本专业学生毕业后可在无机非金属材料结构研究与分析、材料的制备、材料成型与加工等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作以下是相关招聘职位· 研发工程师· 技术员· 工艺工程师· 试验员· 技术服务工程师· 实验员· 技术研发工程师· 材料研发工程师· 金属化工技术员· 销售工程师无机非金属材料工程专业介绍查看更多»主要课程物理化学、无机材料性能、测试及研究方法、粉体工程、材料制备原理、热工过程与设备、无机材料工艺学(含硅酸盐、复合材料)。无机非金属材料工程专业就业排名说明：无机非金属材料工程属于工学类，工学类共174个本科专业，其中，无机非金属材料工程专业就业排名第83· 1. 计算机科学与技术· 2. 材料成型及控制工程· 3. 自动化· 4. 软件工程· 5. 土木工程· 6. 信息工程· 7. 宝石及材料工艺学· 8. 电气工程及其自动化· 9. 制造工程· 10. 网络工程· 11. 建筑学· 12. 工程结构分析· 13. 机械电子工程· 14. 建筑环境与设备工程· 15. 交通工程无机非金属材料工程专业概况修业年限四年授予学位工学学士主要实践性教学环节包括专业实验、金工实习、生产实习(含毕业实习)、课程设计、计算机应用与上机实践、毕业设计(论文)。培养目标本专业培养具备无机非金属材料及其复合材料科学与工程方面的知识，能在无机非金属材料结构研究与分析、材料的制备、材料成型与加工等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才。培养要求本专业学生主要学习无机非金属材料及复合材料的生产过程、工艺及设备的基础理论、组成、结构、性能及生产条件间的关系，具有材料测试、生产过程设计、材料改性及研究开发新产品、新技术和设备及技术管理的能力。毕业生获得的知识和能力1．掌握无机非金属材料的工业生产过程和设备、生产工艺的专业基础知识； 2．掌握材料制备的原理及工艺基础，材料的结构与性能； 3．掌握本专业所必需的机、电、微型计算机应用的基本知识技能； 4．具有制品的工业生产、质量控制和技术管理的初步能力； 5．具有正确选用材料、设备
这个专业出来的，一开始都是比较苦的，当然毕业出来的谁都要从基层开始的。一般是做检验员呀，去水泥厂呀，玻璃厂、陶瓷厂，耐火材料工厂等等。南方的话，各种建筑公司呀，比如中建、华润、海螺等等。找工作等自己主动出击呀，没有什么好事情会在你的等待中自己送上门来的请采纳。
无机非金属材料工程考研之后的就业前景很广。作为四大材料中（钢铁、有色、有机和无机非金属材料）工业之一的无机非金属材料工业在中国经济建设中起着重要的作用。无机非金属材料不仅在品种上有了空前的发展，而且在内涵上有了进一步的延伸。根据无机非金属材料功能与作用的不同，可以将无机非金属材料划分为传统无机非金属材料（建筑材料）和无机非金属新材料。传统的无机非金属材料材料品种繁多，主要是指大宗无机建筑材料，包括水泥、玻璃、陶瓷与建筑（墙体）材料等。其产量占无机非金属材料的绝大多数。建筑材料与人们的生活质量息息相关。新型无机非金属材料是指具有如高强、轻质、耐磨、抗腐、耐高温、抗氧化以及特殊的电、光、声、磁等一系列优异综合性能的新型材料，是其它材料难以替代的功能材料和结构材料。无机非金属新材料具有独特的性能，是高技术产业不可缺少的关键材料。例如稀土掺杂石英玻璃广泛应用于导弹、卫星及坦克火控武器等激光测距系统，耐辐照石英玻璃应用于各种卫星及宇宙飞船的姿控系统；光学纤维面板和微通道板作为像增强器和微光夜视元件在全天候兵器中得到应用；航空玻璃为中国各类军用飞机提供了关键部件。二氧化硅气凝胶是最轻的固体材料，也是导热系数最低的材料，被广泛开发应用于管道、设备保温。是人工晶体材料中激光、非线性光学和红外等晶体，用于弹道制导、电子对抗、潜艇通讯、激光武器等。特种陶瓷中，耐高温、高韧性陶瓷可用于航空、航天发动机、卫星遥感，可制作特殊性能的防弹装甲陶瓷及特种纤维及用于电子对抗等。已开发了近四千种高性能、多功能无机非金属新材料新品种。这些高性能材料在发展现代武器装备中起到十分重要的作用。
上中国知网，或者豆丁上下..很多的...智能无机非金属材料摘 要 结构材料所处的环境极为复杂，材料损坏引起事故的危险性不断增加，研究与开发对损坏能自行诊断并具有自修复能力的结构材料是十分重要而急迫的任务。本文对智能材料的发展、构思、无机非金属智能材料进行了综述，对智能材料进一步研究进行了展望。 关键词 智能；无机非金属；材料 智能材料是指对环境具有可感知、可响应并具有功能发现能力的新材料。日本高木俊宜教授[1]将信息科学融于材料的物性和功能，于1989年提出了智能材料（Intelligent materials）概念。至此智能材料与结构的研究也开始由航空航天及军事部门[2,3]逐渐扩展到土木工程[4]、医药、体育和日常用品[5,6]等其他领域。 同时，美国的R•E•Newnham教授围绕具有传感和执行功能的材料提出了灵巧材料（Smart materials）概念，又有人称之为机敏材料。他将灵巧材料分为三类： 被动灵巧材料——仅能响应外界变化的材料； 主动灵巧材料——不仅能识别外界的变化，经执行线路能诱发反馈回路，而且响应环境变化的材料； 很灵巧材料——有感知、执行功能，并能响应环境变化，从而改变性能系数的材料。 R•E•Newnham的灵巧材料和高木俊宜的智能材料概念的共同之处是：材料对环境的响应性。 自l989年以来，先是在日本、美国，尔后是西欧，进而世界各国的材料界均开始研究智能材料。科学家们研究将必要的仿生(biominetic)功能引入材料，使材料和系统达到更高的层次，成为具有自检测、自判断、自结论、自指令和执行功能的新材料。智能结构常常把高技术传感器或敏感元件与传统结构材料和功能材料结合在一起，赋予材料崭新的性能，使无生命的材料变得有了“感觉”和“知觉”，能适应环境的变化，不仅能发现问题，而且还能自行解决问题。 由于智能材料和系统的性能可随环境而变化，其应用前景十分广泛[7]。例如飞机的机翼引入智能系统后，能响应空气压力和飞行速度而改变其形状；进入太空的灵巧结构上设置了消震系统，能补偿失重，防止金属疲劳；潜水艇能改变形状，消除湍流，使流动的噪声不易被测出而便于隐蔽；金属智能结构材料能自行检测损伤和抑制裂缝扩展，具有自修复功能，确保了结构物的可靠性；高技术汽车中采用了许多灵巧系统，如空气-燃料氧传感器和压电雨滴传感器等，增加了使用功能。其它还有智能水净化装置可感知而且能除去有害污染物；电致变色灵巧窗可响应气候的变化和人的活动，调节热流和采光；智能卫生间能分析尿样，作出早期诊断；智能药物释放体系能响应血糖浓度，释放胰岛素，维持血糖浓度在正常水平。 国外对智能材料研究与开发的趋势是：把智能性材料发展为智能材料系统与结构。这是当前工程学科发展的国际前沿，将给工程材料与结构的发展带来一场革命。国外的城市基础建设中正构思如何应用智能材料构筑对环境变化能作出灵敏反应的楼层、桥梁和大厦等。这是一个系统综合过程，需将新的特性和功能引入现有的结构中。 美国科学家们正在设计各种方法，试图使桥梁、机翼和其它关键结构具有自己的“神经系统”、“肌肉”和“大脑”，使它们能感觉到即将出现的故障并能自行解决。例如在飞机发生故障之前向飞行员发出警报，或在桥梁出现裂痕时能自动修复。他们的方法之一是，在高性能的复合材料中嵌入细小的光纤材料，由于在复合材料中布满了纵横交错的光纤，它们就能像“神经”那样感受到机翼上受到的不同压力，在极端严重的情况下，光纤会断裂，光传输就会中断，于是发出即将出现事故的警告。 1、 智能材料的构思[8] 一种新的概念往往是各种不同观点、概念的综合。智能材料设计的思路与以下几种因素有关：(1)材料开发的历史，结构材料→功能材料→智能材料。(2)人工智能计算机的影响，也就是生物计算机的未来模式、学习计算机、三维识别计算机对材料提出的新要求。(3)从材料设计的角度考虑智能材料的制造。(4)软件功能引入材料。(5)对材料的期望。(6)能量的传递。(7)材料具有时间轴的观点，如寿命预告功能、自修复功能，甚至自学习、自增殖和自净化功能，因外部刺激时间轴可对应作出积极自变的动态响应，即仿照生物体所具有的功能。例如，智能人工骨不仅与生物体相容性良好，而且能依据生物体骨的生长、治愈状况而分解，最后消失。 1．1 仿生与智能材料 智能材料的性能是组成、结构、形态与环境的函数，它具有环境响应性。生物体的最大特点是对环境的适应，从植物、动物到人类均如此。细胞是生物体的基础，可视为具有传感、处理和执行三种功能的融合材料，因而细胞可作为智能材料的蓝本。 对于从单纯物质到复杂物质的研究，可以通过建立模型实现。模型使复杂的生物材料得解，从而创造出仿生智能材料。例如，高分子材料是人工设计的合成材料，在研究时曾借鉴于天然丝的大分子结构，然后合成出了强度更高的尼龙。目前，已根据模拟信息接受功能蛋白质和执行功能蛋白质，创造出由超微观到宏观的各种层次的智能材料。 1．2 智能材料设计 用现有材料组合，并引入多重功能，特别是软件功能，可以得到智能材料。随着信息科学的迅速发展，自动装置(Automaton)不仅用于机器人和计算机这类人工机械，更可用于能条件反射的生物机械。 此自动装置在输入信号(信息)时，能依据过去的输入信号(信息)产生输出信号(信息)。过去输入的信息则能作为内部状态存贮于系统内。因此，自动装置由输入、内部状态、输出三部分组成。将智能材料与自动装置类比，两者的概念是相似的。 自动装置M可用以下6个参数描绘： M＝（θ，X，Y，f，g，θ0） 式中θ为内部状态的集；X和Y分别代表输入和输出信息的集；f表示现在的内部状态因输入信息转变为下一时间内部状态的状态转变系数；g是现在的内部状态因输入信息而输出信息的输出系数；θ0为初期状态的集。 为使材料智能化，可控制其内部状态θ、状态转变系数f及输出系数g。例如对于陶瓷，其θ、f、g的关系，即是材料结构、组成与功能性的关系。设计材料时应考虑这些参数。若使陶瓷的功能提高至智能化，需要控制f和g。 一般陶瓷是微小晶粒聚集成的多晶体，常通过添加微量第二组分控制其特性。此第二组分的本体和微晶粒界两者的性能均影响所得材料特性。 实际上，第二组分的离子引入系统时，其自由能(G=H-TS)发生变化，为使材料的自由能(G)最小，有必要控制焓(H)，使熵(S)达最适合的数值。而熵与添加物的分布有关，因此陶瓷的功能性控制可通过优化熵来实现。熵由材料本身的焓调控。故为使陶瓷具有高功能进而达到智能化的目的，应使材料处于非平衡态、拟平衡态和亚稳定状态。 对于智能材料而言，材料与信息概念具有同一性。而某一L符号的平均信息量Φ与几率P状态的信息量logP有关，即 此式类同于热力学的熵，但符号相反，故称负熵(negcntropy)。因熵为无序性的量度，负熵则是有序性的量度。 1．3 智能材料的创制方法 基于智能材料具有传感、处理和执行的功能，因而其创制实际上是将此类软件功能（信息）引入材料。这类似于身体的信息处理单元——神经原，可融各种功能于一体（图1（a）），将多种软件功能寓于几纳米到数十纳米厚的不同层次结构（图1（b）），使材料智能化。此时材料的性能不仅与其组成、结构、形态有关，更是环境的函数。智能材料的研究与开发涉及金属系、陶瓷系、高分子系和生物系智能材料和系统。 2、 智能无机非金属材料 智能无机非金属材料很多，在此介绍几种较为典型的智能无机非金属材料。 2．1 智能陶瓷 2．1．1 氧化锆增韧陶瓷 氧化锆晶体一般有三种晶型： 其中t-ZrO2转化为m-ZrO2相变具有马氏体相变的特征，并且相变伴随有3%～5%的体积膨胀。不加稳定剂的ZrO2陶瓷在烧结温度冷却的过程中，就会由于发生相变而严重开裂。解决的办法是添加离子半径比Zr小的Ca、Mg、Y等金属的氧化物。 氧化锆相变可分为烧成冷却过程中相变和使用过程中相变。造成相变的原因，前者是温度诱导，后者是应力诱导。两类相变的结果都可使陶瓷增韧。增韧机制主要有相变增韧、微裂纹增韧、表面增韧、裂纹弯曲和偏转增韧等[9]。 当ZrO2晶粒尺寸比较大而稳定剂含量比较小时，陶瓷中的t-ZrO2晶粒在烧成后冷却至室温的过程中发生相变，相变所伴随的体积膨胀在陶瓷内部产生压应力，并在一些区域形成微裂纹。当主裂纹在这样的材料中扩展时，一方面受到上述压应力的作用，裂纹扩展受到阻碍；同时由于原有微裂纹的延伸使主裂纹受阻改向，也吸收了裂纹扩展的能量，提高了材料的强度和韧性。这就是微裂纹增韧。 由于ZrO2相变温度很高，借助温度变化来设计智能材料是不可行的，需要研究应力诱导下的相变增韧，应力诱导下的相变增韧在ZrO2增韧陶瓷中是最主要的一种增韧机制。 材料中的t-ZrO2晶粒在烧成后冷却至室温的过程中仍保持四方相形态，当材料受到外应力的作用时，受应力诱导发生相变，由t相转变为m相。由于ZrO2晶粒相变吸收能量而阻碍裂纹的继续扩展，从而提高了材料的强度和韧性。相转变发生之处的材料组成一般不均匀，因结晶结构的变化，导热和导电率等性能随之而变，这种变化就是材料受到外应力的信号，从而实现了材料的自诊断。 对氧化锆材料压裂而产生裂纹，在300℃热处理50h后，因为t相转变为m相过程中产生的体积膨胀补偿了裂纹空隙，可以再弥合，实现了材料的自修复。 对于材料使用中产生的疲劳强度及膨胀状况等，可通过材料的尺寸、声波传播速度、导热和导电率的变化进行在位观测。 2．1．2灵巧陶瓷 灵巧陶瓷是灵巧材料的一种，它能够感知环境的变化,并通过反馈系统作出相应的反应。用若干多层锆钛酸铅(PZT)可制成录像磁头的自动定位跟踪系统，日本利用PZT压电陶瓷块制成了Pachinko游戏机。 录像磁头的自动定位跟踪系统的原理是：在PZT陶瓷双层悬臂弯曲片上，通过布设的电极将其分为位置感受部分和驱动定位部分。位置感受部分即为传感器，感受电极上所获得的电压通过反馈系统施加到定位电极上，使层片发生弯曲，跟踪录像带上的磁迹，见图2。 Pachinko游戏机也应用了类似的原理。 利用灵巧陶瓷制成的灵巧蒙皮，可以降低飞行器和潜水器高速运动时的噪声，防止发生紊流，以提高运行速度，减少红外辐射达到隐形目的。 根据上述原则，完全有可能获得很灵巧材料。这种材料能够感知环境的多方面变化并能在时间和空间两方面调整材料的一种或多种性能参数，取得最优化响应。因此，传感、执行和反馈是灵巧材料工作的关键功能。 压电仿生陶瓷 材料仿生是材料发展的方向之一。日本研究人员正在研究鲸鱼和海豚的尾鳍和飞鸟的鸟翼，希望能研究出象尾鳍和鸟翼那样柔软、能折叠、又很结实的材料。 图3为模拟鱼类泳泡运动的弯曲应力传感器。传感器中两个金属电极之间有一很小的空气室，PZT压电陶瓷起覆盖泳泡肌肉的作用。