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材料科学的产生与发展思索

1 关于”材料”

能源、信息和材料是现代经济进展的三大支柱，而材料更是基础。

没有先进的材料就没有先进的工业、农业和科学技术．重大的技术革新

往往起始于材料的革新。如20 世纪50 年月镍基超级合金的出现，将材

料使用温度由原来的700℃提高到900X2 从而使得超音速飞机问世。而

高温陶瓷的出现则促进了外表温度高达1000~2 的航天飞机的进展。近

代新技术(原子能、计算机、集成电路、航天工业等)的进展又促进了新

材料的研制。当前可称为精密陶瓷时代、复合材料时代、塑料时代或合

成材料时代等等。材料可以从不同角度分类．根据材料的组成可分为金

属材料、无机非金属材料、有机高分子材料(聚合物)和复合材料；根据

特性和用途可将它分为结构材料和功能材料两大类。结构材料主要是利

用其力学性能，制造需承受确定载荷的设备、零部件、建筑结构等。功

能材料主要是利用其特殊物理性能(电学、热学、磁学、光学性能等)，

用于制造各种电子器件、光敏元件、绝缘材料等。根据材料内部原子排

列状况分为晶态和非晶态材料；根据材料的热力学状态分为稳态和亚稳

态材料；根据材料尺寸分为一维(纤维及晶须)、二维(薄膜)和三维(大

块)材料等。

2“材料科学”与“材料科学与工程”

材料科学(MaterialsScience)~科伴随着生产力进展和科技进步

产生与进展。材料的各种性能是其化学成分和组织结构等内部因素在

确定外界条件下的行为表现。商量材料主要是为了更有效地使用材料，

即了解影响材料性能的各种因素，从而把握提高其性能的途径。材料

科学是说明材料的性能和行为与其成分及内部组织结构之间的关系。

一般认为，学科间的区分不是确定的。材料科学是由多种学科分化而

产生，而又通过集成走向成熟的。材料科学产生之初，有学者认为：

冶金学照旧是一门健全的学科，拥有基本理论、方法和界限，但随着

工程中日益不断地使用聚合物、陶瓷、玻璃和复合材料，其商量拓展

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为材料科学(Calvert，1997)。20 世纪50 年月，材料科学建立这一结构与性能(力学、磁、电等)间的关系，即所谓的超分子科学。

(MaterialsScience)这一新概念，主要源于冶金学，1958 至于959 年 MSE(MaterialsScieneeEngineering)的概念最初产生于20世纪50

间美国大学教育性质的转变和各种新材料科学商量组织的形成，是材年月，到1960 年已经基本稳固建立。在COsMT(1974)的报告中，将MSE

料科学形成的标志。西北大学(NorthWesternUifiversity)是最早将材定义为：涉及将材料成分、结构和制备与其性能和使用建立关系所形

料科学作为系名的大学(1954 年)，并为本科生的商量生开设了相关课成并应用的学问。1957 年美国政府出台了资助l2 个相关试验室准备，

程，出版了《材料性能原理首批三个材料科学试验室分别建立在康奈尔大学、宾西法尼亚大学和

(PrinciplesofthePropertiesofMaterials))(1954 年)一书，材料科学西北大学。这些试验室1972 年由国家科学基金会(NSF)正式负责。此

领域已经进展出多个分支，包括固体物理、冶金学、高分子化学、无机后各个大学教授的课程，也深受这些材料科学试验室所从事工作的影

化学、矿物学、玻璃与陶瓷技术。一门学术型学科抽涉及的范围远远大响。1958 年，为了更好地已经建立的新学科的特征，又在系保后面加

于由大学里院系、学会和专业杂志所构成的群体，它是一所“看不见的上了。与工程，并开始了。材料科学与工程的教育，如牛津大学的材

学院(hwisiblecollege)”，它们的成员共享某一特定的商量传统，学料科学系也简洁地更名为“材料系(DepartmentofMaterials)”。同期

者们从中学到了基本的理论框架、操作规范和技术方法。还有一批大学，如德克萨斯大学的奥斯分校等没有设立材料科学系，

DavidTumbul(1983)~E《对“材料科学”产生和进展的评述》一文中，但已经开始了系间合作，进行了与材料科学相关的商量生教育，通常

将材料科学定义为：在超分子水平上表征，认识和把握物质的结构．并这种教育也不仅限于在“工程学院”之内。虽然没有这个系名，但老

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师的专业学问和商量生的商量工作集中在材料制备、固体化学、高分是在金属对机械处理和热处理的反应方面取得了胜利。以Hollomon

子工程与科学、X射线晶体学、生物材料、结构材料、材料理论和凝聚为带头人的多学科团队，取得了系列与材料相关的重大进步。如人造金

态材料及器件等相关领域。1964 年麻省理工学院(MIT)也将系名以为刚石、高性能热绝缘材料、真空电路断路器、基于辐照固体中蚀刻粒子

“冶金与材料科学系”，1974 年正式改名为“材料科学与工程系”。20轨迹的产品、聚碳酸酯塑料和用于金属蒸气灯的氧化铝外膜等。科学

世纪60 年月，材料科学被引入欧洲的大学，如北威尔士大学、苏赛克家认为，设备使用主要是受到材料的限制而不是设计的限制。材料科

大学和伯明翰大学。1956 年，中国在西方工作过的科学工们制定一份学商量的方向是充分利用和发掘现有材料的潜力，继续开发新材料以

科学技术规划时，认识当时的中国已经培育了具有金属材料方面学问的及商量材料的再循环工艺。在利用现有材料和开发新材料方面，结构

科技人员，但对合金及其热处理方面的科技人员数量缺乏，到1980 年，材料和复合材料材料科学商量的主体部分。在功能材料方面需重点进

已经有l7 个院校的金属物理专业改为材料科学专业。 展应用于计算机、集成电路、激光技术等方面的电子材料。

3“材料科学”商量的实践与方向

实践中，企业的RD 机构已经开始关注MSE 领域，如贝尔试验室、

通用电气公司试验室、杜邦试验室等。贝尔试验室多学科交叉的科学家

们找到了获得金属超导体的方法；杜邦试验室将新材料一尼龙引人了市

场t 通用电气公司试验室完善了白炽灯用于韧性铂金属制造技术，特别