第一节功能材料概论.pptx

1 功 能 材 料 2 　　一般认为，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。 　　新材料发展的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 3 　　随着时代的发展，人类将进入一个信息时代。为了解决生产高速发展以及由此所产生的能源、环境等一系列的问题，更需要用高科技的方法和手段来生产新型的、功能性的产品，以获得各种优良的综合性能。近年来新型功能材料层出不穷，得到了突破性的进展。 第一节 功能材料概论 4 　　日本和欧美各国对新型功能材料的研究十分注意，这是因为功能材料是能源、计算机、通讯、电子、激光等现代科学的基础，功能材料在未来的社会发展中具有重大战略意义。 5 近10年来，功能材料成为材料科学和工程领域中最为活跃的部分。每年以5％以上的速度增长，相当于每年有1.25万种新材料问世。未来世界需要更多的性能优异的功能材料，功能材料正在渗透到现代生活的各个领域。 6 功能材料：具有某种优良的电学、磁学、热学、声学、光学、化学和生物学功能及其相互转化的功能，被用于非结构目的高技术材料。 　 在国外，常将这类材料称为功能材料、特种材料或精细材料。 一、 7 　　功能材料涉及面较广，具体包括光、电功能，磁功能，分离功能，形状记忆功能等。 　　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。 8 　　材料的特定的功能与材料的特定结构是相联系的。如金属结构中由于弹性马氏体相变能产生记忆效应，因此出现了形状记忆合金；压电陶瓷晶体必须有极轴等。 9 　　功能材料是一门新的学科，目前对它进行严格的定义尚有一定的难度，就像许多化学变化中存在着物理现象、高级运动中总是伴随着低级运动一样，功能材料既遵循材料的一般特性和变化规律又具有其自身的特点。因此可认为是传统材料的更高级的运动形式。 10 二、功能材料的分类 随着技术的发展和人类认识的扩展，新型的功能材料不断被开发出来，因此对其也产生了许多不同的分类方法。从功能的不同考虑，可将功能材料分为以下四类。 11 (1)力学功能 　　主要是指强化功能材料和弹性功能材料，如高结晶材料、超高强材料等。 12 (2)化学功能 ①分离功能材料：如分离膜，离子交换树脂、高分子络合物； ②反应功能材料；如高分子试剂、高分子催化剂； ③生物功能材料：如固定化菌，生物反应器等。 13 （3）物理化学功能 ①电学功能材料：如超导体，导电高分子等； ②光学功能材料：如光导纤维、感光性高分子等； ③能量转换材料：如压电材料、光电材料。 14 (4)生物化学功能 ①医用功能材料：人工脏器用材料如人工肾、人工心肺，可降解的医用缝合线、骨钉、骨板等； ②功能性药物：如缓释性高分子，药物活性高分子，高分子农药等； ③生物降解材料 15 　下图为材料显示功能的示意图。 　　 三、功能设计的原理和方法 　　材料的功能显示过程是指向材料输入某种能量，经过材料的传输或转换等过程，再作为输出而提供给外部的一种作用。 16 　　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。 Ａ、一次功能 17 一次功能主要有下面的八种。 ①力学功能。如惯性、流动性、润滑性、成型性、超塑性、恒弹性、高弹性、振动性和防震性。 ②声功能。如隔音性、吸音性。 ③热功能。如传热性、隔热性、吸热性和蓄热性等。 ④电功能。如导电性、超导性、绝缘性和电阻等。 18 ⑤磁功能。如硬磁性、软磁性等。 ⑥光功能。如遮光性、透光性、折射光性、反射光性、吸光性、偏振光性、分光性、聚光性等。 ⑦化学功能。如吸附作用、气体吸收性、催化作用、生物化学反应、酶反应等。 ⑧其他功能。如放射特性、电磁波特性等。 19 　　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。 Ｂ、二次功能 20 二次功能按能量的转换系统可分为如下四类。 ①光能与其他形式能量的转换； ②电能与其他形式能量的转换；　 ③磁能与其他形式能量的转换；　 ④机械能与其他形式能量的转换。 21 　如光合成反应、光分解反应、光化反应、光致抗蚀、化学发光，感光反应，光致伸缩，光生伏特效应和光导电效应。 ①光能与其他形式能量的转换 22 如电磁效应、电阻发热效应、热电效应、光电效应、场致发光效应、电化学效应和电光效应等。 ②电能与其他形式能量的转换 23 ③磁能与其他形式能量的转换 如光磁效应、热磁