CHAPTER 1 材料科學與工程緒論.

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1 CHAPTER 1 材料科學與工程緒論

2 材料是什麼? 1-2 材料可以定義為組合或製造成某些東西的物質。 縱使是今天，在材料的取得，我們依舊受限於地殼與大氣中。

3 乾燥空氣主要分別由氮和氧是78.08和20.95的百分比構成的
1-2 矽和鐵的重量百分比分別為27.72和5.00 乾燥空氣主要分別由氮和氧是78.08和20.95的百分比構成的

4 為什麼材料的研究是重要的？ 我們目前的經濟主要是將材料製造和處理成完整的產品。
1-2 為什麼材料的研究是重要的？ 我們目前的經濟主要是將材料製造和處理成完整的產品。 工程師都應當了解其使用材料的內部結構及屬性，使他們可以針對產品選擇最適合的材料，進而找出最佳化製程。 最需要材料科學家和工程師的領域是太空探索。

5 為什麼材料的研究是重要的？ 材料的使用與工程設計是不斷改變的 找尋新材料的行動仍持續不斷地進行
1-2、3 為什麼材料的研究是重要的？ 材料的使用與工程設計是不斷改變的 找尋新材料的行動仍持續不斷地進行 機械工程師必須找尋能夠讓噴射引擎運作更良好的特殊高溫材料。 電子工程師的任務是找出可以讓電子儀器使用效能更好、耐高溫性能更佳的創新材料。 太空工程師需要高強度／重量比的材料，以使用在太空科技應用。 化學和材料工程師則需要找出更多的高耐腐蝕材料。

6 材料科學與工程 材料科學（materials science）主要是探究材料之內部構造、特性與製程的基本知識。
1-4 材料科學與工程 材料科學（materials science）主要是探究材料之內部構造、特性與製程的基本知識。 材料工程（materials engineering）則是著重於材料上的應用知識，重點在將材料轉換成人們所需要的產品。

7 1-4 材料科學與工程

8 材料的種類 金屬材料 金屬材料屬於無機物質，主要由一種或兩種以上的金屬元素所組成，也可能包含非金屬元素。 例如 : 鐵、銅、鋁
1-5 材料的種類 金屬材料 金屬材料屬於無機物質，主要由一種或兩種以上的金屬元素所組成，也可能包含非金屬元素。 例如 : 鐵、銅、鋁 非金屬元素，像是碳、氮與氧，都可以與金屬元素組合，形成金屬材料。 金屬的原子結晶構造是規則排列的，因此大多數都是熱與電的優良導體。

9 1-5 材料的種類 金屬和合金 鐵基金屬 及合金 例如： 鋼、鑄鐵 非鐵基金屬 銅、鋁

10 材料的種類 聚合物材料（塑膠材料） 大部分聚合物含有有機（含碳）長分子鏈或分子網路。
1-6 材料的種類 聚合物材料（塑膠材料） 大部分聚合物含有有機（含碳）長分子鏈或分子網路。 大部分聚合物材料屬於非結晶體，有些則由結晶體與非結晶體相互混合而成。 大部分聚合物材料的導電性皆不佳，某些聚合物材料甚至可以當作良好絕緣體。 聚合物材料密度低且具有軟化能力，分解的溫度也相當低。 例如 : 聚氯乙烯（PVC）的、聚酯 應用：家電、DVD光盤、織品等

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12 材料的種類 陶瓷材料 金屬和非金屬元素的化學鍵結在一起。 無機但可以是結晶、非晶或兩者的混合物。 高硬度、強度和耐磨性。
1-7 材料的種類 陶瓷材料 金屬和非金屬元素的化學鍵結在一起。 無機但可以是結晶、非晶或兩者的混合物。 高硬度、強度和耐磨性。 非常好的絕緣體。因此，用於爐襯的熱處理和熔化金屬。 也用於隔絕太空梭在通過和再入大氣層時所產生的熱能。 傳統陶瓷材料，例如黏土、玻璃和石材 新一代陶瓷材料，稱為工程陶瓷、結構陶瓷或先進陶瓷，包括氧化鋁（氧化物）、氮化矽（氮化物）和碳化矽（碳化物）

13 1-8 陶瓷材料

14 1-7 陶瓷材料

15 材料的種類 複合材料 混合兩種或更多的材料組成。
1-9 材料的種類 複合材料 混合兩種或更多的材料組成。 大多數複合材料包含經挑選過的填料或強化材料及可相容的樹脂黏合劑，藉以獲得所想要的特性及性質。 通常各種成分並不能互相溶解，彼此之間有一界面存在。 複合材料有很多種類型，在基質（matrix）中置入纖維（fibers）及顆粒（particles）是主要的兩種。 範例 : 玻璃纖維（增強材料在聚酯或環氧基） 混凝土（碎石或鋼筋在鋼筋水泥和沙子） 應用： 飛機機翼和發動機、建築物。

16 1-9 複合材料

17 材料的種類 電子材料 依產量而言，電子材料不能算是主要的材料類型，但若以先進工程技術來說，它卻極為重要。
1-10 材料的種類 電子材料 依產量而言，電子材料不能算是主要的材料類型，但若以先進工程技術來說，它卻極為重要。 純矽為最重要的電子材料，可透過各種方式改變電學特性。 例如： 矽晶片、電晶體 應用： 電腦、積體電路、通訊衛星等

18 材料間的競爭 在既有和新興市場中，材料彼此之間相互競爭。 過去一段時間使用不同的材料變化取決於成本和性能。
1-10 材料間的競爭 在既有和新興市場中，材料彼此之間相互競爭。 過去一段時間使用不同的材料變化取決於成本和性能。 新的、更廉價或更好的材料取代舊材料時，是一項突破性的技術

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20 1-11 材料間的競爭

21 1-12 最新進展和未來趨勢 智慧型材料 它們有能力感覺外部環境的改變（溫度、壓力、光線、濕度、電場和磁場），並藉由改變特性（機械、電力或外觀）、結構或功能對其作出反應。 一些在技術上比較重要的智慧型材料，例如形狀記憶合金（shape-memory alloys）和壓電陶瓷（piezoelectric ceramics）

22 1-12 最新進展和未來趨勢

23 最新進展和未來趨勢 奈米材料 通常是指尺寸規模小於100 奈米的材料。 奈米材料可以是金屬、聚合物、陶瓷、電子材料或複合材料。
1-13 最新進展和未來趨勢 奈米材料 通常是指尺寸規模小於100 奈米的材料。 奈米材料可以是金屬、聚合物、陶瓷、電子材料或複合材料。 在奈米尺度，材料的特性既不是分子或原子級，也不屬於塊材的性質。 未來，奈米材料的應用在於想像力的限制，其主要障礙是如何能夠有效及全面性地製造這些材料。

24 成本重要？選擇鋼鐵屬性重要？選擇碳纖維複合材料
1-14 設計及選擇 問題：考慮一輛自行車的框架及前叉材料的選擇 鋼和合金 木材 碳纖維 增強塑料 鋁合金 鈦鎂合金 成本低。 但重、 低耐腐蝕性 輕、堅固。 但不能變形 非常輕及堅固 、無腐蝕。 非常昂貴 輕，中度強度。 耐蝕性。昂貴 略優於鋁合金 。但是， 很昂貴 成本重要？選擇鋼鐵屬性重要？選擇碳纖維複合材料