课题十了解工程前沿新材料的特点与应用

1、所谓新材料，指新出现的、具有特殊性能和特殊功能所谓新材料，指新出现的、具有特殊性能和特殊功能 的材料。它是相对于传统材料而言的，二者之间并没的材料。它是相对于传统材料而言的，二者之间并没 有严格的分界线。新材料的发展往往以传统材料的组有严格的分界线。新材料的发展往往以传统材料的组 织结构和性能为基础。传统材料经过进一步改良和发织结构和性能为基础。传统材料经过进一步改良和发 展也可以成为新材料。展也可以成为新材料。 目前，各国都在加速新材料的研究和开发，新材料的目前，各国都在加速新材料的研究和开发，新材料的 研究正朝着高性能化、功能化、复合化和专用化的方研究正朝着高性能化、功能化、复合化和专用化

2、的方 向发展。传统的金属材料、有机材料、无机材料的界向发展。传统的金属材料、有机材料、无机材料的界 限正在逐渐消失，新材料的分类也变得困难起来，材限正在逐渐消失，新材料的分类也变得困难起来，材 料的属性区分也变得越来越模糊。料的属性区分也变得越来越模糊。 课题十课题十 了解工程前沿新材料的特点与应用了解工程前沿新材料的特点与应用 学习目标学习目标 知识目标：了解新型高温材料知识目标：了解新型高温材料 能力目标：能对新型高温材料作出初步选用能力目标：能对新型高温材料作出初步选用 如果金属构件的工作温度超过如果金属构件的工作温度超过600600，就不能选择普通，就不能选择普通 的耐热钢，而要选择高

3、温材料或高温合金。所谓高温的耐热钢，而要选择高温材料或高温合金。所谓高温 材料，是指能在材料，是指能在600600以上，甚至在以上，甚至在10001000以上满足以上满足 使用要求的材料。使用要求的材料。 高温材料的应用范围越来越广，从锅炉、蒸汽机、内高温材料的应用范围越来越广，从锅炉、蒸汽机、内 燃机到石油、化工用的各种高温物理化学反应装置、燃机到石油、化工用的各种高温物理化学反应装置、 原子反应堆的热交换器、喷气涡轮发动机和航天飞机原子反应堆的热交换器、喷气涡轮发动机和航天飞机 的多种部件等，都有广泛的应用。的多种部件等，都有广泛的应用。 任务一任务一 了解新型高温材料的特点与应用了解新型

4、高温材料的特点与应用 （1 1）高温合金的分类）高温合金的分类 按高温合金基本组成元素分类，高温合金分为铁基高按高温合金基本组成元素分类，高温合金分为铁基高 温合金、镍基高温合金和钴基高温合金等；按高温合温合金、镍基高温合金和钴基高温合金等；按高温合 金的生产方法分类，高温合金分为变形高温合金和铸金的生产方法分类，高温合金分为变形高温合金和铸 造高温合金。造高温合金。 任务一任务一 了解新型高温材料的特点与应用了解新型高温材料的特点与应用 变形高温合金的牌号以变形高温合金的牌号以“GHGH合金类别号顺序号合金类别号顺序号” 表示，其中表示，其中“GH”GH”表示表示“高合高合” 铸造高温合金的

5、牌号以铸造高温合金的牌号以“分类号顺序号分类号顺序号”表示表示 用作焊丝的高温合金在用作焊丝的高温合金在“GH”GH”前加前加“H”H”，即，即“HGH”HGH” 采用粉末冶金方法生产的高温合金以采用粉末冶金方法生产的高温合金以“FGH”FGH”表示。表示。 任务一任务一 了解新型高温材料的特点与应用了解新型高温材料的特点与应用 （2 2）铁基高温合金和镍基高温合金）铁基高温合金和镍基高温合金 1 1）铁基高温合金）铁基高温合金 2 2）镍基高温合金）镍基高温合金 （3 3）高温合金的发展趋势）高温合金的发展趋势 2. 2. 了解高温陶瓷材料的性能与应用了解高温陶瓷材料的性能与应用 任务一任务

6、一 了解新型高温材料的特点与应用了解新型高温材料的特点与应用 氮化硅陶瓷已成为制造氮化硅陶瓷已成为制造 新型陶瓷发动机的重要新型陶瓷发动机的重要 材料；碳化物基金属陶材料；碳化物基金属陶 瓷已经应用于航空、航瓷已经应用于航空、航 天工业的部分耐热构件，天工业的部分耐热构件， 如制造涡轮喷气发动机如制造涡轮喷气发动机 中的燃烧室、涡轮叶片、中的燃烧室、涡轮叶片、 涡轮盘涡轮盘 学习目标学习目标 知识目标：了解形状记忆材料知识目标：了解形状记忆材料 能力目标：能对形状记忆材料作出初步选用能力目标：能对形状记忆材料作出初步选用 形状记忆材料是指具有形状记忆效应（形状记忆材料是指具有形状记忆效应（SM

