核科学百年讲座第七讲核科学技术在材料科学中的应用

核科学技术和材料科学的结合产生了一门新兴的交叉学科——核材料(也称核固体)，主要指核技术在材料分析、物质改性和新材料研制合成中的应用．文章介绍核技术在材料科学中的应用历史、现状及其前景，包括基本物理原理．     

近代陶瓷的现状与未来

 新材料是现代科学技术发展的物质基础,随着科学技术的飞速发展,人们越来越普遍地认识到材料科学在现代文明进步中的支柱和先导作用.因此近半个世纪来,世界各发达国家都加倍重视新材料的开发与研究,其中近代陶瓷是材料科学中倍受青睐的领域之一.     

物理学与材料科学结合的机遇与挑战

物理学，特别是凝聚态物理学与材料科学的交叉在近几十年已取得丰硕的研究成果，文章分四部分：（1）简要介绍了材料与材料科学的基本概念；（2）回顾近代历史上物理学与材料科学交叉的一些典型例子；（3）介绍在表面和界面、缺陷、理论和模型、微结构表征、新材料以及新工艺等领域物理学与材料科学交叉的简况及材料研究的一些前沿问题；（4）讨论物理学在纳米材料发展中的作用。     

表面科学研究回顾与21世纪发展展望

表面与界面是材料物理、化学性质发生空间突变的二维区域,材料的许多重要物理、化学过程首先发生在表面,同时材料的很多破坏和失效也首先起源于表面和界面。因此,表面是材料与外部环境直接发生联系的窗口,从研究材料表面界面的各种物理化学过程入手最终可以达到改善材料性能的目的。过去１０年中,材料表面科学在促进材料科学基础研究、推动新材料新技术发展中发挥了关键作用。世纪之交乃至下一世纪,表面科学将面临新的挑战和机     

原子设计材料科学与技术(Ⅰ)

科学实验技术的发展，使得人们有可能在原子尺度上人工合成材料，例如，原子团簇、团簇材料、线性链、多层异质结构、超薄膜等．这些材料的特征是维数低，对称性减小，几何特征显著．文章强调原子工程作为这些领域的交接点，重点讨论了原子设计材料的合成、表征和应用．考察了有限尺度和减少维数对这些材料的电磁、光和化学性质的影响和作用．从物理学、化学、材料科学和化学工程等多学科的角度研究了这一新出现领域的现状和未来     

物理学中一些前沿领域介绍

 自然界是无限广阔和丰富多彩的,物理学是自然科学中最基本的科学,它是研究物质运动形式和规律,物质的结构及其相互作用,以及如何应用这些规律去改造自然界的,是许多科学技术领域的理论基础.从本世纪开始,物理学经历了极其深刻的革命,从对宏观现象研究发展到对微观现象研究,从研究低速运动发展到研究高速运动,由此诞生了相对论和量子力学,并在许多科技领域中引起深刻的变革.物理学在认识改造物质世界方面不断取得伟大成就,不断揭示物质世界深奥的秘密,而社会的发展又对物理学提出无穷无尽的研究课题.例如原子能的利用,使人类掌握了核武器和新能源;激光技术的出现,焕发了经典光学物理的青春,使许多以往光学技术办不到的事情,现在能办到了;半导体科学技术的发展,导致了计算技术、无线电通讯和自动控制的革命.     

从电子技术(实物)到光子技术(场)

当前，人类正进入信息化时代；这是微电子技术、光电子技术、通信技术、计算机科学与技术、自动化、精密机械等应用性很强的科学技术综合发展的结果．在迈人信息化社会的进程中，光电子技术起着十分重要的作用．它是继微电子技术之后，近十几年来迅速发展的新兴高科技，集中了固体物理、导波光学、材料科学、微细加工和半导体的科研成就，成为电子技术与光子技术的自然结合与扩展，是具有强烈应用背景的新兴交叉学科．这些都说明了从电荷-电子-电子学-电子工程-电子技术到光-光子-光子学-光子工程-光子技术发展的必然趋势，也是从量子力学（实物）到量子电动力学、量子场论（场）发展的必然结果：信息技术的发展在20世纪是由电子学向光电子学发展的阶段；     

