材料科学与工程专业(第四版)英语翻译(1,2,3,5,6,7单元)(7)

四种类型的材料通常被用来作传动装置，即形状记忆合金、压电陶瓷、磁致伸缩材料、电流变/磁流变流体。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。电流变/磁流变材料是液体，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产生的航空动力驾驶仓噪音。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噪音来抵消飞机产生的噪音。

纳米技术

直到最近，科学家认识材料化学和物理是开始从大的和复杂的结构着手，然后研究这些由较小和较简单的构成这种结构的基本建筑模块。有时把这种方法称作“自上而下”的科学。可是随着扫描探针显微镜的出现，它可以看到单个的原子和分子，并且可以移动原子和分子形成新的结构，因此、有可能从简单的原子级水平设计新材料（即“材料设计”）。这种精确排列原子的能力为人类提供了开发过去不能实现的力学、电学、磁学和其他性能材料的机遇。我们把这种“自下而上”的方法和这些材料性质的研究叫做“纳米技术”；“nano”这个前缀说明的是这个结构单元的大小相当于纳米级，从（10－9m）～100nm（相当于500个原子直径长度）。这种材料的一个例子是后面我们要介绍的碳纳米管。将来、无可置疑的我们将发现应用这些纳米工程材料会大大加快我们的技术进步。

1.7现代材料需求

尽管在过去几年，人类在材料科学与工程领域取得了巨大的进展，但是仍然在技术上面临极大的挑战，包括开发更为复杂和具有更加特殊性能的材料，同时还要考虑材料生产对环境造成的危害。为了人类可持续发展，有必要把这部分内容在这里做适当介绍。

核能具有许多优势，要解决它的广泛应用仍然涉及到材料问题，从核燃料的生产，到防止放射性污染的结构设计制造，到放射性废料的处理都与材料有关。相当数量的能量消耗在交通运输业中。减少运输工具（汽车、飞机、列车等）的重量，以及增加发动机的燃烧温度，都有助于提高燃烧效率。新的高强度、低密度的结构材料，以及用于发动机的耐高温材料会不断被开发出来。

而且，人们已经意识到需要开发新的、经济的能源，并且更有效的利用现有的能源。在发展和解决这一问题的过程中，材料无疑起着非常重要的作用。例如从理论和实践上已经证明将太阳能直接转换为电能是可行的。太阳能电池就是这样一种装置，人类目前制造的太阳能电池采用了一些相当复杂和昂贵的材料。只能在一些特殊领域应用。为了大规模应用实现这一技术，必须开发出光电转换效率高，费用低的新材料。

另一方面，我们居住的环境质量取决于我们控制空气和水污染的能力。现代污染控制技术采用了多种材料。并且，材料加工和精制的方法需要改进，以减少对环境有害的物质排放，即更少的污染，更少的占用开采矿石所用土地，获得人类所需要的材料。而且，在某些材料的生产过程中，必须考虑产生的毒性物质和处理它们时导致的生态问题。目前从自然界提取供人类使用的许多材料是不可再生的（即材料的重复加工使用性）。这些材料包括聚合物（它的原材料是石油）和某些金属。这些不能再生的材料将逐渐被人类消耗殆尽。这就需要：1）发现另外的资源，2）开发有相应性质又对环境冲击小的新材料。和/或3）提高材料的循环效率和开发新的再生材料技术。因此、材料的生产不仅要考虑它的成本，而且还要考虑它对环境和生态的影响。与考虑材料的生产过程相比，考虑材料生产对环境和生态的影响在材料从“摇篮－坟墓”的生命循环过程中已变得越来越重要。

第2章 原子结构和原子间的键

为什么要学习原子结构和原子间的键

了解固体材料中原子间的键的一个重要原因是如果知道材料键的类型可以解释材料的性质。例如，碳以石墨和金刚石两种晶型存在，石墨相对较软，摸起来有“油腻”的感觉，而金刚石是已知最硬的材料。这种性质上的巨大差异直接与石墨和金刚石（3.9节）中存在的原子键不同有关。

学习重点：

仔细学过这一章后，你应当掌握以下内容：

1．记住两种原子模型，注意它们之间的区别。

2．描述重要的与电子能量有关的量子力学原理。

3．(a)画出两个原子或离子间距离与吸引、排斥能和净能量的关系曲线。

(b)记住能量曲线中平衡分离能和键能。

4．(a)简要描述离子键、共价键、金属键、氢键和范德瓦耳斯键。

(b)记住什么材料呈现以上那种类型的键。

2.1引言

固体材料的某些重要性质取决于原子的几何排列，也取决于原子或分子之间的相互作用。在这一章里，为了为以后要讨论的内容作准备，要介绍一些重要的和基本的概念，即原子结构、原子中的电子构型和元素周期表，把原子结合在一起组成固体物质的各种形式的原子间的主价键和次价键。每个题目的评述简明扼要，这里假设读者对其中一些内容是熟悉的。

原子结构

2.2基本概念

每个原子是由很小的原子核和环绕原子核运动的电子构成，原子核由质子和中子构成。电子和质子均带电荷，电荷的大小为1.6×10-19C, 质子带正电，电子带负电，中子是电中性的。这些亚原子粒子的质量极小，质子和中子质量差不多，为1.67×10-27kg,远大于电子质量9.11×10-31kg。

每一个化学元素是由原子核中的质子数大小定义的，我们把它叫做原子序数（Z）。对于电中性即完整的原子，原子序数也等于核外电子数。原子序数为整数从最小的原子序数氢原子的1到自然界存在的最大的原子序数铀原子的92。

每个原子的原子质量（A）可以用原子核里质子和中子质量的和来表示。虽然对于所有给定元素的质子数是相同的，但中子数(N)可以变化。因此有些元素的原子有两种或更多的的原子质量，这样的物质我们把它们叫做同位素。原子量是自然界现存的包括同位素在内的原子质量的平均值。原子质量单位（amu）可用于计算原子量。一个原子质量单位被定义为最普通的碳同位素12（A=12.00000）原子质量的1/12。用这样一个计量单位，质子和中子的质量略大于1。 …… 此处隐藏：1061字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……