第一篇材料科学总论
第一章材料科学与科技革命
第一节材料科学的主要内涵
一、材料科学与物质科学的联系和区别
（一）材料与物质
材料是人类生产和生活过程中已经实际应用或者显示潜在用途的各类物质。狭义地讲，材料只是可以成为制造各种物品、工具、构件、元件和机器的原料的那些物质。如图1-1所示，材料是物质的一个子集。世界是物质的，因此物质是一个更广泛的集合。无论是日月星辰，还是水和空气，都由自然界中的物质组成。实际上，人体本身也是由液体、固体和软物质组成的有机实体。
应用特征是材料与泛称物质的主要区别，是材料的一个重要属性。天然石材和木料是人类*早使用的原始材料。尽管天然材料至今仍有重要应用，但是当今经济社会赖以发展的主要是各种从原生态物质经由化学反应合成或物理过程制备的人工制造材料。自从人类学会使用火，用黏土烧制的陶器成及服役性能。应用性、交叉性和基础性是材料科学的三大特征。材料科学作为一个完整独立的学科体系成形于20世纪80年代。如图1-2所示，它是由冶金、机械、化工、生物、计算机、物理、数学、化学领域相关但分散的研究内容重组融合并凝聚升华而成的交叉科学分支。
材料科学的基础是物理学和化学中的物质结构与性质理论及热力学与动力学原理。现代数学和计算机技术为材料科学的形成和发展提供了强有力的支撑条件。金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料的研究过程均以实验探索为主要途径。信息化时代的人工智能和大数据技术驱动了计算材料科学的发展，也带来了材料基因组设计等变革性材料科学研究的新范式。
二、材料科学的主要分支学科
（一）金属材料科学
金属材料学科的研究对象主要是钢铁、黑色金属、有色金属及以金属元素为主形成的各类合金。在元素周期表列出的118种元素中，金属元素多达90余种，占比超过3/4。17种稀土元素和核燃料主元素均为金属元素。仅从熔点角度分析，金属材料从*易熔的汞（Hg）到*难熔的钨（W）覆盖了.38.87～3422℃的宽广适用温度范围。
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