无机非金属材料学

《无机非金属材料学》是上海市教育委员会组织编写的普通高校“九五”重点教材。《无机非金属材料学》着重阐述两大方面的内容：一是无机非金属材料的科学基础知识；二是国内外用量最大、发展最快的材料，及其特点、性能、制作原理和应用。

本教材共分九章,分别为绪论，无机非金属材料的科学基础，天然矿物材料，玻璃，陶瓷，耐火材料，胶凝材料(水泥、石灰、石膏等)，混凝土纤维材料和复合材料。本教材还详细介绍了无机非金属材料的最新发展。《无机非金属材料学》适用于高等院校材料专业教学,也可供无机非金属材料工程技术人员参考。

第一章 绪论

第一节 材料及无机非金属材料的定义与分类

一、材料的定义与分类

二、无机非金属材料的定义和特点

第二节 无机非金属材料在人类社会中的地位和研究内容

一、无机非金属材料在人类社会中的地位

二、无机非金属材料的研究内容

第二章 无机非金属材料的科学基础

第一节 材料结构的层次及研究方法

一、材料的结构及其层次

二、材料结构的研究方法

第二节 原子级结构

第三节 晶体结构

一、晶体

二、离子晶体

三、[SiO4]四面体的连接原则

四、典型的晶体结构类型

五、实际晶体和晶格缺陷

六、晶界和相界

第四节 非晶体结构

一、定义

二、玻璃结构

第五节 相与相图

一、多相结构

二、再结晶

三、孔与孔结构

四、相图

第六节 力学性能

一、弹性

二、脆性

三、塑性

四、韧性

五、力学强度

六、高温力学行为

第七节 热性能

一、比热容

二、热膨胀

三、热传递

第八节 传质

一、扩散

二、渗透

三、透气

第九节 电磁性能

一、电性能

二、磁性能

第三章 天然矿物材料

第一节 概述

一、天然矿物材料的定义

二、天然矿物材料的分类

三、天然矿物材料的命名

第二节 岩石的形成

一、火成岩

二、沉积岩

三、变质岩

第三节 天然矿物材料的特征及物理性能

一、化学特征

二、结构特征

三、物理性能

第四节 工程用天然矿物材料

一、碳材料

二、SiO2材料

三、单矿物硅酸盐材料

四、多矿物硅酸盐材料

五、碳酸盐材料

第五节 天然矿物材料的应用前景和技术要求

一、应用前景

二、技术要求

第四章 玻璃

第一节 概述

一、物质的玻璃态

二、玻璃的分类

三、玻璃的结构

第二节 玻璃的制作原理

一、玻璃的形成条件

二、氧化物玻璃的生成

三、玻璃的形成方法

四、传统的熔体冷却法制备玻璃的工艺

第三节 熔体与玻璃体的相变

一、玻璃的核化

二、玻璃的分相

三、玻璃的析晶

第四节 玻璃的物理性质

一、力学性质

二、粘度

三、密度

四、热学性质

五、电磁学性质

六、光学性质

第五节 玻璃的化学稳定性

一、玻璃的侵蚀机理

二、影响玻璃化学稳定性的主要因素

第六节 玻璃的着色与脱色

一、玻璃的颜色

二、玻璃的着色方式

三、玻璃的脱色

第七节 新型玻璃材料及发展方向

一、微晶玻璃

二、光导纤维玻璃

三、激光玻璃

四、光色玻璃

五、半导体玻璃

六、超声延迟线玻璃

七、非线性光学玻璃

八、生物玻璃

九、玻璃材料的发展

第五章 陶瓷

第一节 概述

一、陶瓷的定义和分类

二、我国陶瓷工业发展概况

三、陶瓷工业在现代化建设中的作用

