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功能材料工程基础复习资料 杨宾老师习题 1功能材料概念、分类以及作用 功能材料是指通过光、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特定功能的材料。是用于非结构目的的高技术材料。这类材料相对于通常的结构材料而言，一般除了具有机械特性外，还具有其他的功能特性。按材料分类 金属、无机非金属、有机、复合功能材料；按功能分类电性、磁性、光学、声学、化学、力学功能材料；按应用分类电子、信息、军工、能源、医学、核技术…按化学分类 金属、无机非金属、有机、复合功能材料按学科分类 物理、化学、光学、声学、晶体、非晶体、金属学、纳米技术、生物技术、信息技术、神经网络学、微致动器技术、仿生学…按聚集态分类 气态、液态、固态、液晶态、混合态功能材料；其中固态又分为晶态、准晶态、非晶态；按功能分类 电性、磁性、光学、声学、化学、力学功能材料；按应用分类 电子、航空、航天、信息、核技术、军工、能源、建筑、医学、环境…按材料形态分类 体积、膜、纤维、颗粒等；按维度分类 三维、二维、一维、零维； 二维、一维和零维材料至少在一维为纳米级，称为低维材料，具有量子化效应。 2功能设计的概念所谓功能设计，就是赋予材料以一次功能或二次功能特性的科学方法。即根据材料要求的效能，设计材料的成分、合成/制备、结构和性能等。 3功能材料工程的概念功能材料科学与工程应为五要素，即成分、合成/制备、结构、性质与效能。 4催化剂概念能够改变某化学反应的速率而不改变该反应的标准自由能的物质，称为催化剂，催化剂的这种作用称为催化作用。 5 超导材料的基本物理性质零电阻效应：在临界温度Tc电阻消失，对处于超导态的超导体施加一个磁场，当磁场强度高于Hc时，磁力线将穿人超导体，超导态被破坏。一般把可以破坏超导态的最小磁场强度称为临界磁场Hc(T) 。在不加磁场的情况下，超导体中通过足够强的电流也会破坏超导电性，导致破坏超导电性所需要的电流称作临界电流Ic(T)。完全抗磁性：在小磁场中把金属冷却进入超导态时，超导体内的磁通线似乎一下子被排斥出去，保持体内磁感应强度B等于零，超导体的这一性质被称为迈斯纳效应。 6高温超导材料特征晶体结构具有很强的低维特点，三个晶格常数往往相差3-4倍；输运系数（电导率、热导率等）具有明显的各向异性；磁场穿透深度远大于相干长度，是第II类超导体；载流子浓度底，且多为空穴型导电；同位素效应不显著；迈斯纳效应不完全；隧道实验表明能隙存在，且为库柏型配对。 7储氢合金的金属——氢系相图以及储氢原理金属-氢系的相平衡由温度T、压力p和组成成分c三个状态参数控制。用温度、压力、成分组成二元直角坐标可以完整地表示出金属--氢系相图。储氢原理：金属吸留氢形成金属氢化物，然后对该金属氢化物加热，并把它放置在比其平衡压低的氢压力环境中使其放出吸留的氢。 8金属氢化物的特征金属氢化物是白色或接近白色的粉末，是稳定的化合物。这些化合物称为盐状氢化物或离子键型氢化物，氢以H-离子状态存在。 9形状记忆合金效应概念合金的形状记忆效应实质上是在温度和应力的作用下，合金内部热弹性马氏体形成、变化、消失的相变过程的宏观表现 10固体表面及其优劣损特点、相界特点及存在条件、表面不均一性的表现形式 浸润性的状态及判断固体表面特点：表面质点所处环境不同于内部质点，存在悬键或受力不均而处于较高能态。引起熔点、沸点、蒸汽压、溶解度、吸附、润湿、化学活性、化学反应过程及速度等方面的变化。继而导致材料强度、韧性、导热、导电、介电、传感、腐蚀、氧化、催化、能量交换、摩擦磨损、光的吸收与反射等功能改变。界面特点：界面是一个薄层，绝大多数情况下，可视为二维界面（或近似视为材料中的二维缺陷。两相间某一界面稳定存在条件—界面的形成自由能＞0。若形成自由能≤0，则突发能量涨落会促使界面区域继续扩大，直至某一相完全覆盖另一相，形成外相连续闭合状态。界面上密度及组分改变→影响界面性质改变，界面上产生过剩自由能或应力。表面不均一性表现在：绝大多数晶体是各向异性，因而同一晶体可以有许多性能不同的表面，即晶体的各向异性在表面上也体现。同一物质的不同制备加工条件会有不同的表面性质。表面结构缺陷（晶格缺陷、空位或位错）造成表面不均匀。在空气中暴露，表面被外来物质污染，吸附外来原子占据不同的表面位置，形成有序或无序排列，引起表面不均匀。固体表面从原子尺寸衡量，实际上是凹凸不平的。固体表面与液体表面相似处是表面受力不对称；不同处是固体表面原子（离子）不能自由流动，使定量描述更困难。 11纳米结构概念 纳米微粒的五个物理效应纳米结构概念：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。纳米微粒的物理效应：电子能级的不连续性、量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观亮子隧道效应 12载能束的作用类型 技术工艺及其表