因空气室的形状类似于新月，故称为“Moonie”复合物。此压电水声器应用特殊形状的电极，通过改变应力方向，使压电应变常数dh增至极大值。当厚的金属电极因声波而承受静水压力时，一部分纵向应力转变为符号相反的径向和切向应力，使压电常数d3l由负值变为正值，它与d33叠加，使dh值增加。这类复合材料的dh•gh值比纯PZT材料的大250倍。 应用PZT纤维复合材料和“Moonie”型复合物设计开发的执行器元件，可以消除因声波造成的稳流。 2．2 智能水泥基材料 在现代社会中，水泥作为基础建筑材料应用极为广泛，使水泥基材料智能化具有良好的应用前景。 智能水泥基材料包括：应力、应变及损伤自检水泥基材料[10～12]；自测温水泥基材料[13]；自动调节环境湿度的水泥基材料[14]；仿生自愈合水泥基材料[15、16]及仿生自生水泥材料[17]等。 水泥基材料中掺加一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维后，材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的。因此，该材料可以监测拉、弯、压等工况及静态和动态载荷作用下材料内部情况。在水泥净浆中（体积）的碳纤维用做传感器，其灵敏度远远高于一般的电阻应变片。 将一定长度的PAN基短切碳纤维掺入水泥净浆中，材料产生了热电效应。这种材料可以对建筑物内部和周围环境温度的变化实时监测。基于该材料的热电效应，还可能利用太阳能和室内外温差为建筑物供电。如果进一步使该材料具有Seebeck效应的逆效应——Peltier效应，那么就可能制得具有制冷制热材料。 在水泥净浆中掺加多孔材料，利用多孔材料吸湿量与温度的关系，能够使材料具有调湿功能。 一些科学家目前在研制一种能自行愈合的混凝土。设想把大量的空心纤维埋入混凝土中，当混凝土开裂时，事先装有“裂纹修补剂”的空心纤维会裂开，释放出粘结修补剂把裂纹牢牢地粘在一起，防止混凝土断裂。这是一种被动智能材料，即在材科中没有埋入传感器监测裂痕，也没有在材料中埋入电子芯片来“指导”粘接裂开的裂痕。与此原理相同，美国根据动物骨骼的结构和形成机理，尝试仿生水泥基材料的制备。该材料在使用过程中如果发生损伤，多孔有机纤维回释放高聚物愈合损伤。 美国科学家正在研究一种主动智能材料，能使桥梁出现问题时自动加固。他们设计的一种方式是：如果桥梁的某些局部出现问题，桥梁的另一部分就自行加固予以弥补。这一设想在技术上是可行的。随着电脑技术的发展，完全可以制造出极微小的信号传感器和微电子芯片及计算机把这些传感器、微型计算机芯片埋入桥梁材料中。桥梁材料可以用各种神奇的材料构成，例如用形状记忆材料。埋在桥梁材料中的传感器得到某部分材料出现问题的信号，计算机就会发出指令，使事先埋入桥梁材料中的微小液演变成固体而自动加固。 3、结语 目前，智能材料尚处在研究发展阶段，它的发展和社会效应息息相关。飞机失事和重要建筑等结构的损坏，激励着人们对具有自预警、自修复功能的灵巧飞机和材料结构的研究。以材料本身的智能性开发来满足人们对材料、系统和结构的期望，使材料结构能“刚”“柔”结合，以自适应环境的变化。在未来的研究中，应以以下几个方面为重点。 （1）如何利用飞速发展的信息技术成果，将软件功能引入材料、系统和结构中； （2）进一步加强探索型理论研究及材料复合智能化的机理研究，加速发展智能材料科学； （3）加强应用基础研究。
这个专业是材料学院一般。以后可以从事的行业比如宝石鉴定、陶瓷什么的，确实不好找工作。我有一些朋友就是学这个的。 材料一般都不太好找工作，真的。 你要是考研，考一般的大学实际相当于推迟就业。没什么区别。你要考最好考研究院所的，有的能留在单位。而且一般都有课题让你跟着做。我朋友有的在北京理工念的，很多导师根本没课题，还带一帮学生，就笨就在混日子，几个月不去学校都美人关。毕业就失业。 考研和期间学习好不好关系不大。实质就是考数学和英语，政治最后报个班冲刺的啊，40到100页内容，重点就是毛泽东思想，邓小平理论，马哲政经。专业课高校都有辅导班，我宿舍向后两个考400多——畜生！专业课基本都满分，你一位它真那么牛吗，呵呵。研究院所的出题很固定——他们都有工作，课题，谁有那闲工夫出题啊，又没什么钱，所以往往是哪本教科书的配套习题集。你看它要求那本教材，就是哪本习题集。——中科院除外，他们是畜生，一天没事干，瞎琢磨纸面功夫。 大干4~5个月，340没问题。
如果你不急着进入社会的话，读研还是一个不错的选择。我是读无机专业的，今年大四了，快毕业。就今年就业情况来说，就业还是不错的，主要的行业有水泥、玻璃、陶瓷、交通工程、耐火材料、光伏（我和班里的几个同学都进了一家太阳能公司），还有其他的。江苏大学，比较普通，分数也不高。武汉理工大学最好。
进来了就是个大坑啊，奉劝各位千万不要学习，大多数同学已经转行了。考研也是没出路，建议转专业考研，计算机软件等热门专业。
可不可以，你到时给句话啊。 不要不回信息啊，我都给你答了这么多了
无机非金属材料的论文最好写实验方面的关于这方面研究的最新进展和相关的论文题目可以看下轻风论文网的，我的硕士小论文就是求助轻风论文的老师搞定的，真的是非常效率加专业，很快就给我了，论文的修改过程也很顺利，投稿到录用来回只用了一个多月，比起同学发表的文章来说真的是超级速度了
无机非金属非常有前景 不错
上中国知网，或者豆丁上下..很多的...智能无机非金属材料摘 要 结构材料所处的环境极为复杂，材料损坏引起事故的危险性不断增加，研究与开发对损坏能自行诊断并具有自修复能力的结构材料是十分重要而急迫的任务。本文对智能材料的发展、构思、无机非金属智能材料进行了综述，对智能材料进一步研究进行了展望。 关键词 智能；无机非金属；材料 智能材料是指对环境具有可感知、可响应并具有功能发现能力的新材料。日本高木俊宜教授[1]将信息科学融于材料的物性和功能，于1989年提出了智能材料（Intelligent materials）概念。至此智能材料与结构的研究也开始由航空航天及军事部门[2,3]逐渐扩展到土木工程[4]、医药、体育和日常用品[5,6]等其他领域。 同时，美国的R•E•Newnham教授围绕具有传感和执行功能的材料提出了灵巧材料（Smart materials）概念，又有人称之为机敏材料。他将灵巧材料分为三类： 被动灵巧材料——仅能响应外界变化的材料； 主动灵巧材料——不仅能识别外界的变化，经执行线路能诱发反馈回路，而且响应环境变化的材料； 很灵巧材料——有感知、执行功能，并能响应环境变化，从而改变性能系数的材料。 R•E•Newnham的灵巧材料和高木俊宜的智能材料概念的共同之处是：材料对环境的响应性。 自l989年以来，先是在日本、美国，尔后是西欧，进而世界各国的材料界均开始研究智能材料。科学家们研究将必要的仿生(biominetic)功能引入材料，使材料和系统达到更高的层次，成为具有自检测、自判断、自结论、自指令和执行功能的新材料。智能结构常常把高技术传感器或敏感元件与传统结构材料和功能材料结合在一起，赋予材料崭新的性能，使无生命的材料变得有了“感觉”和“知觉”，能适应环境的变化，不仅能发现问题，而且还能自行解决问题。 由于智能材料和系统的性能可随环境而变化，其应用前景十分广泛[7]。例如飞机的机翼引入智能系统后，能响应空气压力和飞行速度而改变其形状；进入太空的灵巧结构上设置了消震系统，能补偿失重，防止金属疲劳；潜水艇能改变形状，消除湍流，使流动的噪声不易被测出而便于隐蔽；金属智能结构材料能自行检测损伤和抑制裂缝扩展，具有自修复功能，确保了结构物的可靠性；高技术汽车中采用了许多灵巧系统，如空气-燃料氧传感器和压电雨滴传感器等，增加了使用功能。其它还有智能水净化装置可感知而且能除去有害污染物；电致变色灵巧窗可响应气候的变化和人的活动，调节热流和采光；智能卫生间能分析尿样，作出早期诊断；智能药物释放体系能响应血糖浓度，释放胰岛素，维持血糖浓度在正常水平。 国外对智能材料研究与开发的趋势是：把智能性材料发展为智能材料系统与结构。这是当前工程学科发展的国际前沿，将给工程材料与结构的发展带来一场革命。国外的城市基础建设中正构思如何应用智能材料构筑对环境变化能作出灵敏反应的楼层、桥梁和大厦等。这是一个系统综合过程，需将新的特性和功能引入现有的结构中。 美国科学家们正在设计各种方法，试图使桥梁、机翼和其它关键结构具有自己的“神经系统”、“肌肉”和“大脑”，使它们能感觉到即将出现的故障并能自行解决。例如在飞机发生故障之前向飞行员发出警报，或在桥梁出现裂痕时能自动修复。他们的方法之一是，在高性能的复合材料中嵌入细小的光纤材料，由于在复合材料中布满了纵横交错的光纤，它们就能像“神经”那样感受到机翼上受到的不同压力，在极端严重的情况下，光纤会断裂，光传输就会中断，于是发出即将出现事故的警告。 1、 智能材料的构思[8] 一种新的概念往往是各种不同观点、概念的综合。智能材料设计的思路与以下几种因素有关：(1)材料开发的历史，结构材料→功能材料→智能材料。(2)人工智能计算机的影响，也就是生物计算机的未来模式、学习计算机、三维识别计算机对材料提出的新要求。(3)从材料设计的角度考虑智能材料的制造。(4)软件功能引入材料。(5)对材料的期望。(6)能量的传递。(7)材料具有时间轴的观点，如寿命预告功能、自修复功能，甚至自学习、自增殖和自净化功能，因外部刺激时间轴可对应作出积极自变的动态响应，即仿照生物体所具有的功能。例如，智能人工骨不仅与生物体相容性良好，而且能依据生物体骨的生长、治愈状况而分解，最后消失。 1．1 仿生与智能材料 智能材料的性能是组成、结构、形态与环境的函数，它具有环境响应性。生物体的最大特点是对环境的适应，从植物、动物到人类均如此。细胞是生物体的基础，可视为具有传感、处理和执行三种功能的融合材料，因而细胞可作为智能材料的蓝本。 对于从单纯物质到复杂物质的研究，可以通过建立模型实现。模型使复杂的生物材料得解，从而创造出仿生智能材料。例如，高分子材料是人工设计的合成材料，在研究时曾借鉴于天然丝的大分子结构，然后合成出了强度更高的尼龙。目前，已根据模拟信息接受功能蛋白质和执行功能蛋白质，创造出由超微观到宏观的各种层次的智能材料。 1．2 智能材料设计 用现有材料组合，并引入多重功能，特别是软件功能，可以得到智能材料。随着信息科学的迅速发展，自动装置(Automaton)不仅用于机器人和计算机这类人工机械，更可用于能条件反射的生物机械。 此自动装置在输入信号(信息)时，能依据过去的输入信号(信息)产生输出信号(信息)。过去输入的信息则能作为内部状态存贮于系统内。因此，自动装置由输入、内部状态、输出三部分组成。将智能材料与自动装置类比，两者的概念是相似的。 自动装置M可用以下6个参数描绘： M＝（θ，X，Y，f，g，θ0） 式中θ为内部状态的集；X和Y分别代表输入和输出信息的集；f表示现在的内部状态因输入信息转变为下一时间内部状态的状态转变系数；g是现在的内部状态因输入信息而输出信息的输出系数；θ0为初期状态的集。 为使材料智能化，可控制其内部状态θ、状态转变系数f及输出系数g。例如对于陶瓷，其θ、f、g的关系，即是材料结构、组成与功能性的关系。设计材料时应考虑这些参数。若使陶瓷的功能提高至智能化，需要控制f和g。 一般陶瓷是微小晶粒聚集成的多晶体，常通过添加微量第二组分控制其特性。此第二组分的本体和微晶粒界两者的性能均影响所得材料特性。 实际上，第二组分的离子引入系统时，其自由能(G=H-TS)发生变化，为使材料的自由能(G)最小，有必要控制焓(H)，使熵(S)达最适合的数值。而熵与添加物的分布有关，因此陶瓷的功能性控制可通过优化熵来实现。熵由材料本身的焓调控。故为使陶瓷具有高功能进而达到智能化的目的，应使材料处于非平衡态、拟平衡态和亚稳定状态。 对于智能材料而言，材料与信息概念具有同一性。而某一L符号的平均信息量Φ与几率P状态的信息量logP有关，即 此式类同于热力学的熵，但符号相反，故称负熵(negcntropy)。因熵为无序性的量度，负熵则是有序性的量度。 1．3 智能材料的创制方法 基于智能材料具有传感、处理和执行的功能，因而其创制实际上是将此类软件功能（信息）引入材料。这类似于身体的信息处理单元——神经原，可融各种功能于一体（图1（a）），将多种软件功能寓于几纳米到数十纳米厚的不同层次结构（图1（b）），使材料智能化。此时材料的性能不仅与其组成、结构、形态有关，更是环境的函数。智能材料的研究与开发涉及金属系、陶瓷系、高分子系和生物系智能材料和系统。 2、 智能无机非金属材料 智能无机非金属材料很多，在此介绍几种较为典型的智能无机非金属材料。 2．1 智能陶瓷 2．1．1 氧化锆增韧陶瓷 氧化锆晶体一般有三种晶型： 其中t-ZrO2转化为m-ZrO2相变具有马氏体相变的特征，并且相变伴随有3%～5%的体积膨胀。不加稳定剂的ZrO2陶瓷在烧结温度冷却的过程中，就会由于发生相变而严重开裂。解决的办法是添加离子半径比Zr小的Ca、Mg、Y等金属的氧化物。 氧化锆相变可分为烧成冷却过程中相变和使用过程中相变。造成相变的原因，前者是温度诱导，后者是应力诱导。两类相变的结果都可使陶瓷增韧。增韧机制主要有相变增韧、微裂纹增韧、表面增韧、裂纹弯曲和偏转增韧等[9]。 当ZrO2晶粒尺寸比较大而稳定剂含量比较小时，陶瓷中的t-ZrO2晶粒在烧成后冷却至室温的过程中发生相变，相变所伴随的体积膨胀在陶瓷内部产生压应力，并在一些区域形成微裂纹。当主裂纹在这样的材料中扩展时，一方面受到上述压应力的作用，裂纹扩展受到阻碍；同时由于原有微裂纹的延伸使主裂纹受阻改向，也吸收了裂纹扩展的能量，提高了材料的强度和韧性。这就是微裂纹增韧。 由于ZrO2相变温度很高，借助温度变化来设计智能材料是不可行的，需要研究应力诱导下的相变增韧，应力诱导下的相变增韧在ZrO2增韧陶瓷中是最主要的一种增韧机制。 材料中的t-ZrO2晶粒在烧成后冷却至室温的过程中仍保持四方相形态，当材料受到外应力的作用时，受应力诱导发生相变，由t相转变为m相。由于ZrO2晶粒相变吸收能量而阻碍裂纹的继续扩展，从而提高了材料的强度和韧性。相转变发生之处的材料组成一般不均匀，因结晶结构的变化，导热和导电率等性能随之而变，这种变化就是材料受到外应力的信号，从而实现了材料的自诊断。 对氧化锆材料压裂而产生裂纹，在300℃热处理50h后，因为t相转变为m相过程中产生的体积膨胀补偿了裂纹空隙，可以再弥合，实现了材料的自修复。 对于材料使用中产生的疲劳强度及膨胀状况等，可通过材料的尺寸、声波传播速度、导热和导电率的变化进行在位观测。 2．1．2灵巧陶瓷 灵巧陶瓷是灵巧材料的一种，它能够感知环境的变化,并通过反馈系统作出相应的反应。