7、ESME，Shape Shape Memory EffectMemory Effect）的材料。形状记忆效应是指将材料）的材料。形状记忆效应是指将材料 在一定条件下进行一定限度以内的变形后，在对材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后，在对材料 施加适当的外界条件（如加热）时，材料的变形会随施加适当的外界条件（如加热）时，材料的变形会随 之消失，并回复到变形前形状的现象。之消失，并回复到变形前形状的现象。 形状记忆合金的应用范围涉及机械、电子、化工、宇形状记忆合金的应用范围涉及机械、电子、化工、宇 航、能源和医疗等许多领域。航、能源和医疗等许多领域。2020世纪世纪8080年代，科学家年代，科

8、学家 在一些陶瓷和高分子材料中也发现了形状记忆效应现在一些陶瓷和高分子材料中也发现了形状记忆效应现 象，并将其作为研究和开发的重点对象。象，并将其作为研究和开发的重点对象。 任务二任务二 了解形状记忆材料的特点与应用了解形状记忆材料的特点与应用 1. 1. 了解形状记忆合金的性能了解形状记忆合金的性能 目前已开发成功的形状记忆合金有目前已开发成功的形状记忆合金有TiTiNiNi系、系、CuCu系、系、 FeFe系形状记忆合金等。系形状记忆合金等。 典型的形状记忆合金的应用例子是制造月面天线。半典型的形状记忆合金的应用例子是制造月面天线。半 球形的月面天线全部展开后，其直径达数米，用登月球形的月

9、面天线全部展开后，其直径达数米，用登月 舱难以将其运载进人太空。利用舱难以将其运载进人太空。利用TiTiNiNi合金的形状记合金的形状记 忆效应，首先将处于一定状态下的合金丝制成半球形忆效应，首先将处于一定状态下的合金丝制成半球形 的天线，然后压成小卷团状，使它的体积缩小到原来的天线，然后压成小卷团状，使它的体积缩小到原来 的千分之几，然后用火箭送上月球，放置在月球上。的千分之几，然后用火箭送上月球，放置在月球上。 小卷团状天线被阳光晒热后，逐步恢复成原状，即可小卷团状天线被阳光晒热后，逐步恢复成原状，即可 成功地进行通信。成功地进行通信。 任务二任务二 了解形状记忆材料的特点与应用了解形状记

10、忆材料的特点与应用 2. 2. 了解形状记忆陶瓷的特性了解形状记忆陶瓷的特性 2020世纪世纪6060年代，人们发现在年代，人们发现在ZrO2ZrO2陶瓷中也存在形状记陶瓷中也存在形状记 忆效应。忆效应。 3 3了解形状记忆高分子材料性能了解形状记忆高分子材料性能 高分子材料的形状记忆机理与形状记忆合金和形状记高分子材料的形状记忆机理与形状记忆合金和形状记 忆陶瓷不同。形状记忆高分子材料可以是光敏（通过忆陶瓷不同。形状记忆高分子材料可以是光敏（通过 光照条件的变化实现形状记忆效应）、热敏、电敏等光照条件的变化实现形状记忆效应）、热敏、电敏等 不同类型。不同类型。 任务二任务二 了解形状记忆材料

11、的特点与应用了解形状记忆材料的特点与应用 4 4了解形状记忆合金的应用了解形状记忆合金的应用 （1 1）在汽车制造方面的应用。制造后雾灯罩、手动变速）在汽车制造方面的应用。制造后雾灯罩、手动变速 器的防噪声装置、燃料蒸发气体排出控制阀、防止发器的防噪声装置、燃料蒸发气体排出控制阀、防止发 动机过热用的风扇离合器、防滑轮胎等。动机过热用的风扇离合器、防滑轮胎等。 （2 2）在电子设备制造方面的应用。制造各种不需电力的）在电子设备制造方面的应用。制造各种不需电力的 温度控制仪器（如温室窗户的自动开闭装置、电磁调温度控制仪器（如温室窗户的自动开闭装置、电磁调 理器、过热感知器、咖啡牛奶沸腾感知器、温

