2015AFMch1功能材料概论讲解.ppt

-*- 　　作为高技术重要组成部分的生物医用材料已进入一个快速发展的新阶段，其市场销售额正以每年16%的速度递增，预计20年内，生物医用材料所占的份额将赶上药物市场，成为一个支柱产业。 生物活性陶瓷已成为医用生物陶瓷的主要方向； 生物降解高分子材料是医用高分子材料的重要方向。 生物医用材料 -*- *太阳能电池材料是新能源材料研究开发的热点，IBM公司研制的多层复合太阳能电池，转换率高达40%。 *美国能源部在全部氢能研究经费中，大约50%用于储氢技术。 *固体氧化物燃料电池的研究十分活跃，关键是电池材料，如固体电解质薄膜和电池阴极材料，都是目前研究的热点。 能源材料 -*- 　　是20世纪90年代在国际高技术新材料研究中形成的一个新领域，其研究开发在日、美、德等发达国家十分活跃，主要有三个研究方向： 生态环境材料 -*- ①直接与环境问题相关材料技术，如，生物可降解材料技术，CO2 气体的固化技术，SOx、NOx催化转化技术、废物再资源化技术，环境污染修复技术，材料制备加工中的洁净技术以及节省资源、节省能源的技术。 ②开发能使经济可持续发展的环境协调性材料，如仿生材料、环境保护材料、氟里昂、石棉等有害物质的替代材料、绿色新材料等； ③材料的环境协调性评价。 注： 石棉污染特点是：当含石棉的材料发生破损时，细小的纤维进入空气并产生污染。 当石棉纤维进入空气后，可以对人体产生物理损伤和细胞毒性，进而可导致石棉肺，以全肺弥漫性纤维化为主的全身性疾病 -*- -*- 智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化的目标。 智能材料 -*- 　　国外智能材料的研发方面已取得很多技术突破，如英国宇航公司在导线传感器，可用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况；英国开发出一种快速反应形状记忆合金，寿命期具有百万次循环，且输出功率高，以它作制动器时、反应时间，仅为10秒钟；在压电材料、磁致伸缩材料、导电高分子材料等在航空上的应用取得大量创新成果。 -*- ⑴ 溶胶-凝胶法(sol-gel) 溶胶- 凝胶法是以金属醇盐, 其它金属有机化合物或无机化合物为原料进行水解、缩合(生成无机聚合物材料的)反应, 使溶液经溶胶-凝胶化,干燥, 热处理后制备玻璃膜, 玻璃纤维, 分子筛膜, 特种陶瓷材料的方法。 优点：较低合成及烧结温度；高纯和高均匀产物；制造传统固相反应法无法得到的材料。 §1.5 　无机功能材料的现代合成与制备方法 -*- ⑵化学气相沉积法 (CVD，Chemical Vapor Deposition) 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。 -*- 氢气保护，1000～1050℃，钢件表面镀TiC： TiCl4(l)+CH4(g)→TiC(s)+4HCl(g) TiCl4(l)+C(钢) +2H2(g)→TiC(s)+4HCl(g) TiC 化学气相沉积装置图 -*- 　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。 天然沸石是铝硅酸盐类矿物,外观呈白色或砖红色,属弱酸性阳离子交换剂, ⑶ 模板合成法 -*- 　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。 ⑷ 低温固相合成法 -*- 第1章 功能材料概论（2h） 第2章 储氢材料（3h） 第3章 梯度功能材料（3h） 第4章 形状记忆材料（2h） 第5章 智能材料（5h） 第6章 功能陶瓷材料（5h） 第7章 超导材料（4h） 第8章 磁性材料（4h） 第9章 信息材料 目 录 -*- 如航天技术、海洋开发技术、生物医学等迫切需要与之与之相应的新型结构材料和功能材料。20世纪60年代，微电子技术的发展与半导体材料的研发、能源技术与储能材料等各种能源材料、激光技术与光学材料和光电子材料等。 可以说新技术革命的标志就是新材料 ◆目前，新材料有晶须材料、非晶材料、超塑性合金、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。 ◆　新材料发展重点已经从结构材料转向功能材料。 功能材料被誉为－－2l世纪人类文明的重要支柱 -*- 注：晶须材料、超塑性合金 注：晶须材料，“千钧一发”金属晶须材料:材料强度衡量材料抗外力能力大小指标。目前，超高强度钢的抗拉强