第二节 陶瓷的制作原理

一、原料与坯料制备

二、成型

三、坯体干燥

四、陶瓷的烧成

五、施釉

第三节 陶瓷的基本特性

一、热性能

二、机械性能

三、电性能

四、磁性能

五、光学性能

六、化学性质

第四节 普通陶瓷

一、陶器

二、炻器

三、瓷器

第五节 特种陶瓷

一、氧化物陶瓷

二、非氧化物陶瓷

三、功能陶瓷

第六章 耐火材料

第一节 概述

一、耐火材料的涵义及应具备的性质

二、耐火材料的分类

第二节 耐火材料的制作原理

一、烧结耐火材料

二、熔铸耐火材料

三、不定形耐火材料

第三节 耐火材料的性质

一、化学组成和矿物组成

二、耐火度

三、荷重软化温度

四、高温体积稳定性

五、热震稳定性

六、抗蚀性

第四节 耐火材料的种类和特性

一、硅酸铝质耐火材料

二、硅质耐火材料

三、镁质耐火材料

四、轻质耐火材料

五、电熔莫来石质耐火材料

六、电熔锆刚玉质耐火材料

七、电熔高铝质耐火材料

八、熔融石英耐火材料

九、耐火混凝土

十、耐火可塑料

第七章 胶凝材料

第一节 概述

一、胶凝材料的定义与分类

二、胶凝材料发展史

第二节 胶凝材料的制作原理

一、石灰

二、石膏

三、硅酸盐水泥

第三节 胶凝材料的性能

一、胶凝材料的水化硬化

二、胶凝材料的性能

第四节 其他品种胶凝材料

一、混合硅酸盐水泥

二、特性水泥

三、镁质胶凝材料

四、水玻璃

第八章 混凝土

第一节 概述

一、混凝土的定义

二、混凝土的特点

三、混凝土的分类

四、混凝土及其技术的发展

第二节 混凝土的制作原理

一、普通混凝土

二、硅酸盐混凝土

第三节 混凝土的性能

一、新拌混凝土的性能

二、硬化混凝土的性能

第四节 其他品种混凝土

一、轻混凝土

二、高强混凝土

三、流态混凝土

四、收缩补偿混凝土

五、聚合物混凝土

六、纤维增强混凝土

七、耐热混凝土

八、耐酸混凝土

九、防辐射混凝土

十、装饰混凝土

十一、碾压混凝土

十二、高性能混凝土

第九章 纤维材料和复合材料

第一节 概述

第二节 无机纤维材料

一、概念与分类

二、纤维的特性

三、纤维的种类和性能

第三节 纤维增强复合材料

一、纤维增强复合材料及其复合规律

二、纤维增强复合材料的种类

第四节 粒子增强复合材料

一、粒子增强复合材料的混合规律

二、粒子增强复合材料的种类

第五节 面层复合材料

参考文献 2100433B

《无机非金属材料学科发展战略研究报告（2016-2020）》为国家自然科学基金委员会工程与材料科学部组织出版的无机非金属材料学科发展战略研究报告。根据工程与材料科学部的统一部署，《无机非金属材料学科发展战略研究报告（2016-2020）》从学科的国际发展趋势和国家重大需求出发，论述无机非金属学科的总体发展战略，提出10个优先发展领域：新能源材料、功能晶体、低维碳及二维材料、新型功能材料、先进结构材料、无机非金属材料制备科学与技术、无机非金属材料科学基础、传统无机非金属材料的节能环保与可持续发展、信息功能材料与器件、生物医用材料，并介绍上述各领域的内涵与研究范围，科学意义与国家战略需求，研究现状、存在问题与发展趋势分析，发展目标，未来5～10年研究前沿与重大科学问题，未来5～10年优先研究方向。

