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《材料科学与工程基础》教学大纲课程名称：材料科学与工程基础课程英文名称：Introduction to the Science andEngineering of Materials课程编码：0802ZY017 课程类别/性质：学科基础/选修学分：2学分总学时/理论/实验（上机）：32/32/0开课单位：化工学院适用专业：高分子材料与工程专业先修课程：无机及分析化学，有机化学一、课程简介《材料科学与工程基础》是高分子材料与工程专业学科基础课程。
是一门研究材料的结构、性能、加工和使用状况四者间关系的交叉学科。
材料科学、材料工业和高新技术的发展要求高分子材料与工程专业的学生必须具备“大材料”基础和“中材料”专业的宽厚知识结构。
开设材料科学与工程基础这门课程，主要是为了使学生建立“大材料”基础。
通过学习材料科学与工程基础，学生将接触到金属材料、无机非金属材料、高分子材料以及复合材料等各种材料，学生能清楚地认识到高分子材料在整个材料家族中所具有的结构特点、性能优势、加工特殊性以及合适的应用领域，为学生以后进一步学习高分子材料和从事材料科学与工程方面的工作打下基础。
《Introduction to the Science and Engineering of Materials》is a basic course of polymer materials and engineering. It is an interdisciplinary subject that studies the relationship between the structure, properties, processing and use of materials. The development of material science, material industry and high technology requires that students majoring in polymer materials and engineering must have the foundation of "big materials" and the generous knowledge structure of "medium materials". The course of fundamentals of materials science and engineering is mainly to enable students to establish the foundation of "big materials". By studying the fundamentals of materials science and engineering, students will be exposed to various materials such as metal materials, inorganic non-metallic materials, polymer materials and composites. Students can clearly understand the structural characteristics, performance advantages, processing particularity and appropriate application fields of polymer materials in the whole material family, Lay a foundation for students to further study polymer materials and engage in material science and Engineering in the future.二、课程教学目标通过本课程的学习使学生掌握材料物质结构、性质、加工和使用性能间的相互联系，培养学生具备“大材料”基础和“中材料”专业的宽厚知识结构，使学生建立“大材料”观。
材料科学与工程基础学习心得
