信息功能材料-(绪论).ppt

1、功能材料Function Materials,内容简介,本课程包括以下内容,绪论 0.5 学时 第一章 超导材料 2.5 学时 第二章 储氢材料 2.0 学时 第三章 形状记忆材料 2.0 学时 第四章 非晶态材料 2.0 学时 第五章 磁性材料 2.0 学时 第六章 半导体材料 4.0 学时 第七章 光学材料 3.0 学时 第八章 精细功能陶瓷 3.0 学时 第九章 功能转换材料 3.0 学时,教材：,功能材料概论，哈尔滨工业大学出版社，2002,参考书：,1.现代功能材料导论，科学出版社，1983 2.功能材料，北京航空航天大学出版社，1999 3.功能材料学概论，冶金工业出版社，1999

2、 4.现代功能陶瓷，国防工业出版社，1998 5.现代功能材料及其应用,化学工业出版社,2002 6.功能材料学，北京理工大学出版社,2002 7.新型功能材料，化学工业出版社,2001 8.新型无机材料，化学工业出版社,2005 9.信息和功能材料，宇航出版社,1998,课程要求：, 了解功能材料的分类、用途、功能原理、发展状况和趋势；各种功能材料的主要成分、性能和制备方法。 理解和掌握各种功能材料的基本概念、基本原理。 重点掌握几种典型的功能材料的性能、基本制备方法和应用 。,绪 论,一、 概述 材料： 可以直接造成制品的物质。 支撑21世纪人类文明大厦的四大支柱技术： 材料科学与技术 生

3、物科学与技术 能源科学与技术 信息科学与技术,人类社会发展的历史证明，材料是人类赖以生存和发展、征服自然和改造自然的物质基础，同时又是人类社会发展的先导，它是人类社会进步的里程碑。历史上的石器时代、青铜器时代、铁器时代都是以材料作为时代主要标志的。 然而现代新技术，例如微电子、激光、红外线、空间、能源、计算机、机器人、信息、生物和医学等技术领域，对材料的要求已远远超出了结构材料的范围，即不单是利用材料的强度、硬度等力学性能来满足工程结构上的需要，而且对材料提出了许多特殊的物理性能要求。例如，要求材料具有光、电、声、磁、热等特殊物理性能而且可以有效利用。, 功能材料： 所谓功能材料，是指对光、

4、电、磁、热、气体、射线、辐射等具有接收、传输、存贮、显示等功能以及仿生和生物体适应性的材料。 功能材料的问世给科学技术带来了新的突破。石器、陶瓷、铁、铜、玻璃、水泥、有机高分子（如塑料等）、单晶材料，每一种新型材料的研制成功，都引起人类文化和生活的新变化。没有半导体材料，便不可能有目前的计算机技术；没有耐高温、高强度的特殊结构材料，便没有今天的宇航工业；没有低损耗的光导纤维，也就没有现代的光通讯；没有有机高分子材料，人们的生活也不可能像今天这样丰富多彩。,20世纪60年代以来，各种现代新技术的兴起，强烈刺激了功能材料的发展。同时，由于固体物理、固体化学、量子理论、结构化学、生物物理和生物化学等

5、学科的飞速发展及各种制备功能材料的新技术和现代分析测试技术在功能材料研究和生产中的实际应用，许多新的功能材料不仅已在实验室中研制出来，而且已批量生产得到应用，并在不同程度上推动或加速了各种现代技术的进一步发展。,二、 功能材料的分类,功能材料本身的范围还没有公认的严格的界定，故对其分类也就很难有统一的认识。功能材料的分类方法很多，常见的分类法有： 1. 按材料的化学键分类 (1)功能性金属材料 (2)功能性无机非金属材料 (3)功能性有机材料 (4)功能性复合材料。,2. 按照材料的某种特殊用途的功能进行分类 （1）超导材料 当材料的温度降低到某一温度，出现电阻为零的非常状态时称为超导状态，能

6、够产生超导状态的材料称为超导材料。如在液氦温区出现超导现象的铌钛合金、铌锡合金，液氮温区出现超导现象的陶瓷（如钇钡铜氧）材料。 （2）储氢材料 在一定条件下，固体的金属吸附氢而形成氢化金属并放出热，而且这一反应是可逆的，即氢化金属吸收热后可变成金属并放出氢。能够吸收氢并形成氢化物的金属和合金，称为储氢材料。这类材料很多，如镁、镁镍合金、钛铁合金等。利用这种材料可作氢储运、热交换用的设备以及镍氢电池的制造等。,（3）敏感材料 敏感材料是对温度、湿度、气体、压力、磁场等敏感的材料，如压敏材料、热敏材料、气敏材料、味敏材料等，它们是制造各种传感器基本元件的核心材料。 （4）分离材料 分离材料是可以分

