chp1 绪论 功能材料

功能材料主讲：刘金华修志亮Email:jhlmy@Tel五苯分子前言研究功能材料的意义课程的目的和任务课程的基本要求和特点授课安排考核方式教材及参考书研究意义功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。功能材料种类繁多，用途广泛，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重要的战略意义。功能材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，功能材料约占85

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。随着信息社会的到来，特种功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。

鉴于功能材料的重要地位，世界各国均十分重视功能材料技术的研究。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题,而其中绝大部分均为功能材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等在他们的最新科技发展计划中,都把功能材料技术列为关键技术之一加以重点支持。当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破，材料的分子、原子设计等正处于日新月异的发展之中，发展功能材料技术正在成为一些发达国家强化其经济及军事优势的重要手段。国内功能材料发展的现状和差距我国非常重视功能材料的发展，在国家攻关、“863”、“973”、国家自然科学基金等计划中，功能材料都占有很大比例。在“九五”“十五”国防计划中还将特种功能材料列为“国防尖端”材料。在“863”计划支持下，开辟了超导材料、平板显示材料、稀土功能材料、生物医用材料、储氢等新能源材料，金刚石薄膜，高性能固体推进剂材料，红外隐身材料，材料设计与性能预测等功能材料新领域，取得了一批接近或达到国际先进水平的研究成果。功能材料还在“两弹一星”、“四大装备四颗星”等国防工程中做出了举足轻重的贡献。我国目前功能材料的创新性研究不够，申报的专利数，尤其是具有原创性的国际专利数与我国的地位远不相称。我国功能材料在系统集成方面也存在不足，有待改进和发展。我国国防现代化建设一直受到以美国为首的西方国家的封锁和禁运，所以我国国防用关键特种功能材料是不可能依靠进口来解决的，必须要走独立自主、自力更生的道路。如军事通信、航空、航天、导弹、热核聚变、激光武器、激光雷达、新型战斗机、主战坦克以及军用高能量密度组件等，都离不开特种功能材料的支撑。

目的与任务本课程的授课对象是材料化学专业本科生，属材料类专业专业选修课。本课程主要介绍功能材料的研究现状和发展趋势，一些常见功能材料的基本知识、种类、特点和应用，有助于学生拓宽专业知识面，同时加深对专业的认识和应用。课程的基本要求和特点通过本课程的学习，学生能了解功能材料目前的研究范围和进展趋势，掌握功能材料的含义、特点及常见功能材料的基本知识，熟悉各类功能材料的组成、性能和应用。本课程的特点：涉及知识点多和应用领域较广，包括力学、电学、光学、磁学等功能材料。课堂讲授上，讲清基本概念、基本原理及目前的研究和应用现状及发展趋势。课后认真对所学新材料进行资料查阅，以对其发展趋势、应用领域等有更广泛、深入的了解。授课安排学时：32（1－17周）常用功能材料（电性材料、磁性材料、光学材料、功能转换材料）特种功能材料（能源材料、智能材料、梯度功能材料、生物医学材料、功能薄膜材料）考核方式考试总评成绩＝平时成绩（包括考勤、作业、上课听讲等，占30%）＋期终考试成绩（占70%）教材及参考资料现代功能材料，陈玉安，王必本，廖其龙，重庆大学出版社，2008现代功能材料及其应用，郭卫生,汪济奎，化学工业出版社，2002功能材料概论，殷景华，王雅珍，哈尔滨工业大学出版社，1999新型无机材料，杨华明，宋晓岚，金胜明，化学工业出版社，2005第一章绪论1.1功能材料的概念具有优良的电、磁、光、热、声学、力学、化学和生物学功能及相互转化的功能，被用于非结构目的的高技术材料。此概念1965年由美国贝尔研究所的J.A.Morton博士提出举例：弹性材料——应用力学性能——用于非结构目的√结构陶瓷——应用力学性能——用于结构目的×普通玻璃——应用光学性能——用于结构目的×耐火砖——应用热学性能——用于结构目的×金属材料金属结构材料超耐热合金轻质合金非晶合金金属功能材料导电材料超导合金形状记忆合金贮氢合金在国外，常将这类材料称为:

功能材料(FunctionalMaterials)

特种材料(SpecialityMaterials)

精细材料(FineMaterials)

功能材料是一门新的学科，目前对它进行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和变化规律又具有其自身的特点。因此可认为是传统材料的更高级的运动形式。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。1.2功能材料的分类按材料化学键、化学成分分类金属功能材料无机非金属功能材料有机功能材料复合功能材料基于材料物理性质、功能分类电学功能材料磁光热声学和振动力化学及分离功能材料放射性相关生物技术和生物医学基于材料应用技术领域信息材料电子材料电工材料电讯材料计算机材料传感材料仪器仪表材料能源材料航空航天材料生物医用材料种类 功能特性 应用示例 导电高分子材料 导电性电极电池、防静电材料、屏蔽材料 超导材料 导电性 核磁共振成像技术、反应堆超导发电机 高分子半导体 导电性 电子技术与电子器件 光电导高分子 光电效应电子照相、光电池、传感器 压电高分子 力电效应开关材料、仪器仪表测量材料，触感材料 热电高分子 热点效应 显示、测量 声电高分子 声电效应 音响设备、仪器 磁性高分子 导磁作用 塑料磁石、磁性橡胶、磁性元器件、中子吸收、微型电机、进步电机、传感器 主要功能材料的特性及应用示例磁性记录材料 磁性转换 磁带、磁盘 电致变色材料 光电效应 显示、记录 光功能材料光纤材料光的曲线传播、通讯、显示、医疗器械 液晶材料 偏光效应显示、连接器 光盘的基板材料 光学原理 高密度记录和信息贮存 感光树脂光刻胶光化学反应 大规模集成电路的精细加工、印刷 荧光材料 光化学作用 情报处理，荧光染料 光降解材料 光化学作用 减少化学污染 光能转换材料 光电、光化学 太阳能电池 分离膜与交换膜 传质作用 化工、制药、环保、冶金 高分子催化剂与高分子固定酶 催化作用 化工、食品加工、制药、高分子试剂絮凝剂吸附作用 稀有金属提取、水处理 贮氢材料吸附作用化工、能源 高吸水树脂吸附作用 化工、农业、纸制品 人工器官材料替代修补 人体脏器 药物高分子 药理作用 药物 降解性缝合材料化学降解 非永久性外科材料 医用粘合剂 物理与化学作用外科和修补材料 1.3功能材料的展望开发尖端领域（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等）所需和在极端条件下（超高压、超高温、超低温、高烧蚀、高热冲击、强腐蚀、高真空、强激光、高辐射、粒子云、原子氧和核爆炸等）下工作的高性能功能材料。功能由单功能向多功能和复合或综合功能发展，从低级向高级功能如人工智能、生命功能等发展。功能材料和器件的一体化、高集成化、超微型化、高密度化、超分子化。功能材料与结构材料兼容，即功能材料结构化，结构材料功能化。进一步研究和发展功能材料的新概念、新设计和新工艺。新概念：梯度化、低维化、智