12、泉浴池理器、过热感知器、咖啡牛奶沸腾感知器、温泉浴池 调理器等），电路的连接，自控系统的驱动器，电子调理器等），电路的连接，自控系统的驱动器，电子 炉灶换气门的开闭器，空调风向自动调节器，电饭锅炉灶换气门的开闭器，空调风向自动调节器，电饭锅 压力调节器等。压力调节器等。 （3 3）在安全器具制造方面的应用。利用形状记忆合金可）在安全器具制造方面的应用。利用形状记忆合金可 以制造过热报警器、火灾报警器、自动灭火喷头、烟以制造过热报警器、火灾报警器、自动灭火喷头、烟 灰缸灭火栓等。灰缸灭火栓等。 任务二任务二 了解形状记忆材料的特点与应用了解形状记忆材料的特点与应用 （4 4）在医学领域方面的应用

13、。由于形状记忆合金与）在医学领域方面的应用。由于形状记忆合金与 生物体的相容性好、耐蚀性好，因些，形状记忆合生物体的相容性好、耐蚀性好，因些，形状记忆合 金在医学领域方面也获得了广泛的应用，如制成脊金在医学领域方面也获得了广泛的应用，如制成脊 柱矫形棒、牙齿矫形唇弓丝、人工关节、人造骨骼柱矫形棒、牙齿矫形唇弓丝、人工关节、人造骨骼 、骨折部位的固定板、人造心脏、血栓过滤器等。、骨折部位的固定板、人造心脏、血栓过滤器等。 任务二任务二 了解形状记忆材料的特点与应用了解形状记忆材料的特点与应用 血栓过滤器的工作原理血栓过滤器的工作原理 任务二任务二 了解形状记忆材料的特点与应用了解形状记忆材料的特

14、点与应用 （5 5）在能源开发方面的应用。制造小型固体热机，用作）在能源开发方面的应用。制造小型固体热机，用作 热机能量转换材料。热机能量转换材料。 （6 6）在日常生活方面的应用。制作家庭换气门开闭器、）在日常生活方面的应用。制作家庭换气门开闭器、 记忆密码锁、防火挡板、净水器热水防止阀、恒温箱记忆密码锁、防火挡板、净水器热水防止阀、恒温箱 混合水栓温度调节阀、眼镜固定件、眼镜框架、钓鱼混合水栓温度调节阀、眼镜固定件、眼镜框架、钓鱼 线、便携电话天线、装饰品等。线、便携电话天线、装饰品等。 （7 7）在工件连接方面的应用。用于特殊要求场合（如军）在工件连接方面的应用。用于特殊要求场合（如军

15、用飞机、化工管道、化工容器、深底管道等）下制作用飞机、化工管道、化工容器、深底管道等）下制作 各种管接头和铆钉，实现各种管道及容器的连接等各种管接头和铆钉，实现各种管道及容器的连接等 （8 8）作为智能材料。）作为智能材料。TiTiNiNi形状记忆合金是目前研究最形状记忆合金是目前研究最 充分的智能材料。利用形状记忆合金的形状记忆效应充分的智能材料。利用形状记忆合金的形状记忆效应 和超弹性等特征可开发出大量集感知、判断与动作为和超弹性等特征可开发出大量集感知、判断与动作为 一体的小型智能零部件或产品。一体的小型智能零部件或产品。 任务二任务二 了解形状记忆材料的特点与应用了解形状记忆材料的特点

16、与应用 学习目标学习目标 知识目标：了解非晶态合金材料知识目标：了解非晶态合金材料 能力目标：能对非晶态合金材料作出初步选用能力目标：能对非晶态合金材料作出初步选用 非晶态合金是六十年代问世的新金属材料，它利用超非晶态合金是六十年代问世的新金属材料，它利用超 急冷技术即急冷技术即1010的的6 6次方次方/ /秒的冷却速度使液态金属快速秒的冷却速度使液态金属快速 凝固直接成材而制成非晶态软磁合金。它具有高导磁凝固直接成材而制成非晶态软磁合金。它具有高导磁 率、高电阻率、高磁感、耐蚀等优异特性，是传统金率、高电阻率、高磁感、耐蚀等优异特性，是传统金 属无可比拟的。属无可比拟的。 任务三任务三 了

17、解非晶态合金材料的特点与应用了解非晶态合金材料的特点与应用 非晶态合金是一种没有原子三维周期性排列的固体合非晶态合金是一种没有原子三维周期性排列的固体合 金。非晶态是相对晶态而言的，在非晶态材料中，原金。非晶态是相对晶态而言的，在非晶态材料中，原 子在微观排列方面不存在有规律的周期性；在宏观上子在微观排列方面不存在有规律的周期性；在宏观上 具有各向同性和无规则的外形。具有各向同性和无规则的外形。 非晶态材料有传统的硅酸盐玻璃、非晶态聚合物、非非晶态材料有传统的硅酸盐玻璃、非晶态聚合物、非 晶态半导体、非晶态超导体、非晶态离子导体等。晶态半导体、非晶态超导体、非晶态离子导体等。 非晶态合金可采用

