6功能复合材料

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功能复合材料作者：张佐光出版社：化学工业出版社 功能复合材料作为一种新材料，有广阔的应用领域与诱人的发展前景。本书分为九章，分别对磁功能、电功能、光功能、热功能、摩擦功能、阻尼功能、防弹功能、抗辐射功能复合材料的基木概念、和关理论、应用技术与发展趋势进行了介绍。以功能特性分类介绍为主线，体现内容的广度，以基体特性分类介绍为支线，反映内容的深度。 第1章绪论1.1概述1.2功能复合材料种类1.3功能复合效应1.4功能复合材料设计1.5制造方法1.6功能特性的可靠性控制1.7功能复合材料发展方向 第2章磁功能复合材料2.1磁性复合材料2.2电磁波屏蔽复合材料2.3吸波复合材料2.4透波复合材料2.5-其他磁功能复合材料 磁电复合材料磁电复合材料是将恢电相与恢磁相经一定的方法复合形成的-•种新型功能材料，不仅具有前者的压电效应和后者的磁致伸缩效应，而且还能产生岀新的磁电转换效应。和对于单和磁电材料，磁电复合材料具有较高的Neel和Curie温度，磁电转换系数大等诸多优点，可被用于微波、高压输电、宽波段磁探测，磁场感应器等领域，尤具是在微波泄霜、高压输电系统中的电流测量方面冇着很突出的优势。此外，磁电复合材料在智能滤波器、磁电传感器、电磁传感器等领域也潜在着巨大的的应用前景。目前，磁电复合材料作为一种非常重要的功能材料，已成为当今铁电、铁磁功能材料领域的一个新的研究热点。 磁电效应及其产生机制磁电效应是指磁电材料在外加电场屮产生感应磁化，在外加磁场下产生电极化。早在1894年,Curie在研究晶休对称性后，指出非对称分子晶体在外磁场作用下有可能定向极化。随JuLandau和Lifshiitz基于热力学和对称性考虑，认为磁有序晶体屮可能存在线性，的磁电效应。Dzyaloshinskii根据理论分析指出，在反铁磁物质0203中存在磁电效应。随后,Astrov测量了Cr2O3在磁场作用下的感生电场,Rado和Folen探测到Cr2O3由电场极化而感生的磁场。 磁电效应及其产生机制对于单相磁电材料，可分为磁■电材料和铁电■铁磁材料两类。磁■电材料是指只具有口旋■轨道有序，而不具有铁电有序的物质，如Cr2O3,GaFeO3,Y3Fe3O12等材料。这类材料的磁电效应是起源于作为微扰的外电场或外磁场，其来源为以下几个方面的相互作用：(1)对称交换作用；(2)偶极子相互作用；⑶反对称交换作用；⑷单离子各向异性;(5)塞曼能量。 磁电效应及其产生机制恢电■铁磁性材料是指具有白发的白旋磁化和铁电极化的一类磁电材料，即具有铁电性（或反铁电性），乂具有铁磁性（或反铁磁性）。这类材料的磁电效应主要來源于外场作用下的耦合以及木征耦合两个部分。一般认为该类材料的木征耦合是材料内部磁畴与电畴的相互作用，但很久以来一•直没有在单相材料中观察到相互联系的磁畴与屯畴。直到2002年,FiebigM等通过光学二次谐波发生成像法发现YMnO3屮确实存在相互关联的磁畴与电畴，磁电效应是通过铁磁畴的压磁效应以及铁电畴的压电效应实现的。 磁电效应及其产生机制对于磁电复合材料，磁电效应主耍是通过恢电相的压电效应与铁磁相的磁致伸缩效应两个单相特ftdE/dS及dS/dH的乘积效应来实现的。磁电转换系数dE/dH可表示为：dE/dH=klk2x(1・x)-dE/dS-dS/dH其中，x及(1・x)分别为复合材料屮铁电相和铁磁相的体积分数；kl和k2是因两相材料相互稀释而引起的各单相特性的减弱系数。从式中可以看出：制备高性能的磁电复合材料，必须保证铁电相具有高的压电常数和铁磁相具有大的磁致仲缩系数，并控制适当的混合比、两相界面、应力边界条件等以实现两相的有效耦合。 磁电复合材料磁电复合材料以其独特的物理性能和广泛的应用前景，从一开始就引起了学术界和产业界的高度关注，近儿年随着复合、纳米、薄膜科学技术的发展，极大地促进了磁电复合材料的发展。目前，研究热点主营集中在纳米颗粒复合材料，层状复合材料及薄膜磁电复合材料三个方向，研究内容主要针对铁电/铁磁两相的分散性、致密性、相反应、宏观缺陷、界面微观组织、应力边界条件、结构设计、成分调制及新型制备工艺的应用等方而。 磁电复合材料口前，美国、西欧等发达国家都在大力研发磁电复合材料及其应用器件。而我国在这方面的研究起步较晚，磁电复合材料研究不论是在理论上还是在实验上，都还处于探索阶段，产品应用研发和对滞后，材料科学研究与应用开发研究相脱节，未能紧密联系起来，新应用领域的拓展进展缓慢，某种程度上制约了材料科学研究的发展。因此，铁电/铁磁复合材料以应用为目的研究应成为今后磁电材料研究的重点和方向 第3章导电复合材料3.1概述3.2聚合物基导电复合材料3.3无机非金属基导电复合材料3.4金属基导电复合材料3.5其他类型导电复合材料 聚合物基导电复合材料的研究现状聚合物基导电复合材料是在聚合物基体屮加入本征型导电聚合物或导电填料，采用物理或化学方法复合后而得到的多相复合材料。与传统的导电材料金属和比，聚合物基导电复合材料具有重量轻、易加工成各种复杂形状、耐腐蚀，以及电阻率可在较大范围内调节等特点。聚合物基导电复合材料口J用作屯磁屏蔽材料、燃料电池的双极板材料、自限温加热材料、过流保护材料等,在国民经济和国防军工的诸多领域具有广泛的用途和广阔的市场前景。开展聚合物基导电复合材料的研究和开发具有良好的社会效益和经济效益。美国对聚合物基导电复合材料的需求量每年以20%・30%的速度递增，发展潜力十分巨大。在日木，聚合物基导电复合材料也获得了广泛的应用，有关研究课题被列为通产省制定的“21世纪产业基础技术研究开发''中12项优先科研项廿之一。 评价聚合物基导电复合材料导电性能的物理量及其影响因素迄今为止，在聚合物基导电复合材料领域已经开展了大量研究。这些研究表明，聚合物基导电复合材料的导电率（电阻率的倒数）与复合材料中导电填料的含量有关。随着导电填料体积含量的增加，在初期，复合材料的导电率缓慢增大；当导电填料的用量达到某个临界值（Vc）时，复合材料的导电率发生几个数量级的突变，Vc被称为逾渗阈值。随着导电填料用量的进一步增加，复合材料的导电率又增加缓慢。理论研究与实验研究表明，逾渗阈值不仅与导电填料的种类有关，还与导电填料的儿何形状、长径比、尺寸有关。填料的长径比越大，复合材料的逾渗阈值越低；填料的尺寸越小，复合材料的逾渗阈值越低。 p=0.3的情况 p=0・5的情况 p=0.7的情况 P=1时的无规电阻网络（俯视图） 评价聚合物基导电复合材料导电性能的物理量及其影响因素低逾渗阈值是聚合物基导电复合材料研究的目标之一，因为逾渗阈值低意味着在较低的填料用量时复合材料就可以从绝缘材料转变为导电材料。这样不仅可以降低成木，还可以避免填料用量过大引起