適讀人群 ：產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員、工程技術(shù)人員，相關(guān)專業(yè)在校師生及研究人員
本書(shū)全面系統(tǒng)地介紹了各種功能材料的種類、性能及其應(yīng)用技術(shù)，從而向廣大讀者展現(xiàn)了一個(gè)豐富多彩的功能材料世界。對(duì)于各行各業(yè)使用功能材料的產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員和工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，他們通過(guò)閱讀本書(shū)，能夠進(jìn)一步了解功能材料的性能和應(yīng)用，更好地 進(jìn)行新產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)；對(duì)于材料研究人員來(lái)說(shuō)，他們通過(guò)閱讀本書(shū)，能夠拓寬視野，促進(jìn)材料研究；本書(shū)也可作為相關(guān)專業(yè)在校師生的參考書(shū)。
本書(shū)主要內(nèi)容包括金屬功能材料、無(wú)機(jī)功能材料、有機(jī)功能材料、特殊功能材料四部分，各部分內(nèi)容如下：
1）金屬功能材料部分包括高溫合金、阻尼合金、彈性合金、膨脹合金、貯氫合金、非晶合金、磁性材料、電功能合金、形狀記憶合金、泡沫金屬。
2）無(wú)機(jī)功能材料部分包括半導(dǎo)體材料，高性能結(jié)構(gòu)陶瓷，光電功能陶瓷，敏感陶瓷，功能玻璃，微晶玻璃和纖維玻璃，光學(xué)晶體，激光晶體，電、磁、力、溫度功能晶體，無(wú)機(jī)非金屬生物醫(yī)用材料。
3）有機(jī)功能材料部分包括結(jié)構(gòu)高分子，有機(jī)光功能材料，電功能高分子，化學(xué)功能高分子，高分子液晶，其他功能高分子，形狀記憶高分子，醫(yī)藥功能高分子。
4）特殊功能材料部分包括電、波、熱、光功能復(fù)合材料，結(jié)構(gòu)功能復(fù)合材料，梯度功能材料，納米功能材料，碳納米功能材料。
第２版前言
世界是由物質(zhì)組成的，物質(zhì)的基礎(chǔ)就是材料。材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類進(jìn)步的里程碑。人類社會(huì)發(fā)展史上的石器時(shí)代、青銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代就是按照人類所使用的主要材料來(lái)劃分的。在高度文明的今天，材料與信息、能源、生物技術(shù)并稱為現(xiàn)代文明的四大支柱。而且，材料應(yīng)該是支柱中的支柱，即其他的支柱，信息、能源、生物技術(shù)的發(fā)展都離不開(kāi)材料的發(fā)展。
材料的種類十分繁多，它所涉及的領(lǐng)域也十分寬廣。通常按材料組成物質(zhì)的屬性特點(diǎn)將材料劃分為三大類，即金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料（或稱陶瓷材料）、高分子材料（有機(jī)材料）。
實(shí)質(zhì)上，這種劃分方法也體現(xiàn)了材料內(nèi)部結(jié)合鍵的特征。金屬材料的原子主要以金屬鍵相結(jié)合，無(wú)機(jī)非金屬材料主要以離子鍵相結(jié)合，而高分子材料則以共價(jià)鍵和分子鍵相結(jié)合。
隨著復(fù)合材料的發(fā)展，復(fù)合材料已逐漸被提到與上述三大材料并列的地位。其組分由上述三類材料中的一種、兩種或三種構(gòu)成。
另一方面，材料按用途可分為兩大類：一類是結(jié)構(gòu)材料，通常是指利用其力學(xué)性能制造機(jī)器和工程結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的材料；另一大類是指利用材料的物理、化學(xué)和生物學(xué)等性能制造具有電、磁、光、聲、熱、生物等功能器件的材料，如磁性材料、光學(xué)材料、電子材料等，近年來(lái)把這些材料統(tǒng)稱為功能材料。
