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功能材料基础及应用课件 Lesson 6 其它功能材料

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精品课程功能材料-ppt课件第六讲 精细功能陶瓷与功能转换材料

精品课程功能材料-ppt课件第六讲 精细功能陶瓷与功能转换材料

除CaTiO3外，材料体系还有: MgTiO3, SrTiO3 MgTiO3-SrTiO3, CaTiO3-SrTiO3-Bi2O3-TiO2, CaTiO3-La2O3-TiO2, BaTiO3-Nd2O3-TiO2, CaTiO3-La2O3-Bi2O3TiO2, BaTiO3-SrTiO3-La2O3-TiO2,
（2）微波介电陶瓷
➢ 微波介电陶瓷主要用于制作微波电路元件，在微波滤波器中 用作介质谐振器。评价微波介电陶瓷材料的主要参数是介电 常数、品质因素和谐振频率温度系数。
➢ 要求具有以下性能：适当大小的介电常数，且值稳定；介电 损耗小；有适当的介电常数温度系数；热膨胀系数小。
➢ 其研究体系有： MgO-CaO-TiO2，MgO-La2O3-TiO2，ZrO2-SnO2-TiO2 Ba（Zn1/3Ta2/3）O3-Ba（Zn1/3Nb2/3）O3 Ba（Ni1/3Ta2/3）O3-Ba（Zr0.04Zn0.32Nb0.64）O3
湿敏陶瓷目前主要有氧化物涂覆膜型、多孔烧结体型、厚膜 型、薄膜型等。按测湿范围有高湿型(适用于相对湿度大于70％ RH)、中湿型(30％—80％RH)、低湿型(小于30％RH)，全湿型 (0％—100％RH)。
⑴ 气敏陶瓷的分类及结构
气敏陶瓷大致可分为半导体式、固体 电解质式及接触燃烧式三种：
①半导体式气敏陶瓷
按照主要原料成分来分类，如SnO2型、 ZnO型、-Fe2O3型、-Fe2O3型、钙钛矿化合 物型、TiO2型等。
②固体电解质
是一类介于固体和液体之间的奇特固体 材料，其主要特征是它的离子具有类似于液 体电解质的快速迁移特性，如ZrO2氧敏陶瓷 ，K2SO4、Na2SO4等碱金属硫酸盐等。
－Fe2O3对丙烷气体较灵敏，但对甲烷 就不灵敏。

功能材料PPT系列：材料科学基础PPT

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功能聚合物的制备与应用
• 复合材料：将聚合物与其他材料复合，形成具有 特殊功能的复合材料。
功能聚合物的制备与应用
工程塑料
用于制造机械、汽车和航空等领域的结构部件。
高分子材料
用于制造塑料袋、包装材料、管道等日常用品。
高分子纤维
用于制造纺织品、防护服和复合材料等。
功能金属的制备与应用
熔炼法
将金属原料加热至熔融状态，再冷却凝固得到金属材料。
随着科技的不断发展，功能材料呈现 出以下几个发展趋势。首先，新材料 不断涌现，如石墨烯、碳纳米管等新 型纳米材料；其次，复合材料成为研 究热点，通过将不同性质的材料进行 组合，可以获得优异的综合性能；最 后，智能化和多功能化成为未来发展 的方向，如智能传感器、自适应材料 等。
功能材料的挑战
尽管功能材料已经取得了很大的进展 ，但仍面临一些挑战。首先，新材料 研发需要大量的时间和资金投入，且 成功率较低；其次，复合材料的界面 结合和性能调控难度较大；最后，智 能化和多功能化需要解决多物理场耦 合和系统集成等难题。
微纳合成法
在微米和纳米尺度上合成材料 的技术，如纳米颗粒、纳米线
等。
材料制备的工艺
熔炼法
将原料加热至熔化，再经冷却、凝固而获得 材料的方法。
压延法
通过施加压力将熔融状态的原料压制成片状 或膜状的方法。
烧结法
将粉末状的原料加热至高温，使其发生固相 反应而形成致密材料的方法。
涂覆法
将材料涂覆在基材表面，以达到防护、装饰 等目的的方法。
功能材料广泛应用于各个领域，如电 子信息产业、新能源产业、生物医药 产业等。例如，磁性材料用于制造各 种电机、变压器和磁记录设备；光学 材料用于制造各种光学仪器、镜头和 显示器件；半导体材料用于制造集成 电路、微电子器件和太阳能电池等。

