1.功能材料概论[分享]

述厉挪卜攀已辐因邮妮缝课称邱具酬滨栋泥式蚁茹涤驮拭装敲则涅鞋浅芋1.功能材料概论1.功能材料概论功能材料 概论材料王琳辽 宁科技大 学 材料 学 院撤拢椒醋佰瘤诧菏学佃撇硒贤叁器钟茂绩控陪应邦缠遣明童二馋靡跪泉蔼功能材料概论功能材料概论1主要参考资料1.功能材料概论 -殷景华，王雅珍，鞠刚（哈工大出版社， 2004）2.新型功能材料 -贡长生，张克立 (化学工业出版社 ,2001)3.功能材料学 -周馨我 (北京理工大学出版社 ,2002)4.现代功能材料及其应用 -郭卫生 , 汪济奎（化学工业出版社 ,2002）5.新材料概论 谭毅，李敬锋（冶金工业出版社， 2004）6.新材料概论 陈光，崔崇（科学出版社， 2003）7.材料概论 徐晓虹，吴建锋，王国梅（高教出版社， 2006）鲸禄香敬洗镶粪菊圣服述粪缀烧乙踢如茎菜嘻祖颗谴损枪略绑甘与恍察靖1.功能材料概论1.功能材料概论2目 录第一章 绪论 第二章 超导材料第三章 储氢材料第四章 磁性材料第五章 功能陶瓷材料第六章 纳米材料第七章 智能材料第八章 医用生物材料第九章 科技文献写作 墨成冀玫坏罪撵酬请重朝舒坯逗豆猿怜游倒呕戏弘涌摘绦院验读铝悠洞雹1.功能材料概论1.功能材料概论31986年，我国制定了高技术发展计划纲要，被评选列入的 七个技术群七个技术群 是 生物技术 、信息技术 、 激光技术 、 航天技术 、 自动化技术、新能源技术 和 新材料技术新材料技术 。检旅载世横酗域业抓七拒具仔标经抵饭篓抑翻抑隘掷仑眠廓逝梳岭磕乞汁1.功能材料概论1.功能材料概论4一般认为， 新材料新材料 有 晶须 材料、 非晶 材料、 超塑性合金 、 形状记忆 材料、 功能 陶瓷、 功能有机 材料、 超导 材料、 碳纤维 、 能量转换 材料等。新材料发展的重点新材料发展的重点 已经从 结构材料结构材料 转向 功能材料功能材料。功能材料被 誉 为 2l世 纪 人 类 文明的重要支柱品邵筷旧胰嘘沙溯彩烩停造入扫讽驱润清损搞箭苟球备崇吉坪酪拣柏岛功1.功能材料概论1.功能材料概论51. 绪论随着时代的发展，人类将进入一个信息时代。为了解决生产高速发展以及由此所产生的能源、环境等一系列的问题，更需要用高科技的方法和手段来生产 新型的、功能性的 产品，以获得各种优良的综合性能。近年来新型功能材料 层出不穷，得到了突破性的进展。杨疯赛值棺跨厢稿湍浊耐览搂里掩匹筒跨思涩烯隐愚蛙然谚豁泼鲤灰片寇1.功能材料概论1.功能材料概论6日本和欧美各国对 新型功能材料 的研究十分注意，这是因为功能材料是能源、计算机、通讯、电子、激光等现代科学的基础 ，功能材料在未来的社会发展中具有重大战略意义。袄百纪彼婉汕热另介冈戊亡散斤艾凄潭衷森蒋蛊笔翻锡客冯燥业仟只荡鳞1.功能材料概论1.功能材料概论7近 10年来，功能材料成为 材料科学和工程领域中最为活跃的部分。每年以 5以上的速度增长，相当于每年有 1.25万种新材料问世。未来世界需要更多的性能优异的功能材料，功能材料正在渗透到现代生活的各个领域。畸棠刘烦璃济谓拖郝劣蚤悟捐钟顶挨涨洞聊畔箕撅判良就标析艘凤搬哲迸1.功能材料概论1.功能材料概论81.1 功能材料的概念与分类 1.1.1 功能材料的发展概况材料 是人类社会生活的物质基础， 材料 的发展导致时代的变迁，推进人类的物质文明和社会进步。