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编辑推荐

适读人群 ：本书适合广大爱好科学的青年人、高等学校材料科学与工程及相关专业的学生阅读，也可供从事材料科技工作的人员参考。
本书是这本“图传”是当前“读图时代”的产物，采用全彩色印刷，图文对照，插图精美且丰富，文字深入浅出，给人以视觉和思想上美好的享受。
本书从应用普遍的功能材料开始，论述到科技前沿的智能材料，导材料，低维材料和人工微结构材料，既解释了组织结构与性能关系的原理，又介绍了功能材料的广泛应用。本书还注意从功能材料产生与发展的历史脉络上剖析材料研制的科学背景和人文氛围，为现代科学工作者从事创新以启迪。本书并没有局限在材料本身，而是拓展与能源，机械制造，信息，生物等领域的深度交叉，说明功能材料所发挥的性能对经济，国防，社会生活多方面的贡献。
本书还提供了功能材料大事年表和有关科学家的索引，这大大扩展了读者的视野，又方便了读者的检索。

内容简介

　　《功能材料图传》是关于材料发展史的科普图书。功能材料是1965年才由材料总体中独立出来的一个特殊群体，它以具有物理、化学、能量、信息、生物医学等各种特殊性能为特点。它的出现，使材料对人类文明发展的贡献更加突出，更加被人类寄以对未来发展的期望。但是，功能材料的历史却并非从1965年始。本书详细回顾了功能材料从无到有的过程，它初的源头是中国古代对天然磁铁矿的应用。但人造功能材料的发端则始于意大利的伽利略。本书从光学、电磁学、智能、信息、能源、生物医用、分离功能等几个大方面介绍了功能材料的发展演变过程，及其在人类文明进步中的作用。本书以莫顿1965年提出功能材料概念为标志，划分为“前传”和“本传”，而对21世纪初的突出发展以及对今后的展望，则列入“后传”，力图清晰显现这个发展过程的时间坐标。此外，本书也力图明确展示在功能材料发展过程中，科学家、工程师、工匠等人物的个体形象和具体作用，体现个人与历史的特定关联，以弥补普通科技读物的缺失。为展示全部事件的时序，书中设置了年表，以有助于求得事件的逻辑联系和相关规律。
　　各行业高中以上程度的读者都能很好地理解本书的内容。

作者简介

郝士明教授是一位基础扎实、学风严谨、学术水平很高的教授。不仅对自己专长的相图计算领域有深入研究，成就显著；而且对于材料与冶金的全局性问题也有深刻的认识，是位具有广阔视野的科学家。更难能可贵的是：他对历史问题有特殊兴趣，对人文社会科学也颇有涉猎。在讨论各种问题时，他经常能发表独到的看法和发人深思的见解。
郝士明简历：东北大学，教授、博导，1962年毕业于东北工学院（今东北大学）金属学及热处理专业并留校，1980年赴日本东北大学金属材料学科留学，1982年获得该大学的工学博士学位后回国。
1983年起被东北大学聘为副教授、教授。1987～1996年任该大学材料科学与工程系主任。1993年起任博士生指导教师。1996～1998年任材料与冶金学院院长。
1983年起为东北大学的研究生讲授《合金设计与合金热力学》；并应邀为中科院金属研究所、中科院腐蚀与防护研究所、冶金部钢铁研究总院的博士生和硕士生讲授《合金热力学》8年。
从1983年起，共完成国家科委、国防科工委、国家自然科学基金等科研项目12项，获得国家自然科学基金支持7次。
主要学术成就有，从热力学理论和实验研究两方面揭示了有序－无序转变对合金相平衡的重要影响，获国家教委科技进步（甲类）二等奖（1988）和三等奖（1995）；
对高淬透性材料的淬透性表征和模具材料的表面处理等方面的研究有独特贡献，获辽宁省科技进步一等奖（1987）和二等奖（1988），黑龙江省科技进步二等奖（1997）；
对TiAl金属间化合物的相平衡和组织控制进行了系统的研究；关于合金钢的CD渗碳表面处理进行了富有开拓性的研究，这些成果获得了国内外同行专家的关注、引用和好评。
在国内外核心刊物上发表论文150余篇。
在冶金工业出版社、航空工业出版社、化学工业出版社等出版著作6部。其中《材料图传》荣获2015年科技部全国**科普图书奖。
培养了30余名博士、硕士研究生。
中国物理学会相图专业委员会顾问，1991年获国家教委、人事部授予的“有突出贡献留学回国人员”的荣誉称号，1992年获国务院特殊津贴；1998年获“辽宁省优**研究生指导教师”称号。

