先进材料及其制备概述.ppt

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先进材料及其制备概述

第一页 先进材料制备与加工 先进材料简介 本课程的主要内容 先进材料制备的基本途径 智能材料及其制备概述 1.1 先进材料简介 新材料作为高新技术的基础和先导,应用范围极其广泛,它同信息技术、生物技术一起成为二十一世纪最重要和最具发展潜力的领域。 电子信息材料、新能源材料、纳米材料、先进复合材料、生态环境材料、新型功能材料(含高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等)、生物医用材料、高性能结构材料、智能材料、新型建筑及化工新材料等。 高分子材料 陶瓷材料 传统单一材料金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料性能、工艺、成本等各有千秋。 使用中需要扬长避短,克服单一材料的缺点 。 复合将可能产生原来单一材料所没有的新性能。 复合材料 电子信息材料 是指在微电子、光电子技术和新型元器件基础产品领域中所用的材料。 主要包括单晶硅为代表的半导体微电子材料;激光晶体为代表的光电子材料;介质陶瓷和热敏陶瓷为代表的电子陶瓷材料;钕铁硼(NdFeB)永磁材料为代表的磁性材料;光纤通信材料;磁存储和光盘存储为主的数据存储材料;压电晶体与薄膜材料;贮氢材料和锂离子嵌入材料为代表的绿色电池材料等。 电子信息材料的总体发展趋势是向着大尺寸、高均匀性、高完整性、以及薄膜化、多功能化和集成化方向发展。 纳米本是一个尺度,纳米科学技术是一个融科学前沿的高技术于一体的完整体系,它的基本涵义是在纳米尺寸范围内认识和改造自然,通过直接操作和安排原子、分子创新物质。 纳米材料大致可分为纳米粉体(零维)、纳米纤维(一维)、纳米膜(二维)、纳米块体(三维)、纳米复合材料、纳米结构等六类。 纳米材料与普通材料相比,力学性能有显著的变化,一些材料的强度和硬度成倍地提高。 材料是人类技术进步的标志,是社会文明的基础。材料的发展是人类社会进步的里程碑。 几乎所有的动物和植物都是以复合材料或复合结构的方式构成的。复合化是材料发展的重要趋势。 功能化、智能化,结构-功能一体化是先进材料研究的重点方向。 制备/加工技术 制备技术 1)先进材料及其制备简介、纳米粉体制备 2)一维纳米材料、二维纳米材料制备 3)纳米复合材料、碳/碳复合材料制备 每次课留一个思考题 参考资料《纳米材料》等 课堂讲授 思考题与讨论 课程安排 5.6、5.13 、 5.20、5.27(2+1) 先进材料制备是指通过各种手段获得特定结构或特定物理、化学、力学等性能材料的过程。 材料制备过程,主要注重所获得材料的结构和性能,不强调做成最终零件,但有时也涉及材料的成型过程。 材料的制备方法种类繁多,以制备过程中物料状态来分可归纳为固相法、液相法、气相法三大类。 固相法是从固相到固相的变化来制造纳米粉体,不伴随有气相→固相、液相→固相的状态(相)变化。 一类是将大块物质变形或分割(尺寸降低)的方法,物质无变化,有机械粉碎法、爆炸烧结法、溶出法(化学处理)等。 另一类是将最小单位(分子或原子)组合(构筑过程)的方法,物质发生变化,如热分解法、固相反应法等。 液相法涉及液相→固相的状态(相)变化,最终材料从溶液中析出或者从熔体中凝固而来,如沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法等。 与固相法相比:可以精确控制化学组成;容易添加微量有效成分,制成多种成分的均一材料;容易控制材料的组织;工业化生产成本较低。 液相法是目前实验室和工业上广泛采用的一种材料制备方法。 气相法直接利用气体或者通过各种手段将物质变成气体,使之在气体状态下发生物理、化学反应,最后在冷却过程中凝聚长大形成所需材料。 气相法大致可分为气体蒸发冷凝法、化学气相反应法、化学气相凝聚法和溅射法等。 上述各种方法各有优缺点,应根据所制材料的要求加以选择;有些情况下,为达到最佳效果,也常同时使用两种或多种制备技术。 不少材料对环境能产生自适应响应,因此提出了材料机敏度和结构智商概念。 构成材料机敏度的关键在于材料结构的感知功能和驱动功能,如准确性、灵敏性、重复性和持久性等均可用于评价机敏材料的机敏程度。 一般都是复合材料,突破关键是设计、合成工艺技术,从微观上开始设计,直到宏观上智能化的功能。 先进材料简介 本课程的主要内容 先进材料制备的基本途径 智能材料及其制备概述 本讲思考题 就你感兴趣的一种先进材料,谈谈你感兴趣的原因,并说明该材料的发展和应用趋势。 1.4 智能材料及其制备概述 机器人说话时会转脸,让人真假难辨。 仿真硅材料像皮肤富有弹性,不掉色、不变形。 不同碳材料氧化过程示意图 自愈合抗氧化仿生 第一讲 先进材料及其制备概述 * 江苏大学 江苏大学 陈刚 第一讲 先进材料及其制备概述 金属材料 复合材料及其增强相的各种形态 纤维状 颗粒状 层状 片状 填充状 新能源材料 纳米材料 多壁碳纳米管的TEM、HRTEM照片

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