材料科学与人类文明.ppt

人类的三次工业革命 蒸气机、内燃机的发展和完善，使人类从农业社会进入工业社会—第一次工业革命； 电力、石油和自动生产线——第二次工业革命； 电脑、电信革命，信息时代、知识经济时代——第三次工业革命。 物质世界的美丽 简洁性 描述经验资料，具有最少量的定义和独立假设的模型——最好的理论； “遥望”从整体上把握万物，星星繁多，却个个清晰，万里长城（单块石头）； 质点、刚体、黑体、谐振子、理想气体等，小到原子大到太阳可以有同一名称——质点。 对称性 对称、平衡、和谐是人类共同的审美心态； 古罗马的建筑、中国的宫殿、《周易》中的阴阳、八卦； 作用力与反作用力、正负电荷、S极N极、电流周围的磁场及变化磁场周围的电场、杨振宁和李政道的宇称守恒。 普遍性 “1＋1＝2”数学抽象，“1头牛＋2头牛＝3头牛；1个原子＋2个原子＝3个原子” ； 0、1、2所包含的的哲学思想； 普朗克在瑞利和维恩定律后，为追求二者的统一，引出普朗克常数。 稳定感 人类审美心态的又一要素——表现了对封闭、独立系统的向往； 联合国宪章规定了一百多个国家的边界不可侵犯；互不干涉内政也体现了这种心态； 整个宇宙（有限）中，质量(能量)守恒、电荷守恒； 二千多年前孔子望着川流不息的江河感慨：“逝者如斯夫，不舍昼夜” 。 人们渴望永恒，真空中的光速、普朗克常数、 电子电荷、阿伏加德罗常数等等。 延伸性 “落霞与孤骛齐飞，秋水共长天一色”唐代王勃把视野引向无穷、无尽、无限和无数。 仿佛看到在一块无限大平板上，放着一个刚球，伽利略一推，刚球保持初速直线前进，向前，向前，直到无边——否定亚力斯多德的经验结论。 The structures and symmetry of 2D and 3D crystals 2D 3D Bravais lattice 5 14 Point group* 10 32 Space group** 17 230 * ГАДОЛИН(加多林), 1869. ** ФЕДОРОВ(费多罗夫), 1890, Schoenflies (熊夫利), 1891. 材料与冶金工程学院 胡劲 量子力学：波粒二象性 “物理学最美的实验”—一箭双雕 “慕尼黑事件”——科学史上的大事 1912年，Laue, Friedrich, Knipping, ZnS 的劳厄衍射照片 显示其四重对称轴 显示其三重对称轴 光的波动性?X射线光谱学 晶体微观周期性结构?固体物理 材料与冶金工程学院 胡劲 P. Ewald q q o P R X-ray Diffraction (Bragg condition) q q 2d·sinq = l d d l/2 dsinq l 材料与冶金工程学院 胡劲 晶体的微观周期性结构 电子在周期势场中的运动 量子力学 Schr?dinger方程 能 带 理 论 固体半导体理论 ?2Ψ + U(r)Ψ ih ?Ψ ?t h 2? 晶体点阵中的缺陷 金属材料强化理论 位错在晶体中运动 晶体的宏观 几何形貌 晶体生长理论 表 面 组 装 材料与冶金工程学院 胡劲 A B A c Graphite A B C c d0 Diamond A B A c Lonsdaleit Crystalline Structures of Carbon Fullerenes (C60) 材料与冶金工程学院 胡劲 A Fuller dome built for the Union Tank Car Company in Baton Rouge, Louisiana (Oct. 1958) Buckerminster Fuller - an American architect 材料与冶金工程学院 胡劲 The time-of-flight mass spectrum annotated by Kroto Accident discovery C60 材料与冶金工程学院 胡劲 Bob Curl Sean O’Brien Rick Smalley Harry Kroto Jim Heath The ultimate five-a-side soccer team 材料与冶金工程学院 胡劲 Flat sandwich structure for C60. William Veech, the chairman of Rice University’s Mathematics Dept. 32 faces = 20 hexagons + 12 pentagons C60 – Truncated icosahedron 2D ? 3D 材料与冶金工程学院 胡劲 Leonhard