第0章-功能材料概论-1

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1、功能材料-前言张建峰，2017.03介绍功能材料的研究现状和发展趋势；一些常见功能材料的基本知识、种类、特点和应用；拓宽学生专业知识面，加深对本专业的认识。教学目标:周馨我主编，《功能材料》第一版，北京理工大学出版社，2011年7月。参考书目:新材料发展的重点已经从结构材料转向功能材料：晶须材料、非晶材料、超塑性合金、形状记忆材料超导材料、能量转换材料……功能材料被誉为－2l世纪人类文明的重要支柱随着科学技术的进步与发展，人类将进入一个新时代。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

2、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。第一章功能材料概论近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。功能材料在未来的社会发展中具有重大战略意义，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。功能材料的研究持续进行应用广泛，市场火热中国半导体器件封装材料进出口比较（万美元）2011年-2015年中国正极材料产业市场规模信息领域能源领域一、功能材料的概念功能材料是指通过光、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特定功能的材料。在国外，常将这类材料称

3、为功能材料(FunctionalMaterials)、特种材料(SpecialityMaterials))或精细材料(FineMaterials)。第一节功能材料的概念与分类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。材料的特定的功能与材料的特定结构是相联系的。如对于导电聚合物来说，它一般具有长链共轭双键；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。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

4、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。可认为是传统材料的更高级更复杂的表现形式。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，可将如下四个方面对功能材料分类：力学、化学、物理化学、生物化学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。高分子管材变形示意图飞机变形示意图(2)化学功能分离功能材料：如分离膜，离子交换树脂、高分子络合物；反应功能材料；如高分子试剂、

5、高分子催化剂；生物功能材料：如固定化菌，生物反应器等。活性炭吸附原理示意图铑、金复合纳米催化剂示意图（3）物理化学功能电学功能材料：如超导体，导电高分子等；光学功能材料：如光导纤维、感光性高分子等；能量转换材料：如压电材料、光电材料。龙阳站-浦东国际机场最大430公里/小时超导功能材料及在军事中的应用(4)生物化学功能医用功能材料：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；功能性药物：如缓释性高分子，药物活性高分子，高分子农药；生物降解材料人工肺人工肾脏15下图为材料显示功能的示意图。输入材料输出第二节功能设计的原理和方法材料的功能显示过程是

6、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功能材料按其功能的显示过程又可分为一次功能材料和二次功能材料。17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18一次功能主要有下面的八种。①力学功能。如惯性、粘性、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。19⑤磁功能。如硬

7、磁性、软磁性、半硬磁性等。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。20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21二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。22光合成反