目录

序 （叶恒强） ／Ⅲ
前言／Ⅳ
1 功能材料前传
1.1　光学材料／002
1.1.1　伽利略开启的伟业／004
1.1.2　开普勒的贡献／006
1.1.3　透镜色差困难／008
1.1.4　赫维留斯等的努力／010
1.1.5　折射望远镜艰难前行／012
1.1.6　牛顿开辟新路／014
1.1.7　中国对反射镜材料的贡献／016
1.1.8　反射镜大放异彩（上）／018
1.1.9　反射镜大放异彩（中）／020
1.1.10　反射镜大放异彩（下）／022
1.1.11　反射镜材料的新变革／024
1.1.12　反射镜新材料的大成功／026
1.1.13　透镜色差的消除／028
1.1.14　折射望远镜突向顶峰／030
1.1.15　透镜指向微观世界／032
1.1.16　显微镜为何进步缓慢？／034
1.1.17　显微镜的划时代发展／036
1.1.18　显微镜成为材料研究武器／038
1.1.19　摄影技术的发明与材料 (上)／040
1.1.20　摄影技术的发明与材料（中）／042
1.1.21　摄影技术的发明与材料（下）／044
1.1.22　最早的科学摄影与材料／046
1.1.23　光学玻璃大发展／048
1.1.24　显微摄影与材料科学／050
1.2　磁性材料／052
1.2.1　最早应用的功能材料／054
1.2.2　人造永磁材料应用——永磁发电机／056
1.2.3　专用永磁材料发明／058
1.2.4　高性能铝镍钴永磁的诞生／060
1.2.5　铁氧体永磁材料的发明／062
1.2.6　永磁材料的持续快速发展／064
1.2.7　最早的软磁材料／066
1.2.8　软磁材料的升级／068
1.2.9　精密软磁材料的发明／070
1.2.10　磁致伸缩材料／072
1.2.11　因瓦合金发明获诺贝尔奖／074
1.3　电性材料／076
1.3.1　用量第二的导电功能材料／078
1.3.2　铝导线的快速崛起／080
1.3.3　热电转换现象的发现／082
1.3.4　热电转换材料的应用／084
1.3.5　压电现象的发现／086
1.3.6　电发热体材料的开发／088
1.3.7　电光转换材料／090
1.3.8　电光转换材料技术／092
1.3.9　超导现象的发现／094
1.3.10　超导材料的开发／096
1.3.11　认识超导电性／098
1.4　半导体与其他材料／100
1.4.1　半导体的发现／102
1.4.2　对半导体认识的拓展（上）／104
1.4.3　对半导体认识的拓展（中）／106
1.4.4　对半导体认识的拓展（下）／108
1.4.5　半导体性能的新认识／110
1.4.6　半导体的理论研究／112
1.4.7　半导体pn结的发现／114
1.4.8　半导体三极管的发明／116
1.4.9　半导体质量性能的进步（上）／118
1.4.10　半导体质量性能的进步（下）／120
1.4.11　半导体集成电路的发明／122
1.4.12　催化剂的发明与发展／124
1.4.13　聚合物合成催化剂发明／126
1.4.14　液晶的发现／128
1.4.15　人工晶体的探索／130
1.4.16　生物医学材料先驱／132
2 功能材料本传
2.1　智能型材料／136
2.1.1　发现形状记忆效应／138
2.1.2　形状记忆合金的应用／140
2.1.3　形状记忆合金的航空航天应用／142
2.1.4　形状记忆合金的医学应用／144
2.1.5　铁磁形状记忆材料／146
2.1.6　形状记忆聚合物的发现／148
2.1.7　形状记忆聚合物的应用／150