功能材料课件ppt课件

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物理气相沉积（PVD）
通过物理方法将固体材料转化为气态，再沉积到基材上，如真空镀膜 。
溶胶-凝胶法（Sol-Gel）
通过控制化学反应，将前驱体溶液转化为凝胶，再经过热处理制备功 能材料。
化学合成法
通过化学反应将简单物质转化为复杂物质，如合成高分子材料、复合 材料等。
加工技术
机械加工
激光加工
利用机械力对材料进行切削、磨削等加工 ，以获得所需形状和尺寸的零件或产品。
包括材料的反射率、透射率、折射率 等。这些性能决定了材料在光学设备 和器件中的使用效果。
热性能
包括材料的热导率、热膨胀系数、比 热容等。这些性能决定了材料在热设 备和系统中的使用效果。
03
功能积（CVD）
利用气态物质在固体表面上的化学反应来制备功能材料，如薄膜、涂 层等。
绿色化
随着环保意识的增强，功能材料的制备和应用过程需要更 加注重环保和可持续发展，如使用可再生资源、降低能耗 和减少废弃物排放。
智能化
通过先进的制备技术和结构设计，实现功能材料的智能化 ，如自适应、自修复、自感知等特性，以满足复杂环境和 动态变化的需求。
生物医学应用
功能材料在生物医学领域的应用越来越广泛，如用于药物 传递、组织工程和生物成像等，为医疗健康领域的发展提 供有力支持。
实例
高温超导材料
高温超导材料是指在一定温度下具有超导 性的材料，可用于制造超导线圈、超导电 缆等。
石墨烯
石墨烯是一种新型的二维材料，具有高导 电性、高导热性、高强度等特性，可用于 制造电子元器件、电池电极等。
生物可降解塑料
生物可降解塑料是指在特定条件下能够被 微生物分解为无害物质的塑料材料，可用 于替代传统塑料，减少环境污染。

功能材料介绍PPT

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从功能上看，材料可以分为构造材料和功能材料。
构造材料—通常指具有力学承载功能的材料。体积较 大，常被称为第一代材料。如建筑材料、机械制造材料， 用于制造工具、机器、车辆，修建房屋、桥梁、道路等。
另一类材料是功能材料。功能材料的概念最早由美国 的Morton与1965年提出。
功能材料——指具有光、电、磁、声、热、化学、生 物等特定功能和性质的材料。用于非承载目的，涉及面很 广。如电阻及导电材料、磁性材料、介电材料、发光材料、 光电材料、电极材料、压电材料、声光材料、电光材料、 磁光材料、超导材料、智能材料、仿生材料等。利用他们 可以制造具有记录、储存、信息传输等功能元器件，在电 子、激光、光电、通信、生物医学等很多新技术领域有广 泛应用。
功能材料元件体积小，如传感器件、电子器件等。
现代社会对研制新一代材料提出了构造和功能相结 合的要求。即材料不仅能作为构造材料使用，而且具 有特殊功能或多种功能。同一构件、设备、器件可能 是构造材料和功能材料的结合。如航天航空器既有特 殊构造材料，又有特殊的功能材料。
分类： 很难有统一的生疏，常见的分类方法有：
3、按服役技术领域：
仪表材料，传感材料、电子材料，电工材料、信息材 料，核材料，能源材料，隐身材料，航天航空材料、生 物医学材料等等。
还可以细分：如信息材料可以分为信息检测与猎取 材料、信息传输材料、信息存储材料、信息处理材料 等。传感材料包括气敏、湿敏、光敏、压敏、磁电阻 材料等。
4、按聚拢态：
2、材料的进展史
人类进展的历史证明，材料的进展导致时代变迁。 人类的历史曾以使用的主要材料来划分，如石器时代、 铜器时代和铁器时代等。
早在100万年前，人类开头使用石头做工具，使人 类进入旧石器时代。大约1万年前，人类能对石头进展 加工，使石头成为精制的器皿和工具，从而进入新石 器时代。在新石器时代，人类开头用毛皮遮身。8000 年前，中国开头用蚕丝做衣服。4500年前，印度人开 头种植棉花，这些都标志着人类使用材料促进人类文 明进步。此外，人类还使用竹、木、骨等原始自然材 料，不经或稍许加工而制成工具或用具。这是材料进 展的初始阶段，其特点是人类单纯选用自然材料。