从小，我就一直对材料科学与工程充满了好奇。
作为一名有着对工程
技术的热爱的大学生，学习材料科学与工程让我感到异常的兴奋与振奋。
在本学期材料科学与工程基础课程的学习中，从金属材料、非金属材料、复合材料、结构材料和功能材料的材料学的本质出发，深入了解材料
的物理性质、力学性质、热学性质、电学性质、化学性质以及表面性质等
方面，全面掌握认识这些基础性学科，以求对材料科学与工程有切身的体
会和理解。
课堂上我得到了全面的授课，让我做到学以致用，在认识正确的基础
上来理解和分析材料的特性，并从中学习如何挥发材料的特性，从而满足
不同的应用需求。
同时，课堂上我也了解到了材料工程在信息技术、医学、能源、环境
保护等领域的应用，以及材料工程从材料结构到最终产品的制造转变过程，这让我对材料科学与工程有了更加深入的认识。
此外，通过老师给我的指导，我还学会了用材料工程的理论来解决现
实中的问题，培养了对材料工程的实际操作能力，也学会如何利用新兴的
材料工程技术在不同的领域得到应用。
在本学期的学习中，我收获了许多宝贵的知识和经验。
材料科学与工程四要素材料科学与工程是一门研究材料的性能、结构和制备工艺的学科，它是现代工程技术的重要基础。
在材料科学与工程中，有四个重要的要素，它们分别是材料的结构、性能、加工工艺和应用。
这四个要素相互联系、相互影响，构成了材料科学与工程的核心内容。
首先，材料的结构是材料科学与工程的基础。
材料的结构包括原子、晶体、晶粒、晶界、晶粒内部的位错等。
不同的材料结构决定了材料的性能，如金属材料的晶粒大小和形状决定了其力学性能，陶瓷材料的晶粒尺寸和分布决定了其导热性能等。
因此，理解和控制材料的结构对于材料的性能和加工具有重要意义。
其次，材料的性能是材料科学与工程的核心内容之一。
材料的性能包括力学性能、物理性能、化学性能、热学性能等。
不同的材料具有不同的性能，如金属材料具有良好的导电性和导热性，陶瓷材料具有良好的耐高温性和耐腐蚀性等。
因此，理解和控制材料的性能对于材料的应用具有重要意义。
再次，材料的加工工艺是材料科学与工程的重要组成部分。
材料的加工工艺包括原料的提取、材料的制备、材料的成型、材料的热处理等。
不同的加工工艺会对材料的结构和性能产生重要影响，如金属材料的热处理会改变其晶粒的尺寸和分布，陶瓷材料的成型工艺会影响其力学性能等。
因此，理解和控制材料的加工工艺对于材料的性能和应用具有重要意义。
最后，材料的应用是材料科学与工程的最终目的。
材料的应用包括材料在工程、制造、生活等方面的应用。
不同的材料具有不同的应用领域，如金属材料广泛应用于汽车、航空、建筑等领域，陶瓷材料广泛应用于电子、化工、医药等领域。
因此，理解和控制材料的应用对于推动工程技术的发展具有重要意义。
综上所述，材料科学与工程的四要素，即材料的结构、性能、加工工艺和应用，相互联系、相互影响，共同构成了材料科学与工程的核心内容。
只有深入理解和掌握这四个要素，才能推动材料科学与工程的发展，促进工程技术的进步。
材料科学与工程基础 - 第二章 - 课后习题答案2.1 选择题1.D2.B3.C4.A5.D2.2 填空题1.结构、性质、性能、制备、应用2.金属、陶瓷、聚合物3.晶体4.金属材料、陶瓷材料、聚合物材料、复合材料5.原子、分子2.3 简答题1.材料科学与工程的基础概念和特点有：–材料科学：研究材料的结构、性质、制备和性能等方面的科学。
–材料工程：研究通过控制材料的结构和制备方法，得到具有特定性能和使用寿命的材料并应用于工程中。
材料科学与工程的特点包括：–综合性：材料科学与工程是一门综合性的学科，涉及物理、化学、力学、热学等各个学科。
–实用性：材料科学与工程以实际应用为目的，研究如何通过控制材料的结构和性能，满足工程和产品的需求。
–发展性：随着科技的进步和社会的发展，材料科学与工程也在不断发展，涌现出各种新材料和新技术。
2.不同材料的结构特点及其对材料性能的影响–金属材料：金属材料具有密排列的晶体结构，其晶粒间有较好的连续性，导致金属材料具有良好的导电性、导热性和机械性能。
–陶瓷材料：陶瓷材料以离子键或共价键为主要结合方式，具有非常硬、脆和耐高温的特点，但导电性差。
–聚合物材料：聚合物材料由长链状分子构成，具有良好的绝缘性、柔韧性和可塑性，但强度和硬度较低。