用若干多层锆钛酸铅(PZT)可制成录像磁头的自动定位跟踪系统，日本利用PZT压电陶瓷块制成了Pachinko游戏机。 录像磁头的自动定位跟踪系统的原理是：在PZT陶瓷双层悬臂弯曲片上，通过布设的电极将其分为位置感受部分和驱动定位部分。位置感受部分即为传感器，感受电极上所获得的电压通过反馈系统施加到定位电极上，使层片发生弯曲，跟踪录像带上的磁迹，见图2。 Pachinko游戏机也应用了类似的原理。 利用灵巧陶瓷制成的灵巧蒙皮，可以降低飞行器和潜水器高速运动时的噪声，防止发生紊流，以提高运行速度，减少红外辐射达到隐形目的。 根据上述原则，完全有可能获得很灵巧材料。这种材料能够感知环境的多方面变化并能在时间和空间两方面调整材料的一种或多种性能参数，取得最优化响应。因此，传感、执行和反馈是灵巧材料工作的关键功能。 压电仿生陶瓷 材料仿生是材料发展的方向之一。日本研究人员正在研究鲸鱼和海豚的尾鳍和飞鸟的鸟翼，希望能研究出象尾鳍和鸟翼那样柔软、能折叠、又很结实的材料。 图3为模拟鱼类泳泡运动的弯曲应力传感器。传感器中两个金属电极之间有一很小的空气室，PZT压电陶瓷起覆盖泳泡肌肉的作用。因空气室的形状类似于新月，故称为“Moonie”复合物。此压电水声器应用特殊形状的电极，通过改变应力方向，使压电应变常数dh增至极大值。当厚的金属电极因声波而承受静水压力时，一部分纵向应力转变为符号相反的径向和切向应力，使压电常数d3l由负值变为正值，它与d33叠加，使dh值增加。这类复合材料的dh•gh值比纯PZT材料的大250倍。 应用PZT纤维复合材料和“Moonie”型复合物设计开发的执行器元件，可以消除因声波造成的稳流。 2．2 智能水泥基材料 在现代社会中，水泥作为基础建筑材料应用极为广泛，使水泥基材料智能化具有良好的应用前景。 智能水泥基材料包括：应力、应变及损伤自检水泥基材料[10～12]；自测温水泥基材料[13]；自动调节环境湿度的水泥基材料[14]；仿生自愈合水泥基材料[15、16]及仿生自生水泥材料[17]等。 水泥基材料中掺加一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维后，材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的。因此，该材料可以监测拉、弯、压等工况及静态和动态载荷作用下材料内部情况。在水泥净浆中（体积）的碳纤维用做传感器，其灵敏度远远高于一般的电阻应变片。 将一定长度的PAN基短切碳纤维掺入水泥净浆中，材料产生了热电效应。这种材料可以对建筑物内部和周围环境温度的变化实时监测。基于该材料的热电效应，还可能利用太阳能和室内外温差为建筑物供电。如果进一步使该材料具有Seebeck效应的逆效应——Peltier效应，那么就可能制得具有制冷制热材料。 在水泥净浆中掺加多孔材料，利用多孔材料吸湿量与温度的关系，能够使材料具有调湿功能。 一些科学家目前在研制一种能自行愈合的混凝土。设想把大量的空心纤维埋入混凝土中，当混凝土开裂时，事先装有“裂纹修补剂”的空心纤维会裂开，释放出粘结修补剂把裂纹牢牢地粘在一起，防止混凝土断裂。这是一种被动智能材料，即在材科中没有埋入传感器监测裂痕，也没有在材料中埋入电子芯片来“指导”粘接裂开的裂痕。与此原理相同，美国根据动物骨骼的结构和形成机理，尝试仿生水泥基材料的制备。该材料在使用过程中如果发生损伤，多孔有机纤维回释放高聚物愈合损伤。 美国科学家正在研究一种主动智能材料，能使桥梁出现问题时自动加固。他们设计的一种方式是：如果桥梁的某些局部出现问题，桥梁的另一部分就自行加固予以弥补。这一设想在技术上是可行的。随着电脑技术的发展，完全可以制造出极微小的信号传感器和微电子芯片及计算机把这些传感器、微型计算机芯片埋入桥梁材料中。桥梁材料可以用各种神奇的材料构成，例如用形状记忆材料。埋在桥梁材料中的传感器得到某部分材料出现问题的信号，计算机就会发出指令，使事先埋入桥梁材料中的微小液演变成固体而自动加固。 3、结语 目前，智能材料尚处在研究发展阶段，它的发展和社会效应息息相关。飞机失事和重要建筑等结构的损坏，激励着人们对具有自预警、自修复功能的灵巧飞机和材料结构的研究。以材料本身的智能性开发来满足人们对材料、系统和结构的期望，使材料结构能“刚”“柔”结合，以自适应环境的变化。在未来的研究中，应以以下几个方面为重点。 （1）如何利用飞速发展的信息技术成果，将软件功能引入材料、系统和结构中； （2）进一步加强探索型理论研究及材料复合智能化的机理研究，加速发展智能材料科学； （3）加强应用基础研究。
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出版社: 化学工业出版社作者：谢峻林, 何峰, 顾少轩, 王琦编著版次：第1版出版日期：2011年6月1日装帧：平装页数：368页正文语种: 简体中文开本: 16ISBN: 9787122112606条形码: 9787122112606 《无机非金属材料工学》是高等学校无机非金属材料专业课程体系中的专业必修课程，是材料科学与工程专业的选修课程。本教材是高等教育“十一五”国家级规划教材，是为了适应高等学校材料学科专业发展需要和材料类专业创新工程人才培养需要而编写的。本教材以无机非金属材料工程专业专业规范中材料制备知识领域核心知识单元及知识点为教学依据，整合无机非金属材料共性基础理论知识，提炼材料制备方法与原理；除介绍玻璃、陶瓷、水泥、混凝土等传统材料制备工艺外，还试图结合最新科技成果，将粉末、薄膜等低维材料的制备知识等新材料、新理论、新工艺充实到教材内容中。本教材可作为高等学校材料科学与工程专业、无机非金属材料工程专业本科生教学用书，也可供在材料工程领域从事科研、设计、生产的工程技术人员阅读参考。 绪论10?1无机非金属材料的定义10?2无机非金属材料在国民经济建设中的作用和地位10?3无机非金属材料工业的进展30?4无机非金属材料国际发展趋势 40?5无机非金属材料工学的任务4第1篇无机非金属材料基础理论第1章无机非金属材料概述61?1无机非金属材料的结构特征61?1?1无机非金属材料的结构61?1?2无机非金属材料的结构特征71?2水泥91?2?1硅酸盐水泥91?2?2快硬和特快硬水泥101?2?3抗硫酸盐、中低热及道路水泥121?2?4膨胀和自应力水泥141?2?5油井水泥161?2?6装饰水泥161?3玻璃171?3?1硅酸盐玻璃171?3?2硼酸盐玻璃181?3?3硼硅酸盐玻璃191?3?4铝酸盐玻璃191?3?5铝硅酸盐玻璃191?3?6磷酸盐玻璃191?3?7铝磷酸盐玻璃201?3?8其他氧化物玻璃201?3?9非氧化物玻璃211?4陶瓷231?4?1陶瓷的定义与分类231?4?2陶瓷的组成、结构与性能241?4?3日用陶瓷261?4?4建筑卫生陶瓷271?5混凝土281?5?1混凝土的定义281?5?2混凝土的分类291?6耐火材料291?6?1耐火材料的定义及分类291?6?2硅质耐火材料301?6?3镁质耐火材料311?6?4熔铸耐火材料311?6?5含碳耐火材料311?6?6轻质耐火材料311?6?7不定形耐火材料32[思考题]32[参考文献]32第2章无机非金属材料晶体结构332?1晶体学基础332?1?1晶体的基本性质332?1?2晶体结构与空间点阵342?1?3 晶胞352?1?4晶系和布拉菲格子352?1?5晶面指数和晶向指数362?1?6晶面间距及晶带392?2无机化合物晶体结构392?2?1离子晶体中质点的堆积方式392?2?2典型离子晶体的结构412?2?3共价晶体中原子的堆积与典型共价晶体的结构452?3固溶体462?3?1置换固溶体462?3?2影响形成置换固溶体的因素472?3?3间隙固溶体482?3?4影响形成间隙固溶体的因素482?3?5形成固溶体后对晶体性质的影响492?4硅酸盐晶体结构492?4?1硅酸盐晶体结构类型及其特点492?4?2常见硅酸盐材料中的晶体52[思考题]64[参考文献]64第3章非晶态及玻璃态结构653?1非晶态物质653?1?1非晶态物质的种类653?1?2非晶态物质X射线衍射653?1?3玻璃的定义663?2非晶态物质的结构663?2?1织构663?2?2近程结构683?2?3远程结构683?3玻璃的结构因素713?4玻璃的通性723?4?1各向同性733?4?2介稳性733?4?3无固定熔点733?4?4性质变化的连续性和可逆性743?5玻璃的性质743?5?1玻璃熔体的工艺性质743?5?2硅酸盐玻璃的性质76[思考题]83[参考文献]84第4章无机非金属材料的微观结构演变854?1液?固转变过程中的晶体成核?生长相变854?1?1晶核形成854?1?2晶体生长884?1?3总结晶速率894?1?4影响结晶速率的因素904?2玻璃的形成与析晶914?2?1玻璃的形成范围914?2?2玻璃形成的热力学条件914?2?3玻璃形成的动力学条件924?2?4玻璃析晶944?3微晶玻璃954?3?1微晶玻璃的成核剂954?3?2微晶玻璃的结晶化热处理954?3?3微晶玻璃的结构及其与性能的关系974?4玻璃的分相984?4?1玻璃分相的定义994?4?2玻璃分相的实质994?4?3玻璃分相机理994?4?4分相产物的显微结构1024?5玻璃的着色1034?5?1概述1034?5?2玻璃着色剂及其着色机理1034?5?3颜色玻璃的分类及其光谱特性108[思考题]110[参考文献]111第2篇无机非金属材料制备方法及原理第5章基于液相?固相转变的材料制备1125?1从熔体制备单晶材料1125?1?1提拉法1135?1?2坩埚下降法1135?1?3区熔法1145?1?4液相外延1145?2从熔体制备非晶材料1155?2?1玻璃的熔制1155?2?2非晶材料的获得1175?2?3常见氧化物玻璃制品的成形工艺1185?3溶液法制备材料1225?3?1低温溶液法1225?3?2高温溶液法1235?3?3水热法（高温水解法） 1255?3?4沉淀法 1275?3?5溶剂蒸发法1315?4溶胶?凝胶法1325?4?1概述1325?4?2溶胶?凝胶法制备材料过程1325?4?3粉末的制备1345?4?4氧化物薄膜的制备135[思考题]136[参考文献]136第6章基于固相?固相转变的材料制备1376?1固相反应法制备粉末1376?2特种陶瓷的烧结1386?2?1陶瓷烧结方法的分类1386?2?2热压烧结1396?2?3其他烧结方法 1396?3水泥熟料的烧成1406?3?1水泥熟料的形成1406?3?2水泥熟料煅烧方法1416?4其他材料制备方法1426?4?1固相外延1426?4?2高压制备143[思考题]143[参考文献]144第7章基于气相?固相转变的材料制备1457?1物理气相沉积1457?1?1真空蒸发镀膜1457?1?2溅射镀膜1477?1?3离子镀膜1507?1?4分子束外延1507?2化学气相沉积1527?2?1CVD的化学反应类型1537?2?2CVD的分类1547?2?3CVD的特点1547?2?4CVD的应用154[思考题]155[参考文献]155第3篇典型无机非金属材料生产工艺第8章无机非金属材料生产中的共性与个性1568?1无机非金属材料生产过程的共性1568?1?1原料1568?1?2粉料的制备1578?1?3原料的均化1578?1?4高温热处理1588?1?5成形1598?1?6干燥1608?2无机非金属材料生产过程的个性1618?2?1胶凝材料类1618?2?2玻璃、玻璃纤维、铸石、人工晶体类1628?2?3陶瓷、砖瓦、耐火材料类1628?3无机非金属材料的几种典型生产工艺流程1638?3?1水泥生产工艺流程1638?3?2玻璃生产工艺流程1638?3?3陶瓷生产工艺流程166[思考题]166[参考文献]166第9章原料 1679?1原料的选择与预处理1679?2原料的种类和性质1679?2?1硅质原料1679?2?2黏土类原料1689?2?3钙质原料1739?2?4长石类原料1749?2?5其他原料1749?3粉末原料的制备1769?3?1氮化物粉末的制备1769?3?2碳化合物粉末的制备1779?3?3硼化物粉末的制备1789?3?4氧化铝粉末的制备1789?4水泥原料1799?4?1石灰质原料1809?4?2黏土质原料1819?4?3校正原料1839?4?4辅助原料1839?5玻璃原料1839?5?1主要原料1849?5?2辅助原料1879?5?3碎玻璃1899?6陶瓷原料1899?6?1黏土类可塑性原料1899?6?2石英类非可塑性原料1919?6?3熔剂性原料192[思考题]194[参考文献]194第10章硅酸盐水泥的制备19510?1硅酸盐水泥的组成设计19510?1?1硅酸盐水泥对矿物组成的选择19510?1?2硅酸盐水泥的组成设计19510?1?3熟料中的矿物及其作用19610?2配料计算19710?2?1熟料的率值19710?2?2熟料矿物组成的计算19910?2?3熟料真实矿物组成与计算矿物组成的差异20110?2?4配料计算20110?3配合料（生料）的制备20610?3?1破碎20610?3?2粉磨20710?4硅酸盐水泥熟料的煅烧21010?4?1煅烧过程中的物理化学变化21010?4?2回转窑内熟料的煅烧21910?4?3新型干法水泥生产技术22210?4?4水泥熟料的冷却22910?5水泥制成23010?5?1熟料的储存23010?5?2水泥组成材料及其作用23010?5?3水泥制成231[思考题]234[参考文献]234第11章混凝土23511?1混凝土的组成材料23511?1?1集料23511?1?2胶凝材料——水泥23711?1?3水23711?1?4外加剂23711?2混凝土的配合比设计23711?2?1混凝土配合比设计基本要求23711?2?2混凝土配合比设计计算步骤23811?3混凝土结构与性能24011?3?1混凝土结构24011?3?2混凝土拌和物性能24211?3?3硬化混凝土的性能24411?4混凝土生产工艺流程250[思考题]251[参考文献]251第12章浮法玻璃生产工艺25212?1配合料及配合料制备25212?1?1配合料制备25212?1?2玻璃组成的设计和配合料计算25212?1?3与配料计算相关的参数25312?1?4配料计算25412?1?5原料的称量25712?1?6原料的混合25812?1?7配合料REDOX控制25812?2玻璃熔制25812?2?1配合料的熔化25812?2?2玻璃熔制工艺制度26312?2?3浮法玻璃熔窑26612?3浮法玻璃成形及锡槽26912?3?1浮法玻璃成形过程及其对锡槽的要求26912?3?2浮法玻璃成形原理27212?4浮法玻璃的退火27412?4?1概述27412?4?2退火工艺制度的计算27512?4?3钢壳体的退火窑结构27712?5玻璃的缺陷28012?5?1气泡28012?5?2结石（结晶夹杂物）28112?5?3条纹和节瘤（玻璃态夹杂物）282[思考题]282[参考文献]282第13章微晶玻璃生产工艺28313?1烧结法微晶玻璃的制备工艺28313?1?1烧结法工艺的特点28313?1?2玻璃颗粒的烧结28313?2微晶玻璃的生产过程28313?2?1概述28413?2?2原料制备28413?2?3玻璃的熔制28513?2?4玻璃颗粒的储存、烘干与筛分28613?2?5晶化28713?2?6微晶玻璃的切、磨、抛工艺28813?3微晶玻璃的缺陷及质量控制28913?3?1烧结法微晶玻璃的缺陷与控制28913?3?2色斑29213?3?3色差292[思考题]294[参考文献]294第14章陶瓷生产工艺29514?1概述29514?2陶瓷坯料及制备29614?2?1确定坯料配方的原则29614?2?2坯体组成的表示方法29614?2?3配料计算29714?2?4坯料制备29914?2?5坯料性能的调整途径30414?3陶瓷成型30514?3?1陶瓷的成型方法分类及特点30514?3?2干法成型主要方法30714?3?3塑性成型主要方法30714?3?4浆料成型主要方法30814?4釉料及色料30814?4?1釉的作用及分类30814?4?2釉层的性质30914?4?3坯釉适应性31114?4?4釉料的组成与配料计算31114?4?5釉料配制原则31414?4?6釉料制备31514?4?7施釉31614?4?8陶瓷色釉料31614?5普通陶瓷的烧成31914?5?1坯、釉在烧成过程中的物理化学变化31914?5?2烧成制度的制定32114?5?3烧成设备32214?5?4 