功能材料常常是知識(shí)密集、多學(xué)科交叉、技術(shù)含量高的產(chǎn)品。自２００８年本書(shū)第１版出版以來(lái)，隨著高科技的發(fā)展，微電子工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)、新能源、自動(dòng)化技術(shù)、空間技術(shù)、海洋技術(shù)、生物和醫(yī)學(xué)工程等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅速興起并飛速發(fā)展，一些先進(jìn)的材料制備技術(shù)被用來(lái)制備功能材料，如真空鍍膜（包括離子鍍、電子束蒸發(fā)沉積、離子注入、激光蒸發(fā)沉積等）、分子束外延、快速凝固、機(jī)械合金化、單晶生長(zhǎng)、極限條件下（高溫、高壓、失重） 制備材料等技術(shù)。采用這樣一些先進(jìn)的材料制備技術(shù)，可以獲得具有超純、超低缺陷密度、微觀結(jié)構(gòu)高度精細(xì)（如超晶格、納米多層膜、量子點(diǎn)等）、亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)等微觀結(jié)構(gòu)特征的材料。材料功能的應(yīng)用得到了更大的發(fā)展，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)了日益重要的地位。
本書(shū)全面系統(tǒng)地介紹了各種功能材料的基本性能及其實(shí)際應(yīng)用，從而向廣大讀者展現(xiàn)了一個(gè)豐富多彩的材料世界。對(duì)于各行各業(yè)使用功能材料的產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員和工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，他們通過(guò)閱讀本書(shū)，能夠進(jìn)一步了解功能材料的性能和應(yīng)用，更好地進(jìn)行新產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)；對(duì)于材料研究人員來(lái)說(shuō)，他們通過(guò)閱讀本書(shū)，能夠拓寬視野，促進(jìn)材料研究；本書(shū)也可作為相關(guān)專業(yè)在校師生的參考書(shū)。
在本次修訂過(guò)程中，作者對(duì)初版中存在的錯(cuò)誤做了改正；并且基于近幾年納米材料的進(jìn)展和功能材料的制備技術(shù)的發(fā)展，對(duì)新的材料功能應(yīng)用做了一些補(bǔ)充，例如，增加了無(wú)機(jī)功能材料在醫(yī)用方面的應(yīng)用內(nèi)容，以及近年來(lái)發(fā)展較好的碳納米材料（富勒烯、碳碳納米管和石墨烯）的相關(guān)內(nèi)容。
在編寫(xiě)過(guò)程中，參考了國(guó)內(nèi)外同行的大量文獻(xiàn)，在此謹(jǐn)向有關(guān)人員表示衷心的感謝！
由于材料科學(xué)涉及內(nèi)容廣泛，作者水平有限，書(shū)中錯(cuò)誤之處在所難免，敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。
最后謹(jǐn)將此書(shū)獻(xiàn)給２０１７年３月７日逝世的材料科學(xué)先驅(qū)、我們敬愛(ài)的導(dǎo)師徐祖耀院士，感謝他在本書(shū)的編寫(xiě)和出版過(guò)程中的多次關(guān)切和指導(dǎo)。
作 者
第１版前言
材料是人類文明的象征，材料的發(fā)展史就是人類文明的發(fā)展史。通常材料分成結(jié)構(gòu)材料（ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｍａｔｅｒｉａｌｓ）和功能材料（ｆｕｎｃｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓ） 兩大類。結(jié)構(gòu)材料以使用材料的力學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)，能在常溫下承受外加載荷而保持其形狀和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，它在物件中起著“結(jié)構(gòu)力學(xué)性能”的作用。功能材料是指材料除具有結(jié)構(gòu)力學(xué)性能外，還具有一種或幾種特定功能的材料，如具有特殊力、電、磁、光、聲、熱、化學(xué)以及生物功能的新型材料，它是信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)等高技術(shù)領(lǐng)域和國(guó)防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料，同時(shí)也對(duì)改造某些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，如農(nóng)業(yè)、化工、建材等起著重要作用。它具有特殊優(yōu)良的力學(xué)、物理、化學(xué)和生物功能，在物件中起著一種或多種除結(jié)構(gòu)力學(xué)性能外的特殊“功能”作用。