目录

前言

第1章 无机非金属材料学科发展概况 1

1.1 学科的战略地位 1

1.2 学科的发展规律和发展态势 3

1.2.1 学科发展规律 3

1.2.2 学科发展态势 5

1.3 学科的发展现状 6

1.4 学科的发展布局及发展目标 9

1.4.1 学科发展布局原则 9

1.4.2 学科总体布局 10

1.4.3 学科布局重点 11

1.4.4 学科发展目标 14

1.5 政策措施 14

参考文献 16

第2章 信息功能材料与器件 17

2.1 内涵与研究范围 17

2.2 科学意义与国家战略需求 18

2.2.1 微电子集成电路材料 18

2.2.2 光电子材料 19

2.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 21

2.3.1 研究现状与问题 22

2.3.2 发展趋势分析 26

2.4 发展目标 29

2.5 未来5～10年研究前沿与重大科学问题 32

2.5.1 研究前沿 32

2.5.2 重大科学问题 32

2.6 未来5～10年优先研究方向 33

2.6.1 面向新一代微电子的高迁移率SOI基材料 33

2.6.2 新型超高密度存储材料与器件 34

2.6.3 光互连材料与器件 34

2.6.4 第三代半导体材料 34

2.6.5 低维异质结构光电子材料 35

2.6.6 量子信息材料 35

参考文献 35

第3章 新型功能材料 38

3.1 内涵与研究范围 38

3.2 科学意义与国家战略需求 39

3.2.1 铁电与介电材料 40

3.2.2 多铁性材料 41

3.2.3 磁性材料 42

3.2.4 先进电子材料 43

3.2.5 超导材料 44

3.2.6 超构材料 44

3.2.7 发光与光存储材料 45

3.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 46

3.3.1 铁电与介电材料 47

3.3.2 多铁性材料 47

3.3.3 磁性材料 48

3.3.4 忆阻材料 49

3.3.5 超导材料 50

3.3.6 超构材料 51

3.3.7 发光与光存储材料 51

3.4 发展目标 52

3.5 未来5～10年研究前沿与重大科学问题 53

3.5.1 铁电/介电材料 54

3.5.2 多铁性材料 ” 54

3.5.3 磁性及稀土替代材料 55

3.5.4 忆阻材料 55

3.5.5 离温超导材料 55

3.5.6 超构材料 55

3.5.7 发光及光存储材料 56

3.6 未来5～10年优先研究方向 56

3.6.1 高能量密度电容器、超低损耗微波介质陶瓷、无铅压电与铁电陶瓷 57

3.6.2 多铁性材料与异质结磁电调控原理设计理论和制备技术 57

3.6.3 磁性及稀土替代材料 58

3.6.4 高性能忆阻材料、器件结构设计与性能 58

3.6.5 高温超导材料和应用研究 58

3.6.6 超构材料的结构设计及其新效应器件 58

3.6.7 发光及光存储材料 58

参考文献 58

第4章 功能晶体 61

4.1 内涵与研究范围 61

4.2 科学意义与国家战略需求 62

4.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 64

4.3.1 研究现状 64

4.3.2 存在问题 67

4.3.3 发展趋势 68

4.4 发展目标 73

4.5 未来5～10年研究前沿与关键科学问题 75

4.5.1 未来5～10年的研究前沿 75

4.5.2 关键科学问题 75

4.6 未来5～10年优先研究方向 76

4.6.1 用于高平均功率密度固体激光器的激光晶体和磁光晶体研究 77

4.6.2 大尺寸优质非线性光学晶体及扩展波段的非线性光学品体 77

4.6.3 电光晶体和压电晶体的研究和应用 78

4.6.4 高性能闪烁}帚体及其探测器件应用研究 79

4.6.5 大尺寸高质最弛豫铁电单晶生长及其应用研究 80

4.6.6 基于光学超晶格的全固态有源光子芯片的功能化及集成技术 81

4.6.7 化合物半导体光电功能晶体的研究及其应用 81

4.6.8 第三代半导体光电功能品体的研究及其应用 82

参考文献 84

第5章 生物医用材料 87

5.1 内涵与研究范围 87

5.2 科学意义与国家战略需求 87

5.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 92

5.3.1 研究现状 92

5.3.2 存在问题 93