烧成方式的选择32514?6陶瓷产品的缺陷分析32614?6?1陶瓷缺陷的分类32614?6?2主要缺陷分析326[思考题]329[参考文献]329第15章纳米材料制备技术33015?1基本概念33015?1?1纳米材料的分类33015?1?2纳米材料的基本效应33015?2零维纳米材料33315?2?1基本概念33315?2?2纳米粒子的制备方法33315?3一维纳米材料34115?3?1基本概念34115?3?2碳纳米管34315?4二维纳米材料35015?4?1基本概念35015?4?2纳米薄膜的分类35115?4?3纳米薄膜的制备方法35115?4?4纳米薄膜的性能35215?4?5纳米薄膜的应用35315?5三维纳米材料35515?5?1基本概念35515?5?2纳米玻璃35615?5?3纳米陶瓷36015?5?4纳米复合材料364[思考题]368[参考文献]368 在科技高速发展及我国人才强国战略背景下，材料专业教育迅速发展，2001年材料类专业成为我国高教理工科排名前10名的专业。2009年全国无机非金属材料工程专业本科招生点达到89个，材料科学与工程专业本科招生点达到131个。与此同时，材料学科也在迅速发展，专业内涵不断丰富。为适应新形势，培养高水平材料工程技术人才，各高校积极开展课程体系改革与研究，取得了许多成果。本教材是在聆听了诸多教师心得，参考了诸多图书，翻阅了大量资料，特别是吸纳了武汉理工大学材料科学与工程学院十多年的教学改革研究的实践成果之后而完成，因此它凝聚了除编者之外更多人的心血与汗水。《无机非金属材料工学》是无机非金属材料专业学生的核心专业课程，是材料科学与工程专业学生的选修课。应在学习完材料科学基础、材料工程基础两门课程之后，而学习无机非金属材料热工设备课程之前开设。它与材料科学基础、材料工程基础、无机非金属材料热工设备等课程之间有着密切的联系。它是对已学材料基础理论的应用，是对材料制备原理与工艺的系统描述，是今后学习热工设备类课程的基础。本《无机非金属材料工学》教材立足无机非金属材料二级学科专业，面向材料科学与工程一级学科专业，构建适合工程人才培养的无机非金属材料工学课程体系。适宜作为高等学校材料科学与工程专业、无机非金属材料工程专业本科生学习用书。本教材在吸纳了武汉理工大学林宗寿教授主编的《无机非金属材料工学》第二版部分精髓的同时，结合全国高校材料专业教学需求，以无机非金属材料工程专业专业规范中材料制备知识领域核心知识单元及知识点为依据，以整合无机非金属材料共性理论知识为特色，以原理—工艺—性能为主线，组织教学内容，同时结合新材料发展现状，对新材料、新理论、新工艺进行适度介绍。教材内容包括无机非金属材料共性基础理论知识，材料制备方法与原理，玻璃、陶瓷、水泥、混凝土等传统材料制备工艺，粉末、薄膜等低维材料的制备知识。通过该课程的学习，可使学生掌握无机非金属材料的制备原理和生产过程，工艺流程的共性和特点，使学生对无机非金属材料的性能、生产过程和应用有较全面的了解，同时对新材料、新工艺、新方法建立起基本概念。本教材分为3篇15章：第1篇无机非金属材料基础理论，简明扼要地介绍了无机非金属材料组成?结构特征，晶态结构、非晶态及玻璃态结构，微观结构的演化等无机非金属材料共性基础理论；第2篇无机非金属材料制备方法及原理，系统介绍了基于液相?固相转变、基于固相?固相转变、基于气相?固相转变的材料制备方法及原理，重要内容包括晶体材料、粉末材料、薄膜材料、块状材料的制备，对玻璃、水泥熟料、陶瓷进行了制备原理及质量控制。
用高温固相反应由锆矿石粉制备锆质颜料锆质颜料是陶瓷、搪瓷、玻璃工业应用较广泛的高温无机颜料 因为它具有非常稳定的晶型结构，所以具有耐高温，物化性能稳定、着色力强等优点。我国锆质颜料主要是用品位较高的氧化锫，二氧化硅与着色元素人工合成的。用这种方怯生产的锫质颜料，成本太高。据《日本特许公报》昭47—8699报道，锆质颜料可用锆英石矿粉按特定的工艺条件直接合成。实验结果表明， 用锆英石矿粉直接合成的无机锆质颜料质置达到国内外同类产品水平。而其生产成本比用原法生产的产品成倍降低。用锆英石矿粉直接合成无机锆质颜料采用的工艺流程如图---------高温固相反应由锆矿石粉制备锆质颜料的工艺流程 主要原料有(1)锫英石： ZrO：≥60 ，工业级，广东等地产。 (2)纯碱I Na 2CO 3／>95 ，工业级，大连等地产。(3) 硫酸2 H 2SO‘／>90％ ， 工业级，全国各地产。(4)氧化镨2 Pr日OI1>／90％，工业级内蒙、上海等地产。(5)五氧化二钒： V O ≥96 ，工业级， 湖南等地产。(6)铁红；Fe O。≥96 ， 工业级， 湖南等地产。(7)铬绿：Cr O。≥96 ， 工业级， 湖南等地产。(8)氧化铺：C0~70 ， 工业级， 广东， 湖南等地产。锆质颜料的色域非常广泛， 在氧化锆，二氧化硅形成锆英石晶型结构的同时，5【入上述原料(4)一(8)中的一种，则可制备黄、蓝、红、绿、青等不同色调的锆质颜料。本方法的不同之处在于：所用的基术原料锆英石矿粉本身就具有稳定的晶型结构，简单地加入着色离子是不能制备锆质颜料的。也就是说巳具有稳定晶型结构的锆英石不能再着色，所以， 首先必须破坏其晶型结构。具体做法是，在锆英石矿粉中加入一定量的纯碱，在高温下使混台物发生固相反应生成一种易被无机酸分解的中间物质，然后加入一定量的无机酸处理之， 使之分解并生成一种能与着色离子发生固相反应的混合物。此种混合物巳不具有锆英石晶型，在此种混合物中加入着色元素错、钒、铁、铬、钻等的氧化物或盐类及一定量的矿化剂， 高温下物料发生固相反应生成着色的锆英石固溶体。采用APD一10全自动x射线衍射仪对合成的锫质颜料颗粒进行晶型结构分析，测定条件为工作电压40kVt，工作电流20mAt步选扫描20，20。一80℃铜靶。测定结果表明 锫质颜料试样为锆英石晶型结构，无杂质相生成， 纯度较高。将小样与其他样品进行了质量对比，数据表明， 锆质颜料的各项技术指标已达到国内同类产品水平，其中耐温性高于国内水平。锆英石是一种非常稳定的矿物质， 只有在1530~高温下才能分解。考虑到工业化生产，宜尽量在较低的温度下破坏其晶型结构， 我们在锆英石中加入一定量的纯碱， 以使其在850"C～1IO0~C温度下发生固相反应。通过大量的实验证明， 锆英石与纯碱的比例不同，其反应温度亦不相同合成无机颜料时，加入矿化剂的作用主要是使颜料的晶型结构在较低的温度下形成。不仅如此，加入相应的矿化。剂能使着色离子的价态发生变化，使所需要的颜色离子顺利进入颜料晶格。在一定范围内着色离子加入量与颜料的颜色深浅成正比。合成锆质颜料时， 着色元素的加入量是有一定范围的。在此范围内，着色离子加入量与颜料颜色的深浅成正比。但着色离子不能无限量增加， 不同的着色离子对锆离子和硅离子有一定的取代份数， 超过了这个取代份数，就会产生过剩的着色离子，从而影响颜料质量。
上中国知网，或者豆丁上下..很多的...智能无机非金属材料摘 要 结构材料所处的环境极为复杂，材料损坏引起事故的危险性不断增加，研究与开发对损坏能自行诊断并具有自修复能力的结构材料是十分重要而急迫的任务。本文对智能材料的发展、构思、无机非金属智能材料进行了综述，对智能材料进一步研究进行了展望。 关键词 智能；无机非金属；材料 智能材料是指对环境具有可感知、可响应并具有功能发现能力的新材料。日本高木俊宜教授[1]将信息科学融于材料的物性和功能，于1989年提出了智能材料（Intelligent materials）概念。至此智能材料与结构的研究也开始由航空航天及军事部门[2,3]逐渐扩展到土木工程[4]、医药、体育和日常用品[5,6]等其他领域。 同时，美国的R•E•Newnham教授围绕具有传感和执行功能的材料提出了灵巧材料（Smart materials）概念，又有人称之为机敏材料。他将灵巧材料分为三类： 被动灵巧材料——仅能响应外界变化的材料； 主动灵巧材料——不仅能识别外界的变化，经执行线路能诱发反馈回路，而且响应环境变化的材料； 很灵巧材料——有感知、执行功能，并能响应环境变化，从而改变性能系数的材料。 R•E•Newnham的灵巧材料和高木俊宜的智能材料概念的共同之处是：材料对环境的响应性。 自l989年以来，先是在日本、美国，尔后是西欧，进而世界各国的材料界均开始研究智能材料。科学家们研究将必要的仿生(biominetic)功能引入材料，使材料和系统达到更高的层次，成为具有自检测、自判断、自结论、自指令和执行功能的新材料。智能结构常常把高技术传感器或敏感元件与传统结构材料和功能材料结合在一起，赋予材料崭新的性能，使无生命的材料变得有了“感觉”和“知觉”，能适应环境的变化，不仅能发现问题，而且还能自行解决问题。 由于智能材料和系统的性能可随环境而变化，其应用前景十分广泛[7]。例如飞机的机翼引入智能系统后，能响应空气压力和飞行速度而改变其形状；进入太空的灵巧结构上设置了消震系统，能补偿失重，防止金属疲劳；潜水艇能改变形状，消除湍流，使流动的噪声不易被测出而便于隐蔽；金属智能结构材料能自行检测损伤和抑制裂缝扩展，具有自修复功能，确保了结构物的可靠性；高技术汽车中采用了许多灵巧系统，如空气-燃料氧传感器和压电雨滴传感器等，增加了使用功能。其它还有智能水净化装置可感知而且能除去有害污染物；电致变色灵巧窗可响应气候的变化和人的活动，调节热流和采光；智能卫生间能分析尿样，作出早期诊断；智能药物释放体系能响应血糖浓度，释放胰岛素，维持血糖浓度在正常水平。 国外对智能材料研究与开发的趋势是：把智能性材料发展为智能材料系统与结构。这是当前工程学科发展的国际前沿，将给工程材料与结构的发展带来一场革命。国外的城市基础建设中正构思如何应用智能材料构筑对环境变化能作出灵敏反应的楼层、桥梁和大厦等。这是一个系统综合过程，需将新的特性和功能引入现有的结构中。 美国科学家们正在设计各种方法，试图使桥梁、机翼和其它关键结构具有自己的“神经系统”、“肌肉”和“大脑”，使它们能感觉到即将出现的故障并能自行解决。例如在飞机发生故障之前向飞行员发出警报，或在桥梁出现裂痕时能自动修复。他们的方法之一是，在高性能的复合材料中嵌入细小的光纤材料，由于在复合材料中布满了纵横交错的光纤，它们就能像“神经”那样感受到机翼上受到的不同压力，在极端严重的情况下，光纤会断裂，光传输就会中断，于是发出即将出现事故的警告。 1、 智能材料的构思[8] 一种新的概念往往是各种不同观点、概念的综合。智能材料设计的思路与以下几种因素有关：(1)材料开发的历史，结构材料→功能材料→智能材料。(2)人工智能计算机的影响，也就是生物计算机的未来模式、学习计算机、三维识别计算机对材料提出的新要求。(3)从材料设计的角度考虑智能材料的制造。(4)软件功能引入材料。(5)对材料的期望。(6)能量的传递。(7)材料具有时间轴的观点，如寿命预告功能、自修复功能，甚至自学习、自增殖和自净化功能，因外部刺激时间轴可对应作出积极自变的动态响应，即仿照生物体所具有的功能。例如，智能人工骨不仅与生物体相容性良好，而且能依据生物体骨的生长、治愈状况而分解，最后消失。 1．1 仿生与智能材料 智能材料的性能是组成、结构、形态与环境的函数，它具有环境响应性。生物体的最大特点是对环境的适应，从植物、动物到人类均如此。细胞是生物体的基础，可视为具有传感、处理和执行三种功能的融合材料，因而细胞可作为智能材料的蓝本。 对于从单纯物质到复杂物质的研究，可以通过建立模型实现。模型使复杂的生物材料得解，从而创造出仿生智能材料。例如，高分子材料是人工设计的合成材料，在研究时曾借鉴于天然丝的大分子结构，然后合成出了强度更高的尼龙。目前，已根据模拟信息接受功能蛋白质和执行功能蛋白质，创造出由超微观到宏观的各种层次的智能材料。 1．2 智能材料设计 用现有材料组合，并引入多重功能，特别是软件功能，可以得到智能材料。随着信息科学的迅速发展，自动装置(Automaton)不仅用于机器人和计算机这类人工机械，更可用于能条件反射的生物机械。 此自动装置在输入信号(信息)时，能依据过去的输入信号(信息)产生输出信号(信息)。过去输入的信息则能作为内部状态存贮于系统内。因此，自动装置由输入、内部状态、输出三部分组成。将智能材料与自动装置类比，两者的概念是相似的。 自动装置M可用以下6个参数描绘： M＝（θ，X，Y，f，g，θ0） 式中θ为内部状态的集；X和Y分别代表输入和输出信息的集；f表示现在的内部状态因输入信息转变为下一时间内部状态的状态转变系数；g是现在的内部状态因输入信息而输出信息的输出系数；θ0为初期状态的集。 为使材料智能化，可控制其内部状态θ、状态转变系数f及输出系数g。例如对于陶瓷，其θ、f、g的关系，即是材料结构、组成与功能性的关系。