18、液相急冷法、气相沉积法、注人法非晶态合金可采用液相急冷法、气相沉积法、注人法 等工艺制取。等工艺制取。 任务三任务三 了解非晶态合金材料的特点与应用了解非晶态合金材料的特点与应用 与普通晶态金属或合金相比，非晶态合金在力学、电与普通晶态金属或合金相比，非晶态合金在力学、电 学、磁学和化学性能诸方面均有独特之处。非晶态合学、磁学和化学性能诸方面均有独特之处。非晶态合 金具有很高的强度和硬度。金具有很高的强度和硬度。 非晶态合金非晶态合金( (非晶纳米晶材料非晶纳米晶材料) )具有饱和磁感高、磁导具有饱和磁感高、磁导 率高、损耗低等优异特性，广泛应用于通讯、电子、率高、损耗低等优异特性，广泛应用于

19、通讯、电子、 电力等工业，能替代传统坡莫合金及铁氧体等材料，电力等工业，能替代传统坡莫合金及铁氧体等材料， 被称为被称为“二十一世纪绿色电子材料二十一世纪绿色电子材料”，在电子、信息，在电子、信息 领域的应用将会越来越广，前景广阔。领域的应用将会越来越广，前景广阔。 任务三任务三 了解非晶态合金材料的特点与应用了解非晶态合金材料的特点与应用 非晶态合金材料应用非晶态合金材料应用 任务三任务三 了解非晶态合金材料的特点与应用了解非晶态合金材料的特点与应用 学习目标学习目标 知识目标：了解超导材料知识目标：了解超导材料 能力目标：能对超导材料作出初步选用能力目标：能对超导材料作出初步选用 超导材料

20、是指在一定温度下材料的电阻变为零，并且超导材料是指在一定温度下材料的电阻变为零，并且 磁力线不能进人其内部，材料呈现完全抗磁性的材料磁力线不能进人其内部，材料呈现完全抗磁性的材料 任务四任务四 了解超导材料的特点与应用了解超导材料的特点与应用 1. 1. 了解超导材料分类了解超导材料分类 超导材料：超导合金、超导陶瓷和超导聚合物三类超导材料：超导合金、超导陶瓷和超导聚合物三类 （1 1）超导合金）超导合金 超导合金是超导材料中机械强度最高、应力应变小、超导合金是超导材料中机械强度最高、应力应变小、 磁场强度低的超导体，是早期具有实用价值的超导材磁场强度低的超导体，是早期具有实用价值的超导材 料

21、。广泛使用的是料。广泛使用的是NbNbZrZr系和系和TiTiNbNb系超导合金。系超导合金。 （2 2）超导陶瓷）超导陶瓷 19861986年随着超导陶瓷的出现，使超导体的年随着超导陶瓷的出现，使超导体的TcTc获得重大获得重大 突破。突破。TcTc高于高于120K120K的的TiTiBaBaCaCaCuCuO O材料就属于材料就属于 超导陶瓷材料。超导陶瓷材料。 （3 3）超导聚合物）超导聚合物 与超导合金相比，超导聚合物材料的发展比较缓慢，与超导合金相比，超导聚合物材料的发展比较缓慢， 目前最高临界温度只达到目前最高临界温度只达到10K10K左右。左右。 任务三任务三 了解非晶态合金材料

22、的特点与应用了解非晶态合金材料的特点与应用 2. 2. 了解超导材料的应用了解超导材料的应用 （1 1）超导材料在电力系统方面的应用）超导材料在电力系统方面的应用 采用的传统铜导线或铝导线的输电方式，约有采用的传统铜导线或铝导线的输电方式，约有1515的的 电能要损耗在输电线路上，仅在我国造成的损耗每年电能要损耗在输电线路上，仅在我国造成的损耗每年 就达就达10001000多亿度。如果利用超导材料输电，电力损耗多亿度。如果利用超导材料输电，电力损耗 则几乎为零，可节省大量的电能。则几乎为零，可节省大量的电能。 将超导线圈用于发电机，可大大提高电机中的磁感应将超导线圈用于发电机，可大大提高电机中

23、的磁感应 强度，提高发电机的输出功率，使发电效率提高约强度，提高发电机的输出功率，使发电效率提高约5050 。 利用超导体可将热核反应堆中的超高温等离子体包围利用超导体可将热核反应堆中的超高温等离子体包围 和约束起来，然后慢慢地释放能量，从而使受控核聚和约束起来，然后慢慢地释放能量，从而使受控核聚 变能源成为人类取之不尽的新能源。变能源成为人类取之不尽的新能源。 任务三任务三 了解非晶态合金材料的特点与应用了解非晶态合金材料的特点与应用 超导超导 材料材料 的应的应 用用 任务三任务三 了解非晶态合金材料的特点与应用了解非晶态合金材料的特点与应用 （2 2）超导材料在运输方面的应用）超导材料在

