第1章 緒論
【思維導(dǎo)圖】 001
【思政案例】 愛國奉獻科學(xué)家精神 001
1.1 材料科學(xué)的概念 001
1.2 材料結(jié)構(gòu)與研究方法 002
參考文獻 003

第2章 原子結(jié)構(gòu)與表征
【本章導(dǎo)讀】 004
【思維導(dǎo)圖】 004
【思政案例】 愛國奉獻兩彈一星精神 005
2.1 量子力學(xué)基礎(chǔ) 005
2.1.1 微觀粒子的運動特征 005
2.1.2 量子力學(xué)基本假設(shè) 008
2.1.3 箱中粒子的薛定諤方程及其解 013
2.1.4 掃描隧道顯微鏡 015
【思政案例】 勇于創(chuàng)新勇攀高峰 019
2.2 原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 019
2.2.1 單電子原子的薛定諤方程及其解 020
2.2.2 多電子原子的結(jié)構(gòu) 030
2.3 電子與固體物質(zhì)的相互作用 036
【思政案例】 求真務(wù)實責(zé)任擔(dān)當(dāng) 037
2.4 掃描電子顯微分析 037
2.4.1 掃描電子顯微鏡原理 037
2.4.2 掃描電鏡主要結(jié)構(gòu) 038
2.4.3 掃描電鏡主要指標(biāo) 040
2.4.4 掃描電子顯微鏡在材料分析中的應(yīng)用 041
【思政案例】 獨出新材綠色低碳 049
2.5 電子探針X 射線顯微分析 049
2.5.1 電子探針的構(gòu)造和工作原理 049
2.5.2 電子探針在材料分析中的應(yīng)用 054
思考題 058
參考文獻 059

第3章 分子結(jié)構(gòu)及光譜分析（一）
【本章導(dǎo)讀】 060
【思維導(dǎo)圖】 060
【思政案例】 求真務(wù)實化學(xué)鍵理論的發(fā)展史 061
3.1 化學(xué)鍵概述 061
3.2 H2 的分子軌道和共價鍵的本質(zhì) 061
3.2.1 氫分子離子的薛定諤方程 062
3.2.2 變分原理與線性變分法 062
3.2.3 H2 的變分原理 063
3.2.4 關(guān)于特殊積分的討論和H2 能量曲線 064
3.3 分子軌道理論 066
3.3.1 簡單分子軌道理論 066
3.3.2 分子軌道的分類和分布特點 066
3.3.3 同核雙原子分子的結(jié)構(gòu) 069
3.3.4 異核雙原子分子的結(jié)構(gòu) 072
3.3.5 雙原子分子的光譜項 073
3.4 雙原子分子光譜 074
【思政案例】 勇于創(chuàng)新光譜分析的起源故事 074
3.4.1 分子光譜簡介 074
3.4.2 雙原子分子的轉(zhuǎn)動光譜 076
3.4.3 雙原子分子的振動光譜 078
3.4.4 雙原子分子的振動-轉(zhuǎn)動光譜 081
3.5 多原子分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 082
3.5.1 價電子對互斥理論（VSEPR） 082
3.5.2 雜化軌道理論 083
3.5.3 離域分子軌道理論 084
3.5.4 休克爾分子軌道法（HMO 法） 084
3.6 多原子分子光譜概論 084
【思政案例】 愛國奉獻青春中國，光譜計劃 084
3.6.1 多原子分子光譜的分類 085
3.6.2 多原子分子的振動光譜 085
思考題 086
參考文獻 086

