【材料之美】相似美-材料微观世界与自然界比较

几年来,我一直试图从材料的微观世界中寻找一些美丽的图片,给新生介绍材料科学与工程专业的美妙之处,提高学生对材料科学的兴趣和热爱。每年作专业介绍时,PPT题目取名为《材料之美》。 

 

美国材料研究学会每次年会都会进行图片比赛。实际上,这对材料研究人员来说,很有意义。大家发现微观世界与宏观世界具有异曲同工之妙。图片就是语音,一种自然的语音,是世界语,不需要任何翻译。一张图片胜过一大堆文字。

 

从事材料科学的人增加一些艺术如摄影、绘画、美术修养,对于提高科研水平是有帮助的。期刊影响因子越高,图片质量越精美。读者会被美图深深吸引。自己发表一些高水平论文,往往会在物理模型的描绘上下一些功夫。图片的主题、结构、色彩是很关键的要素。所以,我审稿时,往往先看图片。从图片的质量可以看出作者的研究水平。

 

我在给学生上课时,力图介绍一些摄影艺术知识。尽管自己这方面不是很专业,但也有所体会。在第3、4节课前展示一些摄影图片,可以提振学生的精神。另外,在备课时,课件上也会许多自己拍摄和收集的与材料科学专业相关的照片。

 

下面图片有些是我在给学生讲授《材料科学基础》有关材料的塑形变形与再结晶理论时用过的一些照片。我曾发表过一篇教学研究论文《摄影图片在材料科学与工程专业教学中的应用》(重庆科技学院学报(社会科学版) 2010 年第14 期),学生反应还不错。昨天材料化学系教研活动时,我给老师和学生们介绍了这些图片,大家反应热烈。

 

希望发到网上让大家分享。 第2张图2010年曾参加科学网摄影大赛,组织者曾打电话邀请去参加颁奖典礼,因有事没有去北京。附图中有些图片没有说明来源的均来自网络,且做过一些修饰。

 

本文中涉及的材料科学几个基本概念:

 

位错(dislocation):在材料科学中,指晶体材料的一种内部微观缺陷,即原子的局部不规则排列(晶体学缺陷)。从几何角度看,位错属于一种线缺陷,可视为晶体中已滑移部分与未滑移部分的分界线,其存在对材料的物理性能,尤其是力学性能,具有极大的影响。

 

孪晶(twinning):指两个晶体(或一个晶体的两部分)沿一个公共晶面(即特定取向关系)构成镜面对称的位向关系,这两个晶体就称为孪晶,此公共晶面就称孪晶面。

 

珠光体(pearlite)是奥氏体(奥氏体是碳溶解在γ-Fe中的间隙固溶体)发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。得名自其珍珠般(pearl-like)的光泽。其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物,也称片状珠光体。

 

金属间化合物(intermetallic compound):金属与金属或与类金属元素之间形成的化合物。 一般位于相图中间,所以有时也称为中间相或第二相。 

【材料之美】相似美-材料微观世界与自然界比较

红瓦

左图为Mg-Al-Zn合金第二相,图片由金属所唐伟提供。右边为本人照片,系山东科技大学家属区屋顶。

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阡陌孪晶-希望的田野

左图为Mg-Li合金挤压后拉伸产生二次孪晶,由我的学生王猛提供。

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孪晶瀑布

左图为Mg-Li合金挤压后时效处理产生孪晶片TEM图,由同学李志成教授(金属所博士)提供。

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峰峦起伏

左图为挤压镁合金AM60拉伸后断口形貌,由本人提供。

韧窝(dimple)越多表示材料的塑性、韧性越好,此为韧性断裂。

【材料之美】相似美-材料微观世界与自然界比较

珍珠链

左图为挤压镁合金AZ80的金属间化合物或第二相Mg17A12,由本人提供。

此为扫描电镜二次背散射电子相。

【材料之美】相似美-材料微观世界与自然界比较

稻田

左图为挤压镁合金AM60的显微组织,由本人提供。

【材料之美】相似美-材料微观世界与自然界比较

菊花飘香

左图为镁合金表面磷酸盐转化膜SEM图,由我的学生兰自栋提供。

【材料之美】相似美-材料微观世界与自然界比较

岩石

左图为氢脆断口扫描照片,来自于网络。

右边图片为本人提供,为山东科技大学校内笔架山岩石。

【材料之美】相似美-材料微观世界与自然界比较

早春

左图为珠光体显微照片,白色为基体铁素体,蓝色为渗碳体。

【材料之美】相似美-材料微观世界与自然界比较

蒲公英

左图为纳米碳管, 来自金属所科普网-神奇美丽的材料世界

由蒲公英似乎想到了电影《阿凡达》唯美的镜头。 我的小孩特别喜欢它,散步时,拾取一根蒲公英,轻轻一吹,种子随风缓缓飘落,心情无比快乐!

【材料之美】相似美-材料微观世界与自然界比较

干裂

左图为镁合金AZ31经NaOH溶液处理后表面形貌,由学生兰自栋提供。

化学转化膜从溶液中拿出来放置一段时间就会出现这类形貌。

【材料之美】相似美-材料微观世界与自然界比较

蜂巢

左图为Al合金阳极氧化膜形貌,来自金属所科普网-神奇美丽的材料世界。轻金属阳极氧化膜多有类似形貌。

【材料之美】相似美-材料微观世界与自然界比较

郁金香

左图为挤压镁合金(含Nd)显微组织,由同学唐伟(金属所博士)提供。

此类组织在镁合金中很难观察到。当我看到时,甚为惊奇,保留此照片7-8年了。

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梯田

左图为位错绕过第二相粒子-奥罗万(Orowan)机制

(蔡珣,材料科学基础-上海交通大学出版社)。

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小草

左图为Mg-Li合金挤压变形后位错线终止于晶界TEM图,李志成教授提供。

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钢铁指纹

左图为钢中珠光体组织,有网友说更像指纹。【材料之美】相似美-材料微观世界与自然界比较

地球

左图为失败的氧化铝片上的钛酸钡薄膜照片,由网友苏力宏提供。

中间为原始图片,由我的女儿(小学6年级)PS过。

(来源:曾荣昌 科学网博客)

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