《功能材料概论》课件

《功能材料概论》课件
功能材料与结构材料相对，后者主要关注材料的强度、硬度、耐久性等结构特性，而功能材料则更注重 材料的特殊功能和用途。
功能材料的特性包括电、磁、热、光、化学、生物等性质，这些性质在特定的外部刺激下会发生改变， 从而实现对外部环境的响应和调控。
分类
根据功能性质，功能材料可以分为电子 功能材料、磁功能材料、热功能材料、 光学功能材料、化学功能材料和生物功 能材料等。
功能材料在水力发电、海洋能利用等领域 应用广泛，如水轮机叶片材料、海洋能转 换材料等。
生物医学领域
生物医学领域概述
功能材料在生物医学领域中具有广泛的应用前景，涉及医疗器械、生 物医用材料、药物载体等多个方向。
医疗器械领域应用
功能材料在医疗器械制造中应用广泛，如人工关节、心脏起搏器等医 疗设备材料。
根据应用领域，功能材料可以分为能源领域 功能材料、环境领域功能材料、医疗领域功 能材料、信息领域功能材料等。
根据材料的组成和结构，功能材料 可以分为金属功能材料、无机非金 属功能材料、有机功能材料和高分 子功能材料等。
02 功能材料的特性与性能
特性
物理特性
功能材料通常具有独特的物理特性，如超导性、半导性、 磁性、光学性能等。这些特性使得功能材料在特定条件下 能够表现出与众不同的性质。
化学特性
功能材料的化学特性包括稳定性、抗氧化性、耐腐蚀性等 。这些特性决定了材料在各种环境下的稳定性和使用寿命 。
生物特性
某些功能材料具有生物相容性，可以用于生物医学领域， 如人工关节、牙齿等。这些材料需要与人体组织有良好的 相容性，以减少排斥反应。
性能
力学性能
功能材料的力学性能包括硬度、 强度、韧性等。这些性能决定了 材料在受力条件下的表现，对于 材料的加工和使用具有重要意义 。

《功能材料概论》课件

《功能材料概论》课件
详细描述
固相反应法通常涉及将固体原料混合 、研磨并在高温或高压下进行反应。 该方法具有操作简单、设备成本低等 优点，但反应时间较长，且不易控制 产物成分和纯度。
化学气相沉积法
总结词
化学气相沉积法是一种利用气态化学反应在固体表面沉积功能材料的方法。
详细描述
化学气相沉积法通过将气态反应剂引入反应室，在基体表面发生化学反应并形 成固态沉积物。该方法可制备出高纯度、高致密度的功能材料，但设备成本较 高，且工艺参数较难控制。
固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池是一种高温燃料电池，其工作原理 是利用氢气、天然气或生物质等燃料和氧气反应产生电 能。固体氧化物燃料电池具有高效率和低污染等优点。
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《功能材料概论》课件
目录
• 功能材料的分类与特性 • 功能材料的制备技术 • 功能材料的性能与应用 • 功能材料的未来发展与挑战 • 案例分析：功能材料在新能源领域的应用
01 功能材料的分类与特性
金属ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能材料
金属功能材料是指具有特殊物理或化 学性能的金属材料，如导电性、超导 性、磁性、热敏性等。
磁学性能与应用
总结词
功能材料的磁学性能是指其在磁场作用下的性质和行为，包括磁导率、磁化强度、磁致伸缩等。
详细描述
磁导率是指材料对磁场的导磁能力，磁化强度是指材料在磁场作用下的磁化程度，磁致伸缩是指材料 在磁场作用下尺寸发生变化的性质。这些磁学性能在磁记录、磁流体、磁悬浮等领域有着广泛的应用 ，如硬盘、磁带、磁传感器等。
功能材料的环境友好性
总结词
随着环保意识的日益增强，功能材料的环境友好性成 为研究重点，通过降低材料的环境负荷，实现可持续 发展。

功能材料ppt课件

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目录 第八章 功能材料
一 防水材料 二 绝热材料 三 吸声材料 四 相变储能材料
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第一节 防水材料
一、沥青防水卷材
1 石油沥青纸胎油毡
定义：简称油毡，是以石油沥青浸渍原纸，再涂盖其两面，表面涂或撒隔 离材料所制成的卷材。
分类：Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型
标记：
产品名称 类型 标准号
用途：Ⅰ型、Ⅱ型油毡适用于辅助防水、保护隔离层、临时性建筑防水、 防潮及包装等；Ⅲ型油毡适用于屋面工程的多层防水。
用得最多的有机储能材料是石蜡。
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二、相变材料在建筑节能中的应用
1 相变墙体
PCM墙板的蓄热能力使其能够在采暖或空调关闭之后相当长一段时间， 将房间温度保持在人体感觉舒适温度范围内，还可以在较短时间内快速储存和 释放大量的热量。
2 相变天花板
工作原理：白天利用百叶窗反射太阳能，将太阳能反射到天花板上，天花 板中的相变材料熔化蓄存，夜间相变材料凝固放热供暖。
特点：（1）黏结力强、自黏施工，安全可靠； （2）延伸性能好，可抵御基层一般变形、裂缝等不利现象； （3）寿命长，耐候性能优良。 （4）能自行愈合较小的穿刺破损，可自动填塞愈合较小的基层裂缝。
用途：用于工业、民用建筑的屋面，地下室、室内、市政工程、蓄水池、 泳池及隧道防水；木质、金属结构屋面；特别适用于不可明火施工的油库、 化工厂、纺织厂、粮库等防水工程
用途：30号铝箔面油毡适用于多层防水工程的面层，40号铝箔面油毡适用 于单层或多层防水工程的面层。
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二、改性沥青防水卷材
1 弹性体改性沥青防水卷材
简称油毡，简称SBS防水卷材。
分类：（1）按胎基分为聚酯毡（PY）、玻纤毡（G）、 玻纤增强聚酯毡（PYG）。