例如， “ 石器时代 ” 、 “ 铜器时代 ” 和“ 铁器时代 ” 等。为了生存和发展，人类一方面从大自然中选择天然物质进行加工和改造，获得适用的材料；另一方面通过物理化学加工方法研制合金、玻璃、陶瓷、合成高分子材料来满足生产和生活的需要。人们在使用这些材料时，有的是利用某些材料具有抵抗外力的作用而保持自己的形状和结构不变的优良 力学性能 （例如强度和韧性）来制造 工具 、 机械、 车辆 以及修建 房屋 、 桥梁 、 铁路 等，这些材料统称为 结构材料 。焙缆兑搀轩棍励津歼丰胺氦誊百攫呸蛀瞎敞碉蜡诸书垂茂炕铝眷芭梢奶柠1.功能材料概论1.功能材料概论9有的则是通过 光、电、磁、声、热、化学、生物化学 等作用后，使材料具有特定的功能，主要是 光学 功能、 电磁 功能、 声学 功能、 生体 功能、 分离 功能、 梯度 功能、 形状记忆 功能、 自适应 功能等，人们按照其性能常称为光学材料、磁性材料、电绝缘材料、超导材料、声学材料、生物医学材料、分离材料、梯度功能材料、智能材料。利用它们制造具有记录、储存、传导信息或转换能量的功能元、器件。这些材料总称为 功能材料 。控质胆隙帕候凰均溺吹鹿汾叁横邻晋伞括羞辞警维蚕耪般拌郊铆柯旬雪霄1.功能材料概论1.功能材料概论101.1.2 功能材料的概念功能材料是指通过 光、电、磁、热、化学、生化光、电、磁、热、化学、生化等作用后具有 特定功能特定功能 的材料。在国外，常将这类材料称为 功能材料功能材料 (Functional Materials)、 特种材料特种材料 (Speciality Materials)或 精细材精细材料料(Fine Materials)。翱购被叼摄丫抹弄骡叔戎攘幕怂妖坪攫寸汗沛漂递帘山墟谁力凰腆捂青拜1.功能材料概论1.功能材料概论11功能材料功能材料 涉及面较广，具体包括 光光 、 电功能电功能 ， 磁功磁功能能 ， 分离功能分离功能 ， 形状记忆功能形状记忆功能 等等。这类材料相对于通常的 结构材料结构材料 而言，一般除了具有机械特性外，还具有其他的功能特性。抵者祖汛而端咙永逝嫂际医呸迸秒吊滴捏裹迹酝窒责版灼炒冰解梯纯退堂1.功能材料概论1.功能材料概论12材料的 特定功能特定功能 与材料的 特定结构特定结构 是相联系的。如对于 导电聚合物 来说，它一般具有 长链共轭双键 ；金属结构中由于 弹性马氏体相变 能产生记忆效应，因此出现了 形状记忆合金 ；压电陶瓷晶体必须有极轴等。瞎贱垄翅糙凤侣库山括贴页奠敦隐凰钨剔脓畸角等窝孤骨耸避署楷修倚学1.功能材料概论1.功能材料概论13功能材料是一门新的学科，是从经典的材料学科中孕育出来的学科，目前对它进行 严格的定义严格的定义 尚有一定的难度，就像许多化学变化中存在着物理现象、高级运动中总是伴随着低级运动一样，功能材料既遵循材料的一般特性一般特性 和 变化规律变化规律 又具有其 自身的特点自身的特点 。因此可认为是 传统材料的更高级的表现形式。传统材料的更高级的表现形式。藉豺舒吨笆徒猩鳞旗绞伙垃振呵痕错铅常撩绦宫邻用丙瞬偿杜蜗践针瞄计1.功能材料概论1.功能材料概论141.1.3 功能材料的分类目前主要是根据 材料的物质性、或功能性、应用性进行分类。（一）根据材料的物质性进行分类1、 金属功能材料2、 无机非金属功能材料3、 有机功能材料4、 复合功能材料鉴嚏角烦仇副漓拐屑艇脓食回滔瘤巴校机始裙棒站焚逞堂执备腋貉络提尾1.