24、运输方面的应用 利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁 体上方，由于永久磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体上方，由于永久磁体的磁力线不能穿过超导体，磁 体和超导体之间就会产生排斥力，使超导体悬浮在永体和超导体之间就会产生排斥力，使超导体悬浮在永 久磁体上方。久磁体上方。 磁悬浮列车运行时，铝环内产生的磁场与超导体相互磁悬浮列车运行时，铝环内产生的磁场与超导体相互 作用，产生的浮力便使列车浮起。磁悬浮列车速度越作用，产生的浮力便使列车浮起。磁悬浮列车速度越 高，浮力越大。目前，超导磁悬浮列车的运行速度可高，浮力越大。目前，超导磁悬浮列车的运行速

25、度可 达达550km550kmh h 任务三任务三 了解非晶态合金材料的特点与应用了解非晶态合金材料的特点与应用 （3 3）超导材料在电子信息方面的应用）超导材料在电子信息方面的应用 利用超导材料的隧道效应，可解决计算机器件的散热利用超导材料的隧道效应，可解决计算机器件的散热 难题，制造运算速度极快的超导计算机等；超导材料难题，制造运算速度极快的超导计算机等；超导材料 还可用于制作各种高灵敏度的超导电磁测量装置，用还可用于制作各种高灵敏度的超导电磁测量装置，用 于测量微弱的电磁信号，实现高精度测量和对比于测量微弱的电磁信号，实现高精度测量和对比 （4 4）超导材料在军事方面的应用）超导材料在军

26、事方面的应用 利用超导材料具有高载流能力和零电阻的特点，可长利用超导材料具有高载流能力和零电阻的特点，可长 时间无损耗地储存大量电能，需要时即可将储存的能时间无损耗地储存大量电能，需要时即可将储存的能 量连续地释放出来。量连续地释放出来。 利用超导材料制作超导粒子武器、自由电子激光器、利用超导材料制作超导粒子武器、自由电子激光器、 超导电磁炮、超导电磁推进系统和超导陀螺仪等。超导电磁炮、超导电磁推进系统和超导陀螺仪等。 学习目标学习目标 知识目标：了解纳米材料知识目标：了解纳米材料 能力目标：能对纳米材料作出初步选用能力目标：能对纳米材料作出初步选用 1. 1. 理解纳米材料的定义及分类理解纳

27、米材料的定义及分类 纳米是一种度量单位，纳米是一种度量单位，1 1纳米（纳米（nmnm）等于）等于1010 9 9m m（ （1 1毫米毫米 等于等于1010 3 3m m， ，1 1微米等于微米等于1010 6 6m m），即百万分之一毫米 ），即百万分之一毫米 、十亿分之一米。、十亿分之一米。1nm1nm相当于头发丝直径的相当于头发丝直径的1010万分之万分之 一。一。 广义地说，纳米材料是指微观结构至少在一维方向上广义地说，纳米材料是指微观结构至少在一维方向上 受纳米尺度（受纳米尺度（1 1100nm100nm）调制的各种固体超细材料。）调制的各种固体超细材料。 纳米材料包括金属、非金属

28、、有机、无机和生物等多纳米材料包括金属、非金属、有机、无机和生物等多 种粉末材料。种粉末材料。 任务五任务五 了解纳米材料的特点与应用了解纳米材料的特点与应用 纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点，纳米纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点，纳米 材料是纳米技术应用的基础，由其发展起来的纳米技材料是纳米技术应用的基础，由其发展起来的纳米技 术被公认为是术被公认为是2121世纪最具有前途的科研领域。所谓纳世纪最具有前途的科研领域。所谓纳 米科学，是指研究纳米尺寸范围在米科学，是指研究纳米尺寸范围在0.10.1100nm100nm之内的之内的 物质所具有的物理、化学性质和功能的科学。纳米科物

29、质所具有的物理、化学性质和功能的科学。纳米科 技大致涉及以下七个分支：纳米材料学、纳米电子学技大致涉及以下七个分支：纳米材料学、纳米电子学 、纳米生物学、纳米物理学、纳米化学、纳米机械学、纳米生物学、纳米物理学、纳米化学、纳米机械学 （制造工艺学）、纳米加工及表征。（制造工艺学）、纳米加工及表征。 任务五任务五 了解纳米材料的特点与应用了解纳米材料的特点与应用 2. 2. 了解纳米材料的结构与性能了解纳米材料的结构与性能 纳米固体中的原子排列既不同于长程有序的晶体，也纳米固体中的原子排列既不同于长程有序的晶体，也 不同于长程无序的不同于长程无序的“气体状气体状”固体结构，是一种介于固体结构，是