近代功能材料的概念是由美國(guó)貝爾研究所ＪＡＭｏＭｏｎ博士在１９６５年首先提出來(lái)的。但人類對(duì)功能材料的研究和應(yīng)用遠(yuǎn)早于１９６５年，因?yàn)閺牟牧媳旧韥?lái)說(shuō)，每種材料都具有力學(xué)、物理、化學(xué)等性能，只是受科學(xué)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用需求的限制，除它的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能外，它的其他特殊功能性，如金屬材料的導(dǎo)電性、磁性、彈性等，在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)發(fā)展緩慢。從２０世紀(jì)５０年代以來(lái)，各種現(xiàn)代技術(shù)，如微電子、激光、紅外、光電、空間、能源、計(jì)算機(jī)、機(jī)器人、信息、生物及醫(yī)學(xué)等技術(shù)的興起，強(qiáng)烈刺激了材料功能性的發(fā)展。同時(shí)，由于固體物理、固體化學(xué)、量子理論、結(jié)構(gòu)化學(xué)、生物物理和生物化學(xué)等學(xué)科的飛速發(fā)展，以及各種制備功能材料的新技術(shù)和現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，許多新的功能材料不僅已在實(shí)驗(yàn)室中研制出來(lái)，而且已批量生產(chǎn)和投入實(shí)際使用。它們賦予高技術(shù)以新的內(nèi)涵，促進(jìn)了高技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。功能材料的發(fā)展、研究和應(yīng)用已成為當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要支柱和人類社會(huì)文明的新里程碑。
鑒于功能材料的重要地位，世界各國(guó)均十分重視功能材料技術(shù)的研究。１９８９年，美國(guó)２００多位科學(xué)家撰寫(xiě)了《９０年代的材料科學(xué)與材料工程》的報(bào)告，建議政府支持的６類材料中，有５類屬于功能材料。從１９９５年至２００１年，每?jī)赡旮乱淮蔚摹睹绹?guó)國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)》報(bào)告中，特種功能材料和制品技術(shù)占了很大的比例。２００１年，日本文部省科學(xué)技術(shù)政策研究所發(fā)布的第七次技術(shù)預(yù)測(cè)研究報(bào)告中，列出了影響未來(lái)的１００項(xiàng)重要課題，一半以上的課題為新材料或依賴于新材料發(fā)展的課題，而其中絕大部分為功能材料。歐盟的第六框架計(jì)劃和韓國(guó)的國(guó)家計(jì)劃等，在他們的最新科技發(fā)展計(jì)劃中，都把功能材料技術(shù)列為關(guān)鍵技術(shù)之一加以重點(diǎn)支持。
功能材料也是現(xiàn)代新型材料的代名詞，代表了當(dāng)前新材料發(fā)展的趨勢(shì)。可以認(rèn)為，現(xiàn)代新材料的發(fā)展主要是功能材料的發(fā)展。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得適應(yīng)高技術(shù)的各種新型功能材料如雨后春筍，不斷涌現(xiàn)。材料的功能性涉及各類材料，一種材料可集多種特殊功能于一體，它的應(yīng)用又普及到各個(gè)領(lǐng)域，隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，新的功能特性不斷出現(xiàn)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。由于功能材料本身的范圍不能嚴(yán)格地界定，分類也很難清晰明確，達(dá)到完全合理統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，故迄今還不能有一個(gè)公認(rèn)的分類方法。現(xiàn)有的分類方法歸納如下：
１）按材料類型分類，可分為金屬功能材料、無(wú)機(jī)非金屬功能材料（陶瓷、玻璃、非晶態(tài)）、有機(jī)功能材料（高分子、塑料）、復(fù)合功能材料（梯度材料）。