5.3.3 发展趋势 94

5.4 发展目标 99

5.5 未来5～10年研究前沿与重大科学问题 100

5.5.1 高活性组织修复材料的构建及其在微环境中的作用机制 101

5.5.2 生物医用材料的高活性和生物功能化表/界面 101

5.5.3 生物适配材料 102

5.5.4 基于3D打印技术构建组织修复部件基础研究 103

5.5.5 新型纳米生物材料及其生物学新效应研究 103

5.6 未来5～10年优先发展方向 104

5.6.1 生物活性材料 105

5.6.2 生物材料的表/界面 105

5.6.3 生物适配材料 106

5.6.4 诊疗用纳米生物材料 107

5.6.5 基于3D打印技术的组织再生构件快速成型制造 107

参考文献 107

第6章 新能源材料 109

6.1 内涵与研究范围 109

6.1.1 内涵 109

6.1.2 研究范围 110

6.2 科学意义与国家战略需求 111

6.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 113

6.3.1 太阳能转换材料 115

6.3.2 燃料电池材料 121

6.3.3 热电材料 126

6.3.4 新能源储存材料 127

6.4 发展目标 133

6.5 未来5～10年研究前沿与重大料学问题 134

6.5.1 新能源材料对新能源的吸收机制 134

6.5.2 新能源材料能罱转换机制 135

6.5.3 新能源材料与器件性能及工作状态下其关键过程的测试与表征 135

6.6 未来5～10年优先研究方向 136

参考文献 136

第7章 低维碳及二维材料 138

7.1 内涵与研究范围 138

7.2 科学意义与国家战略需求 140

7.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 142

7.3.1 研究现状与问题 143

7.3.2 发展趋势 148

7.4 发展目标 150

7.5 未来5～10年研究前沿与重大科学问题 152

7.6 未来5～10年优先研究方向 153

7.6.1 晶圆尺寸电子级低维碳和二维材料的制备科学 153

7.6.2 低维碳和二维材料在光电器件中的应用探索 153

7.6.3 低维碳和二维材料在电子器件巾的应用探索 153

7.6.4 低维碳和二维材料在能源等领域的应用探索 153

7.6.5 石墨炔研究及新型低维碳和二维材料探索 154

参考文献 154

第8章 先进结构材料 160

8.1 内涵与研究范围 160

8.1.1 超硬材料 161

8.1.2 先进结构陶瓷 161

8.1.3 高性能结构复合材料 162

8.2 科学意义与国家战略需求 165

8.2.1 超硬材料 165

8.2.2 先进结构陶瓷 166

8.2.3 高性能结构复合材料 167

8.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 168

8.3.1 超硬材料 168

8.3.2 先进结构陶瓷 170

8.3.3 高性能结构复合材料 173

8.4 发展目标 176

8.5 未来5~10年研究前沿与重大科学问题 177

8.5.1 超硬材料 177

8.5.2 先进结构陶瓷 177

8.5.3 高性能结构复合材料 178

8.6 未来5～10年优先研究方向 179

8.6.1 超硬材料 179

8.6.2 先进结构陶瓷 179

8.6.3 高性能结构复合材料 180

参考文献 180

第9章 传统无机非金属材料的节能环保与可持续发展 185

9.1 内涵与研究范围 185

9.1.1 内涵 185

9.1.2 研究范围 185

9.2 科学意义与国家战略需求 189

9.2.1 水泥和混凝土 189

9.2.2 玻璃 190

9.2.3 耐火材料 191

9.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 192

9.3.1 水泥和混凝土 192

9.3.2 玻璃 196

9.3.3 耐火材料 200

9.4 发展目标 203

9.4.1 水泥和混凝土 203

9.4.2 玻璃 203

9.4.3 耐火材料 203

9.5 未来5～10年研究前沿与重大科学问题 204

9.5.1 水泥和混凝土 204

9.5.2 玻璃 205

9.5.3 耐火材料 207

9.6 未来5～10年优先研究方向 208

9.6.1 水泥和混凝土 208

9.6.2 玻璃 209

9.6.3 耐火材料 210