–复合材料：复合材料由不同的两种或更多种材料组成，通过它们的相互作用产生优异的整体性能。
同时，复合材料的结构也决定其性能。
3.材料的制备方法包括：–金属材料的制备方法有铸造、锻造、挤压、焊接等。
–陶瓷材料的制备方法有干法制备和湿法制备等。
–聚合物材料的制备方法有合成聚合法、溶液聚合法、熔融聚合法等。
–复合材料的制备方法有增强相法、混合相法、层压法等。
4.材料性能的测试方法包括：–机械性能的测试方法有拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等。
–热性能的测试方法有热膨胀试验、热导率测试等。
–电学性能的测试方法有导电性测试、介电常数测试等。
–光学性能的测试方法有透光率测试、折射率测试等。
顾宜《材料科学与工程基础》课后题答案第一章：引言1.1 材料科学与工程基础的重要性材料科学与工程基础是现代工程领域不可或缺的一门基础课程。
它包括了材料科学与工程学科的基本原理和方法，为后续学习和研究提供了必要的基础知识。
材料是任何工程的基础，它在各个领域中都扮演着重要角色，如机械工程、电子工程、航空航天工程等。
因此，熟悉材料的结构、性质和应用对于工程师来说至关重要。
1.2 材料科学与工程基础的学习目标材料科学与工程基础的学习目标如下： - 理解材料的基本概念和分类方法； - 掌握材料制备、表征和性能分析的基本技术； - 理解不同材料的特性和应用； - 开发解决材料工程问题的能力。
第二章：晶体结构与晶体缺陷2.1 晶体的结构晶体是由原子、离子或分子按照一定的排列方式组成的长程有序固体结构。
晶体的结构可以通过晶体的晶胞来描述，晶胞是最小的重复单元。
2.2 晶体的缺陷晶体的缺陷指的是在晶体结构中存在的不完整或不规则的区域。
晶体的缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种类型。
点缺陷包括空位、插入原子和替代原子等。
线缺陷包括位错和脚位错。
面缺陷包括晶界和层错。
第三章：物理性能与力学性能3.1 物理性能物理性能是指材料的一些基本物理特性，如密度、热导率、电导率等。
物理性能的好坏对材料的应用和工程设计具有重要影响。
3.2 力学性能力学性能是指材料在力学作用下的表现。
常见的力学性能包括强度、硬度、韧性、可塑性等。
力学性能的好坏决定了材料在工程中的使用范围和耐久性。
第四章：金属材料4.1 金属的结构与特性金属是指电子云密度较大、以金属键连接的材料。
金属的结构特点是具有密堆结构和离域电子特性。
4.2 金属的物理性能与力学性能金属材料具有良好的导电性、导热性和延展性，对磨损和腐蚀有较好的抵抗能力。
金属材料的力学性能受材料的组织和处理方式的影响。
第五章：陶瓷材料与玻璃材料5.1 陶瓷材料的分类与特性陶瓷材料是以非金属元素为主要成分的材料，分为晶体陶瓷和非晶态陶瓷两大类。
材料科学与工程基础学习心得[5篇范例]第一篇：材料科学与工程基础学习心得《材料科学与工程基础》课程研修体会《材料科学与工程基础》是材料专业首要的专业基础课，是学生全面进入专业领域、从基础课到专业课的过渡课程。
它概念多、学科知识面宽、应用基础理论广，既包括基本原理，又涉及工程实践应用，无论是学生学起来，还是教师教起来都相当有难度。
通过学习顾宜教授及其教学团队讲授的《材料科学与工程基础》课程，使我更加深入的了解本课程的教课规律，熟悉了本课程的重点难点知识，对《材料科学与工程基础》油了更深入的了解。
要在有限的学时内使学生能够掌握基本内容，讲授内容要有详有略，有舍有取，对基本概念应讲透，基本原理和方法应精讲，做到重点突出,详略得体。
在本课程中，根据材料成型及控制工程（铸造专业）的教学计划和《材料科学与工程基础》教学大纲，重点讲授晶体学基础、晶体缺陷、相图、扩散及相变等基本知识，对其它内容，例如凝固、固体材料的结构、材料的表面与界面、金属材料的变形与再结晶、材料的变形、高分子材料的结构、固体材料的电子结构与物理性能、材料概论等知识,采用引导自学或简单介绍的方法，让学生在很短的时间内了解相关知识。
部分内容在材料物理专业的其它课程中会做详细讲解。
由于学时不断减少，不能面面俱到，要做到重点突出,兼顾各知识点。