２）按材料功能性質(zhì)分類，可分為磁性材料、電性材料、光學(xué)材料、聲學(xué)材料、力學(xué)材料、熱學(xué)材料、化學(xué)功能材料。
３）按使用領(lǐng)域分類，可分為電子材料、信息材料、儀器儀表材料、能源材料、核材料、航天航空材料、建筑材料、環(huán)境材料、生物醫(yī)用材料。
由于一種材料本身具有多功能的性質(zhì)，一種功能性質(zhì)可包含多種不同的材料，而對(duì)特定的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)有多種材料和多種功能的交叉情況。因此，難以達(dá)到各類工程技術(shù)專業(yè)人員，各行各業(yè)都普遍適用和理想的一種分類法。本書(shū)使用按材料類別的分類方法。另外，通常作為結(jié)構(gòu)材料而使用的材料，由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，它的力學(xué)功能也得到了新的延伸；由于新材料、新工藝的發(fā)展，展現(xiàn)了這些材料新的結(jié)構(gòu)應(yīng)用特性，使功能材料與結(jié)構(gòu)材料的界限亦變得模糊。本書(shū)中對(duì)這些新的結(jié)構(gòu)功能也做了部分闡述。
由于作者水平有限，書(shū)中的不足之處在所難免，歡迎廣大讀者批評(píng)和指正。
作 者
第１版序
除少數(shù)具有一定物理性能的材料，如磁性材料等，早已研發(fā)、應(yīng)用以外，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在２０世紀(jì)后期，各具不同物理、化學(xué)、生物功能的材料相繼涌現(xiàn)， “功能材料”一詞應(yīng)運(yùn)而生，并與以力學(xué)性能為主的“結(jié)構(gòu)材料” 交相輝映。盡管有時(shí)結(jié)構(gòu)材料同時(shí)具有某些特殊性能，如鋼中的不銹鋼和水泥中的防凍和減聲水泥，而功能材料也具有一定的力學(xué)性能，因此有人設(shè)想發(fā)展結(jié)構(gòu)與功能一體化的材料。但一般材料或主要以其力學(xué)性能作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用，或主要顯示其物理、化學(xué)或生物性能作為功能材料應(yīng)用，因此將材料分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類已普遍為材料界所認(rèn)可。功能材料類別眾多，特性各異，不同的材料具有不同的物理基礎(chǔ)（如聲、光、電等基礎(chǔ)），或化學(xué)、生物基礎(chǔ)。目前國(guó)內(nèi)外僅有少量全面介紹功能材料的著作，而研究材料和應(yīng)用材料（包括機(jī)電產(chǎn)品的材料設(shè)計(jì)） 人員普遍需要這類書(shū)籍。張?bào)K華教授編著的《功能材料及其應(yīng)用》一書(shū)，即將由機(jī)械工業(yè)出版社出版，正好順應(yīng)社會(huì)需求，甚感欣慶。
本書(shū)作者在上大學(xué)時(shí)攻讀材料物理，以后又經(jīng)研究生階段精修學(xué)業(yè)。獲得博士學(xué)位后，曾在中國(guó)科學(xué)院冶金研究所進(jìn)行功能材料研究，再轉(zhuǎn)入他的母校上海交通大學(xué)的材料學(xué)院工作，擔(dān)任博導(dǎo)，教授“固體物理” 及“材料相變” 等課程。在教書(shū)育人的同時(shí)，繼續(xù)對(duì)功能材料的相變課題做深入研究，發(fā)表了多篇頗有價(jià)值的論文，參與編寫(xiě)研究生教材。本書(shū)按金屬功能材料、無(wú)機(jī)（陶瓷、玻璃、晶體）功能材料、有機(jī)功能材料及特殊（復(fù)合、梯度、納米）功能材料分類進(jìn)行敘述，頗為得體。本書(shū)內(nèi)容豐富，編排得當(dāng)，適合功能材料知識(shí)的普及提高，有利于材料專業(yè)人員的學(xué)習(xí)。本書(shū)的出版將對(duì)學(xué)術(shù)繁榮和我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出積極的貢獻(xiàn)。為慶賀本書(shū)的出版，特略志數(shù)語(yǔ)，聊以為序。
中國(guó)科學(xué)院院士上海交通大學(xué)教授《功能材料》刊物顧問(wèn)
徐祖耀
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