功能材料介绍PPT

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18、19世纪蒸汽机、电动机的发明对金属材料提出 了更高的要求，同时对钢铁冶金技术产生了更大的推 动作用。炼钢技术大大促进了机械制造、交通铁路及 纺织业的发展。随之，各种特殊钢如高速钢、硅钢及 不锈钢相继问世，铜、铝业得到大量应用，其他金属 和合金也都出现，从而使金属材料在20世纪占据了主 导Байду номын сангаас位。铜、铁和其他合金的发现与应用是材料发展 的第二阶段。在这一阶段，金属（主要是铁和钢）确 立了工业材料的绝对权威。这个阶段的特点是人类从 自然界提取有用的材料。
现代社会对研制新一代材料提出了结构和功能相结 合的要求。即材料不仅能作为结构材料使用，而且具 有特殊功能或多种功能。同一构件、设备、器件可能 是结构材料和功能材料的结合。如航天航空器既有特 殊结构材料，又有特殊的功能材料。
一、材料分类
功能材料
从材料来源上看，材料可分为天然材料和合成材 料。人类为了生存发展，一方面从大自然中直接获取 天然材料。 天然材料——选择天然有形物质直接或进行简单 加工改造的材料，如沙石、木材、石材、天然纤维、 天然橡胶等等。 另一方面，要合成新的材料供生产生活需要。 合成材料——通过化学或物理手段，利用化学原 料制取不能从自然界直接得到的新型材料。如合金、 玻璃、陶瓷、合成高分子等。 从功能上看，材料可以分为结构材料和功能材料。
讲授内容：
绪论 第一章 第二章 第三章 晶体结构基础 凝聚态材料简介 磁性材料
第九章 特殊功能合金 （膨胀合金、储氢合 金、形状记忆合金）
第十章 薄膜功能材料 第十一章 电阻及导电 材料
还有化学功能材料如 高分子试剂、催化剂，高 分子药物，生物医学材料 不讲
第四章 半导体材料 第五章 光功能材料
第六章 功能陶瓷
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国家政策 环保与消费意思
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生物医用材料
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生物医用材料
生物医用材料是一类用于诊断、治疗或替换人体组织、器官 或增进其功能的新型高技术材料，是材料科学技术中的一个 正在发展的新领域，不仅技术含量和经济价值高，而且与患 者生命和健康密切相关。近10多年以来，生物医用材料及制 品的市场一直保持20％左右的增长率
社会科学(一般)
地球科学 数学 环境/生态学 计算机科学 农业科学 空间科学 经济和商业 多学科
计
论文数 2281499 1747691 994956 944703 607895 307340 297992 235808 211452 188617 149223 145552 142523 117132 23414 8395797
生物医用材料按组成和性质分为医用金属材料、医用高分子 材料、生物陶瓷材料和生物医学复合材料等。金属、陶瓷、 高分子及其复合材料是应用最广的生物医用材料。按应用生 物医用材料又可分为可降解与吸收材料、组织工程材料与人 工器官、控制释放材料、仿生智然材料等
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生命科学和生物技术：
一是它关系到人的生存和生活质量的提高，以 及整个人类社会可持续发展等诸多至关重要的问 题。对于一个国家，它则是关系到国计民生、国家 安全、经济发展的大事
其它功能材料
1
目录
新能源材料 生物医用材料 生态环境材料 智能材料 磁性功能材料 复合材料 功能梯度材料
2
新能源材料
3
能源是可以直接或经转换提供人体 资源
能源技术的开发和研究是一个很古老的问 题，进入新世纪以后，有关能源问题的研究 话题又在全球范围内重新升温。这种现象并 不是偶然的，它与能源在今天世界政治、经 济和人类生活中的作用密切相关，也与石油 资源的巨大消耗和日益紧缺密切相关
发取得重大进展之后，科学家把电动汽车 动力问题的最终解决寄希望于污染少、发 展潜力大的燃料电池。美国、日本、欧洲 等国的一些燃料电池样车已经展出
中科院大连物化所； 上海技术物理所； 武汉理工大学，。。。。。
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FC+B台架车 上海燃料电池混合轿车 所用锂离子电池
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4) 核聚变是人类获取能源的理想方式。 从长远来看，核能将是继石油、煤和天然
4
新能源材料
新能源和再生清洁能源技术是影响21世纪世界经济发展 最具有决定性技术领域之一，新能源包括太阳能、生物 质能、核能、风能、地热、海洋能等一次能源以及二次 电源中的氢能等