材料物理学的学科交叉性

材料物理学是介于物理学与材料学之间的一门边缘学科,涉及到包括晶体学、材料力学、物理化学、材料科学基础及材料性能在内的多个学科分支,同时,物理学中的一些分支如热力学、弹塑性理论、统计物理、量子力学、固体物理学等也是其重要基础。它具有明显交叉学科性质的课程,通过巧妙构思,在问题的引入、课程的设计及课堂实验展示等方面充分体现其学科交叉性,可激发学生的学习兴趣,帮助学生学以致用,提高学生学习基础理论的积极主动性。     

半导体材料科学发展的历史回顾

半导体科学技术是２０世纪中最伟大和最重要的科技成就之一。在高新技术迅速发展的今天，重温其发展历程，总结其发展规律和认识其发展特点，具有重要的现实意义。作者着重评述了近半个世纪以来，半导体科学技术在材料、物理、器件与工艺四个领域内所取得的一系列重大进展。     

原子分子物理在材料科学中的应用

在现代社会中,材料、能源和信息被认为是现代文明的三大支柱,而其中材料又是一切技术发展的物质基础。材料的发展是由简单到复杂,由以经验为主到以理论知识为基础,材料的发展一直是人类进化的重要里程碑。 材料科学主要研究材料的成分、分子或原子结构,微观及宏观组织以及加工制造工艺和性能之间的关系,传统材料的发展依赖于经验的长期积累和不断的炒菜式的实践,理论指导不起太大的作用。而要使材料科学进一步发展必须定量化、微观化和现代化。著名物理学家理查德·费因曼在1959年曾说过:“如果有一天可以按人的意志安排一个个原子,将会产生怎么样的奇迹呢”?今天这个美好的设想已有可能成为现实。因为现代原子分子物理已经发展到能够在原子分子水平上合成和设计新材料,这项理论和技术的发展将会形成新的高科技领域。 原子、分子物理是研究原子和分子的结构、性质、相互作用和运动规律的学科,它阐明物理学基本定律,提供各种各样的原子分子信息和数据,是其他学科向微观深入发展的桥梁,并可为邻近学科提供理论与实验方法和有效数据,促进邻近学科的发展和边缘学科的形成。如原子分子团簇是当前原子分子和材料科学共同的研究前沿,它的研究可揭示从单个原子到凝聚态演变的规律,为材料设计和材料的改性提     

材料科学与工程专业固体物理课程教学研究

固体物理是物理、材料、电子等相关专业的一门重要的基础课程,国内绝大多数高校的材料科学与工程专业以必修或者选修的方式开设固体物理课程.本文根据材料科学与工程专业的专业特点、学生特点及课程设置等,分别从课程教学存在的问题和课程教学改革两个方面进行课程教学改革研究.     

半导体材料基因组计划:硅基发光材料

材料基因组计划旨在通过实验、计算和理论的有机整合协同创新, 实现新材料研发周期减半, 成本降低到现有的几分之一, 以期加速在清洁能源、国家安全、人类福利等方面的进步. 半导体材料的研究和发展奠定了半导体科学技术在当前人类社会发展中至关重要的地位, 半导体材料基因组计划的实施将促使半导体科学技术的研究和应用进入一个崭新的时代. 本文基于基因遗传算法理论设计硅基发光材料的研究工作探讨了半导体材料基因组计划的实施构想. 首先简单介绍了硅基发光的应用前景和开发硅基发光材料所面临的挑战. 随后介绍了基于模拟达尔文物种进化的基因遗传算法和高精度高性能的能带结构计算方法, 设定高效带边发光这一目标, 逆向设计拥有直接带隙发光的二维Si/Ge超晶格和一维Si/Ge核-多壳纳米线, 为实施半导体材料基因组计划提供了一个范例, 显示了材料基因组计划的强大力量和巨大价值. 最后对半导体材料基因组计划的实施提了几点建议.     