《材料科学基础》各部分内容之间是紧密联系的，因此在上课之初一定要把该门课程的各部分内容让学生有一个整体认识，并说明各部分内容之间的相互关联。
在教学过程中，从一个教学内容转到下一个教学内容时，一定要做好两部分内容之间的衔接工作，因为它起到贯通内容完整性的重要作用。
例如在讲解晶体缺陷时，一定要求学生对晶体结构知识全面掌握，而在讲解扩散与相变时，要求学生对晶体缺陷知识熟练掌握。
在授课进度安排上，一定要保证前一部分内容已经熟练掌握，才能安排后续相关内容的学习。
为了解决这个《材料科学与工程基础》课程内容多，概念多，理论性强的问题，除了授课时要突出重点，讲清难点，课外多做习题外，更新教学手段，采取有效的教学方法，促进学生理解与记忆，帮助学生学习，将是重要的途径。
材料科学与工程基础
1.公共课有数学英语物理化学还有计算机之类，每门可能包含好几个科目，比如化学可能包括无机，有机，物理化学，计算机包含大学计算机基础和C语言。
2.工科通课（就是很多工科专业都会学的课）有工程制图，机械设计基础，电工，理论力学，材料力学之类。
3.接下来是重点的专业课，材料科学基础，材料物理性能，材料力学性能，传输原理（传热，传质，动量传输），热处理原理和工艺（主要先学钢的，以后若是研究其他金属或者陶瓷，都可以参照思路），材料分析测试方法（各种对材料的组织性能进行表征的方法）。
专业课中热处理原理和工艺是金属陶瓷方向学，高分子方向不学。
4.然后是一些专业限选，就是选修性质的专业课，有工程材料，功能材料，热处理设备，陶瓷材料学等。
以上是我们学校的材料科学与工程的在金属与陶瓷方向的课程，别的学校可能会有些不一样，但大体应该差不多。
总之，这个专业在本科阶段学的东西还是很杂的，基础课不用多说，工科通课里面有很多可能到本科毕业都不知道对自己专业有什么用但实际上可能若干年后会用到（也有可能一直用不到）的课，就当拓宽眼界吧。
然后专业课，材料的结构，组织，性能，制备工艺，这几个方面都需要学，而他们之间又是相互影响的。
这些专业课的东西对我来说有些还是很难的，有的完全想象不出来（对的，点阵缺陷什么的需要一定的空间想象能力），而且虽说是工科，其实，
要背的东西也不少，到后面专业课几乎每科都会有很多东西都需要记它们的影响因素。
材料科学与工程基础引言材料科学与工程是一门跨学科的学科，涉及到材料的结构、性质、制备和应用等方面。
在现代社会中，材料科学与工程的发展对于推动科技进步和经济发展起着重要作用。
本教案将介绍材料科学与工程的基础知识，帮助学生建立对材料科学与工程的基本理解和认识。
一、材料的分类与性质1. 无机材料无机材料是指由无机化合物或无机元素组成的材料，如金属、陶瓷、玻璃等。
无机材料具有独特的物理、化学和机械性质，广泛应用于各个领域。
2. 有机材料有机材料是指由有机化合物组成的材料，如塑料、橡胶、纤维等。
有机材料具有良好的可塑性和可加工性，被广泛应用于塑料工业、纺织工业等领域。
3. 复合材料复合材料是由两种或两种以上的材料组成的材料，具有较高的强度和刚度。
复合材料广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
4. 材料的性质材料的性质包括物理性质、化学性质和机械性质等。
物理性质包括密度、热导率、电导率等；化学性质包括化学稳定性、腐蚀性等；机械性质包括强度、硬度、韧性等。
二、材料的结构与组织1. 结晶结构结晶结构是指材料中原子或分子的排列方式。
不同的结晶结构决定了材料的物理和化学性质。
常见的结晶结构有立方晶系、六方晶系等。
2. 非晶态结构非晶态结构是指材料中原子或分子的排列无规则，没有明显的长程有序性。
非晶态材料具有特殊的性质，如高强度、高硬度等。
3. 材料的组织材料的组织是指材料中各个组成部分的分布和排列方式。
材料的组织对材料的性能和性质有重要影响。
常见的材料组织有晶粒、相、孪晶等。
三、材料的制备与加工1. 材料的制备方法材料的制备方法包括物理方法、化学方法和机械方法等。
物理方法包括溶液法、气相法等；化学方法包括沉积法、合成法等；机械方法包括粉末冶金、挤压等。
2. 材料的加工方法材料的加工方法包括热加工和冷加工两种。
热加工包括热轧、锻造等；冷加工包括冷轧、冷拔等。
不同的加工方法可以改变材料的结构和性质。
