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我们身边的功能材料 目录功能材料的简介身边的功能材料储氢材料功能材料的展望 功能材料的简介 功能材料的简介 功能材料是指具有特殊物理性能 化学性能 生物性能的一类材料 能将光 声 磁 热 压力 位移 角度 重量 速度 生物能 化学能等转化为电信号 从而实现对能量和信号的转换 吸收 存储 发射 传送 传感 控制和处理等功能 功能材料的简介 表1功能材料应用领域 身边的功能材料金属功能材料 高温合金 可以在600 1200 高温环境下正常工作的金属材料 主要应用于舰艇 火箭 核反应堆 以铁 镍 钴为基体 在高温下有较高的强度 良好的疲劳性能 断裂韧度以及强的抗氧化性和抗热腐蚀性能 且有良好的组织稳定性和可靠的使用性等综合性能 具有良好的应用前景 弹性合金 弹性性能在弹性阶段优越于一般材料的合金 其广泛应用于航空 精密仪器仪表和精密机械的弹性元件中 非晶合金 是指内部不具有周期性的晶体结构的非晶态金属 有这良好的抗腐蚀性和优异的力学特性 强度高 弹性好 硬度高 韧性好 耐磨性好等 主要有金属 金属型非晶态合金和金属 类金属型非晶态合金 身边的功能材料无机功能材料 半导体材料 导电能力在导体和绝缘体之间 是信息技术的基础功能材料 一般分为无机半导体和有机半导体两大类 无机半导体又分为晶体半导体和非晶体半导体 半导体材料广泛应用于计算器 手机电池充电器 喷水泵 路灯 显示器等 是我们身边随处可见的功能材料 压敏陶瓷 是指一种电阻值对外加电压敏感的电子元件 又称变阻器 其电阻值在一定电流范围内是可变的 随电压的提高 电阻值下降 小的电压增量可以引起很大的电流增量 压敏电阻器广泛应用于电力系统 电子路线和家用电器中 主要功能是作过压保护 高能浪涌吸收和高压稳压等 光色玻璃 当受紫外线或日光照射时 玻璃由于在可见光区产生光吸收而自动变色 当光照停止时玻璃又可逆的自动恢复到初始的透明状态 这种玻璃就是光色玻璃 人们通常用光色玻璃制作太阳镜 汽车保护玻璃 相机镜头等 身边的功能材料有机功能材料 感光性高分子树脂 在光的作用下能迅速发生光化学反应 引起物理和化学变化的离子分子 多用来做光致抗蚀剂 油墨 涂料等 导电高分子材料 导电率在半导体和导体范围内的高分子材料 质量轻 易成型 电阻率可调 药用高分子材料 人工合成的具有低毒 高效 长效等特点的药 它们与血液和肌体的相容性很好 绝热复合材料 利用低热导率延缓热量向内部传导而达到防热的材料 可用于导弹 航天器外表面或内部以及发动机 推进机贮箱的隔热 储氢材料 储氢原理 贮氢合金是靠其与氢起化学反应生成金属氢化物来贮氢的 正向反应 吸氢 放热逆向反应 释氢 吸热改变温度与压力条件可使反应按正向 逆向反复进行 实现材料的吸放氢功能 储氢材料 表2不同制备方法的优缺点比较 储氢材料 合金性能 微观结构 La Mg Ni系储氢合金有AB3型 A2B7型 其结构为多种多种结构的复合 La Mg Ni系贮氢合金结构分析 La5Mg2Ni23系合金结构含有长程堆垛结构特征 沿着c轴密排方向每个AB3型合金的结构单元可以看作是由一个AB2晶胞上堆叠一个AB5晶胞组合而成 其结构可看成是AB5和AB2结构单元各占1 3和2 3 储氢材料 合金性能 相组成 La Mg Ni系 La0 95Mg0 05Ni3 贮氢合金XRD图谱 储氢材料 合金性能 储氢性能 298K 1 储氢量1 6 大于LaNi5的1 4 2 吸放氢压0 1MPa 3 较宽较平坦的吸放氢平台 研究表明 随着镁含量提高 储氢合金的吸放氢平台压力降低 吸氢量提高 Mg含量较高时 平台区域变窄 提高或降低Ni含量 平台压力提高 热处理对La0 7Mg0 3Ni3 5储氢合金储氢性能的影响 储氢材料存在问题及展望 存在问题如下 制备工艺方面 Mg的挥发量无法预测和控制 造成合金成分不稳定 电化学性能方面 AB3型储氢合金储氢量比AB5型合金高 但吸放氢的滞后大 合金大量吸氢后的晶胞膨胀大 使合金迅速粉化 La Mg会在碱性电解液中腐蚀溶出 生成没有储氢活性的氢氧化物 导致容量迅速衰减 循环稳定性降低 储氢材料存在问题及展望 发展方向在保持合金高容量的基础上进一步改善其电化学循环稳定性 实现方法对合金主体元素多元化取代及调整B A值等方法 改善循环稳定性 优化合金制备工艺 如采用特殊的制备工艺等 功能材料的展望 功能材料的发展日新月异 它与结构材料同样重要 从国内外的研究动态来看 功能材料的发展趋势可简单归纳为 开发高技术所需要的功能材料 特别是尖端领域 如航空航天 分子电子学 高速信息 新能源 海洋技术和生命科学 和在极端条件下工作的 如超高压 超高温 超低温 高烧蚀 高热冲击和高辐射等 高性能功能材料 功能材料从单一功能向多功能和复合或者综合功能发展 从低级功能 如单一的物理功能 向高级功能 如人工智能 生物功能和生命功能等 发展 功能材料和器件一体化 高集成化 超微型化 高密极化和超分子化 完善和发展功能材料检测和评价方法 功能材