2.1.8　形状记忆聚合物的医学应用／152
2.1.9　陶瓷的形状记忆效应／154
2.1.10　形状记忆陶瓷的应用／156
2.1.11　稀土巨磁致伸缩材料的出现／158
2.1.12　巨磁致伸缩材料的应用／160
2.1.13　Fe-Ga合金的优势／162
2.1.14　压电材料的新发展／164
2.1.15　聚合物压电材料／166
2.1.16　什么是铁电材料？／168
2.1.17　热释电材料／170
2.2　特殊结构的材料／172
2.2.1　非晶态金属的发现／174
2.2.2　非晶态金属材料的开发／176
2.2.3　非晶态金属材料的应用／178
2.2.4　块体金属玻璃的发明／180
2.2.5　块体金属玻璃的塑性变形／182
2.2.6　块体金属玻璃的功能特性／184
2.3　非金属功能材料／186
2.3.1　聚合物分离膜——海水淡化／188
2.3.2　聚合物分离膜——气体分离／190
2.3.3　聚合物分离膜——环境保护／192
2.3.4　液晶材料研究的发展／194
2.3.5　液晶理论的新里程碑——软物质／196
2.3.6　液晶显示器的发明／198
2.3.7　液晶显示器在进步／200
2.3.8　导电塑料的发明／202
2.3.9　导电塑料的应用／204
2.3.10　陶瓷分离膜的出现／206
2.3.11　分子筛和多孔材料／208
2.3.12　人工晶体的发展／210
2.3.13　两种特殊陶瓷／212
2.3.14　各类陶瓷传感器／214
2.4　电磁材料新发展／216
2.4.1　稀土化合物永磁材料／218
2.4.2　钕铁硼永磁材料的发明／220
2.4.3　钕铁硼支持暗物质探索／222
2.4.4　稀土永磁材料新进展／224
2.4.5　高Tc超导材料的发现／226
2.4.6　高Tc超导材料的世界会战／228
2.4.7　超导材料的应用——弱电／230
2.4.8　超导材料的应用——强电／232
2.4.9　MgB2超导体的发现／234
2.4.10　铁系氧化物高Tc超导材料／236
2.4.11　聚合物超导体的发现／238
2.5　信息材料／240
2.5.1　信息存储材料的发展／242
2.5.2　信息存储技术的进步／244
2.5.3　III-V族半导体的制备与设计／246
2.5.4　半导体发光二极管／248
2.5.5　半导体材料激光器／250
2.5.6　光导纤维通信的实现／252
2.5.7　光导纤维的发展／254
2.5.8　光子晶体／256
2.6　能源材料／258
2.6.1　生物质能源材料／260
2.6.2　储氢材料史／262
2.6.3　氢燃料电池／264
2.6.4　锂离子电池／266
2.6.5　半导体太阳能电池／268
2.6.6　有机太阳能电池／270
2.7　生物医用材料／272
2.7.1　生物医用材料的发展／274
2.7.2　金属生物医用材料／276
2.7.3　陶瓷生物医用材料／278
2.7.4　高分子生物医用材料／280
2.7.5　人造器官的发展／282
3 功能材料后传
3.1　晶体的新结构——介晶／286
3.2　超材料／288
3.3　结构功能一体化趋向／290
3.4　功能材料梯度化趋向／292
3.5　指向能源与环境／294
3.6　光子革命与材料／296
3.7　光子检测技术／298
3.8　光学显微镜分辨率的突破／300
3.9　石墨烯／302
3.10　永磁高铁／304
功能材料大事年表 ／306
参考书目 ／326
人物索引／330
后记／339