设计材料时应考虑这些参数。若使陶瓷的功能提高至智能化，需要控制f和g。 一般陶瓷是微小晶粒聚集成的多晶体，常通过添加微量第二组分控制其特性。此第二组分的本体和微晶粒界两者的性能均影响所得材料特性。 实际上，第二组分的离子引入系统时，其自由能(G=H-TS)发生变化，为使材料的自由能(G)最小，有必要控制焓(H)，使熵(S)达最适合的数值。而熵与添加物的分布有关，因此陶瓷的功能性控制可通过优化熵来实现。熵由材料本身的焓调控。故为使陶瓷具有高功能进而达到智能化的目的，应使材料处于非平衡态、拟平衡态和亚稳定状态。 对于智能材料而言，材料与信息概念具有同一性。而某一L符号的平均信息量Φ与几率P状态的信息量logP有关，即 此式类同于热力学的熵，但符号相反，故称负熵(negcntropy)。因熵为无序性的量度，负熵则是有序性的量度。 1．3 智能材料的创制方法 基于智能材料具有传感、处理和执行的功能，因而其创制实际上是将此类软件功能（信息）引入材料。这类似于身体的信息处理单元——神经原，可融各种功能于一体（图1（a）），将多种软件功能寓于几纳米到数十纳米厚的不同层次结构（图1（b）），使材料智能化。此时材料的性能不仅与其组成、结构、形态有关，更是环境的函数。智能材料的研究与开发涉及金属系、陶瓷系、高分子系和生物系智能材料和系统。 2、 智能无机非金属材料 智能无机非金属材料很多，在此介绍几种较为典型的智能无机非金属材料。 2．1 智能陶瓷 2．1．1 氧化锆增韧陶瓷 氧化锆晶体一般有三种晶型： 其中t-ZrO2转化为m-ZrO2相变具有马氏体相变的特征，并且相变伴随有3%～5%的体积膨胀。不加稳定剂的ZrO2陶瓷在烧结温度冷却的过程中，就会由于发生相变而严重开裂。解决的办法是添加离子半径比Zr小的Ca、Mg、Y等金属的氧化物。 氧化锆相变可分为烧成冷却过程中相变和使用过程中相变。造成相变的原因，前者是温度诱导，后者是应力诱导。两类相变的结果都可使陶瓷增韧。增韧机制主要有相变增韧、微裂纹增韧、表面增韧、裂纹弯曲和偏转增韧等[9]。 当ZrO2晶粒尺寸比较大而稳定剂含量比较小时，陶瓷中的t-ZrO2晶粒在烧成后冷却至室温的过程中发生相变，相变所伴随的体积膨胀在陶瓷内部产生压应力，并在一些区域形成微裂纹。当主裂纹在这样的材料中扩展时，一方面受到上述压应力的作用，裂纹扩展受到阻碍；同时由于原有微裂纹的延伸使主裂纹受阻改向，也吸收了裂纹扩展的能量，提高了材料的强度和韧性。这就是微裂纹增韧。 由于ZrO2相变温度很高，借助温度变化来设计智能材料是不可行的，需要研究应力诱导下的相变增韧，应力诱导下的相变增韧在ZrO2增韧陶瓷中是最主要的一种增韧机制。 材料中的t-ZrO2晶粒在烧成后冷却至室温的过程中仍保持四方相形态，当材料受到外应力的作用时，受应力诱导发生相变，由t相转变为m相。由于ZrO2晶粒相变吸收能量而阻碍裂纹的继续扩展，从而提高了材料的强度和韧性。相转变发生之处的材料组成一般不均匀，因结晶结构的变化，导热和导电率等性能随之而变，这种变化就是材料受到外应力的信号，从而实现了材料的自诊断。 对氧化锆材料压裂而产生裂纹，在300℃热处理50h后，因为t相转变为m相过程中产生的体积膨胀补偿了裂纹空隙，可以再弥合，实现了材料的自修复。 对于材料使用中产生的疲劳强度及膨胀状况等，可通过材料的尺寸、声波传播速度、导热和导电率的变化进行在位观测。 2．1．2灵巧陶瓷 灵巧陶瓷是灵巧材料的一种，它能够感知环境的变化,并通过反馈系统作出相应的反应。用若干多层锆钛酸铅(PZT)可制成录像磁头的自动定位跟踪系统，日本利用PZT压电陶瓷块制成了Pachinko游戏机。 录像磁头的自动定位跟踪系统的原理是：在PZT陶瓷双层悬臂弯曲片上，通过布设的电极将其分为位置感受部分和驱动定位部分。位置感受部分即为传感器，感受电极上所获得的电压通过反馈系统施加到定位电极上，使层片发生弯曲，跟踪录像带上的磁迹，见图2。 Pachinko游戏机也应用了类似的原理。 利用灵巧陶瓷制成的灵巧蒙皮，可以降低飞行器和潜水器高速运动时的噪声，防止发生紊流，以提高运行速度，减少红外辐射达到隐形目的。 根据上述原则，完全有可能获得很灵巧材料。这种材料能够感知环境的多方面变化并能在时间和空间两方面调整材料的一种或多种性能参数，取得最优化响应。因此，传感、执行和反馈是灵巧材料工作的关键功能。 压电仿生陶瓷 材料仿生是材料发展的方向之一。日本研究人员正在研究鲸鱼和海豚的尾鳍和飞鸟的鸟翼，希望能研究出象尾鳍和鸟翼那样柔软、能折叠、又很结实的材料。 图3为模拟鱼类泳泡运动的弯曲应力传感器。传感器中两个金属电极之间有一很小的空气室，PZT压电陶瓷起覆盖泳泡肌肉的作用。因空气室的形状类似于新月，故称为“Moonie”复合物。此压电水声器应用特殊形状的电极，通过改变应力方向，使压电应变常数dh增至极大值。当厚的金属电极因声波而承受静水压力时，一部分纵向应力转变为符号相反的径向和切向应力，使压电常数d3l由负值变为正值，它与d33叠加，使dh值增加。这类复合材料的dh•gh值比纯PZT材料的大250倍。 应用PZT纤维复合材料和“Moonie”型复合物设计开发的执行器元件，可以消除因声波造成的稳流。 2．2 智能水泥基材料 在现代社会中，水泥作为基础建筑材料应用极为广泛，使水泥基材料智能化具有良好的应用前景。 智能水泥基材料包括：应力、应变及损伤自检水泥基材料[10～12]；自测温水泥基材料[13]；自动调节环境湿度的水泥基材料[14]；仿生自愈合水泥基材料[15、16]及仿生自生水泥材料[17]等。 水泥基材料中掺加一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维后，材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的。因此，该材料可以监测拉、弯、压等工况及静态和动态载荷作用下材料内部情况。在水泥净浆中（体积）的碳纤维用做传感器，其灵敏度远远高于一般的电阻应变片。 将一定长度的PAN基短切碳纤维掺入水泥净浆中，材料产生了热电效应。这种材料可以对建筑物内部和周围环境温度的变化实时监测。基于该材料的热电效应，还可能利用太阳能和室内外温差为建筑物供电。如果进一步使该材料具有Seebeck效应的逆效应——Peltier效应，那么就可能制得具有制冷制热材料。 在水泥净浆中掺加多孔材料，利用多孔材料吸湿量与温度的关系，能够使材料具有调湿功能。 一些科学家目前在研制一种能自行愈合的混凝土。设想把大量的空心纤维埋入混凝土中，当混凝土开裂时，事先装有“裂纹修补剂”的空心纤维会裂开，释放出粘结修补剂把裂纹牢牢地粘在一起，防止混凝土断裂。这是一种被动智能材料，即在材科中没有埋入传感器监测裂痕，也没有在材料中埋入电子芯片来“指导”粘接裂开的裂痕。与此原理相同，美国根据动物骨骼的结构和形成机理，尝试仿生水泥基材料的制备。该材料在使用过程中如果发生损伤，多孔有机纤维回释放高聚物愈合损伤。 美国科学家正在研究一种主动智能材料，能使桥梁出现问题时自动加固。他们设计的一种方式是：如果桥梁的某些局部出现问题，桥梁的另一部分就自行加固予以弥补。这一设想在技术上是可行的。随着电脑技术的发展，完全可以制造出极微小的信号传感器和微电子芯片及计算机把这些传感器、微型计算机芯片埋入桥梁材料中。桥梁材料可以用各种神奇的材料构成，例如用形状记忆材料。埋在桥梁材料中的传感器得到某部分材料出现问题的信号，计算机就会发出指令，使事先埋入桥梁材料中的微小液演变成固体而自动加固。 3、结语 目前，智能材料尚处在研究发展阶段，它的发展和社会效应息息相关。飞机失事和重要建筑等结构的损坏，激励着人们对具有自预警、自修复功能的灵巧飞机和材料结构的研究。以材料本身的智能性开发来满足人们对材料、系统和结构的期望，使材料结构能“刚”“柔”结合，以自适应环境的变化。在未来的研究中，应以以下几个方面为重点。 （1）如何利用飞速发展的信息技术成果，将软件功能引入材料、系统和结构中； （2）进一步加强探索型理论研究及材料复合智能化的机理研究，加速发展智能材料科学； （3）加强应用基础研究。
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10～100个原子紧密排列在一起的尺度。下面是我整理的纳米材料科技论文，希望你能从中得到感悟!
纳米材料综述
【摘要】 本文综述了纳米材料的发展、种类、结构特性、目前应用状况和相关的应用前景，并对我国和国际目前的研究水平和投入做了对比分析。
【关键词】 纳米、纳米技术、纳米材料、纳米结构
1 引言
著名科学家费曼于1959年所作的《在底部还有很大空间》的演讲中，以“由下而上的方法”出发，提出从单个分子甚至原子开始进行组装，以达到设计要求。他说道，“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”并预言，“当我们对细微尺寸的物体加以控制的话，将极大得扩充我们获得物性的范围。”[1]
1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。1982年，科学家发明研究纳米的重要工具――扫描隧道显微镜，使人类首次在大气和常温下看见原子，为我们揭示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用。1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。[2]
2 纳米技术
纳米技术是在单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行精确的观测、识别和控制的技术，是在纳米尺度范围内研究物质的特性和相互作用，并利用这些特性制造具有特定功能产品的多学科交叉的高新技术。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品。
3 纳米材料
纳米材料的概念
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10～100个原子紧密排列在一起的尺度。从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在微米以下，即100纳米以下。因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。
纳米材料具有一定的独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为，当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨，所以二者行为上将产生明显的差异。
纳米材料的分类
纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其他三类产品的基础。
(1)纳米粉末
纳米粉末又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物态的固体颗粒材料。可用于：高密度磁记录材料;吸波隐身材料;磁流体材料;防辐射材料;单晶硅和精密光学器件抛光材料;微芯片导热基片与布线材料;微电子封装材料;光电子材料;先进的电池电极材料;太阳能电池材料;高效催化剂;高效助燃剂;敏感元件;高韧性陶瓷材料(摔不裂的陶瓷，用于陶瓷发动机等);人体修复材料;抗癌制剂等。
(2)纳米纤维
纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。可用于：微导线、微光纤(未来量子计算机与光子计算机的重要元件)材料;新型激光或发光二极管材料等。静电纺丝法是目前制备无机物纳米纤维的一种简单易行的方法。
(3)纳米膜
纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于：气体催化(如汽车尾气处理)材料;过滤器材料;高密度磁记录材料;光敏材料;平面显示器材料;超导材料等。
(4)纳米块体
纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料。主要用途为：超高强度材料;智能金属材料等。
4 纳米材料的应用
由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性[8]、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。
5 纳米材料的前景
纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学，主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。纳米材料的应用涉及到各个领域，21世纪将是纳米技术的时代。纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题，特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。
21世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理和化学特性，设计出各种新型的材料和器件。通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品，目前已出现可喜的苗头，具备了形成21世纪经济新增长点的基础。纳米材料将成为材料科学领域一个大放异彩的明星展现在新材料、能源、信息等各个领域，发挥举足轻重的作用。随着其制备和改性技术的不断发展，纳米材料在精细化工和医药生产等诸多领域会得到日益广泛的应用。
6 结束语
纳米材料在21世纪高科技发展中占有重要地位。纳米材料由于其无可挑剔的优越性，已成为世界各国研究的热点。其应用已渗透到人类生活和生产的各个领域，促使许多传统产业得到改进。世界发达国家的政府都在部署未来10～15年有关纳米科技研究规划。我国对纳米材料的研究也取得了令世界瞩目的、具有前沿性的科技成果。纳米技术的开发，纳米材料的应用，推动了整个人类社会的发展，也给市场带来了巨大的商业机遇。
参考文献
[1]孙红庆.科技天地―计划与市场探索[M]，2001/05
[2]肖建中.材料科学导论[M].北京：中国电力出版社，2001，43～50.
[3]吴润，谢长生.粉状纳米材料的表面研究进展与展望[J].材料导报.2000，14(10)：43～46.