30、一种介于 固体和分子间的亚稳中间态物质。因此，一些研究人固体和分子间的亚稳中间态物质。因此，一些研究人 员把纳米材料称为晶态、非晶态之外的员把纳米材料称为晶态、非晶态之外的“第三态晶体第三态晶体 材料材料”。 纳米材料特殊的物理性能：纳米材料特殊的物理性能： 1 1）具有高比热、高电导率、高扩散率，对电磁波具）具有高比热、高电导率、高扩散率，对电磁波具 有强吸收特性，据此可制造出具有特定功能的产品，有强吸收特性，据此可制造出具有特定功能的产品， 如电磁波屏蔽、隐形飞机涂料等。如电磁波屏蔽、隐形飞机涂料等。 2 2）对光的反射能力非常低，低到仅为原非纳米材料）对光的反射能力非常低，低到仅为原非纳

31、米材料 的百分之一。的百分之一。 任务五任务五 了解纳米材料的特点与应用了解纳米材料的特点与应用 3 3）气体在纳米材料中的扩散速度比在普通材料中快几千）气体在纳米材料中的扩散速度比在普通材料中快几千 倍。倍。 4 4）力学性能成倍增加，具有高强度、高韧性及超塑性，）力学性能成倍增加，具有高强度、高韧性及超塑性， 如纳米铁材料的断裂应力比一般铁材料高如纳米铁材料的断裂应力比一般铁材料高1212倍。倍。 5 5）与生物细胞的结合力较强，为人造骨质的应用拓宽了）与生物细胞的结合力较强，为人造骨质的应用拓宽了 途径。途径。 6 6）熔点大大降低，如纯金熔点是）熔点大大降低，如纯金熔点是1064106

32、4，但，但2nm2nm的金粉的金粉 末熔点只有末熔点只有327327。 7 7）具有特殊的磁性，如）具有特殊的磁性，如20nm20nm的铁粉，其磁矫顽力可增加的铁粉，其磁矫顽力可增加 10001000倍。纳米磁性材料的磁记录密度可比普通的磁倍。纳米磁性材料的磁记录密度可比普通的磁 性材料提高性材料提高1010倍。倍。 任务五任务五 了解纳米材料的特点与应用了解纳米材料的特点与应用 3. 3. 纳米材料的应用纳米材料的应用 1 1）纳米结构材料。纯金属、合金、复合材料和结构陶瓷）纳米结构材料。纯金属、合金、复合材料和结构陶瓷 ，具有十分优异的力学及热力性能，可使构件重量，具有十分优异的力学及热力

33、性能，可使构件重量 大大减轻。大大减轻。 2 2）纳米催化、敏感、储氢材料。用于制造高效的异质催）纳米催化、敏感、储氢材料。用于制造高效的异质催 化剂、气体敏感器及气体捕获剂，用于汽车尾气净化剂、气体敏感器及气体捕获剂，用于汽车尾气净 化、环境保护、石油化工、新型洁净能源等领域化、环境保护、石油化工、新型洁净能源等领域。 3 3）纳米光学材料。用于制作多种具有独特性能的光电子）纳米光学材料。用于制作多种具有独特性能的光电子 器件，如蓝光二极管、量子点激光器、单电子晶体器件，如蓝光二极管、量子点激光器、单电子晶体 管等。管等。 4 4）纳米技术电子器件。纳米技术制作的电子器件的性能）纳米技术电子

34、器件。纳米技术制作的电子器件的性能 大大优于传统的电子器件。大大优于传统的电子器件。 3 3）纳米光学材料。用于制作多种具有独特性能的光电子）纳米光学材料。用于制作多种具有独特性能的光电子 器件，如蓝光二极管、量子点激光器、单电子晶体器件，如蓝光二极管、量子点激光器、单电子晶体 管等。管等。 4 4）纳米技术电子器件。纳米技术制作的电子器件的性能）纳米技术电子器件。纳米技术制作的电子器件的性能 大大优于传统的电子器件。大大优于传统的电子器件。 5 5）纳米生物与医学材料）纳米生物与医学材料 利用纳米粒子研制成机器人，注入人体血管内，对利用纳米粒子研制成机器人，注入人体血管内，对 人体进行全身健