第4章 分子結(jié)構(gòu)及光譜分析（二）
【本章導(dǎo)讀】 087
【思維導(dǎo)圖】 087
4.1 拉曼散射光譜 088
【思政案例】 求真務(wù)實拉曼光譜鑄慧眼 088
4.1.1 拉曼散射光譜概述 088
4.1.2 拉曼散射的條件 088
4.1.3 拉曼散射光譜的應(yīng)用 089
4.1.4 拉曼散射光譜技術(shù)的特點 089
4.1.5 拉曼散射光譜在材料研究中的應(yīng)用 090
4.2 光電子能譜 097
【思政案例】 愛國奉獻中國光譜新時代 098
4.2.1 光電子能譜簡介 098
4.2.2 光電子能譜實驗技術(shù) 101
4.2.3 光電子能譜在材料研究中的應(yīng)用 106
4.3 紫外可見吸收光譜 110
4.3.1 紫外可見吸收光譜簡介 110
4.3.2 紫外可見吸收光譜儀 110
4.3.3 紫外可見吸收光譜分類 110
4.3.4 紫外可見吸收光譜測定試樣制備 113
4.3.5 紫外可見吸收光譜在材料研究中的應(yīng)用 113
4.4 紅外吸收光譜 117
【思政案例】 勇于創(chuàng)新紅外光譜的發(fā)現(xiàn)史 117
4.4.1 紅外光譜概述 117
4.4.2 傅里葉紅外吸收光譜儀 119
4.4.3 紅外測試試樣制備 119
4.4.4 紅外光譜解析 120
4.4.5 紅外光譜在材料研究中的應(yīng)用 124
4.5 俄歇電子能譜 131
【思政案例】 勇于創(chuàng)新俄歇電子能譜的奠基人皮埃爾·俄歇 131
4.5.1 俄歇電子能譜概述 131
4.5.2 俄歇電子能譜分析 134
4.5.3 俄歇電子能譜在材料研究中的應(yīng)用 138
4.6 核磁共振吸收波譜 140
4.6.1 核磁共振基本原理及核磁共振波譜儀 140
4.6.2 試樣制備 141
4.6.3 化學(xué)位移與自旋分裂 141
4.6.4 核磁共振氫譜及應(yīng)用 143
思考題 145
參考文獻 146

第5章 晶體結(jié)構(gòu)與表征
【本章導(dǎo)讀】 147
【思維導(dǎo)圖】 147
【思政案例】 愛國奉獻科技報國 148
5.1 晶體 148
5.1.1 晶體的形成 148
5.1.2 點陣、結(jié)構(gòu)基元和晶胞 148
5.1.3 點陣參數(shù)和晶胞參數(shù) 149
5.2 晶面與晶向 151
5.2.1 晶面指數(shù)與晶向指數(shù) 151
5.2.2 晶面間距、晶面夾角 153
5.2.3 倒點陣（倒格子） 155
5.3 X 射線衍射幾何條件 158
5.3.1 Bragg 定律 159
5.3.2 倒易空間與衍射條件（厄瓦爾德圖解） 161
5.4 X 射線衍射儀法分析 163
5.4.1 衍射儀法 163
5.4.2 衍射儀的調(diào)整與工作方式 168
5.4.3 X 射線衍射分析在材料分析中的應(yīng)用 169
5.5 透射電子顯微分析 174
【思政案例】 勇于創(chuàng)新勇攀高峰 174
5.5.1 透射電子顯微鏡結(jié)構(gòu) 174
5.5.2 透射電鏡的主要性能指標(biāo) 178
5.5.3 電子衍射 179
5.5.4 透射電子顯微鏡在材料分析中的應(yīng)用 181
5.6 熱分析技術(shù) 182
5.6.1 差熱分析 183
5.6.2 差示掃描量熱分析 187
5.6.3 熱重分析 190
5.6.4 熱分析技術(shù)的應(yīng)用 194
思考題 200
參考文獻 201

