建筑材料 • 机械工程材料 • 纺织材料● ● ●
材料服役领域所占比例
根据结晶状态
• 单晶材料 • 多晶材料 • 非晶态材料 • 准晶材料
材料科学诞生的基础
• 物理冶金学 • 陶瓷导论 • 高分子物理与化学 • 位错理论 • 体视金相学
材料科学产生基础——材料表征
• 金相学（metallography)--金相学课本1912 • 1865年Sorby发明光学显微镜 • 1920s用光学显微镜研究相图 • 1926~1927年发明电子显微镜（原理性） • 1937年西门子公司第一台透射电子显微镜 • 1939年扫描电子显微镜样机出现 • 1948年发明闪烁计数器 • 1963年商品化生产 • 1947年微探针分析仪
材料科学导论
材料科学研究所 尹洪峰
课程内容与教学过程
➢ 材料科学的产生与发展 4
➢ 材料中的界面及其控制 6
➢ 相变及其控制
6
➢ 科学指导下的材料（同学报告）4
➢ 陶瓷材料增韧
4
➢ 金属材料强化
4
➢ 金属玻璃
4
➢ 形形色色的功能材料（同学报告）4
➢ 材料的复合化
4
材料科学的产生与发展
按化学组成
材料科学产生基础——材料表征
• 原子吸收光谱 • 拉曼光谱仪 • 质谱仪 • 色谱仪 • 热分析-差热分析（DTA）1887
-差热扫描量热分析（DSC）1965 • 硬度计-1908年布氏硬度计雏形
材料科学产生基础——聚合物
• 球晶 • 层状聚合物 • 半结晶性 • 串晶 • 半结晶聚合物存在弹性变形和塑性变形以及应变硬化 • 1935年美国杜邦公司生产尼龙，包括拉拔工艺 • 聚合物中的扩散和蠕动 • 聚合物共聚物——聚合物合金 • 聚合物相变
• 使用性能：与使用性能相关联的性能
材料科学技术发展的重点
• 材料制备工艺与技术的开发 • 材料应用研究与开发 • 开发先进材料，发展高技术产业 • 材料设计 • 科学仪器与检测装置
先进材料开发
• 信息功能材料 • 先进结构材料 • 能源材料 • 有机高分子材料 • 纳米材料 • 生物材料 • 环境友好材料 • 仿生材料
材料科学实验室
• 1954年提交建立交叉学科实验室报告 • 1957年10月前苏联发射人造卫星 • 1957年美国政府批准建立12个交叉学科实验室，后更名
为材料研究实验室，由空军研究署空军办公室负责 • 1972年材料研究实验室由国家科学基金会管理
材料科学诞生的基础
• 原子和晶体 • 相平衡与亚稳态 • 显微组织 • 相变与同素异构现象 • 晶体缺陷 • 晶体化学与物理 • 矿物学 • 量子理论与固体电子理论 • 统计力学
•
新材料时代（1990年）
材料科学发展进程
• 1669，N.Steno, 晶面角守恒定律 • 1885，A.Bravais, 晶体空间点阵学说 • 1912，ue,晶体X-射线衍射 • 1915,W.H.Bragg and W.L.Bragg
X-射线晶体结构分析 电子显微技术 扫描隧道镜，原子力显微镜