35、康检查，疏通脑血管中的血栓，清人体进行全身健康检查，疏通脑血管中的血栓，清 除心脏动脉脂肪沉积物，甚至还能吞噬病毒、杀死除心脏动脉脂肪沉积物，甚至还能吞噬病毒、杀死 癌细胞等。癌细胞等。 6 6）在军事方面。以昆虫作平台，利用先进的纳米技术）在军事方面。以昆虫作平台，利用先进的纳米技术 ，可把纳米机器人植人昆虫的神经系统中以控制昆，可把纳米机器人植人昆虫的神经系统中以控制昆 虫，使昆虫飞向敌方，收集情报，或使敌方的目标虫，使昆虫飞向敌方，收集情报，或使敌方的目标 或设施丧失功能。或设施丧失功能。 7 7）纳米硬质合金。纳米硬质合金的出现是硬质合金制）纳米硬质合金。纳米硬质合金的出现是硬质合金制

36、 造技术的飞跃。造技术的飞跃。 任务五任务五 了解纳米材料的特点与应用了解纳米材料的特点与应用 学习目标学习目标 知识目标：了解功能材料知识目标：了解功能材料 能力目标：能对功能材料作出初步选用能力目标：能对功能材料作出初步选用 功能材料功能材料：具有优良的电学：具有优良的电学、磁学、光学、热学、声、磁学、光学、热学、声 学、力学、化学、生物医学功能，具有特殊的物理、学、力学、化学、生物医学功能，具有特殊的物理、 化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来 制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技

37、领域 的高新技术材料。的高新技术材料。 任务六任务六 了解功能材料的特点与应用了解功能材料的特点与应用 是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。它涉及是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。它涉及 信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、 环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术 等现代高新技术及其产业，正在形成一个规模宏大等现代高新技术及其产业，正在形成一个规模宏大 的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为 重要的战略意义。重要的战略意义。 功能材料不仅

38、对高新技术的发展起着重要的推动和功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和 支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级， 实现跨越式发展起着重要的促进作用。实现跨越式发展起着重要的促进作用。 在全球新材料研究领域中，功能材料约占在全球新材料研究领域中，功能材料约占8585。 任务六任务六 了解功能材料的特点与应用了解功能材料的特点与应用 1 1功能材料的分类功能材料的分类 功能材料种类繁多，分类方法各异，主要有以下几功能材料种类繁多，分类方法各异，主要有以下几 种分类方法：种分类方法： 1 1）功能材料按化学组成分类，金属功能材料、无机非）功能材料

39、按化学组成分类，金属功能材料、无机非 金属功能材料、有机高分子功能材料和复合功能材金属功能材料、有机高分子功能材料和复合功能材 料。料。 2 2）功能材料按聚集态分类。气态功能材料、液态功能）功能材料按聚集态分类。气态功能材料、液态功能 材料、固态功能材料、液晶态功能材料和混合态功材料、固态功能材料、液晶态功能材料和混合态功 能材料，其中固态功能材料又包括晶态功能材料、能材料，其中固态功能材料又包括晶态功能材料、 准晶态功能材料和非晶态功能材料。准晶态功能材料和非晶态功能材料。 任务六任务六 了解功能材料的特点与应用了解功能材料的特点与应用 3 3）功能材料按功能分类，物理功能材料（如光、电、

40、）功能材料按功能分类，物理功能材料（如光、电、 磁、声、热等）、化学功能材料（如感光、催化、磁、声、热等）、化学功能材料（如感光、催化、 降解、交换等）、生物功能材料（如生物医药、生降解、交换等）、生物功能材料（如生物医药、生 物模拟、仿生等）和核功能材料。物模拟、仿生等）和核功能材料。 任务六任务六 了解功能材料的特点与应用了解功能材料的特点与应用 2 2了解功能材料的性能特点和用途了解功能材料的性能特点和用途 1 1）导电功能材料。它是指那些具有导电特性的物质，包）导电功能材料。它是指那些具有导电特性的物质，包 括电阻材料、电热与电光材料、导电与超导材料、括电阻材料、电热与电光材料、导电与

41、超导材料、 半导体材料、介电材料、离子导体和导电高分子材半导体材料、介电材料、离子导体和导电高分子材 料等料等。 任务六任务六 了解功能材料的特点与应用了解功能材料的特点与应用 2 2）超塑性材料。长期以来，人们希望能够很容易地对）超塑性材料。长期以来，人们希望能够很容易地对 高强度材料进行塑性加工成形，成形以后，又能像高强度材料进行塑性加工成形，成形以后，又能像 钢铁一样坚固耐用。钢铁一样坚固耐用。 任务六任务六 了解功能材料的特点与应用了解功能材料的特点与应用 3 3）磁功能材料。磁性是物质普遍存在的基本属性。所）磁功能材料。磁性是物质普遍存在的基本属性。所 谓磁性材料和非磁性材料，实际上