7、离液体或气体中的固体、液体、气体溶质的材料。如高分子分离膜、陶瓷类分子筛等。这种材料在化工、环保等部门将能发挥重要的作用。,（5）记录材料 在电子工业和电子计算机中广泛应用着记录材料，这种材料发展迅速。记录材料分为磁记录材料和光记录材料，磁记录材料如录音磁带、录像磁带、磁盘、磁卡和配套的磁粉等；光记录材料如光盘等，光记录材料可制成容量更大的信息储存元件。磁记录材料正在逐渐被光记录材料所取代，如磁带和磁盘逐渐被光盘取代。,在一定温度条件下能够记住自己原来的形状的材料称为形状记忆材料。用镍钛形状记忆合金制作管接头作密封件，月面天线等。如过去美国的F-14战斗机上的油管接头处经常漏油，后来他们采用形

8、状记忆合金做油管接头代替漏油的接头，顺利地解决了难题。自1970年以后，这种飞机使用的油管接头多达几十万个，没有一个漏过油。道理很简单，他们在制作接头时，把接头的内径做得略小于油管的外径，在连接时，先在低温下用工具把形状记忆合金的内径扩大，再把接头套在两个油管上，然后用火将接头加热，接头立即“记忆”起原来的内径往内缩，紧紧地套在油管上，一点缝隙也不留，当然就不会漏油了。,（6）形状记忆材料,3. 按材料的物理性能分类 （1）高强度材料 对于承受重载荷而又要求断面尺寸小的零部件和构件，必须使用高强度材料来制作。高强度材料发展迅速，种类日益增多，如强化合金结构钢，当其屈服强度高于2200MN/m2

9、时称为超高强度钢。另外如强化钛合金、强化铝合金、纤维增强复合材料等，都是轻质高强度材料。 （2）高温材料 承受高温环境（热和气氛）的侵害和应力作用的材料，称为高温材料。如在600650温度下工作的铬镍合金钢，在8001200温度下工作的镍基、钴基合金以及耐热陶瓷等。,（3）超硬材料 材料的硬度，从本质上来分析是物质键的强度。材料中硬度最高的是金刚石，硬度接近金刚石的材料称为超硬材料。这类材料多为陶瓷材料，而且人工合成的具有金刚石晶体结构的立方氮化硼，其硬度仅次于金刚石，已成为最有前途的超硬材料。 （4）导电材料 比电阻（也称电阻率）为10-810-5m、能够传输电流的材料称为导电材料。良导电体

10、有Ag、Cu、Au、Al等金属材料。目前已研究成功导电陶瓷、导电高分子材料。 （5）绝缘材料 比电阻为1071020m、不能够导电的材料称为绝缘材料。如绝缘陶瓷、云母、木材、塑料、橡胶等材料，都是工业上常用的绝缘材料。,（6）半导体材料 电阻在导电体与绝缘体之间，即比电阻为10-5107m的材料称为半导体材料。如硅、锗、掺磷硅、掺磷锗、掺铝硅、掺铝锗、钛酸钡、钛酸钙等材料，都是目前工业上使用的半导体材料。 （7）磁性材料 物质在磁场中受到磁力线的作用，将显示出特有的磁学性质，可以应用其特有磁性的物质称为磁性材料。根据各种材料磁学性质的不同，这类材料又可分为软磁材料、硬磁材料、顺磁材料和非磁材料

11、等。 （8）透光材料 光线透过时其强度降低较少的材料称为透光材料。透明玻璃就是一种常见的透光材料，这是一种含铁及其它杂质很少的玻璃。此外，石英及高分子有机玻璃也都是透光性好的材料。,4. 按材料发生的物理效应分类 （1）压电材料 在晶体上施加压应力时，会引起极化而出现压电现象。压电材料有水晶、钛酸钡、磷酸二氢胺等，近期发展起来的钛酸钡-钛酸钙系和锆钛酸铅等都是有价值的压电材料。 （2）热电材料 这类材料在温度作用下产生热电效应，由热能直接转变为电能或由电能转变为热能，可用于制造引燃引爆器件等。,（3）铁电材料 所谓铁电材料，是指材料的晶体结构在不加外电场时就具有自发极化现象，其自发极化的方向能够被外加电场反转或重新定向。铁电材料的这种特性被称为“铁电现象”或“铁电效应”。这类材料在电场作用下产生铁电效应，可以发展成应用材料，如用作滤波、换能器件等。 （4）光电材料 这类材料利用光电效应，可将光能直接转换成电能，如用硅、硫化镉等光电材料制作太阳能电池等。 （5）电光材料 这类材料利用电致发光效应，利用电能转变为光能，可制作光电器件，如用硫化锌、