材料科学发展历史上几次飞跃及其启发
一、基本内容
光学显微组织观察，晶体结构XRD解析，相图的建立，位错理论提出，量子力学的应用，微光分析手段的利用，材料纳米化及尺寸效应。
二、材料历史发展沿革
材料发展历程：石器时代——青铜器时代——铁器时代——电子材料时代
总结：使用工具、经验总结、经验规律、科学研究、科学设计、新材料与器件
三、中国古代材料技术无与伦比
从远古时代的“黄帝造指南车大战蚩尤”，到瓷器的使用和青铜时代的辉煌，再到古代中国“四大发明”，材料科学技术在中国的辉煌一直延续到13世纪。关于古代中国的材料科学技术达到什么水平，他即兴背诵了一首杜牧的《赤壁》：
赤壁-杜牧
折戟沉沙铁未销，
自将磨洗认前朝。
东风不与周郎便，
铜雀春深锁二乔。
费维栋教授并解释说：“三国时代的兵器在时隔六百多年后的中唐依然能磨洗认前朝，说明古代中国的冶金技术十分发达。还有一个实例，两千多年前的越王剑在出土时仍然寒光逼人，削铁如泥。我们不能不为我们祖国悠久的文化感到自豪。”费维栋教授介绍了现代西方材料科学的兴起，他以几个重要的科学发现以及相关的科学伟人为线索，生动有趣地阐述了材料科学的几次飞跃，用科普的语言把晦涩的定律和公式娓娓道来。譬如他在讲解相图时，把相图比喻成一张引导人们进入美妙材料科学世界的地图，读懂相图就不会研究材料时迷路。
四、相图的建立——材料设计的地图
19世纪中末期，Gibbs系统地建立了化学热力学，为相图的建立奠定了基础！
对于多相体系，个相间的相互转化，新相的形成，旧相的消失与温度，压力，组成有关。根据实验数据给出的表示相变规律的各种几何图形称为相图。从这种几何图形上，可以直观看出多相体系中各种聚集状态和它们所处的条件（温度，压力，组成）。金属及其他工程材料的性能决定于其内部的组织、结构，金属等材料的组织又由基本的相所组成。由一个相所组成的组织叫单相组织，两个或两个以上的相组成的叫两相或多相组织。相图就是用来表示材料相的状态和温度及成分关系的综合图形，其所表示的相的状态是平衡状态。表达混合材料性质的一种很简便的方式就是相图。二元相图可以看作是标示出两种材料混合物稳定相区域的一种图，这些相区域是组成百分比和温度的函数。相图也可能依赖于气压。
五、光学显微组织观察——组织决定材料的性能
A. Martens 19世纪末发现以其名字命名的马氏体。费维栋教授介绍了：同种成分的钢，不同热处理性能为何差别很大？淬火为什么可以使钢硬化？趁热打铁为何能够成功？还有人类首次在结构材料中获得了第一个定量的性能预报公式！！
六、X射线衍射及晶体结构解析
——材料科学乃至整个凝聚态物理领域的重大革命
1895年，德国物理学家R.C. 伦琴 在研究阴极射线时，发现以他名字命名的射线，后称X射线。现已查明：X射线实际上就是电磁波，只不过是波长很短而已！伦琴是第一位Nobel物理奖得主！
特征X射线及其衍射 X射线是一种波长很短(约为20～0.06┱)的电磁波，能穿透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。在用高能电子束轰击金属“靶”材产生X射线，它具有与靶中元素相对应的特定波长，称为特征（或标识）X射线。如铜靶材对应的X射线的波长大约为1.5406埃。考虑到X射线的波长和晶体内部原子面间的距离相近，1912年德国物理学家劳厄(M.von Laue)提出一个重要的科学预见：晶体可以作为X射线的空间衍射光栅,即当一束 X射线通过晶体时将发生衍射，衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，在其他方向上减弱。分析在照相底片上得到的衍射花样，便可确定晶体结构。这一预见随即为实验所验证。1913年英国物理学家布拉格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)在劳厄发现的基础上,不仅成功地测定了NaCl、KCl等的晶体结构,并提出了作为晶体衍射基础的著名公式──布拉格方程： 2d sinθ=nλ，式中λ为X射线的波长，n为任何正整数。
七、位错理论的建立——金属强度理论的基石
晶体强度为何远低于理论强度？
1934年，Taylor,Orowan和Polanyi 提出利用位错滑移来解释晶体的、强度－大获成功。
八、量子力学的应用——材料的微观理论基础
核心困难：势能函数交叉项，难于求解；
即便可以求解，含1023个变量的解意义甚微。
对于许多人来说，也许量子力学比相对论更为有用。后者一般用于研究基本粒子的产生和相互转化以及大尺度的时空结构，但对于20世纪人类的生产生活，原子层次的世界显得更为重要。但是由于相对于牛顿力学而言，量子力学与常识的决裂更为彻底，因此对于量子力学的基础仍旧存在着许多争论，正如玻尔所说：“谁不为量子力学震惊，谁就不懂量子力学。”爱因斯坦和玻尔在20世纪上半期关于量子力学是否自恰与完备展开了大讨论，引发了一系列关于量子力学基础的工作，如隐变量理论、贝尔定理、薛定谔猫态实验等，这些工作使得我们看到理解量子力学的艰难。量子力学的应用，一方面让我们感觉到现实世界丰富多彩的离奇特性，另一方面反过来也促进我们对量子力学基础的理解。20世纪下半期，量子力学在基础和应用研究上又焕发出了青春。对超导本质、真空的卡西米尔效应、分数与整数量子霍尔效应、A-B效应和几何相因子、玻色－爱因斯坦凝聚和原子激光等的研究，极大地丰富了人们对物理世界的认识，而对这些效应和技术的研究，必将对21世纪的科学进步产生深远意义的影响。
九、微观分析手段的应用——材料学研究范式的重要环节
透射电子显微镜的发现－材料微结构分析的革命；
扫描电子显微镜的发现－材料表层分析的革命。
十、材料纳米化及尺寸效应
费曼首先提出人类可以在纳米尺度上合成和设计材料。
Smalley预研：21世纪将令人难以致信，我们将通过逐个原子，在尽可能小的尺度上来合成物质，这些微小物质将使我们的工业和生活发生天翻地覆的变化。
“学习一定要勤奋，不勤奋一定不能成功。”
“你们有权利挥霍你的青春，但是你们没有权利挥霍父母的汗水。”
“无论从事哪一方面的技术研究，都没有阳春白雪和下里巴人之分，如果有的话，只能是人格道德的区分。”
“The God helps only them who help themselves!”费维栋教授在讲座结束时送给同学们一句话，他把这句话翻译为：“总有一天，你会发现在你人生前进的路上，照亮你人生的那盏明灯就是你自己！”现场寂静片刻后爆发出热烈的掌声，他发自肺腑的语言再次点燃了同学们珍惜时光、努力学习、提高自身文化素质的热情。