近代电子显微学在材料科学上的应用

固体材料的应用日趋广泛,稳定材料工艺、改善性能、不断探索具有特定性能的新材料是生产斗争向材料科学提出的问题.材料科学的一个重要任务是了解材料的形成和处理过程、结构(包活晶体结构、缺陷、组分等)以及性能之间的相互关系,总结其规律.材料的形成过程不同会使材料的结构和性能有差异,各种材料的物理性能(力学、光学、电学、磁学和超导性能等)又大都与结构有关,因而研究材料结构是了解材料工艺与性能之间关系的一个重要桥梁,是为稳定工艺条件、改善性能、探索新材料提供资料的一个重要方面. 电子显微学是用电子显微镜来研究各种材料微…     

大学物理实验课程的建设思想与教学实践

物理学在人的科学素质培养中具有重要的地位，物理实验课程曾经为培养20世纪的优秀人才做出了卓越的贡献．实验为物理学的基础，它反映了理工科实验的共性和普遍性问题．20世纪中叶以来，以计算机信息科学技术、生命科学、空间科学、材料科学等为代表的新的科学技术革命，极大地加速了科学技术的发展和各学科之间的相互交叉和渗透，新的综合化趋势已成为科学发展的主流．因此，高等教育人才培养的思路必然要适应这些变化；课程体系，教学内容和教学方法、手段必     

阴极射线发光分析方法及其在新材料研究中的应用

阴极射线发光分析方法是研究材料的结构和能态的重要手段。近年来,这种分析方法的灵敏度和功能等都获得很大改善,特别是在扫描电镜中,将阴极射线发光、二次电子、背散射电子和Ｘ射线特征谱等结合起来形成的综合测量方法,成为研究材料结构和微区性质的有力工具。文章介绍阴极射线发光分析方法的基本原理及其在ＧａＮ,ＳｉＣ,ＺｎＯ和量子线等新材料研究中的应用实例。     

迅速发展中的电子及光电子材料

 通讯、计算机和控制技术统称为信息技术,电子材料和光电子材料是现代信息技术发展的基础,它们是信息的获取、传输、存储、显示及处理和运算的各种材料。以电子为媒介而传递信息,因为电子的传输速度受其质量（静止质量ｍ＝９．１ｘ１０－３１千克）影响,有一定限度,所以,随着对信息传输容量和速度的要求不断提高,而光子作为更高频率和速度的信息载体就被应用,从而又出现了与电子技术、微电子技术交叉发展的光电子技术。 一、电子材料 电子材料包括半导体材料、介电材料、压电及铁电材料、磁性材料及某些金属材料、高分子材料及其他相关材料等,这里半导体材料尤其重要。     

从2011年中考看“新型”电阻的应用

近年来一些新型电阻广泛应用在智能电路中,一些以新型电阻为情境的试题随之出现．此类试题不仅体现了“从物理走向生活,从生活走向社会”的课改新理念,而且还能引导学生关注科技前沿和新材料的发展情况,因而成为中考命题的热点。此类题目往往较新颖,学生平时练习较少,得分率较低．为此,笔者结合2011年中考的题目,对新型电阻的应用进行分析．     

纳米科学技术—面向21世纪的新科技

９０年代初，一门全新的科学技术即纳米科学技术在世界范围内出现．纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的多学科技术，它包括纳米材料学、纳生物学、纳电子学和纳机械学等．在此，纳米不仅意味着其空间尺度，而且提供了一种新的思考方式，也就是利用越来越小的精细技术生产出所需要的产品．纳米科学技术最终目标是直接操纵单个原子和分子制造具有特定功能的产品．纳米科学技术将成为下个世纪最重要的高技术．     

合金的解剖：场离子显微镜原子探针材料分析

场离子显微镜原子探针是进行材料原子尺度微观组织结构分析的极有力工具．应用该技术可研究非常广泛的冶金与半导体问题．本文概要地描述了场离子显微镜原子探针的组成、类型、特性和工作方式；并以马氏体时效钢与高温超导体研究为例，讨论了该种技术在材料科学中的应用．     

原子设计材料科学与技术（I）

科学实验技术的发展，使得人们有可能在原子尺度上人工合成材料，例如，原子团簇，团簇材料，线性链、多层异质结构，超薄膜等，这些材料的特征是维数低，对称性减小，几何特征显著，文章强调原子工程作为这些领域的交接点，重点讨论了原子设计材料的合成，表征和应用，考察了有限尺度和减少维数对这些材料的电磁、光和化学性质的影响和作用，从物理学，化学、材料科学和化学工程等多学科的角度研究了这一新出现领域的现状和未来。