四、材料的性能测试与评价1. 材料的物理性能测试材料的物理性能测试包括密度测试、热导率测试、电导率测试等。
811材料科学与工程基础参考书目一、基础概念与原理1. 《材料科学与工程导论》（William D. Callister Jr.著）这本书从材料科学和工程的基本概念出发，介绍了材料的结构、性能和加工等方面的知识，适合初学者入门。
2. 《材料科学基础》（王道生著）本书围绕材料的基本概念和原理展开，涵盖了材料的分类、结构与性能关系、材料加工与表征等内容，是理解材料科学基础的重要工具书。
3. 《材料表征技术》（刘克理、韩威著）这本书介绍了材料表征的基本概念、原理和常用技术，包括电子显微镜、X射线衍射、质谱分析等，对于学习材料科学的同学来说是一本不可多得的参考书。
二、常用材料与性能4. 《工程材料科学》（Roger T. Howe、George F. Weston著）本书以工程材料为主线，介绍了金属、陶瓷、聚合物等各种常见材料的性能、加工和应用，适合对工程材料感兴趣的读者。
5. 《材料性能及其测试》（叶亦志、张培藩著）这本书主要介绍了材料性能测试的基本原理和方法，包括拉伸、硬度、疲劳等性能测试，对于材料性能研究和测试技术的学习有很大帮助。
三、材料加工与设计6. 《现代材料加工工程》（刘正宁、张国君著）本书详细介绍了现代材料加工的基本原理和常用技术，包括铸造、焊接、切削等，对于了解材料加工工程的同学来说是一本不可或缺的参考书。
7. 《材料的选择与设计》（Michael F. Ashby、David R.H. Jones著）这本书从材料选择的角度出发，介绍了材料的选型方法、设计原则和案例分析，是一本极具实用价值的参考书。
四、新兴材料与应用8. 《功能性材料科学与工程》（许再寿、张志友著）本书介绍了新兴功能材料的研究进展和应用前景，包括智能材料、功能陶瓷、生物材料等，对于了解和研究新兴材料的同学来说具有很高的参考价值。
9. 《纳米材料科学与技术》（刘振江、陈爱兰著）这本书系统介绍了纳米材料的基本概念、制备技术及其在能源、电子、生物等领域的应用，对于了解纳米材料研究和应用的同学来说是一本极具参考价值的书目。
材料科学与工程基础第1章、导言学习重点：仔细学过这一章后，你应当掌握以下内容：1．列出材料应用所涉及到的6种不同性质。
2．描述材料在设计、生产和应用中涉及的四要素，叙述它们之间的关系。
3．描述材料选择过程的三条重要标准。
4．（a）列出固体材料的三种主要分类，描述这三种材料各自的化学特征。
（b）记住另外三种形式的材料，以及每种的特征。
1.1 历史的回顾与展望超乎一般人的认识，材料可能是对人类文明影响最根深蒂固的一类物质。
交通运输，住房，穿衣，通讯，娱乐和食品生产，实质上、我们日常生活中的每一部分都在一定程度会受到这种或那种材料的影响。
历史上，社会的进步和发展都与人类生产和掌握某种材料满足自己的需要密切相关。
事实上，早先的文明曾按照人类开发某种材料的能力来划分时代（例如石器时代，青铜器时代等等）。
最早的人类所遇到的材料极为有限，通常是天然的土生土长的一些东西，如石头，木材，粘土，兽皮等等。
随着时代的发展，人类发现了生产材料的技术，这些人造的材料性能上优于天然材料，这类新材料包括陶瓷和各种金属。
后来人们发现通过热处理和加入其它物质可以改变这些材料的性能。
从某种意义上说，材料的应用总是伴随着一种筛选过程，也就是说，从有限的材料中筛选出其特性最适用于特定场合使用的材料。
直到近代，科学家们开始知道材料的结构组成与其性质之间的关系。
在过去60年里，人们所获得的各种知识从很大程度上已经改变了对许多材料的认识。
迄今为止，已有成千上万种具有不同特性的材料被开发出来以满足我们这个现代和复杂社会的需要，这些材料包括金属、塑料、玻璃和纤维。
技术的进步使人类的生活变得越来越舒适，而这一切又与我们所使用的材料密切相关。
人类对某一类材料认识程度的进步往往是这个时代技术革命的前奏。
例如，如果没有廉价的钢铁和其他相应材料，就不会有当今的汽车工业。
复杂电子设备的基本单元是由半导体材料构成的。
因此，我们目前的电子信息时代，它的材料基础是半导体材料。
1.2 材料科学与工程首先，“结构”这个模糊的概念应该得到应有的解释。
简单地说，材料的结构与它的内部成分以及物质的排列有关。
