7新型功能材料(上课用)

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1、材料化学新型功能材料1.形状记忆合金2.减振材料3.贮氢材料4.液晶材料5.超导材料6.光导纤维7.分离膜8.医用聚合材料9.其他现代功能材料10.准晶体1材料化学新型功能材料1.形状记忆合金（1）形状记忆合金•形状记忆合金材料在某一温度下受外力而变形，当外力去除后，仍保持其变形后的形状；再升温，则材料自动恢复到变形前原有的形状，似乎对以前的形状保持记忆的材料。•形状记忆现象：马氏体相被加热并回复为原来母相时所产生的一种现象。2材料化学新型功能材料（2）形状记忆效应机理•热弹性马氏体相变机理——与钢的淬火相关在形状记忆合金中

2、，马氏体相远比母相软得多（这与钢恰好相反），在受到外力作用时，能够很容易的通过马氏体相内部的双晶面的移动或马氏体相之间的移动而改变其形状，经加热而回复到原来的母相时，这种形状的改变会全部消失。3材料化学新型功能材料4材料化学新型功能材料实例1：钢没有记忆功能钢的TAS和TMS之间的温度差（相变温度滞后）高达数百摄氏度，即必须过热或过冷到足以积蓄很大的亥姆霍兹自由能差，才能发生马氏体相的转变；实例2：Au-Cd合金和Ti-Ni合金相变温度滞后仅有10~30℃，有极小的相变驱动力就能发生相变。5材料化学新型功能材料•应力诱导马氏

3、体相变机理研究成果：Fe-30Mn-1Si单晶合金形状记忆效应机理：应力诱导γ≒ε可逆马氏体相变γ相——面心立方结构，沿（111）密排面逐层堆积，为ABCABC…堆积方式ε相——密排六方结构，沿（0001）密排面逐层堆积，为ABAB…堆积方式。从晶体学和能量角度来看，γ→ε相变极易进行6（3）形状记忆合金材料材料化学新型功能材料7材料化学新型功能材料（4）形状记忆合金的应用•在一般工程上的应用制作管接口8材料化学新型功能材料•在热致机构上的应用利用处于拉应力状态形状记忆合金丝的形状记忆效应，可供输入信号通过感应线圈而变成电流

4、，使合金丝长度发生变化。•在医疗方面的应用医用材料多用钛镍合金，有耐蚀性和符合生理反应。可用于脊柱侧弯的矫正，人工关节，人造心脏等。9材料化学新型功能材料•形状记忆式热发动机10材料化学新型功能材料•在军事和航天工业方面的应用美国国家航空和宇宙航行局用形状记忆合金做成大型月面天线11材料化学新型功能材料7.2减振材料主要是防震合金，这是一种内耗能量非常大，振动能与热能的交换能力很强，因而使得振动能可以迅速衰减的一类合金材料。12材料化学新型功能材料根据作用机制可分为四类：1.复合型材料——铸铁2.铁磁性材料——12%铬钢3.

5、位错性材料——Mg中加入6%Zr4.孪晶型材料——锰铜系合金13材料化学新型功能材料7.3贮氢材料•贮氢材料在一定温度和氢气压力下，能多次吸收、贮存和释放氢气的材料•贮氢合金金属间化合物（中间相）亦称氢海绵。常温常压下比普通金属吸氢量高1000倍。14材料化学新型功能材料如：镁镍合金制成的氢燃料箱本身重量是100kg，所吸收的氢气的热能相当于40kg汽油；镧镍合金吸氢的密度能达到液氢的密度。15材料化学新型功能材料7.3.1贮氢原理金属-氢体系存在平衡反应：M(s)+x/2H2(g)≒MHx(s)+△H7.3.2贮氢合金的开

6、发贮氢金属要求必须具有如下性能：(1)单位质量或单位体积的贮氢量尽可能地多，吸氢操作的温度、压力条件不高，易于实施，设备简单。16材料化学新型功能材料(2)氢化物生成热少，具有适于常温适用的氢的平衡分解压力，而且可根据需要能容易地释放出氢。(3)可供反复使用，历经吸氢释氢的反复循环其性能维持不变，也不致因受工业氢气燃料中所含杂质的污染而使吸氢释氢性能下降。(4)贮氢合金造价低廉、稳定、轻质、便于贮运。17材料化学新型功能材料7.3.3贮氢合金的其他应用（1）贮存氢燃料，回收废氢气（2）制作贮氢气瓶（3）分离、贮存氢同位素（4

7、）作空调机、热压缩机、热泵以及用来回收热能和利用太阳能等18材料化学新型功能材料7.4液晶材料7.4.1液晶晶态向液态转化的中间态，它既保持了晶态的有序性，同时又具有液态的连续性和流变性，这种中间态称为液晶态，处于这种状态下的物质称液晶。19材料化学新型功能材料7.4.2液晶的类型（1）根据纹理结构的特点和性质，液晶有：•向列形•胆甾型•近晶型（2）根据生成过程有：•热致液晶•溶致液晶20材料化学新型功能材料7.4.3液晶的分子结构液晶是从晶体向液体过渡的中间相。（1）近晶型液晶近晶型液晶的规整性与晶相最为接近。这类液晶中棒

8、状分子平行排列成层状结构，分子轴垂直于层面，棒状分子只能在层内活动。21材料化学新型功能材料（2）向列型液晶向列型液晶的化学结构可依据其中心群原子团的种类分为甲亚胺化合物、偶氮化合物、氧化偶氮化合物，酯化合物、联苯化合物等。22材料化学新型功能材料•羧酸（RCOOH)，胺（R-NH2)等盐