纳米材料与应用
摘要 ：简要介绍了纳米材料的分类以及它的基本效应，讲解了纳米材料的特殊性能。分析了新型能源纳米材料中光电转换、热点转换、超级电容器及电池电极的纳米材料;环境净化纳米材料中的光催化、吸附、尾气处理等;较具体的讲述了纳米生物医药材料中纳米陶瓷材料、纳米碳材料、纳米高分子材料、纳米复合材料。
关键词 ：纳米材料 性能 应用
纳米是一个长度单位，1nm=10ˉ9m。纳米材料是指在结构上具有纳米尺度调制特征的材料，纳米尺度一般是指1～100nm。当一种材料的结构进入纳米尺度特征范围时，其某个或某些性能会发生明显的变化。纳米尺度和性能的特异变化是纳米材料必须同时具备的两个基本特征。
按材质，纳米材料可分为纳米金属材料、纳米非金属材料、纳米高分子材料和纳米复合材料。其中纳米非金属材料又可细分为纳米陶瓷材料、纳米氧化物材料和其他非金属纳米材料。
悬浮于流体的纳米颗粒可大幅度提高流体的热导率及传热效果，例如在水中添加5%的铜纳米颗粒，热导率可以增大约倍，这对提高冶金工业的热效率有重要意义。纳米颗粒可表现出同质大块物体不同的光学特性，例如宽频带、强吸收、蓝移现象及新的发光现象，从而可用于发光反射材料、光通讯、光储存、光开光、光过滤材料、光导体发光材料、光学非线性元件、吸波隐身材料和红外线传感器等领域。
纳米颗粒在电学性能方面也出现了许多独特性。例如纳米金属颗粒在低温下呈现绝缘性，纳米钛酸铅、钛酸钡等颗粒由典型得铁电体变成了顺电体。可以利用纳米颗粒制作导电浆料、绝缘浆料、电极、超导体、量子器件、静电屏蔽材料压敏和非线性电阻及热电和介电材料等。纳米粒子的粒径小，表面原子所占比例很大，表面原子拥有剩余的化学键合力，表现出很强的吸附能力和很高的表面化学反应活性。新制备的金属粒子接触空气，能进行剧烈氧化反应或发光燃烧(贵金属除外)。
纳米材料还广泛应用于环境保护中，它具有能耗低、操作简便、反应条件温和、可减少二次污染等突出特点。纳米材料在生物学性能也有广泛应用，用纳米颗粒很容易将血样中极少的胎儿细胞分离出来，方法简便，成本低廉，并能准确判断胎儿细胞是否有遗传缺陷。人工纳米材料由于其所具有的独特性质能满足人类发展中的多样化需求，近年来获得迅速的发展。目前，越来越多的人工纳米材料已被投放市场，给人们的生活带来巨大的变化和进步。
来自美国加州大学洛杉矶分校和中国天津大学的研究人员们合作，将导电性能良好的碳纳米管和高容量的氧化钒编织成多孔的纤维复合材料，并将该复合材料应用到超级电容器的电极上，获得了新型的具有高能量密度和高循环稳定性的超级电容器。这种超级电容器是非对称的，包含复合材料的阳极和传统的阴极，以及有机的电解质。其中电极薄膜的厚度要比之前的报道高很多，可以达到100微米上，从而使其可以获得更高的能量密度。由于其制备过程与传统的锂离子电池和电容器的生产过程近似，研究人员们认为这种新型电容器的可以比较容易地投入大规模生产。同时，他们也相信该项研究成果向同行们展示了纳米复合材料在高能量、高功率电子设备中的应用前景。
通过先进碳材料的应用，综合了人造石墨和天然石墨做为锂离子电池负极材料活性物质的优点，克服了它们各自存在的缺点，是满足先进锂离子电池性能要求的新一代碳贮锂材料。具有下列优点：微观结构稳定性好，适合大电流充放电;表观性状相容性好，适合形成稳定的SEI膜;粒子形貌、粒径分布适应性强，适合不同的加工工艺要求。适用于先进锂离子电池(液态、聚合物)对下列性能的要求：更高的比能量(体积比、重量比);更高的比功率;更长的循环寿命;更低的使用成本。
应用纳米TiO2泡沫镍金属滤网及甲醛、氨、TVOC吸附改性活性炭等新材料，以及采用惯流风扇取代传统的离心风扇结构，提高空气净化器的性能。光催化泡沫镍金属滤网的特性;镍金属网是用特殊的工艺方式将金属镍制作成具有三维网状结构的金属滤网。它具有：空隙加大，一般大于96%;通透性好，流体通过阻力小;其实际面积比表观面积大很多倍的特性。镍金属网是将纳米级的TiO2以特殊工艺镶嵌在泡沫状镍金属网上，从而将光催化材料的杀菌、除臭、分解有机物的功能和镍的超稳定性很好的结合在一起。它有效的解决了其他光催化材料在使用中存在的有效受光面积小、流体和光催化材料接触面积小、气阻大以及因光催化材料在光催化作用下的强氧化性致使其附着基材易老化和光催化易脱落而使其寿命短的缺陷。活性炭改性工艺及增强性能;活性炭是一种多孔性的含碳物质，它具有高度发达的空隙构造，是一种优良的空气中异味吸附剂。
纳米TiO2具有巨大的比表面积，与废水中有机物更充分地接触，可将有机物最大限度地吸附在它的表面具有更强的紫外光吸收能力，因而具有更强的光催化降解能力可快速降息夫在其表面的有机物分解。此外，在汽车尾气催化的性能方面以及在空气净化中广泛应用。
常规陶瓷由于气孔、缺陷的影响，存在着低温脆性的缺点，它的弹性模量远高于人骨，力学相容性欠佳，容易发生断裂破坏，强度和韧性都还不能满足临床上的高要求，使它的应用受到一定的限制。而纳米陶瓷由于晶粒很小，使材料中的内在气孔或缺陷尺寸大大减少，材料不易造成穿晶断裂，有利于提高材料的断裂韧性;而晶粒的细化又同时使晶界数量大大增加，有助于晶粒间的滑移，使纳米陶瓷表现出独特的超塑性。许多纳米陶瓷在室温下或较低温度下就可以发生塑性变形。纳米陶瓷的超塑性是其最引入注目的成果。传统的氧化物陶瓷是一类重要的生物医学材料，在临床上已有多方面应用，主要用于制造人工骨、人工足关节、肘关节、肩关节、骨螺钉、人工齿，以及牙种植体、耳听骨修复体等等。
由碳元素组成的碳纳米材料统称为纳米碳材料。在纳米碳材料中主要包括纳米碳纤维、碳纳米管、类金刚石碳等;纳米碳纤维除了具有微米级碳纤维的低密度、高比模量、比强度、高导电性之外，还具有缺陷数量极少、比表面积大、结构致密等特点，这些超常特性和良好的生物相容性，使它在医学领域中有广泛的应用前景，包括使人工器官、人工骨、人工齿、人工肌腱在强度、硬度、韧性等多方面的性能显著提高;此外，利用纳米碳材料的高效吸附特性，还可以将它用于血液的净化系统，清除某些特定的病毒或成份。
目前，纳米高分子材料的应用已涉及免疫分析、药物控制释放载体、及介入性诊疗等许多方面。免疫分析作为一种常规的分析方法，在蛋白质、抗原、抗体乃至整个细胞的定量分析上发挥着巨大的作用。在特定的载体上，以共价结合的方式固定对应于分析对象的免疫亲和分子标识物，将含有分析对象的溶液与载体温育，通过显微技术检测自由载体量，就可以精确地对分析对象进行定量分析。在免疫分析中，载体材料的选择十分关键。纳米聚合物粒子，尤其是某些具有亲水性表面的粒子，对非特异性蛋白的吸附量很小，因此已被广泛地作为新型的标记物载体来使用。
近年来，组织工程成为一个崭新的研究领域，吸引了众多学科研究者的关注。在工程化的方法培养组织、器官的过程中，用于细胞种植、生长的支架材料是一个关键的因素，能否使种植的细胞保持活性和增殖能力，是支架材料应用的重要条件。据报道，将甲壳素按一定的比例加入到胶原蛋白中可以制成一种纳米结构的复合材料，与以往的胶原蛋白支架相比，其力学强度得到增强，孔径尺寸增大，表明这种具有纳米结构的复合材料作为细胞生长的三维支架，在力学、生物学方面有很大的优越性和应用潜力。在硬组织修复与替换的研究中，纳米复合材料也开始逐步显示出其优异的性能。用肽分子和两亲化合物的自组装可以得到一种类似细胞外基质的纤维状支架，这种纳米纤维可以引导羟基磷灰石的矿化，形成纳米结构的复合材料，研究发现，这种纳米复合材料内部的微观结构与自然骨中胶原蛋白/羟基磷灰石晶粒的排列结构一致。
参考文献：
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[2] 张桂芳. 纳米材料应用与发展前景概述[J]. 黑龙江科技信息. 2009(16)
我有，你想怎样？
出版社：武汉理工大学出版社作者：林宗寿 主编 出版日期：2008年8月ISBN：756292743页数：459页装帧：平装开本：16版次：3丛书名: 普通高等学校材料科学与工程类专业新编系列教材 《无机非金属材料工学(第3版)》着重介绍其生产和制造过程中的共性规律，以单元操作为重点，系统介绍了无机非金属材料的生产过程、性能及其应用。书中尽量反映了新工艺、新技术和新产品研究方面的进展，内容全面、概念清晰、系统性强、图表丰富、文字简练。《无机非金属材料工学》可作为高等学校材料学专业的本科生教学用书，也可供科研、设计、生产等单位的科技人员参考。 绪论 第一篇生产过程原理与设务1概述 无机非金属材料生产过程的共性与个性 无机非金属材料生产过程的共性与共性 无机非金属材料生产过程的共性与个性 无机非金属材料的几种典型生产工艺流程 水泥生产工艺流程 玻璃生产工艺流程 陶瓷生产工艺流程思考题2原料与燃料 钙质原料 钙质原料的种类和性质 钙质原料在生产中的作用及其品质要求 钙质工业废渣 粘土类原料 粘土的成因与分类 粘土的组成 粘土的工艺性质 粘土质工业废渣 石英类原料 石英类原料的种类和性质 石英的晶型转化（CrystallineModification） 长石类原料 长石的种类和性质 长石在陶瓷和玻璃工业中的作用 长石的代用原料 其他原料 高铝质原料 镁质原料 铁质原料 Na2O质原料 含硼原料 辅助性原料 燃料 燃料的种类 燃料组成及其换算 发热量与标准燃料 清洁燃料（洁净燃料）思考题3粉粒体制备 粉碎概论 粉碎的定义与分类 物料的硬度、脆性与强度 易碎性与易磨性 粉碎的施力方式 粉碎比 破碎 破碎机械分类与适用性 颚式破碎机 圆锥破碎机 锤式破碎机 反击式破碎机 辊式破碎机 粉磨 粉磨机械 球磨机 辊式磨 振动磨 分级 分级的定义与分类 分级机性能评价 筛分分级 流体分级 粉体的合成制备方法 气相合成法 固相合成法 液相合成法思考题4物料输送及混合 气力输送 气力输送装置的类型 气力输送装置的主要部件 空气输送斜槽 连续输送机械 肢带输送机（BeltConveyor） 螺旋输送机（ScrewConveyoR） 斗式提升机（BucketElevatoR） 埋刮板输送机（ContinUOUSConveyor） 振动输送机（vibratingConveyor） 供料 混合 混合度 混合机类型 混合机理 影响混合的因素思考题5熔化和相变 熔化 概述 熔化设备——熔窑 玻璃池窑中的热传递与玻璃液流动 熔体和玻璃体的相变 熔体和玻璃体的成核与晶体生长过程 微晶玻璃 熔铸耐火材料的晶化 玻璃的分相 结晶窑思考题6成型 概述 流变学基本知识 三种基本变形及三种理想体的流变模型 胀流性液体与假塑性液体 流变模型与本构方程 流动曲线、应力曲线和应变曲线 徐变曲线和松弛曲线 触变性与反触变性 浆料的成型 混凝土浆体的密实成型 陶瓷注浆成型 玻璃熔体的成型与退火 玻璃的主要成型性质 成型制度的制定 吹制成型（BlowProcess） 拉制成型（DrawingProcess） 浮法生产平板玻璃 可塑成型 可塑泥料的流变特性 挤压成型 旋坯成型 滚压成型 塑压成型 粉料压制成型 压制成型工艺原理 压制成型对粉料的要求 压制设备 粒化 转动粒化 喷雾干燥造粒思考题7脱水与干燥 物料的去湿方法 干燥的物理过程 物料与水分的结合方式 物料与结合水分的平衡关系 物料干燥过程 干燥收缩及制品变形 脱水设备 浓缩 过滤 干燥设备 干燥器的分类 干燥器的选择 干燥器 干燥技术的新发展思考题8煅烧与烧成 概述第二篇主要品种工艺原理与性能9气硬性无机胶凝材料10水泥11混凝土12玻璃13陶瓷14耐火材料15人工晶体第三篇环境保护16大气污染及其防治17废水污染及其处理18噪声及其防治附录1我国陶瓷工业常用粘土的化学组成附录2利用煤的工业分析结果进行发热量计算的方法附录3国际原子量表参考文献 为适应教育部面向21世纪材料类专业课程体系改革要求，加强学生的基础理论知识，调整知识结构，拓宽知识面，提高社会适应能力，培养高质量的智能型、复合型人才，在原国家建材局人事教育司、无机非金属材料教学指导委员会和武汉工业大学出版社的大力支持下，由林宗寿任主编，李凝芳、赵修建、刘顺妮任副主编，1999年编写出版了《无机非金属材料工学》教材。该教材是以无机非金属材料二级学科为专业方向，促进传统的三级学科间的联系、交叉和专业知识的相互利用。通过该课程的学习，使学生掌握无机非金属材料的制备原理和生产过程，工艺流程的共性和特点，并对无机非金属材料的性能、生产过程和应用有较全面的了解。由于《无机非金属材料工学》这本教材在编写前，尚无类似的教材，属于第一次编写，必然存在一些不足之处，再加上许多国家标准的修改以及工艺的进步，设备的更新换代，因此，需要对该教材进行改编。为此，重新组织了由林宗寿任主编，赵修建、吴建锋、叶菁任副主编的教材改编小组，对该教材进行修改，形成了《无机非金属材料工学》第2版，于2006年8月出版。经两年多的教学实践，编写小组认为有必要再次进行修改，故产生了第3版《无机非金属材料工学》。本版《无机非金属材料工学》共分为三篇：第一篇生产过程原理与设备；第二篇主要品种工艺原理与性能；第三篇环境保护。简明扼要地介绍了无机非金属材料各主要操作单元的原理及设备，无机非金属材料主要品种：水泥、玻璃、陶瓷、混凝土、耐火材料、气硬性胶凝材料、人工晶体的基本概念、生产工艺、产品性能以及无机非金属材料工业的环境保护。该书密切联系当前工厂生产实际和技术发展水平，尽量反映新工艺、新技术、新产品。该书编写分工如下：林宗寿编写绪论、第1章、第2章、第8章的第节和第节、第10章、第16章、第17章和第18章；叶菁编写第3章、第7章；崔亚伟编写第4章；韩建军编写第5章、第12章的第节；徐晓虹编写第6章、第8章的第节、第14章；吴建锋编写第13章；万惠文编写第9章、第11章；刘启明和陶海征共同编写第12章的第节；刘启明编写第12章的节；王忠编写第15章。赵修建负责第5章、第12章的统稿；叶菁负责第3章、第7章的统稿；吴建锋负责第6章、第8章的第节、第13章、第14章的统稿；其余章节由林宗寿统稿，全书内容取舍及章节编排由林宗寿负责。本教材第一版由原武汉工业大学曹文聪、中国工程院院士吴中伟分别主审，在改编第2版时得到武汉理工大学谢俊林、刘书君、周立秋、何峰、伍洪标、陈元魁、邢伟宏等领导和同仁们的大力支持，在此表示衷心的感谢。特别是对第1版副主编李凝芳、刘顺妮两位教授的开创性工作表示敬意。对武汉理工大学出版社田道全、徐秋林为提高本教材的质量付出的艰辛劳动，致以诚挚的谢意。由于本教材内容广泛，编者水平所限，不完善之处在所难免，希望同行和读者批评指正，以便再版时修改。