按大小我们可以把结构分为4个层次，第一个层次为亚原子结构，包括电子和原子核及其相互作用。
结构的第二个层次为原子大小水平，其结构包括原子或相应的分子相互的排列。
第三个大的结构王国是由原子团簇聚在一起构成的，也叫做“微观”世界，既可以通过某些显微镜进行观测的世界。
第四也是最后一个结构层次是我们可以用肉眼看到的“宏观”世界。
“性质”的解释是这样的，所有材料在使用的时候都会对周围的环境有所反应。
例如工件受力会变形；抛光的金属表面会反射光。
按照施加在材料上的特殊作用，性质就是材料对这种作用的不同种类，不同大小响应的一种特性。
通常，材料的性质与它的形状和大小无关。
实际上，固体材料的所有重要性质都可以分成六个不同的大类：即力学、电学、热学、磁学、光学和质变学性质。
对每一种性质都有不同的方法进行测定。
力学性质是通过给样品施加负载或受力来测定样品的变形，材料的力学参数有弹性模量和强度等。
对于电学性质，例如材料的电导率和介电常数，是通过施加电场来测定的。
固体材料的热性质可以通过它的热容和热导率来反映。
材料的磁性质反映了它在磁场中应用的能力。
对于光学性质，环境施加的是电磁波或光辐射，折射和反射程度是材料光学性质的量度。
最后，质变学性质是材料的化学反应性。
在以后的章节中我们将分别讨论材料的这六种性质。
除了结构与性质以外，在材料科学与工程中还涉及到另外两个很重要的要素：即材料的“加工”和“性能”。
关于材料这四个要素之间的关系，人们一致认为：材料的结构取决于它是怎样被加工出来的，而且，材料的性能是材料性质的函数。
于是材料的加工、结构、性质和性能呈现如图1.1所示那样的线性关系。
本课程我们将通过材料的设计、生产和应用来说明这四个要素间的关系。
我们在图1.2中列举了一个例子来说明材料的加工－结构－性质－性能的原理，图上是在有印刷字体的页面上放置了三个薄圆片。
很显然，这三个样品的光学性质（光透过率）是不同的；放在左边的那块是透明的（即所有反射光都能透过它），而放在中间和右边的分别是半透明和不透明的。
所有这三块样品都是相同的氧化铝材料，但是左边那块是单晶，是没有缺陷的固体材料，它是透明的，中间那块是由许多相互联接的小单晶构成的材料，这些小单晶之间的晶界会反射部分光线，因此看起来是半透明的。
在右边的样品内部不仅有许多相互联接的小晶体，而且还有大量小孔即空腔。
这些孔会散射掉反射光线，导致这种材料不透明。
由于材料的晶界和孔洞会影响到它们的光学透过性质，因此、按照材料的晶界和孔洞指标，这三个样品的结构是不同的。
而且，这三个样品是采用不同的生产工艺制成。
显然，如果光学透过率在最后应用的时候是一个重要参数，那么每一种材料的性能将有所不同。
1.3为什么要学习材料科学与工程？我们为什么要研究材料？许多应用科学家或工程师，机械、土木工程、化工或电子工程师们随时都会遇到与材料有关的设计问题。
这方面的例子包括机器上的传动齿轮，建筑上的各种承重结构，石油化工上的炼油单元操作，以及电子工业应用的集成电路芯片。
当然材料科学家和工程师是研究和设计这些材料方面的总专家。
多少年以来，材料问题就是从数千种可用的材料中正确选出满足需要用途的材料。
有若干种影响最后决定选择什么样材料的标准。
首先，要搞清楚材料在什么条件下使用，因为这将告诉我们应当选择具有什么性质的材料。
一种材料很难同时具有各方面综合最优良或理想的性质。
因此，有必要反复交替考查材料的一种或另一类特性。
典型的例子包括强度和延展性；通常具有高强度的材料延展性都比较差。
这种情况下，合理的折衷取舍两种或多种性质通常是必要的。
其次，在选择材料时必须考虑材料的使用过程中任何有害于材料性质的一些环境因素。
例如，暴露于高温或腐蚀性环境下的材料的力学强度会大大降低。
最后，还有一个最重要的因素需要考虑，就是所选用的材料在经济上是否能够承受：产品的最后成本如何？一种材料可能具有非常理想的使用性质，但是如果价格太贵，也是无法应用的。
这里再重申一遍，在选择材料时，某些折衷的考虑是必要的。
产品的成本也包括制造生产所需形态材料的一切费用。
工程师或科学家对材料的各种检测分析方法，材料的结构-性质关系以及材料的加工技术越熟悉，那么他或她，在根据这些标准作出选择材料的明智决定的时候，就越精通老练，就越自信。