第6章 金屬的結(jié)構(gòu)與表征
【本章導(dǎo)讀】 202
【思維導(dǎo)圖】 202
【思政案例】 獨出新材鋼渣碳中和 203
6.1 金屬的性質(zhì) 203
6.1.1 金屬鍵的自由電子模型 203
6.1.2 固體能帶理論 204
6.2 等徑圓球的密堆積 206
6.2.1 等徑圓球的最密堆積 206
6.2.2 等徑圓球的體心立方密堆積 209
6.2.3 等徑圓球密堆積中空隙的大小和分布 209
6.3 合金的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 210
6.3.1 金屬固溶體 211
6.3.2 金屬化合物 212
6.3.3 金屬間隙化合物 213
6.4 固體的表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 213
6.5 場離子顯微鏡 214
【思政案例】 求真務(wù)實踏實肯干 214
6.5.1 場離子顯微鏡的結(jié)構(gòu)和成像原理 215
6.5.2 場離子顯微鏡的應(yīng)用 215
6.6 離子散射譜 218
6.6.1 低能離子散射與高能離子散射 218
6.6.2 低能離子散射譜儀 219
6.6.3 LEISS 應(yīng)用 220
6.7 穆斯堡爾譜法 222
6.7.1 穆斯堡爾效應(yīng) 222
6.7.2 穆斯堡爾效應(yīng)的測量 223
6.7.3 化學(xué)位移 224
6.7.4 四極分裂 224
6.7.5 磁超精細場 225
6.7.6 穆斯堡爾譜的應(yīng)用 226
思考題 229
參考文獻 229

第7章 材料計算模擬方法
【本章導(dǎo)讀】 230
【思維導(dǎo)圖】 230
【思政案例】 愛國奉獻鄧稼先科學(xué)家的計算焦慮 231
7.1 計算機模擬的起源 231
7.2 第一性原理計算密度泛函理論 233
7.2.1 密度泛函理論背景 233
【思政案例】 獨出新材第一性原理計算2019-nCoV 病毒分子3CL 水解酶結(jié)構(gòu) 234
7.2.2 密度泛函理論基礎(chǔ) 234
7.2.3 第一性原理的研究現(xiàn)狀及計算常用軟件 243
7.2.4 第一性原理在材料研究中的應(yīng)用 245
7.3 分子動力學(xué) 251
7.3.1 分子動力學(xué)基本原理 252
7.3.2 分子動力學(xué)方法在材料研究中的應(yīng)用 259
7.4 蒙特卡洛法 269
7.4.1 基本思想和一般過程 269
7.4.2 隨機數(shù)與偽隨機數(shù) 270
7.4.3 隨機抽樣 277
7.4.4 蒙特卡洛法的精度與改進 285
7.4.5 蒙特卡洛法在材料研究中的應(yīng)用 287
思考題 289
參考文獻 290

第8章 材料復(fù)雜綜合問題解決案例分析
【本章導(dǎo)讀】 292
【思維導(dǎo)圖】 292
8.1 醫(yī)用鈦合金梯度復(fù)合材料復(fù)雜綜合問題解決實操案例 293
8.1.1 工程問題案例背景 293
8.1.2 問題分析總體思路 293
8.1.3 擬采用的測試手段 294
8.1.4 與專業(yè)知識點關(guān)系 294
8.1.5 實操過程分析結(jié)果 295
8.1.6 案例分析總結(jié)反思 304
8.2 耐高溫聚苯腈合金樹脂復(fù)雜綜合問題解決實操案例 306
8.2.1 工程問題案例背景 306
8.2.2 問題分析總體思路 306
8.2.3 擬采用的測試手段 306
8.2.4 與專業(yè)知識點關(guān)系 306
8.2.5 實操過程分析結(jié)果 306
8.2.6 案例分析總結(jié)反思 319
8.3 鋼渣捕獲二氧化碳材料復(fù)雜綜合問題解決實操案例 319
8.3.1 工程問題案例背景 319
8.3.2 問題分析總體思路 319
8.3.3 擬采用的測試手段 319
8.3.4 與專業(yè)知識點關(guān)系 319
8.3.5 實操過程分析結(jié)果 320
8.3.6 案例分析總結(jié)反思 330
思考題 330
參考文獻 330