参考文献 211

第10章 无机非金属材料科学基础 214

10.1 内涵与研究范围 214

10.2 科学意义与国家战略需求 215

10.2.1 计算材料科学 215

10.2.2 材料基因工程 216

10.2.3 结构-性能关系和微结构效应 217

10.2.4 相图-多尺度微结构和介观材料科学 218

10.3 研究现状、存在问题与发展趋势分析 220

10.3.1 计算材料科学 220

10.3.2 材料基因组工程 221

10.3.3 结构-降能关系和微结构效应 222

10.3.4 相图-多尺度微结构和介观材料科学 223

10.4 发展目标 226

10.4.1 计算材料科学 226

10.4.2 材料基因组工程 226

10.4.3 结构-降能关系和微结构效应 226

10.4.4 相图-多尺度微结构和介观材料科学 227

10.5 未来5～10年研究前沿与重大科学问题 227

10.5.1 计算材料科学 227

10.5.2 材料基因组工程 228

10.5.3 结构-性能关系和微结构效应 230

10.5.4 相图多尺度微结构和介观材料科学 230

10.6 未来5～10年优先研究方向 231

10.6.1 计算材料科学 231

10.6.2 材料基因组工程 231

10.6.3 结构-性能关系和微结构效应 232

10.6.4 相图-多尺度微结构和介观材料科学 232

参考文献 233

第11章 无机非金属材料制备科学与技术 236

11.1 内涵与研究范围 236

11.1.1 陶瓷材料 236

11.1.2 薄膜材料 238

11.2 科学意义与国家战略需求 239

11.3 研究现状、存在问题与发展趋势分 2100433B

"《学科发展战略研究报告》序

前言

第一部分概述

第1章无机非金属材料学科发展战略研究报告概述

第2章无机非金属材料学科的战略地位

2.1无机非金属材料的特点

2.2无机非金属材料学科的作用

2.2.1无机非金属材料对科学技术发展所起的作用

2.2.2无机非金属材料对国民经济和社会进步所起的作用

2.2.3无机非金属材料对国防建设所起的作用

第二部分无机非金属材料学科的研究现状、

发展趋势与科学问题

第3章材料科学技术的发展趋势

第4章主要领域的研究现状、发展趋势与科学问题

4.1结构陶瓷与复合材料

4.1.1结构陶瓷与复合材料的战略地位

4.1.2结构陶瓷和复合材料的研究现状与发展趋势

4.1.3结构陶瓷及复合材料的共性科学问题

参考文献

4.2功能陶瓷

4.2.1功能陶瓷的研究现状

4.2.2功能陶瓷材料的发展趋势与重要科学问题

4.2.3功能陶瓷的共性科学问题

参考文献

4.3信息功能材料

4.3.1信息功能材料韵研究现状

4.3.2信息功能材料发展趋势

4.3.3信息功能材料的共性科学问题

参考文献

4.4纳米材料与纳米结构

4.4.1研究现状

4.4.2发展趋势

4.4.3重要科学问题

参考文献

4.5人工晶体

4.5.1国内外研究现状和发展趋势

4.5.2共性科学问题

参考文献

4.6新能源材料

4.6.1研究新能源材料意义

4.6.2发展现状及趋势

4.6.3重要科学问题

参考文献

4.7生物医学材料和仿生材料

4.7.1生物医学材料

4.7.2仿生材料

参考文献

4.8生态环境材料

4.8.1研究现状与发展趋势

4.8.2重要科学问题参考文献

4.9传统无机非金属材料

4.9.1水泥及混凝土

4.9.2玻璃

4.9.3陶瓷

4.9.4耐火材料

4.9.5传统无机非金属材料的共性科学问题

参考文献

第5章无机非金属材料学科的共性科学问题

第三部分无机非金属材料学科的发展战略

第6章发达国家无机非金属材料学科的发展战略

6.1美国的发展战略

6.2欧盟的发展战略

6.3日本的发展战略

6.4美国、欧盟、日本的研究发展战略的共性与差异

参考文献

第7章我国无机非金属材料学科的发展战略

第四部分无机非金属材料学科的优先

发展领域和重点支持方向

第8章无机非金属材料学科的优先发展领域

8.1纳米材料与纳米结构

8.2光电子材料

8.3新能源材料

8.4生物医学材料

8.5环境协调的材料制备技术

第9章无机非金属材料学科的重点支持方向

9.1结构陶瓷和复合材料

9.2功能陶瓷

9.3信息功能材料

9.4纳米材料与纳米结构

9.5人工晶体

9.6新能源材料

9.7生物医学材料和仿生材料

9.8生态环境材料

9.9传统无机非金属材料

第10章发展无机非金属材料学科的措施与建议

致谢2100433B