2016年《功能材料》综合复习方案.doc

2016年《功能材料》总复习 绪论 1. 新材料指“在近阶段将达到实用化的高功能材料” ，一般认为可以包括：晶须材料、非晶材料、超塑性材料、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。 2. 功能材料指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。（磁性、电子、信息、光学、敏感、能源） 3. 与结构材料相比，功能材料有以下主要特征： 1）功能材料的功能对应于材料的微观结构和微观物体的运动，是最本质的特征。 2）功能材料的聚集态和形态非常多样化，除晶态外，还有气态、液态、液晶态、非晶态、混合态和等离子态。除三维材料外，还有二维、一维和零维材料。 3）结构材料常以材料形式为最终产品，而功能材料有相当一部分是以元件形式为最终产品，即材料-元件一体化。 4）功能材料是多学科交叉的知识密集型产物。 5）功能材料的制备技术不同于结构材料用的传统技术，而是采用许多先进的新工艺和新技术，如急冷、超净、超微、超纯、薄膜化、集成化、微型化、智能化以及精细控制和检测技术。 4. 功能材料按其功能的显示过程可分为： 1）一次功能材料：当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于同一种形式时，材料起到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。 2）二次功能材料：当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于不同形式时，材料起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。有人认为这种材料才是真正的功能材料。 5. 功能材料的制备方法 1）溶胶-凝胶法(Sol--Gel法，简称SG法) 2）快淬快凝技术：通过快淬快凝工艺可以得到在常规条件下的亚稳相。亚稳相可以是材料的使用状态，也可能是为了得到好性能的中间状态。实际上可以把亚稳状态的材料看作是平衡态来使用。例如我国考古学家发现3000多年前的剑具有亚稳相渗碳体而不是碳的平衡态石墨，有的则还具有马氏体的组织形貌。 3）复合与杂化： 复合：把两种以上组分材料组成一种新材料的方法；复合材料各组分紧密结合、合理分布、性能互补使得制成的材料比简单混合物强得多。可以用 “ 1+1＞2 ” 来形象地说明复合的神奇效果。 杂化：将原子、分子集团在几埃到几千埃的数量级上进行复合。杂化是在纳米数量级上进行，从而使各原材料间的相互作用力与整体复合时不同，引起量子效应、表面能量效应等。这些现象对材料里的载流子的传输过程会产生很大的影响，使杂化材料的电学性质不再是各原材料的电学性质相加后的平均值，而可以说是相乘的结果。可以出现各向异性、超导电性等现象。 例如在绝缘性高分子薄膜表面镀上一层薄金属层，以此做成电极，进行吡咯（luo）的电解聚合，生成的聚吡咯在生成的同时形成了高分子薄膜中的导电通路，从而得到导电薄膜。 4）化学气相沉积法 (CVD）：在相当高的温度下，混合气体与基体的表面相互作用，使混合气体中某些成分分解，并在基体上形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。 5）低温固相合成法：在接近室温的条件(室温～100℃)下通过混合、研磨固体反应物直接形成生成物。 6）模板合成法：利用特定模板结构的基质为模板进行合成。特定结构的基质模板包括多孔玻璃、沸石分子筛，大孔离子交换树脂等。例如: 将Na-Y型沸石与Cd(NO3)2溶液混合, 离子交换后形成Cd-Y型沸石，经干燥后与H2S气体反应，在分子筛八面体沸石笼中生成CdS纳米粒子。 6. 功能材料的发展现状 现已开发的功能材料，以物理功能材料最多： 1）单功能材料，如：导电材料、介电材料、铁电材料、磁性材料、磁信息材料、发热材料、热控材料、光学材料、激光材料、红外材料等。 2）功能转换材料，如：压电材料、光电材料、热电材料、磁光材料、声光材料、电流变材料、磁敏材料、磁致伸缩材料、电色材料等。 3）多功能材料，如：防振降噪材料、电磁材料等、三防材料（防热、防激光和防核）…… 4）复合和综合功能材料，如：形状记忆材料、隐身材料、传感材料、智能材料、显示材料、分离功能材料、环境材料、电磁屏蔽材料等。 5）新形态和新概念功能材料，如：液晶材料、梯度材料、纳米材料、非平衡材料等。 目前，化学和生物功能材料的种类虽较少，但其发展速度很快，其功能也更多样化。 7. 21世纪功能材料的发展趋势与展望 1）开发高技术所需的新型功能材料，特别是： 尖端领域所需功能材料（航空航天、分子电子学、新能源、海洋技术和生命科学等）； 在极端条件下工作的高性能功能材料（超高温、超高压、超低温、强腐蚀、高真空、强辐射等）。 2）功能材料的功能从单功能向多