你了解材料的晶体结构吗？

2024年3月，在湖南考察某电池材料生产企业时，习近平总书记指出，“科技创新是发展新质生产力的核心要素”“要在以科技创新引领产业创新方面下更大功夫”。

作为人类生存的物质基础，材料是科技和文明进步的重要标志，人类社会发展的历史也是一部认识、开发、利用新材料的历史。新材料产业是战略性、基础性、先导性产业，是高新技术发展的先导，事关现代化经济体系建设大局。

正如国家新材料产业发展专家咨询委员会主任干勇院士所说，一代材料决定一代技术。新材料是一个底盘技术，更是一个先行技术。

近年来，从中央到地方，全社会对发展新材料产业高度重视，我国新材料产业进入蓬勃发展的加速期。据中商产业研究院发布的《2022-2027年中国新材料行业市场前景及投资策略研究报告》显示，2022年中国新材料产业总产值约6.8万亿元，近五年年均复合增长率为15.66%，较2012年增长了近6倍。

在2023年10月20日国务院新闻办公室举行的新闻发布会上，工信部有关人士表示，近几年我国新材料产业蓬勃发展主要体现在，一是产业规模不断扩大，2023年1—9月，我国新材料产业总产值超过5万亿元，保持两位数增长。二是创新能力持续提升，已建立7个新材料领域国家制造业创新中心、35个新材料重点平台，形成较为完善的创新支撑体系。三是企业实力逐步增强，新材料规模以上企业超2万家，专精特新“小巨人”企业已有1972家，培育了7个国家新材料先进制造业集群，成为推动区域经济增长的“加速器”。

由于我国高温超导材料、钙钛矿太阳能电池材料等一批前沿技术，以及碳纤维材料、新一代钢铁材料、特种合金材料、新能源电池材料、化合物半导体信息材料等关键材料研发上的突破，有力地支撑了我国轨道交通、载人航天、新能源工程、新能源汽车、电子信息、生物技术等新一代技术的发展与引领，对上下游产业形成了有力推动，也有力地支撑了我国重大工程建设和中国制造业的强力发展，如大到各种类型的火箭推进器、火星探测器、月球着陆器、大飞机、深海探测器、18米直径级盾构机、120米级海上风机发电叶片、世界最长跨海大桥——港珠澳大桥、世界第一高桥——北盘江第一桥、世界上最大的水电站——三峡水电站、核电站、航母、大型游轮、自主研制的AES100涡轴发动机、重型燃气轮机等建造与制造，小到芯片的研发与生产制造等，这些都成就了中国目前拥有的世界制造业大国和建设强国的美誉。

在新材料研发上，各国都不惜投入人财物力创新研发，竞争十分激烈。如干勇院士所言，目前，我国新材料产业面临重大战略需求，进入发展关键窗口期。以纳米材料、碳基材料、涂层材料、先进纤维材料、第三代第四代半导体等先进新材料为代表的关键核心领域，正成为全球未来竞争的焦点。新材料的创新是所有技术的基础，材料要先行，这是科技发展的规律。

中国制造、中国建设哪一个都离不开材料，确切来说离不开工程材料的支撑，而工程材料的绝大部分又是晶体材料。材料的晶体结构是材料科学与工程领域必备的专业基础知识。

小伙伴快来看看啊，此乃晶胞的立体示意图

材料专业同学一定都上过必修课与阅读过相关教材《金属学》或称《金属学原理》吧（现在是《材料科学基础》）。凡学过的同学，大部分应有一个比较深刻的印象，那就是一个字“难”，两个字“真难”，三个字“真难学”。就是一些材料专业的教师，如果不深入理解这门课的精髓，也未必能教授好这门课。看看这些概念：晶体与晶体学，经典晶体学与近代晶体学，晶体与晶体材料，晶体、非晶体、液晶、准晶，14种布拉菲点阵，X射线衍射的布拉格方程，晶体学点群，点群与平移群，极射赤面投影图与极图，劳厄群，空间群，AX型化合物，电子密度函数，帕特森函数，帕特森函数法，衍射用中子波…… 没有些抽象思维或三维空间想象力还真不太好理解。其实这些概念才是材料科学的基础知识。人们都说竞争是基础的竞争，而这些知识就是所有工程材料学、工程学的基础，从事材料研发、工程建设或材料基因设计的科研人员，你们是否对这些概念都理解并掌握了呢？

小伙伴们快来看看呀，这就是晶体结构示意图

只有学通学透这些概念，从事材料研发才能进入材料的微观世界，才能创新出新材料的新质生产力。

再瞅瞅我们铝晶胞是啥样？

还有六方菊池球

你要是弄明白了这些材料的晶体结构，就可以游刃有余地把材料科学理论知识熟练地运用于解决你面对的结构材料与功能材料工程实践中去，如超导陶瓷、稀土磁性合金等多晶材料，以及由单晶硅制成的集成电路基板、太阳能电池基板等一系列单晶材料。

德国亚琛大学材料学博士、北京科技大学材料学院毛卫民教授，几十年来从事晶体材料结构研究与教学工作，其看到从事材料科学与工程的人数不断增多，人员也呈多元化，对晶体结构基础知识的了解和掌握程度以及对本课程的要求不尽相同。一部分人从纯理科角度，即从纯几何学或物理学角度阐述晶体结构，对工程材料的针对性不强，难以满足工科专业人员的需求；还有一部分，也是更多从事工程材料的人员，在学习涉及晶体结构或晶体学知识的工科专业相关教科书或专业著作时，由于是工科专业背景与专业的局限，对这些知识往往只注重或满足于为相关专业的主体服务，知识的系统性和完整性不够，如果读者的认识水平有限，则难免会对晶体结构产生片面的理解或误解。如何让那些从事工程材料研发与生产的从业者与学生能透彻理解晶体材料这些晦涩概念，对材料微观结构有个清晰认知，是提高其材料研发创新力的关键。

这是六方单胞

鉴于此，毛卫民教授从20世纪90年代初开始此方面思考和潜心研究，可谓几易其书。从1993年出版《晶体材料织构定量分析》专著算起，经历了《金属再结晶与晶粒长大》《晶体材料的结构》，再到与知名教授余永宁合著的《材料的结构》，再到《金属材料的晶体学织构与各向异性》，最终编撰出版了《材料的晶体结构原理》教材。这本著作从工科与工程应用角度对纯理论、纯几何晶体学抽象概念做了通俗易懂的解读，可谓花三十余年工夫搭建起一座从理科到工科尤其是工程材料的材料晶体结构理论的桥梁。

铝单晶（100面）表面形貌和采用电子背散射衍射（EBSD）测出的相应表面晶面指数

铝单晶（110面）表面形貌和采用电子背散射衍射（EBSD）测出的相应表面晶面指数

铝单晶（111面）表面形貌和采用电子背散射衍射（EBSD）测出的相应表面晶面指数

为了便于工科背景人员阅读理解，这本书对所有晦涩的基础概念、定义或术语都采用黑体标注，便于读者识别与记忆；每章前面附有“本章提要”，对本章重点内容做提示介绍；每章结束都附有“本章重点”，帮助读者夯实本章知识要点；每章后面附有针对本章要点的“思考题”，以巩固读者对本章知识的掌握；书中还附有清晰的铝原子规则排列的微观照片，让你一睹材料美丽的微观世界。