12.新型功能材料课件.ppt

15.新型功能材料;15.1智能功能材料;引言;;

生物体对环境的响应源于细胞。

细胞本身就是具有传感、处理和执行三种功能的融合材料，可作为智能材料的蓝本。;智能材料的类型;(2)无机非金属系智能材料;智能材料的应用;?智能蒙皮:对于飞行器及潜水艇等，具有探测周围环境以及随外界条件变化而变化的能力的表皮(蒙皮)。;?压电材料

将压电材料置于结构表面或内部用来感测振动,利用经过放大的输出功率去驱动另一个粘贴于不同区域的压电材料,来减小振动反应。——已成功应用于降低圆柱型卫星天线桅杆的振动。;（4）用于机器人;（5）在医学领域的应用;?靶向抗癌药物：;（6）用于日常生活;许多结构件会遇到各种服役条件，因此要求材料的性能应随构件位置不同而不同。

刀具只需刃部坚硬，其它部位需要具有高强度和韧性；

齿轮轮体必须有好的韧性，表面必须坚硬和耐磨；

涡轮叶片的主体必须具有高强度、高韧性和抗蠕变，而它的外表面必须耐热和抗氧化。

诸如此类，工程应用的许多材料都属于这个范畴。;构件中材料成分和性能的突然变化常常会导致明显的局部应力集中。如果一种材料过渡到另一种材料是逐步进行的，这些应力集中就会大大地降低。

为减少材料的应力集中，提高材料性能，人们发展了新型的功能梯度材料(简称FGM)。

梯度功能材料是一种集各种组分(如金属、陶瓷、纤维、聚合物等)于一体的新型材料，其微观结构和物理、化学、生物等单一或综合性能都呈连续变化，以适应不同环境，实现某一特殊功能。;梯度功能材料主要通过连续控制材料的微观要素(包括组成、结构)，使界面的成分和组织呈连续性变化，主要特征有：

材料的组分和结构呈连续性梯度变化；

材料内部没有明显的界面；

材料的性质也呈连续性梯度变化。;

梯度功能材料的制备技术和方法：

化学气相沉积法(CVD)

物理蒸镀法(PVD)

等离子喷涂法(PS)

颗粒梯度排列法

自蔓延高温合成法(SHS)

液膜直接成型法

;颗粒梯度排列法;液膜直接成型法;梯度功能材料的应用;2003年2月，“哥伦比亚”号航天飞机爆炸，原因就是航天飞机的左翼在起飞时遭到从燃料箱上脱落的泡沫绝缘材料的撞击，造成机体表面隔热保护层出现大面积松动和破损，形成可让“热气进入的空洞”，返航途中因超高温空气的进入而彻底解体。

;在舰船甲板上可采用含抗热障、抗摩擦或抗冲击的梯度功能材料涂层，或设计连续增强纤维排列的逐级梯度，显著提高其缺口阻力，抑制微观裂纹扩张，大幅改善甲板的抗高速应变和冲击的能力，对舰船的防护及搭载飞行器具有重要意义。;为对柴油机或汽油机活塞头进行热保护，需在钢基底上喷涂厚度大于2mm的ZrO2涂层。如果直接在金属上覆盖陶瓷，在构件投入使用前就会导致界面脱层。

通过覆盖一些陶瓷含量不断增加的金属-陶瓷复合梯度涂层，可保证涂层力学完整性，保护活塞。;能源工业;光学器件工业;15.3功能复合材料;功能复合材料;15.4多孔硅材料;Contents;多孔硅(PorousSilicon)是在硅表面通过电化学腐蚀的方法形成的，具有以纳米硅晶粒为骨架的海绵状结构的新型功能材料。;;多孔硅;多孔硅的应用;多孔硅发光机理;期末考试题型