42、是指强磁性材料谓磁性材料和非磁性材料，实际上是指强磁性材料 和弱磁性材料。早期的磁性材料是指软铁、硅钢片和弱磁性材料。早期的磁性材料是指软铁、硅钢片 、铁氧体等。、铁氧体等。 任务六任务六 了解功能材料的特点与应用了解功能材料的特点与应用 4 4）电子信息材料。指那些用于集成电路的半导体材料）电子信息材料。指那些用于集成电路的半导体材料 、电子元器件材料、人工晶体材料，以及通信技术、电子元器件材料、人工晶体材料，以及通信技术 中使用的光导纤维等。它是新材料领域中最重要的中使用的光导纤维等。它是新材料领域中最重要的 组成部分，已成为推动信息产业增长的主要动力。组成部分，已成为推动信息产业增长的主

43、要动力。 5 5）智能材料。指能够根据所处环境的变化，使自身功）智能材料。指能够根据所处环境的变化，使自身功 能处于最佳状态的材料，如形状记忆材料、电流变能处于最佳状态的材料，如形状记忆材料、电流变 体材料、电致变色材料、微孔材料等都可列人智能体材料、电致变色材料、微孔材料等都可列人智能 材料。材料。 任务六任务六 了解功能材料的特点与应用了解功能材料的特点与应用 6 6）热功能材料。材料在受热或温度变化时，会出现性能）热功能材料。材料在受热或温度变化时，会出现性能 变化并产生一系列现象，如热膨胀、热传导（或隔热变化并产生一系列现象，如热膨胀、热传导（或隔热 ）、热辐射等，凡具有此类现象的材料

44、，就称为热功）、热辐射等，凡具有此类现象的材料，就称为热功 能材料。根据热性能变化的特性，热功能材料可分为能材料。根据热性能变化的特性，热功能材料可分为 膨胀材料、热电材料、形状记忆材料、热释电材料、膨胀材料、热电材料、形状记忆材料、热释电材料、 隔热材料等，它们广泛用于仪器仪表、医疗器械、导隔热材料等，它们广泛用于仪器仪表、医疗器械、导 弹武器、空间技术和能源开发等领域。弹武器、空间技术和能源开发等领域。 任务六任务六 了解功能材料的特点与应用了解功能材料的特点与应用 7 7）梯度功能材料。由两种或多种材料复合成组分和结构）梯度功能材料。由两种或多种材料复合成组分和结构 呈现连续梯度变化的新

45、型复合材料，称为梯度功能材呈现连续梯度变化的新型复合材料，称为梯度功能材 料。其主要特征是：材料的组分和结构呈现连续梯度料。其主要特征是：材料的组分和结构呈现连续梯度 变化，材料内部无明显界面，材料的性质呈现连续梯变化，材料内部无明显界面，材料的性质呈现连续梯 度变化。度变化。 任务六任务六 了解功能材料的特点与应用了解功能材料的特点与应用 8 8）能源转化与储存材料。地球上可再生的能源主要指太）能源转化与储存材料。地球上可再生的能源主要指太 阳能、风能、地热能、潮汐能等，这些能源在大多数阳能、风能、地热能、潮汐能等，这些能源在大多数 情况下不能直接使用，也不能储存，因此，必须将它情况下不能直

46、接使用，也不能储存，因此，必须将它 们转换成可以使用的能源形式，或将之用适当的方式们转换成可以使用的能源形式，或将之用适当的方式 储存起来，再加以利用。能源转化与储存材料就是围储存起来，再加以利用。能源转化与储存材料就是围 绕可再生能源的利用这一目标而发展起来的新材料，绕可再生能源的利用这一目标而发展起来的新材料， 如太阳能转换材料（如光电转换材料）、热电转换材如太阳能转换材料（如光电转换材料）、热电转换材 料、储氢材料（如镁基储氢材料）等料、储氢材料（如镁基储氢材料）等。 任务六任务六 了解功能材料的特点与应用了解功能材料的特点与应用 9 9）阻尼材料。随着工业和交通运输业的飞速发展，噪声）阻尼材料。随着工业和交通运输业的飞速发展，噪声 污染对人类的危害越来越大。因此，将噪声降低到无污染对人类的危害越来越大。因此，将噪声降低到无 害的程度，是环境保护的一项重要任务。噪声与振动害的程度，是环境保护的一项重要任务。噪声与振动 可以通过吸声、隔音、消声、阻尼减振技术等措施治可以通过吸声、隔音、消声、阻尼减振技术等措施治 理。阻尼减振技术中所用的材料称