上中国知网，或者豆丁上下..很多的...智能无机非金属材料摘 要 结构材料所处的环境极为复杂，材料损坏引起事故的危险性不断增加，研究与开发对损坏能自行诊断并具有自修复能力的结构材料是十分重要而急迫的任务。本文对智能材料的发展、构思、无机非金属智能材料进行了综述，对智能材料进一步研究进行了展望。 关键词 智能；无机非金属；材料 智能材料是指对环境具有可感知、可响应并具有功能发现能力的新材料。日本高木俊宜教授[1]将信息科学融于材料的物性和功能，于1989年提出了智能材料（Intelligent materials）概念。至此智能材料与结构的研究也开始由航空航天及军事部门[2,3]逐渐扩展到土木工程[4]、医药、体育和日常用品[5,6]等其他领域。 同时，美国的R•E•Newnham教授围绕具有传感和执行功能的材料提出了灵巧材料（Smart materials）概念，又有人称之为机敏材料。他将灵巧材料分为三类： 被动灵巧材料——仅能响应外界变化的材料； 主动灵巧材料——不仅能识别外界的变化，经执行线路能诱发反馈回路，而且响应环境变化的材料； 很灵巧材料——有感知、执行功能，并能响应环境变化，从而改变性能系数的材料。 R•E•Newnham的灵巧材料和高木俊宜的智能材料概念的共同之处是：材料对环境的响应性。 自l989年以来，先是在日本、美国，尔后是西欧，进而世界各国的材料界均开始研究智能材料。科学家们研究将必要的仿生(biominetic)功能引入材料，使材料和系统达到更高的层次，成为具有自检测、自判断、自结论、自指令和执行功能的新材料。智能结构常常把高技术传感器或敏感元件与传统结构材料和功能材料结合在一起，赋予材料崭新的性能，使无生命的材料变得有了“感觉”和“知觉”，能适应环境的变化，不仅能发现问题，而且还能自行解决问题。 由于智能材料和系统的性能可随环境而变化，其应用前景十分广泛[7]。例如飞机的机翼引入智能系统后，能响应空气压力和飞行速度而改变其形状；进入太空的灵巧结构上设置了消震系统，能补偿失重，防止金属疲劳；潜水艇能改变形状，消除湍流，使流动的噪声不易被测出而便于隐蔽；金属智能结构材料能自行检测损伤和抑制裂缝扩展，具有自修复功能，确保了结构物的可靠性；高技术汽车中采用了许多灵巧系统，如空气-燃料氧传感器和压电雨滴传感器等，增加了使用功能。其它还有智能水净化装置可感知而且能除去有害污染物；电致变色灵巧窗可响应气候的变化和人的活动，调节热流和采光；智能卫生间能分析尿样，作出早期诊断；智能药物释放体系能响应血糖浓度，释放胰岛素，维持血糖浓度在正常水平。 国外对智能材料研究与开发的趋势是：把智能性材料发展为智能材料系统与结构。这是当前工程学科发展的国际前沿，将给工程材料与结构的发展带来一场革命。国外的城市基础建设中正构思如何应用智能材料构筑对环境变化能作出灵敏反应的楼层、桥梁和大厦等。这是一个系统综合过程，需将新的特性和功能引入现有的结构中。 美国科学家们正在设计各种方法，试图使桥梁、机翼和其它关键结构具有自己的“神经系统”、“肌肉”和“大脑”，使它们能感觉到即将出现的故障并能自行解决。例如在飞机发生故障之前向飞行员发出警报，或在桥梁出现裂痕时能自动修复。他们的方法之一是，在高性能的复合材料中嵌入细小的光纤材料，由于在复合材料中布满了纵横交错的光纤，它们就能像“神经”那样感受到机翼上受到的不同压力，在极端严重的情况下，光纤会断裂，光传输就会中断，于是发出即将出现事故的警告。 1、 智能材料的构思[8] 一种新的概念往往是各种不同观点、概念的综合。智能材料设计的思路与以下几种因素有关：(1)材料开发的历史，结构材料→功能材料→智能材料。(2)人工智能计算机的影响，也就是生物计算机的未来模式、学习计算机、三维识别计算机对材料提出的新要求。(3)从材料设计的角度考虑智能材料的制造。(4)软件功能引入材料。(5)对材料的期望。(6)能量的传递。(7)材料具有时间轴的观点，如寿命预告功能、自修复功能，甚至自学习、自增殖和自净化功能，因外部刺激时间轴可对应作出积极自变的动态响应，即仿照生物体所具有的功能。例如，智能人工骨不仅与生物体相容性良好，而且能依据生物体骨的生长、治愈状况而分解，最后消失。 1．1 仿生与智能材料 智能材料的性能是组成、结构、形态与环境的函数，它具有环境响应性。生物体的最大特点是对环境的适应，从植物、动物到人类均如此。细胞是生物体的基础，可视为具有传感、处理和执行三种功能的融合材料，因而细胞可作为智能材料的蓝本。 对于从单纯物质到复杂物质的研究，可以通过建立模型实现。模型使复杂的生物材料得解，从而创造出仿生智能材料。例如，高分子材料是人工设计的合成材料，在研究时曾借鉴于天然丝的大分子结构，然后合成出了强度更高的尼龙。目前，已根据模拟信息接受功能蛋白质和执行功能蛋白质，创造出由超微观到宏观的各种层次的智能材料。 1．2 智能材料设计 用现有材料组合，并引入多重功能，特别是软件功能，可以得到智能材料。随着信息科学的迅速发展，自动装置(Automaton)不仅用于机器人和计算机这类人工机械，更可用于能条件反射的生物机械。 此自动装置在输入信号(信息)时，能依据过去的输入信号(信息)产生输出信号(信息)。过去输入的信息则能作为内部状态存贮于系统内。因此，自动装置由输入、内部状态、输出三部分组成。将智能材料与自动装置类比，两者的概念是相似的。 自动装置M可用以下6个参数描绘： M＝（θ，X，Y，f，g，θ0） 式中θ为内部状态的集；X和Y分别代表输入和输出信息的集；f表示现在的内部状态因输入信息转变为下一时间内部状态的状态转变系数；g是现在的内部状态因输入信息而输出信息的输出系数；θ0为初期状态的集。 为使材料智能化，可控制其内部状态θ、状态转变系数f及输出系数g。例如对于陶瓷，其θ、f、g的关系，即是材料结构、组成与功能性的关系。设计材料时应考虑这些参数。若使陶瓷的功能提高至智能化，需要控制f和g。 一般陶瓷是微小晶粒聚集成的多晶体，常通过添加微量第二组分控制其特性。此第二组分的本体和微晶粒界两者的性能均影响所得材料特性。 实际上，第二组分的离子引入系统时，其自由能(G=H-TS)发生变化，为使材料的自由能(G)最小，有必要控制焓(H)，使熵(S)达最适合的数值。而熵与添加物的分布有关，因此陶瓷的功能性控制可通过优化熵来实现。熵由材料本身的焓调控。故为使陶瓷具有高功能进而达到智能化的目的，应使材料处于非平衡态、拟平衡态和亚稳定状态。 对于智能材料而言，材料与信息概念具有同一性。而某一L符号的平均信息量Φ与几率P状态的信息量logP有关，即 此式类同于热力学的熵，但符号相反，故称负熵(negcntropy)。因熵为无序性的量度，负熵则是有序性的量度。 1．3 智能材料的创制方法 基于智能材料具有传感、处理和执行的功能，因而其创制实际上是将此类软件功能（信息）引入材料。这类似于身体的信息处理单元——神经原，可融各种功能于一体（图1（a）），将多种软件功能寓于几纳米到数十纳米厚的不同层次结构（图1（b）），使材料智能化。此时材料的性能不仅与其组成、结构、形态有关，更是环境的函数。智能材料的研究与开发涉及金属系、陶瓷系、高分子系和生物系智能材料和系统。 2、 智能无机非金属材料 智能无机非金属材料很多，在此介绍几种较为典型的智能无机非金属材料。 2．1 智能陶瓷 2．1．1 氧化锆增韧陶瓷 氧化锆晶体一般有三种晶型： 其中t-ZrO2转化为m-ZrO2相变具有马氏体相变的特征，并且相变伴随有3%～5%的体积膨胀。不加稳定剂的ZrO2陶瓷在烧结温度冷却的过程中，就会由于发生相变而严重开裂。解决的办法是添加离子半径比Zr小的Ca、Mg、Y等金属的氧化物。 氧化锆相变可分为烧成冷却过程中相变和使用过程中相变。造成相变的原因，前者是温度诱导，后者是应力诱导。两类相变的结果都可使陶瓷增韧。增韧机制主要有相变增韧、微裂纹增韧、表面增韧、裂纹弯曲和偏转增韧等[9]。 当ZrO2晶粒尺寸比较大而稳定剂含量比较小时，陶瓷中的t-ZrO2晶粒在烧成后冷却至室温的过程中发生相变，相变所伴随的体积膨胀在陶瓷内部产生压应力，并在一些区域形成微裂纹。当主裂纹在这样的材料中扩展时，一方面受到上述压应力的作用，裂纹扩展受到阻碍；同时由于原有微裂纹的延伸使主裂纹受阻改向，也吸收了裂纹扩展的能量，提高了材料的强度和韧性。这就是微裂纹增韧。 由于ZrO2相变温度很高，借助温度变化来设计智能材料是不可行的，需要研究应力诱导下的相变增韧，应力诱导下的相变增韧在ZrO2增韧陶瓷中是最主要的一种增韧机制。 材料中的t-ZrO2晶粒在烧成后冷却至室温的过程中仍保持四方相形态，当材料受到外应力的作用时，受应力诱导发生相变，由t相转变为m相。由于ZrO2晶粒相变吸收能量而阻碍裂纹的继续扩展，从而提高了材料的强度和韧性。相转变发生之处的材料组成一般不均匀，因结晶结构的变化，导热和导电率等性能随之而变，这种变化就是材料受到外应力的信号，从而实现了材料的自诊断。 对氧化锆材料压裂而产生裂纹，在300℃热处理50h后，因为t相转变为m相过程中产生的体积膨胀补偿了裂纹空隙，可以再弥合，实现了材料的自修复。 对于材料使用中产生的疲劳强度及膨胀状况等，可通过材料的尺寸、声波传播速度、导热和导电率的变化进行在位观测。 2．1．2灵巧陶瓷 灵巧陶瓷是灵巧材料的一种，它能够感知环境的变化,并通过反馈系统作出相应的反应。用若干多层锆钛酸铅(PZT)可制成录像磁头的自动定位跟踪系统，日本利用PZT压电陶瓷块制成了Pachinko游戏机。 录像磁头的自动定位跟踪系统的原理是：在PZT陶瓷双层悬臂弯曲片上，通过布设的电极将其分为位置感受部分和驱动定位部分。位置感受部分即为传感器，感受电极上所获得的电压通过反馈系统施加到定位电极上，使层片发生弯曲，跟踪录像带上的磁迹，见图2。 Pachinko游戏机也应用了类似的原理。 利用灵巧陶瓷制成的灵巧蒙皮，可以降低飞行器和潜水器高速运动时的噪声，防止发生紊流，以提高运行速度，减少红外辐射达到隐形目的。 根据上述原则，完全有可能获得很灵巧材料。这种材料能够感知环境的多方面变化并能在时间和空间两方面调整材料的一种或多种性能参数，取得最优化响应。因此，传感、执行和反馈是灵巧材料工作的关键功能。 压电仿生陶瓷 材料仿生是材料发展的方向之一。日本研究人员正在研究鲸鱼和海豚的尾鳍和飞鸟的鸟翼，希望能研究出象尾鳍和鸟翼那样柔软、能折叠、又很结实的材料。 图3为模拟鱼类泳泡运动的弯曲应力传感器。传感器中两个金属电极之间有一很小的空气室，PZT压电陶瓷起覆盖泳泡肌肉的作用。因空气室的形状类似于新月，故称为“Moonie”复合物。此压电水声器应用特殊形状的电极，通过改变应力方向，使压电应变常数dh增至极大值。当厚的金属电极因声波而承受静水压力时，一部分纵向应力转变为符号相反的径向和切向应力，使压电常数d3l由负值变为正值，它与d33叠加，使dh值增加。这类复合材料的dh•gh值比纯PZT材料的大250倍。 应用PZT纤维复合材料和“Moonie”型复合物设计开发的执行器元件，可以消除因声波造成的稳流。 2．2 智能水泥基材料 在现代社会中，水泥作为基础建筑材料应用极为广泛，使水泥基材料智能化具有良好的应用前景。 智能水泥基材料包括：应力、应变及损伤自检水泥基材料[10～12]；自测温水泥基材料[13]；自动调节环境湿度的水泥基材料[14]；仿生自愈合水泥基材料[15、16]及仿生自生水泥材料[17]等。 水泥基材料中掺加一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维后，材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的。因此，该材料可以监测拉、弯、压等工况及静态和动态载荷作用下材料内部情况。在水泥净浆中（体积）的碳纤维用做传感器，其灵敏度远远高于一般的电阻应变片。 将一定长度的PAN基短切碳纤维掺入水泥净浆中，材料产生了热电效应。这种材料可以对建筑物内部和周围环境温度的变化实时监测。基于该材料的热电效应，还可能利用太阳能和室内外温差为建筑物供电。如果进一步使该材料具有Seebeck效应的逆效应——Peltier效应，那么就可能制得具有制冷制热材料。 在水泥净浆中掺加多孔材料，利用多孔材料吸湿量与温度的关系，能够使材料具有调湿功能。 一些科学家目前在研制一种能自行愈合的混凝土。设想把大量的空心纤维埋入混凝土中，当混凝土开裂时，事先装有“裂纹修补剂”的空心纤维会裂开，释放出粘结修补剂把裂纹牢牢地粘在一起，防止混凝土断裂。这是一种被动智能材料，即在材科中没有埋入传感器监测裂痕，也没有在材料中埋入电子芯片来“指导”粘接裂开的裂痕。与此原理相同，美国根据动物骨骼的结构和形成机理，尝试仿生水泥基材料的制备。该材料在使用过程中如果发生损伤，多孔有机纤维回释放高聚物愈合损伤。 美国科学家正在研究一种主动智能材料，能使桥梁出现问题时自动加固。他们设计的一种方式是：如果桥梁的某些局部出现问题，桥梁的另一部分就自行加固予以弥补。这一设想在技术上是可行的。随着电脑技术的发展，完全可以制造出极微小的信号传感器和微电子芯片及计算机把这些传感器、微型计算机芯片埋入桥梁材料中。桥梁材料可以用各种神奇的材料构成，例如用形状记忆材料。埋在桥梁材料中的传感器得到某部分材料出现问题的信号，计算机就会发出指令，使事先埋入桥梁材料中的微小液演变成固体而自动加固。 3、结语 目前，智能材料尚处在研究发展阶段，它的发展和社会效应息息相关。飞机失事和重要建筑等结构的损坏，激励着人们对具有自预警、自修复功能的灵巧飞机和材料结构的研究。以材料本身的智能性开发来满足人们对材料、系统和结构的期望，使材料结构能“刚”“柔”结合，以自适应环境的变化。在未来的研究中，应以以下几个方面为重点。 （1）如何利用飞速发展的信息技术成果，将软件功能引入材料、系统和结构中； （2）进一步加强探索型理论研究及材料复合智能化的机理研究，加速发展智能材料科学； （3）加强应用基础研究。
