材料科学与研究方法整理

1共性规律：晶体学结构规律；缺陷与强度；相变原理；形变与断裂规律；材料强韧化原理共同效应：界面（分割，不连续，散射和吸收，感应），表面，复合，形状记忆，动态，环境，纳米2绿色材料技术：金属，无机非金属，有机高分子材料的研究开发都与资源，能源及环境密切相关。为确保人类经济的可持续发展，必须发展绿色材料和科学技术。过去长期以来人们以各种方法利用自然物质资源制造各种材料来满足自身需求，而且侧重发展材料的优异性能和舒适性及注重研究各种环境条件对使用性能的影响，不重视材料发展对资源和环境的影响，其结果必将导致资源浪费，环境污染及生态破坏，从而制约经济和社会发展。提出环境意识材料，生态环境材料，绿色材料，环境友好材料，发展绿色材料科学技术等。充分认识到材料在生产、制备和使用过程中对自然环境的影响—强化意识,法律法规；开发新材料、新能源—环境材料、能源材料；材料回收与循环使用—可持续发展材料循环产业；开发绿色材料加工技术—节能与环保；设计新材料基本原则之一—环境、能源因素。材料科学三个特点多学科交叉，与实际使用密切结合，正在发展。3.材料科学所研究基本方法：归纳与演绎（归纳是从个别大一班的推理方法，具有很大的创造性主要用科学发现，归纳法是一种或然性的推理方法，儿科学认识的发展是一个复杂的过程，演绎法的作用在于用严密的逻辑推理方式为科学知识提供逻辑证明的工具，但创造性比较小，演绎法的主要作用在于逻辑证明而非科学发展，归纳与演绎辩证统一相互联系相互依赖，相互补充，相互渗透）；分析与综合（综合方法与分析方法相比，两者认识过程的方向是完全相反的）；类比与移植；数学与模型；系统与优化；假说与理论；原型启发法与仿生法4.结构基本特性：可分与穷尽，转变与守恒，树木与森林，表象与真实，量变与质变。性能基本特性可分为：现象与本质，区分与联系，复合与转换，主要与次要，常规与突变（纳米材料性能）性能（简单性能：物理（热学，声学，光学，电学，磁学，辐照）力学（强度，弹性，塑性，韧性）化学（刚氧化性，耐腐蚀性，抗渗入性）复杂性能：复合性能，工艺性能，使用性能）结构与性能系统分析（黑箱法，相关法，过程法，环境法）仿生材料：优良特性：生物材料的复合特性，生物材料的功能适应性，生物材料的自愈合性。仿生实例：自愈合抗氧化仿生，超疏水材料的结构仿生，仿生纤维复合结构设计，仿骨结构设计，仿生陶瓷材料设计。5材料设计与方法：范围与层次（微观层次设计1nm数量级电子原子分子，介观层次设计1um数量级组织结构，宏观层次设计宏观大块材料，各层次的研究关键是根据理论和数据能否发展符合实际的解析与数理模型，解决不同层次间计算方法的选择与整合。设计在宏观上是一个系统工程，建立成分，工艺，组织性能及可靠性之间的数理模型是整个系统优化和控制的基础，也是实现计算机智能化设计材料的前提）材料设计的任务；主要途径：相图计算；数量冶金；量子理论计算；模拟技术；多尺度模拟与计算；主要技术：数据库和知识库；专家系统；计算机模拟；半经验材料设计等；数学方法：有限元法；遗传算法；分形理论；拓扑学；小波分析等；关键问题：数学模型的建立；不同层次间计算方法的选择与整合（多尺度模拟与计算）6失效分析方法：机械常见的失效形式可分为断裂（韧性，脆性，疲劳），表面损伤（腐蚀和磨损）和过量变形（超过载荷）失效分析基本方法（化学成分分析，力学性能的测试与分析，显微组织分析，应力分析，无损检测技术，断口分析，裂纹分析，腐蚀磨损和环境分析）7新材料的发展趋势单一材料向多种材料扬长避短的复合化；结构材料和功能材料的整体化；材料多功能集成化，功能材料和器件的一体化；材料制备加工的智能化、敏捷化、功能仿生化；材料产品的多元化、个性化；材料科技的微型化、纳米化；材料设计的优选化、创新化；材料研究开发的环境意识化、生态化；材料科学技术的多学科渗透综合化、大科学化。苍蝇与宇宙飞船：苍蝇每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通，内含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入“鼻孔”，这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲，送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同，就可区别出不同气味的物质。因此，苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。仿生学家由此得到启发，根据苍蝇嗅觉器的结构和功能，仿制成一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的“探头”不是金属，而是活的苍蝇。就是把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上，将引导出来的神经电信号经电子线路放大后，送给分析器；分析器一经发现气味物质的信号，便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。这种小型气体分析仪，也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理，还可用来改进计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。