前言/序言

功能材料从材料总体中分离出来，是材料科学达到成熟阶段的诸多标志性事件之一。这是由美国贝尔实验室一位非材料专业的教育委员会主席莫顿博士于1965年提出的，他还创造了“功能材料（functional material）”一词。莫顿虽然是一位无线电专家，但他的主张却很快得到了各国材料界的认同。此后多年，纳米科技、智能材料等名称的提出也都是非材料学者所为。提出实现光纤通信标准的高锟是一位电力通信专家，与光纤材料制造也全不相干。这些似乎说明一个道理：材料领域外的学者们更敏感于材料性质变化的意义。这可能与身处“庐山之外”有某种因缘吧？
功能材料的发展史，当然不是自1965年起始，要久远得多。由于它涉及的性能极其广泛，而且还有与日俱增之势，因此相关学科也更加繁多，历史其实也十分漫长。所以，撰写一本与功能材料历史有关的书，会令很多人望而却步。而且越是功能材料领域的专家，就越会多一份慎重。这就是至今尚缺乏这类作品的原因。从退休之后，我开始逐渐远离原来的研究，而成为了一个材料史爱好者。也就是由一名力图创造材料知识的人，变成了一个对前辈和同行们卓越贡献的欣赏者。这种角色转换，其实也有很多乐趣。有时也会产生要把一些心得体会与同龄人、学生、后辈和青年人共享的冲动。这就是老年爱好者进一步演变成科普积极分子的心路历程。
爱好者多会有不计毁誉的冒失行为，这想必能够得到专家们的谅解，在这种自我宽慰的心理驱使下，我开始想把退休后学习材料发展史的体会整理成书。这一想法恰好赶上了2012年中国科协科普部和教育部科技司对科普创作的大力提倡；因而科普写作受到了东北大学各级领导的积极支持和热情襄赞。特别是拙作《材料图传》出版后，得到同行和读者们的肯定性评价，我的信心也得以提升，于是决心把有关功能材料发展历史的学习体会也以图书形式总结出来，这就是本书撰写的由来始末。
我虽然一生都没有离开过材料领域，但与功能材料只有很浅的机缘。一是年轻时我曾给金属材料专业本科生讲过一门“金属与合金的物理性能”的课程；二是中年在日本攻读博士学位时，导师指定的研究题目是“铝镍钴永磁材料的两相分解原理解析”。这些经历成了后来我功能材料情结的起源，希望能做点与它有关的事情。不过，当真的要把这些浅见微识扩展到整个功能材料领域时，内心还是充满了惶恐。所以，写作还主要是靠退休后的继续学习，也感到学习兴趣居然有向信心转化的神奇作用。这期间，我在学习中还注意到，我国科技书籍和相关教材，在知识叙述上一般存在如下两个问题：一是欠缺时间记载，二是缺乏人物行为。多数论著一开始就是概念、分类，使知识呈现出一种“平面感”，而缺少了时间维度；另外，由于经常缺少创造这些知识的主体：科学家、工程师、工匠的出场，知识少了些“烟火气”，多了些“冰冷感”。越是叙述近期知识，这些问题越是明显。我想借此机会，对这两点缺憾有所弥补。
在介绍历史性成就时，著名研究机构、著名学术权威一般不容易漏掉。但是，非著名学术团体的非著名人物，就有可能缺失。例如，在介绍2001年导临界温度高达39K的MgB2金属化合物材料的发现时，对发现者及其大学都很少有人提及，其原因只可能是这所大学和发明人都名气太小。人们似乎这么快就忘记了：29年前1987年高温导世界性大会战中，获得诺贝尔物理学奖的IBM科学家缪勒和柏诺兹，当时也是名不见经传的导界新人。我们任何时候都不应该轻视新生力量和年轻人，述史者尤其应该如此。
这本“图传”是当前“读图时代”的产物，网络上广泛流传的大量图片资源，成为本书的主要选材对象。特别是对各时期功能材料的发展做出重大贡献人士的肖像，全部来自于网络。因为历史等原因，这些引用均没能获得相应的授权。除了向这些图片的原作者表示衷心的感谢之外，也表示深切的遗憾和歉意。对参考书目中的相关作者，也一并致以崇高的敬意和衷心的谢忱。
面对如此巨大的题材、如此重要的目标，本书的结构很难安排。终只好坚持了服务于阅读的设想：程度地方便阅读，使读者可以随时起止。可能因此牺牲了很多更科学的选择，也只能无奈抱憾。此外，写作过程中作者深切地感到了才疏学浅，深望读者诸君、海内外学者，对于书中的差错和失误不吝赐教，及时指出，以冀有机会修正，不胜感激。

2016年5月
作者谨识于

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