中北版功能材料概論

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1、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱－能源、材料、信息，其中材料是基礎(chǔ)。新材料發(fā)展的重點(diǎn)已經(jīng)從結(jié)構(gòu)材料轉(zhuǎn)向功能材料，從單一走向復(fù)合。結(jié)構(gòu)材料：是以力學(xué)性能為基礎(chǔ)，主要制利用其強(qiáng)度、硬度韌性等機(jī)械性能制成的各種材料。功能材料：功能材料一般除了具有機(jī)械特性外，還具有其他的功能特性，是指通過(guò)光、電、磁、熱、化學(xué)、生化等作用后具有特定功能的材料。主要用來(lái)制造各種功能元器件而被廣泛應(yīng)用于各類高科技領(lǐng)域的高新技術(shù)材料。1材料科學(xué)目的：在于揭示材料的行為，給予材料屬性的描述或建立模型，以及解釋組成結(jié)構(gòu)與性能間的聯(lián)系材料的特定的功能與材料的特定結(jié)構(gòu)是相聯(lián)系的。如對(duì)于導(dǎo)電聚合物來(lái)說(shuō)，它一般具有長(zhǎng)鏈共軛雙鍵

2、；金屬結(jié)構(gòu)中由于彈性馬氏體相變能產(chǎn)生記憶效應(yīng)，因此出現(xiàn)了形狀記憶合金等2一、功能材料的概念功能材料一般除了具有機(jī)械特性外，還具有其他的功能特性，是指通過(guò)光、電、磁、熱、化學(xué)、生化等作用后具有特定功能的材料。在國(guó)外，常將這類材料稱為特種材料(SpecialityMaterials))或精細(xì)材料(FineMaterials)。第一節(jié)功能材料的概念與分類3二、材料的分類●按物態(tài)劃分：氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)?！癜唇M成和結(jié)合健性質(zhì)：金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料以及復(fù)合材料。按材料的功能：結(jié)構(gòu)材料、功能材料?！癜词褂妙I(lǐng)域：建筑材料、電子材料、醫(yī)用材料、儀表材料、能源材料等。4三、功

3、能材料的分類隨著技術(shù)的發(fā)展和人類認(rèn)識(shí)的擴(kuò)展，新型的功能材料不斷被開發(fā)出來(lái)，因此對(duì)其也產(chǎn)生了許多不同的分類方法。從功能的不同考慮，可將功能材料分為以下四類。5(1)力學(xué)功能主要是指強(qiáng)化功能材料和彈性功能材料，如高結(jié)晶材料、超高強(qiáng)材料等。6(2)化學(xué)功能①分離功能材料：如分離膜，離子交換樹脂、高分子絡(luò)合物；②反應(yīng)功能材料；如高分子試劑、高分子催化劑；③生物功能材料：如生物反應(yīng)器等。7（3）物理化學(xué)功能①電學(xué)功能材料：如超導(dǎo)體，導(dǎo)電高分子等；②光學(xué)功能材料：如感光性高分子等；③能量轉(zhuǎn)換材料：如壓電材料、光電材料。8(4)生物化學(xué)功能①醫(yī)用功能材料：人工臟器用材料如人工腎、人工心肺

4、，可降解的醫(yī)用縫合線、骨釘、骨板等；②功能性藥物：如緩釋性高分子，藥物活性高分子，高分子農(nóng)藥等；③生物降解材料9從化學(xué)鍵類型來(lái)分金屬材料：（金屬鍵）金屬學(xué)黑色金屬（鋼和鑄鐵-鐵碳合金）鋼：碳素鋼和合金鋼（按成分）；普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（按品質(zhì)）；平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼和奧氏體鋼（按冶煉法）；結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼及專用鋼（按用途）。鑄鐵：灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、特殊性能鑄鐵等。有色金屬(非鐵材料)輕金屬(密度﹤5)、重金屬(密度﹥5)、貴金屬、類金屬和稀有金屬，如A1、Cu、Zn、Sn、Pb、Mg、Ni、Ti及其合金。在工程上占有重要地位無(wú)機(jī)非金屬材料（共價(jià)鍵）

5、和主要包括陶瓷、水泥（硅酸鹽）、玻璃、耐火材料等，資源豐富，性能價(jià)格比高。20世紀(jì)中后期，通過(guò)合成原料和新的制備技術(shù)，出現(xiàn)了一系列特殊功能的先進(jìn)陶瓷。10高分子材料：20世紀(jì)初，人工合成高分子材料問世：1909年-酚醛樹脂(膠木)；1925年-聚苯乙烯；（氯綸）1931年-聚氯乙烯；（樹脂）1941年-尼龍，如今世界年產(chǎn)量在1億噸以上。復(fù)合材料11金屬材料的基本屬性●結(jié)合健為金屬健；●熔點(diǎn)較高；●具有金屬光澤；●展性、延性大；●強(qiáng)度較高；●結(jié)構(gòu)中存在自由電子，導(dǎo)熱和導(dǎo)電性好；●在空氣中易被氧化。12無(wú)機(jī)非金屬材料（陶瓷學(xué)）主要包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。按性能和用途

6、：傳統(tǒng)陶瓷和特種陶瓷。特種陶瓷也稱精細(xì)陶瓷（FineCeramics）高技術(shù)陶瓷（HighTechnicalCeramics）先進(jìn)陶瓷（AdvancedCeramics）特種陶瓷是以人工合成化合物為原料制備，用于技術(shù)和工程領(lǐng)域，如電子信息、能源、機(jī)械、化工、動(dòng)力、生物、航天航空和其它高新技術(shù)領(lǐng)域。13無(wú)機(jī)非金屬材料的基本屬性化學(xué)健主要是離于鍵、共價(jià)健以及它們的混合鍵；硬而脆、韌性低、抗壓不抗拉；以共價(jià)鍵結(jié)合，由于共價(jià)鍵強(qiáng)度高，能量大，要斷鍵是很難的，所以陶瓷內(nèi)部能形成穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)，位錯(cuò)的滑移也很困難。物體的斷裂過(guò)程是：彈性形變，塑性形變，最后產(chǎn)生斷裂。在陶瓷受到

7、較大的沖擊力時(shí)，位錯(cuò)很難滑移，彈性形變和塑性形變很難發(fā)生，所以就瞬間斷裂。14熔點(diǎn)高，具有優(yōu)良的耐高溫和化學(xué)穩(wěn)定性；一般自由電子數(shù)目少、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性較小；耐化學(xué)腐蝕性好；耐磨損。15高分子材料（高分子物理）以C、H、N、O元素為基礎(chǔ)，由大量結(jié)構(gòu)相同的小單元聚合組成，分子量大，并在某一范圍內(nèi)變化。一般分為天然和合成的兩類；按使用性質(zhì)：塑料、橡膠、纖維、粘合劑、涂料等；按鏈結(jié)構(gòu)：碳鏈、雜鏈、元素高聚物；按熱性質(zhì)：熱塑性、熱固性及熱穩(wěn)定性高聚物；按用途：結(jié)構(gòu)材料、電絕緣材料、耐高溫材料、導(dǎo)電高分子、高分子建筑材料、生物