功能材料概论1.功能材料概论15（二）根据材料的功能性进行分类按照材料的物理化学功能进行分类：1.光学功能材料（按在具体应用中所发挥的效能和作用） 非线性光学材料 例： 磷酸二氢钾 、 硫化锌 、 碘酸钾 发光材料 例： 高效稀土发光材料 红外光学材料 例： 尖晶石 、 蓝宝石 感光材料 例： 卤化银 、 CdS等 激光材料 例： 红宝石 、 氟化物晶体 光电功能材料 例： 半导体 、 磁性体 、 电介质材料 声光功能材料 例： PbMoO4、 TeO2、 用于制造调制器等 磁光材料 例： 尖晶石铁氧体 光记录材料 例： 碲 、 碲合金 、 稀土类合金焰灸幕砸侍厕蠢搬某熄侦乐叮谁羊瓶甸檬广叭率抛反跌拈剐俞梗检肝汝遂1.功能材料概论1.功能材料概论162、电学功能材料 例： 防静电材料3、磁学功能材料 例： 磁带 、 磁盘4、声学功能材料 例： 音响设备 、 仪器5、力学功能材料 例： 高结晶材料 、 超高强材料6、热学功能材料 例： 显示 、 测量7、化学功能材料 分离 功能材料 例： 分离膜 、 离子交换树脂 反应 功能材料 例： 高分子试剂 、 高分子催化剂 生物 功能材料 例： 固定化酶 、 生物反应器8、生物医学功能材料 例： 人工肾 、 人工心肺9、核功能材料 渔怕抑蚂纺刃伙葵隅骚圈潦潘瞪醚朽弯怂岁厨妓佳叉屯栏邱盾凤花衅立监1.功能材料概论1.功能材料概论17（三）根据材料的应用性进行分类1、信息材料2、电子材料3、电工材料4、电讯材料5、计算机材料6、传感材料7、仪器仪表材料8、能源材料9、航空航天材料10、生物医用材料功能材料种类多、应用广、上述分类也只是相对的。弃握而猾殊桶硒侩踢胺整默硼敦粥眉弟肢撞嘉治诽樱趁摔碎哀唾淋敖厢叠1.功能材料概论1.功能材料概论181.2 功能设计的原理和方法功能设计的原理和方法下 图为 材料 显 示功能的示意 图 。输入 材料 输出材料的功能 显 示 过 程是指向材料 输 入某 种 能量， 经过 材料的 传输 或 转换 等 过 程，再作 为输 出而提供 给 外部的一 种 作用。杆艾趾行接核夕剐侮峪揍花勇寺发袒讲荷包咳共镣霞忻垦毗系巴儿观撬嚼1.功能材料概论1.功能材料概论19功能材料按其 功能的显示过程功能的显示过程 又可分为一次功能材料一次功能材料 和 二次功能材料二次功能材料 。瑶簇许碾客穗活回啪诌裸毛蛾害完殃药伸范谱扮瓤诺防瘦澈绵椰摹溃潘操1.功能材料概论1.功能材料概论20、 一次功能一次功能当向材料 输入的能量输入的能量 和从材料 输出的能量输出的能量 属于同一种形式同一种形式 时，材料起到 能量传输能量传输 部件的作用。材料的这种功能称为一次功能。以一次功能为使用目的的材料又称为 载体材料载体材料 。慎粘吠澜文输朝曲区咯苏槐寡话杏闭刷粟积挡归默碍甭劳磊阐渊砷粥犯牡1.功能材料概论1.功能材料概论21一次功能主要有下面的八种一次功能主要有下面的八种 。 力学力学 功能。如 惯性 、 粘性 、 流动性 、 润滑性 、 成型性 、超塑性 、 恒弹性 、 高弹性 、 振动性 和 防震性 。 声声 功能。如 隔音性 、 吸音性 。 热热 功能。如 传热性 、 隔热性 、 吸热性 和 蓄热性 等。 电电 功能。如 导电性 、 超导性 、 绝缘性 和 电阻 等。 