出版社: 化学工业出版社作者：谢峻林, 何峰, 顾少轩, 王琦编著版次：第1版出版日期：2011年6月1日装帧：平装页数：368页正文语种: 简体中文开本: 16ISBN: 9787122112606条形码: 9787122112606 《无机非金属材料工学》是高等学校无机非金属材料专业课程体系中的专业必修课程，是材料科学与工程专业的选修课程。本教材是高等教育“十一五”国家级规划教材，是为了适应高等学校材料学科专业发展需要和材料类专业创新工程人才培养需要而编写的。本教材以无机非金属材料工程专业专业规范中材料制备知识领域核心知识单元及知识点为教学依据，整合无机非金属材料共性基础理论知识，提炼材料制备方法与原理；除介绍玻璃、陶瓷、水泥、混凝土等传统材料制备工艺外，还试图结合最新科技成果，将粉末、薄膜等低维材料的制备知识等新材料、新理论、新工艺充实到教材内容中。本教材可作为高等学校材料科学与工程专业、无机非金属材料工程专业本科生教学用书，也可供在材料工程领域从事科研、设计、生产的工程技术人员阅读参考。 绪论10?1无机非金属材料的定义10?2无机非金属材料在国民经济建设中的作用和地位10?3无机非金属材料工业的进展30?4无机非金属材料国际发展趋势 40?5无机非金属材料工学的任务4第1篇无机非金属材料基础理论第1章无机非金属材料概述61?1无机非金属材料的结构特征61?1?1无机非金属材料的结构61?1?2无机非金属材料的结构特征71?2水泥91?2?1硅酸盐水泥91?2?2快硬和特快硬水泥101?2?3抗硫酸盐、中低热及道路水泥121?2?4膨胀和自应力水泥141?2?5油井水泥161?2?6装饰水泥161?3玻璃171?3?1硅酸盐玻璃171?3?2硼酸盐玻璃181?3?3硼硅酸盐玻璃191?3?4铝酸盐玻璃191?3?5铝硅酸盐玻璃191?3?6磷酸盐玻璃191?3?7铝磷酸盐玻璃201?3?8其他氧化物玻璃201?3?9非氧化物玻璃211?4陶瓷231?4?1陶瓷的定义与分类231?4?2陶瓷的组成、结构与性能241?4?3日用陶瓷261?4?4建筑卫生陶瓷271?5混凝土281?5?1混凝土的定义281?5?2混凝土的分类291?6耐火材料291?6?1耐火材料的定义及分类291?6?2硅质耐火材料301?6?3镁质耐火材料311?6?4熔铸耐火材料311?6?5含碳耐火材料311?6?6轻质耐火材料311?6?7不定形耐火材料32[思考题]32[参考文献]32第2章无机非金属材料晶体结构332?1晶体学基础332?1?1晶体的基本性质332?1?2晶体结构与空间点阵342?1?3 晶胞352?1?4晶系和布拉菲格子352?1?5晶面指数和晶向指数362?1?6晶面间距及晶带392?2无机化合物晶体结构392?2?1离子晶体中质点的堆积方式392?2?2典型离子晶体的结构412?2?3共价晶体中原子的堆积与典型共价晶体的结构452?3固溶体462?3?1置换固溶体462?3?2影响形成置换固溶体的因素472?3?3间隙固溶体482?3?4影响形成间隙固溶体的因素482?3?5形成固溶体后对晶体性质的影响492?4硅酸盐晶体结构492?4?1硅酸盐晶体结构类型及其特点492?4?2常见硅酸盐材料中的晶体52[思考题]64[参考文献]64第3章非晶态及玻璃态结构653?1非晶态物质653?1?1非晶态物质的种类653?1?2非晶态物质X射线衍射653?1?3玻璃的定义663?2非晶态物质的结构663?2?1织构663?2?2近程结构683?2?3远程结构683?3玻璃的结构因素713?4玻璃的通性723?4?1各向同性733?4?2介稳性733?4?3无固定熔点733?4?4性质变化的连续性和可逆性743?5玻璃的性质743?5?1玻璃熔体的工艺性质743?5?2硅酸盐玻璃的性质76[思考题]83[参考文献]84第4章无机非金属材料的微观结构演变854?1液?固转变过程中的晶体成核?生长相变854?1?1晶核形成854?1?2晶体生长884?1?3总结晶速率894?1?4影响结晶速率的因素904?2玻璃的形成与析晶914?2?1玻璃的形成范围914?2?2玻璃形成的热力学条件914?2?3玻璃形成的动力学条件924?2?4玻璃析晶944?3微晶玻璃954?3?1微晶玻璃的成核剂954?3?2微晶玻璃的结晶化热处理954?3?3微晶玻璃的结构及其与性能的关系974?4玻璃的分相984?4?1玻璃分相的定义994?4?2玻璃分相的实质994?4?3玻璃分相机理994?4?4分相产物的显微结构1024?5玻璃的着色1034?5?1概述1034?5?2玻璃着色剂及其着色机理1034?5?3颜色玻璃的分类及其光谱特性108[思考题]110[参考文献]111第2篇无机非金属材料制备方法及原理第5章基于液相?固相转变的材料制备1125?1从熔体制备单晶材料1125?1?1提拉法1135?1?2坩埚下降法1135?1?3区熔法1145?1?4液相外延1145?2从熔体制备非晶材料1155?2?1玻璃的熔制1155?2?2非晶材料的获得1175?2?3常见氧化物玻璃制品的成形工艺1185?3溶液法制备材料1225?3?1低温溶液法1225?3?2高温溶液法1235?3?3水热法（高温水解法） 1255?3?4沉淀法 1275?3?5溶剂蒸发法1315?4溶胶?凝胶法1325?4?1概述1325?4?2溶胶?凝胶法制备材料过程1325?4?3粉末的制备1345?4?4氧化物薄膜的制备135[思考题]136[参考文献]136第6章基于固相?固相转变的材料制备1376?1固相反应法制备粉末1376?2特种陶瓷的烧结1386?2?1陶瓷烧结方法的分类1386?2?2热压烧结1396?2?3其他烧结方法 1396?3水泥熟料的烧成1406?3?1水泥熟料的形成1406?3?2水泥熟料煅烧方法1416?4其他材料制备方法1426?4?1固相外延1426?4?2高压制备143[思考题]143[参考文献]144第7章基于气相?固相转变的材料制备1457?1物理气相沉积1457?1?1真空蒸发镀膜1457?1?2溅射镀膜1477?1?3离子镀膜1507?1?4分子束外延1507?2化学气相沉积1527?2?1CVD的化学反应类型1537?2?2CVD的分类1547?2?3CVD的特点1547?2?4CVD的应用154[思考题]155[参考文献]155第3篇典型无机非金属材料生产工艺第8章无机非金属材料生产中的共性与个性1568?1无机非金属材料生产过程的共性1568?1?1原料1568?1?2粉料的制备1578?1?3原料的均化1578?1?4高温热处理1588?1?5成形1598?1?6干燥1608?2无机非金属材料生产过程的个性1618?2?1胶凝材料类1618?2?2玻璃、玻璃纤维、铸石、人工晶体类1628?2?3陶瓷、砖瓦、耐火材料类1628?3无机非金属材料的几种典型生产工艺流程1638?3?1水泥生产工艺流程1638?3?2玻璃生产工艺流程1638?3?3陶瓷生产工艺流程166[思考题]166[参考文献]166第9章原料 1679?1原料的选择与预处理1679?2原料的种类和性质1679?2?1硅质原料1679?2?2黏土类原料1689?2?3钙质原料1739?2?4长石类原料1749?2?5其他原料1749?3粉末原料的制备1769?3?1氮化物粉末的制备1769?3?2碳化合物粉末的制备1779?3?3硼化物粉末的制备1789?3?4氧化铝粉末的制备1789?4水泥原料1799?4?1石灰质原料1809?4?2黏土质原料1819?4?3校正原料1839?4?4辅助原料1839?5玻璃原料1839?5?1主要原料1849?5?2辅助原料1879?5?3碎玻璃1899?6陶瓷原料1899?6?1黏土类可塑性原料1899?6?2石英类非可塑性原料1919?6?3熔剂性原料192[思考题]194[参考文献]194第10章硅酸盐水泥的制备19510?1硅酸盐水泥的组成设计19510?1?1硅酸盐水泥对矿物组成的选择19510?1?2硅酸盐水泥的组成设计19510?1?3熟料中的矿物及其作用19610?2配料计算19710?2?1熟料的率值19710?2?2熟料矿物组成的计算19910?2?3熟料真实矿物组成与计算矿物组成的差异20110?2?4配料计算20110?3配合料（生料）的制备20610?3?1破碎20610?3?2粉磨20710?4硅酸盐水泥熟料的煅烧21010?4?1煅烧过程中的物理化学变化21010?4?2回转窑内熟料的煅烧21910?4?3新型干法水泥生产技术22210?4?4水泥熟料的冷却22910?5水泥制成23010?5?1熟料的储存23010?5?2水泥组成材料及其作用23010?5?3水泥制成231[思考题]234[参考文献]234第11章混凝土23511?1混凝土的组成材料23511?1?1集料23511?1?2胶凝材料——水泥23711?1?3水23711?1?4外加剂23711?2混凝土的配合比设计23711?2?1混凝土配合比设计基本要求23711?2?2混凝土配合比设计计算步骤23811?3混凝土结构与性能24011?3?1混凝土结构24011?3?2混凝土拌和物性能24211?3?3硬化混凝土的性能24411?4混凝土生产工艺流程250[思考题]251[参考文献]251第12章浮法玻璃生产工艺25212?1配合料及配合料制备25212?1?1配合料制备25212?1?2玻璃组成的设计和配合料计算25212?1?3与配料计算相关的参数25312?1?4配料计算25412?1?5原料的称量25712?1?6原料的混合25812?1?7配合料REDOX控制25812?2玻璃熔制25812?2?1配合料的熔化25812?2?2玻璃熔制工艺制度26312?2?3浮法玻璃熔窑26612?3浮法玻璃成形及锡槽26912?3?1浮法玻璃成形过程及其对锡槽的要求26912?3?2浮法玻璃成形原理27212?4浮法玻璃的退火27412?4?1概述27412?4?2退火工艺制度的计算27512?4?3钢壳体的退火窑结构27712?5玻璃的缺陷28012?5?1气泡28012?5?2结石（结晶夹杂物）28112?5?3条纹和节瘤（玻璃态夹杂物）282[思考题]282[参考文献]282第13章微晶玻璃生产工艺28313?1烧结法微晶玻璃的制备工艺28313?1?1烧结法工艺的特点28313?1?2玻璃颗粒的烧结28313?2微晶玻璃的生产过程28313?2?1概述28413?2?2原料制备28413?2?3玻璃的熔制28513?2?4玻璃颗粒的储存、烘干与筛分28613?2?5晶化28713?2?6微晶玻璃的切、磨、抛工艺28813?3微晶玻璃的缺陷及质量控制28913?3?1烧结法微晶玻璃的缺陷与控制28913?3?2色斑29213?3?3色差292[思考题]294[参考文献]294第14章陶瓷生产工艺29514?1概述29514?2陶瓷坯料及制备29614?2?1确定坯料配方的原则29614?2?2坯体组成的表示方法29614?2?3配料计算29714?2?4坯料制备29914?2?5坯料性能的调整途径30414?3陶瓷成型30514?3?1陶瓷的成型方法分类及特点30514?3?2干法成型主要方法30714?3?3塑性成型主要方法30714?3?4浆料成型主要方法30814?4釉料及色料30814?4?1釉的作用及分类30814?4?2釉层的性质30914?4?3坯釉适应性31114?4?4釉料的组成与配料计算31114?4?5釉料配制原则31414?4?6釉料制备31514?4?7施釉31614?4?8陶瓷色釉料31614?5普通陶瓷的烧成31914?5?1坯、釉在烧成过程中的物理化学变化31914?5?2烧成制度的制定32114?5?3烧成设备32214?5?4 烧成方式的选择32514?6陶瓷产品的缺陷分析32614?6?1陶瓷缺陷的分类32614?6?2主要缺陷分析326[思考题]329[参考文献]329第15章纳米材料制备技术33015?1基本概念33015?1?1纳米材料的分类33015?1?2纳米材料的基本效应33015?2零维纳米材料33315?2?1基本概念33315?2?2纳米粒子的制备方法33315?3一维纳米材料34115?3?1基本概念34115?3?2碳纳米管34315?4二维纳米材料35015?4?1基本概念35015?4?2纳米薄膜的分类35115?4?3纳米薄膜的制备方法35115?4?4纳米薄膜的性能35215?4?5纳米薄膜的应用35315?5三维纳米材料35515?5?1基本概念35515?5?2纳米玻璃35615?5?3纳米陶瓷36015?5?4纳米复合材料364[思考题]368[参考文献]368 在科技高速发展及我国人才强国战略背景下，材料专业教育迅速发展，2001年材料类专业成为我国高教理工科排名前10名的专业。2009年全国无机非金属材料工程专业本科招生点达到89个，材料科学与工程专业本科招生点达到131个。与此同时，材料学科也在迅速发展，专业内涵不断丰富。为适应新形势，培养高水平材料工程技术人才，各高校积极开展课程体系改革与研究，取得了许多成果。本教材是在聆听了诸多教师心得，参考了诸多图书，翻阅了大量资料，特别是吸纳了武汉理工大学材料科学与工程学院十多年的教学改革研究的实践成果之后而完成，因此它凝聚了除编者之外更多人的心血与汗水。《无机非金属材料工学》是无机非金属材料专业学生的核心专业课程，是材料科学与工程专业学生的选修课。应在学习完材料科学基础、材料工程基础两门课程之后，而学习无机非金属材料热工设备课程之前开设。它与材料科学基础、材料工程基础、无机非金属材料热工设备等课程之间有着密切的联系。它是对已学材料基础理论的应用，是对材料制备原理与工艺的系统描述，是今后学习热工设备类课程的基础。本《无机非金属材料工学》教材立足无机非金属材料二级学科专业，面向材料科学与工程一级学科专业，构建适合工程人才培养的无机非金属材料工学课程体系。适宜作为高等学校材料科学与工程专业、无机非金属材料工程专业本科生学习用书。本教材在吸纳了武汉理工大学林宗寿教授主编的《无机非金属材料工学》第二版部分精髓的同时，结合全国高校材料专业教学需求，以无机非金属材料工程专业专业规范中材料制备知识领域核心知识单元及知识点为依据，以整合无机非金属材料共性理论知识为特色，以原理—工艺—性能为主线，组织教学内容，同时结合新材料发展现状，对新材料、新理论、新工艺进行适度介绍。教材内容包括无机非金属材料共性基础理论知识，材料制备方法与原理，玻璃、陶瓷、水泥、混凝土等传统材料制备工艺，粉末、薄膜等低维材料的制备知识。通过该课程的学习，可使学生掌握无机非金属材料的制备原理和生产过程，工艺流程的共性和特点，使学生对无机非金属材料的性能、生产过程和应用有较全面的了解，同时对新材料、新工艺、新方法建立起基本概念。本教材分为3篇15章：第1篇无机非金属材料基础理论，简明扼要地介绍了无机非金属材料组成?结构特征，晶态结构、非晶态及玻璃态结构，微观结构的演化等无机非金属材料共性基础理论；第2篇无机非金属材料制备方法及原理，系统介绍了基于液相?固相转变、基于固相?固相转变、基于气相?固相转变的材料制备方法及原理，重要内容包括晶体材料、粉末材料、薄膜材料、块状材料的制备，对玻璃、水泥熟料、陶瓷进行了制备原理及质量控制。