新能源材料则是指实现新能源的转化和利用以及发展新 能源技术中所要用到的关键材 料。主要包括储氢电极合 金材料为代表的镍氢电池材料、嵌锂碳负极和LiCoO2正 极为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料、Si 半导体 材料为代表的太阳能电池材料以及铀、氘、氚为代表的 反应堆核能材料等
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照明用电占总电力消耗12％-15％
6
国际石油储备
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国际石油产量
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1) 最重要的能源：化石能源 化石能源的核心之一是洁净煤问题：一
是煤炭转化（气化和液化）；另一是洁净煤 发电技术。
富煤少油是我国的基本国情。（在我国 一次能源消费中，煤炭占70%以上）。洁净 煤技术的突破及其广泛应用，将在很大程度 上改善我国日益严峻的能源安全局面。 2) 可再生洁净能源:太阳能,风能,潮汐能
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在生物质能方面，美国学者已发现30多种富 含油的野草，如乳草、蒲公英等。科学家还发 现300多种灌木、400多种花卉富含“石油”
我国科学家利用转基因技术，使油菜籽的生 物柴油含量由10%提高到40%，展现了开拓能源 又一领域的美好前景
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3) 燃料电池（fuel cell） 继镍氢电池、锂离子电池的电动汽车开
太阳能的综合利用 (光电、热电、热交换)及其与风 力发电的耦合技术 建立总体利用效率达15%的聚光式太阳能光电、热 电、热交换系统并实用化，建立太阳能综合利用与风 力发电耦合的实用型分布式地面电站，并可并网供电
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关键技术（3）
半导体照明－绿色照明 发光效率达到 100 lm/w以上 显色指数接近 100% 价格下降，为百姓所接受
气之后的主要能源，人类将从“石油文明”走向 “核能文明”。
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当前新能源材料的研究热点包括 高能储氢材料 聚合物电池材料 中温固体氧化物燃料电池电解质材料 多晶薄膜太阳能电池材料等
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关键技术（1）
固体氧化物燃料电池： 固体氧化物燃料电池比质子交换膜燃料电池有更高
的转换效率和节能效果，可减少二氧化碳排放 50%, 不 产生NOx。但目前研究的固体氧化物燃料电池的工作温 度达800～900℃
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太阳能----能量的源泉
如果将地球表面积的 0.1%安装转换效率为 10%的光伏电池，所转换 的电能就可以满足目前全世界所有能源消耗。
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最直接、最重要的太阳能利用方式之一是 光伏电池
单晶硅太阳能电池变换效率>20% 砷化镓/锑化镓>30% 非晶硅 ~ 10% TiO2 ~ 11% 现在的关键是要解决成本问题
篇均被引频次
12.15 8.78 6.76 6.34 2.53 3.34 2.79 6.54 2.22 6.09 2.13 3.68 9.95 3.36 1.19 7.59
论文所占比例(%)
27.17 20.82 11.85 11.25 7.24 3.66
关键技术： a）高性能电极材料及其制备技术 b）新型电解质材料及电极支撑电解质隔膜制备 c）电池结构优化设计及其制备技术 d）电池的结构、性能与表征的研究
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关键技术（2）
光电转换效率大于18%的硅基太阳能电池商品化 研制出光电转换效率大于 18%的低成本、大面积、可 商业化的硅基太阳能电池及其组件
二是从科学研究的角度看，由于生命体是一个 复杂的系统，它包含着许许多多悬而未决的基础科 学问题。这些极具魅力的挑战本身就足以激发研究 者的极大热情
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过去十年国际科学论文产出的学科分布
论文排序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 合
学科领域 生物科学 临床医学 化学 物理学 工程 材料科学