材料科学大约诞生于1950年代的美国。该门学科是在冶金学基础上逐渐发展起来的。首先，冶金学、金属学、陶瓷学和聚合物科学的独立发展为材料科学的形成奠定了坚实基础。其次，数学、物理化学、固体物理和化学、地质学、矿物学、晶体学及X射线学等学科知识的积累推动了人们对材料本质的了解。因此，材料科学的形成是在诸多学科的基础上发展起来的。为了把材料科学的基础理论用于指导材料的生产而制备出具有实用价值的材料，人们又提出材料工程的概念。现在，人们通常将这两者合称为材料科学与工程（Materials Science and Engineering，MSE）。

由上述可见，材料科学与工程是一门跨领域的交叉学科。它涉及的面很广，既有基础学科（如数学、物理化学、物理等），也有工程应用（如工艺、技术等）。那这门学科究竟是做什么的呢？1986年，美国MIT（Massachusetts Institute of Technology）科学家主编的《材料科学与工程百科全书》认为MSE主要研究材料的组成、结构、制备工艺与材料性能和用途关系的知识产生及其运用。1989年MIT的Merton C.Flemings教授提出MSE的四个基本要素：结构/组成（structure and composition）、合成/制备（synthesis and processing）、性质（properties）和使用效能（performance）。以上四个基本要素之间的关系如图1.1（a）所示。后来，我国学者将四要素中的结构和组成分开，并考虑到材料设计和工艺设计因素，而提出MSE的五要素模型，如图1.1（b）所示。

图1.1　材料科学与工程要素示意图（引自冯端，2002）(www.daowen.com)

下面，我们将材料科学与材料工程做一粗略区分。材料科学主要关注材料的组织、结构与性能的关系，并建立相关理论。这属于探索自然规律的基础研究。只有更好地理解材料的本质，才有可能制备出合乎要求的材料。因此，建立与材料相关的理论是材料学科不可缺少的一个环节。材料工作者们正不断以新的实验数据和工程经验，结合自然科学基础理论，并运用更多的数学知识得出材料学科的基本理论。

材料工程面向应用，为经济建设服务。因此，材料工程主要利用材料科学的理论，研发制备新材料或改善现有材料的工艺，从而制备出有实用价值的工程材料。

大多数材料专业的读者以后面临的领域是材料工程而非材料科学。但是，材料发展至今，其制备越来越离不开理论的指导。当然，没有这些理论知识，也能在一定程度上生产材料。但是，知道如何制备材料是一回事，知道为什么要这样做却是另一回事。材料科学的基础理论可以使我们知道材料工程中的“所以然”，这有助于材料的研发和生产控制。更重要的是，这些基础理论如今已成为我们在材料领域有所创新的必要条件，故工科材料专业的读者学习这些基础理论是很有必要的。