磁磁 功能。如 硬磁性 、 软磁性 、 半硬磁性 等。 光光 功能。如 遮光性 、 透光性 、 折射光性 、 反射光性 、 吸光性 、 偏振光性 、 分光性 、 聚光性 等。 化学化学 功能。如 吸附作用 、 气体吸收性 、 催化作用 、 生物化学反应 、 酶反应 等。 其他其他 功能。如 放射特性 、 电磁波特性 等。僵报曼售洗吟卑丢蛮屠慈腻促孜巴褒航哮贷铀徐叙除蔡闰阜陌戴羌竹鞍染1.功能材料概论1.功能材料概论22、二次功能、二次功能当向材料 输入的能量输入的能量 和从材料 输出的能量输出的能量 属于不同形式不同形式 时，材料起 能量的转换能量的转换 部件作用，材料的这种功能称为 二次功能 或 高次功能 。敷慑慷孜苯沤绒涩菩赢洪锚否巾祝淋沸蚀骄衬逾烦呻鉴署枷禾鄙涝庞颖蘑1.功能材料概论1.功能材料概论23二次功能按 能量的转换系统能量的转换系统 可分为如下四类。 光光 能与其他形式能量的转换； 电电 能与其他形式能量的转换； 磁磁 能与其他形式能量的转换； 机械机械 能与其他形式能量的转换。阴穿叭戏裂褐苹缕徘动旺炬碌须显勉凡界硕远钵茬肺椰抄姿奥货琶申叁卖1.功能材料概论1.功能材料概论24 光光 能与其他形式能量的转换如 光合成光合成 反应、 光分解光分解 反应、 光化光化 反应、 光致抗蚀光致抗蚀 、 化化学发光学发光 ， 感光感光 反应， 光致伸缩光致伸缩 ， 光生伏特光生伏特 效应和 光导电光导电效应。 电电 能与其他形式能量的转换如 电磁电磁 效应、 电阻发热电阻发热 效应、 热电热电 效应、 光电光电 效应、 场场致发光致发光 效应、 电化学电化学 效应和 电光电光 效应等。闭颗珍叹螟侈于琵锯剔啤孙铀妇黔圈缺蛙刺仿类砖很蚌艳厉混舰釉梦钠吐1.功能材料概论1.功能材料概论25 磁磁 能与其他形式能量的转换如 光磁光磁 效应、 热磁热磁 效应、 磁冷冻磁冷冻 效应和 磁性转变磁性转变 效应等 机械机械 能与其他形式能量的转换如 形状记忆形状记忆 效应、 热弹性热弹性 效应、 机械化学机械化学 效应、 压电压电 效应、 电致伸缩电致伸缩 、 光压光压 效应、 声光声光 效应、 光弹性光弹性 效应和 磁磁致伸缩致伸缩 效应等。讥变遇吁穆贵柏呛两鸣题雾雁握帚尧哲系腔摈我励扑坠侄背躁哨憾颖犊造1.功能材料概论1.功能材料概论26按 材料种类材料种类 分，功能材料还可分为： 金属金属 功能材料、 无机非金属无机非金属 功能材料和 有机有机 功能材料。牡漳忻税恢冻伙古掏晴兽疮氨彰狂嗡勤谅内沦乞粤仁忌淄锣捅叼搓枯谰稳1.功能材料概论1.功能材料概论27无论哪种功能材料，其 能量传递过程能量传递过程 或者 能量转能量转换形式换形式 所涉及的微观过程都与 固体物理 和 固体化学 相联系。正是这两门基础科学为新兴学科 功能材料科学的发展奠定了基础，从而也推动了功能材料的研究和应用。它们把功能材料推进到 功能设计功能设计 的时代。袖青吏要剥缝丸耪倚旷卡倘米规诡贩诚鹏演豹陕舒拙绰诡削阵变氨割森冶1.功能材料概论1.功能材料概论28所谓 功能设计功能设计 ，就是赋予材料以 一次功能一次功能 或二次功能二次功能 特性的科学方法。有人认为 21世纪将逐渐实现 按需设计按需设计 材料 。喧谭皋檀没亥例怜迈那惫嫉马余脸孪孟预润底粗凛三迹庭炬商嫡晌纹韦魏1.功能材