1.4 材料的分类传统上我们把固体材料分为三个基本大类：金属、陶瓷和聚合物。
这种分类主要基于这些材料化学键和原子结构的不同，现实世界的大多数材料都属于这一类或者那一类材料，尽管也有介于两者之间的材料。
此外还有三类重要的工程材料，那就是复合材料、半导体和生物材料。
复合材料是两种或多种不同材料复合而成的材料，而半导体材料被应用则是基于它们特殊的电学性能；生物材料是植入人体的一类材料。
下面简要解释材料的种类和它们的具有代表性的特性。
金属金属材料是由金属元素构成的。
它们具有大量的自由电子，这些电子不受特定的原子束缚。
金属的许多性质直接与这些自由电子有关，金属有极好的导电和导热能力，不能透过可见光；抛光的金属表面具有光泽。
并且，在力学性质方面，金属强度高，有塑性，因此在结构材料领域被广泛应用。
陶瓷陶瓷是由金属和非金属元素构成的化合物，最常见的有氧化物，氮化物和碳化物。
广义上这类材料还包括由粘土矿、水泥和玻璃构成的陶瓷材料。
这类材料是典型的电和热的绝缘体，与金属和聚合物相比，耐高温并耐苛刻的环境侵蚀。
至于力学性质方面，陶瓷硬而脆。
聚合物聚合物包括我们熟悉的塑料和橡胶。
它们中的许多为有机化合物，由碳、氢、和其它非金属元素构成，它们有很大的分子结构，这些材料具有密度低、容易加工的特性。
复合材料复合材料由不止一种材料构成，许多已经工程化。
玻璃钢是熟悉的例子，它是将玻璃纤维嵌入聚合物材料中得到的。
复合材料同时具有每一种单独材料的性能，又结合了几种材料的优良性能。
玻璃钢就是利用了玻璃纤维的强度和聚合物的弹性。
最近材料的许多进展都与复合材料有关。
半导体半导体的导电性介于绝缘体和导体之间。
它最重要的性质是其电性质对存在于其中的微量杂质浓度极其敏感，半导体中很小区域的杂质浓度可以通过人为控制。
半导体材料使得集成电路时代的来临成为可能，它给电子设备和计算机工业带来革命，对当今社会生活带来划时代的影响，如果倒退20年，简直无法想象这种影响。
生物材料生物材料是植入人体中取代人体病变器官或部分损坏器官的一类材料。
这些材料必须对人体无毒，也必须与人体组织相容（即必须没有生物排斥反应）。
所有以上材料——金属、陶瓷、聚合物、复合材料、半导体都可以用作生物材料。
{例如，20.8节将讨论生物材料用于人体臀部置换。
}1.5先进材料用在高技术领域的材料有时称作先进材料。
我们指的高技术是利用了相对复杂深奥的原理制造的设备或产品；如电子设备（VCRs,CD播放器），计算机，光纤系统，宇宙飞船，飞机和军事上用的火箭。
这些先进材料要么是典型的、性能得到改善的传统材料，要么是最新开发的新材料和高性能材料。
也就是说，它们可以是金属、陶瓷和聚合物这样的材料类型，通常比较昂贵。
在以后的章节里要讨论许多先进材料的性质和应用——例如，用于激光、集成电路、磁信息储存，液晶显示、光纤和用于航天飞机热保护体系的材料。
1.6将来的材料智能材料（或聪明的材料）是一类新型和艺术级的材料，目前正在被人们开发出来，对我们的现代技术有很深的影响。
“smart”这个形容词意指这些材料能够感受周围环境的变化，并能够对这些变化作出反映，正如生命物质所具有的这种特性和方式。
此外“smart”这个概念还可以扩展到由敏感材料和传统材料构成的复杂系统中。
智能材料（或系统）成分包括某些形式的传感器（探测输入信号），感应装置（执行响应和适应动作）。
感应装置可以通过对温度、电场和/或磁场的改变响应来改变形状、位置、自然频率、或力学特性。
四种类型的材料通常被用来作感应装置，即形状记忆合金、压电陶瓷、磁致伸缩材料、电致流变/磁致流变流体。
形状记忆合金是金属，在变形以后，当温度改变，它又可以回到它原来的形状。
压电陶瓷在施加电场或电压的时候会膨胀或收缩，反之如果用外力改变它们的尺寸大小，它们也会产生电场。
磁致伸缩材料的行为类似压电材料，不过这时施加的是磁场而不是电场。
电致流变/磁致流变材料是液体，当分别施加电场或磁场时，它们的粘度会发生巨大的变化。
用作传感器的材料或设备包括光纤、压电材料（包括一些聚合物），和微电动力学设备。
例如，用在直升飞机上的一种智能系统是为了减少直升飞机浆叶对航空驾驶仓产生的噪音。
压电材料嵌入叶片中，监测叶片的应力和变形，把信号反馈到计算机控制的调控装置去执行产生反向频率的噪音来抵消飞机叶片产生的噪音。
