【材料课件】第一章 功能材料概论.ppt

功 能 材 料 化学化工学院化学化工学院 薄其兵薄其兵 1主要参考资料1、 现代功能材料及其应用 郭卫生 , 汪济奎（化学工业出版社 ,2002） 2、功能材料学 -周馨我 (北京理工大学出版社 ,2002)3、新型功能材料 - 贡长生，张克立 (化学工业出版社 ,2001)4、新型无机材料 -杨华明 ,宋晓岚 ,金胜明 （化学工业出版社 ,2005）5、信息和功能材料 -刘先曙 马傅华 辛秀田（宇航出版社 ,1998 ）6、功能材料学概论 -马如璋 蒋民华 （冶金工业出版社 ,1999）建议教材：功能材料概论 -殷景华 王雅珍 （哈尔滨工业大学出版社 ,1999）2第一章第一章 功能材料概论功能材料概论第二章第二章 超导材料超导材料第三章第三章 功能玻璃材料功能玻璃材料第四章第四章 陶瓷材料陶瓷材料第五章第五章 敏感陶瓷敏感陶瓷第六章第六章 快离子导体陶瓷快离子导体陶瓷第七章第七章 稀土发光材料稀土发光材料第八章第八章 智能材料智能材料第九章第九章 储氢材料和磁性材料储氢材料和磁性材料目 录3第一章第一章 功能高分子绪论功能高分子绪论第二章第二章 离子交换树脂离子交换树脂第三章第三章 吸水树脂吸水树脂第四章第四章 高聚物膜高聚物膜第五章第五章 液晶材料液晶材料第六章第六章 催化剂催化剂第七章第七章 医用高分子医用高分子第八章第八章 其它功能高分子其它功能高分子功能材料授课内容功能材料授课内容（材料化学（材料化学 01、 02班）班）41986年，我国制定了高技术发展计划纲要，被评选列入的 七个技术群七个技术群 是 生物技术 、信息技术 、 激光技术 、 航天技术 、 自动化技术、 新能源技术 和 新材料技术新材料技术 。 5一般认为， 新材料新材料 有 晶须 材料、 非晶 材料、 超塑性合金 、 形状记忆 材料、 功能 陶瓷、 功能有机 材料、 超导 材料、 碳纤维 、 能量转换 材料等。新材料发展的重点新材料发展的重点 已经从 结构材料结构材料 转向 功能材料功能材料。功能材料被誉为功能材料被誉为 2l世纪人类文明的重要支柱世纪人类文明的重要支柱6随着时代的发展，人类将进入一个信息时代 。 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。第一章第一章 功能材料概论功能材料概论7日本和欧美各国对 新型功能材料 的研究十分注意，这是因为功能材料是能源、计算机、通讯、电子、激光等 现代科学的基础 ，功能材料在未来的社会发展中具有重大战略意义。 8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。未来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。9一、功能材料的概念功能材料是指通过 光光 、 电电 、 磁磁 、 热热 、 化学化学 、 生化生化 等作用后具有 特定功能特定功能 的材料。在国外，常将这类材料称为 功能材料功能材料 (Functional Materials)、 特种材料特种材料 (Speciality Materials)或 精细材料精细材料(Fine Materials)。第一节第一节 功能材料的概念与分类功能材料的概念与分类10功能材料功能材料 涉及面较广，具体包括 光光 、 电功能电功能 ，磁功能磁功能 ， 分离功能分离功能 ， 形状记忆功能形状记忆功能 等。这类材料相对于通常的 结构材料结构材料 而言，一般除了具有机械特性外，还具有其他的功能特性。11材料的 特定的功能特定的功能 与材料的 特定结构特定结构 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。 12功能材料是一门新的学科，目前对它进行严格的定义严格的定义 尚有一定的难度，就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 一般特一般特性性 和 变化规律变化规律 又具有其 自身的特点自身的特点 。因此可认为是 传统材料的更高级的运动形式。传统材料的更高级的运动形式。13二、 功能材料的分类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 功能的不同功能的不同 考虑，可将功能材料分为以下四类。 14(1)力学功能力学功能 主要是指 强化功能材料强化功能材料 和 弹性功能材料弹性功能材料 ，如高结晶材料、超高强材料等。 15(2)化学功能化学功能 分离分离 功能材料：如 分离膜 ， 离子交换树脂 、 高分子络合物 ； 反应反应 功能材料；如 高分子试剂 、 高分子催化剂 ； 生物生物 功能材料：如 固定化菌 ， 生物反应器 等 。16（ 3） 物理化学功能物理化学功能 电学电学 功能材料：如 超导体 ， 导电高分子 等； 光学光学 功能材料：如 光导纤维 、 感光性高分子 等 ； 能量转换能量转换 材料：如 压电材料 、 光电材料 。17(4)生物化学功能生物化学功能 医用医用 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； 功能性药物功能性药物 ：如 缓释性高分子 ， 药物活性高分子 ， 高分子农药 等； 生物降解生物降解 材料18下图为材料显示功能的示意图。输入 材料 输出第二节第二节 功能设计的原理和方法功能设计的原理和方法材料的 功能显示过程功能显示过程 是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。19功能材料按其 功能的显示过程功能的显示过程 又可分为一次功能材料一次功能材料 和 二次功能材料二次功能材料 。 20当向材料 输入的能量输入的能量 和从材料 输出的能量输出的能量属于 同一种形式同一种形式 时，材料起到 能量传输能量传输 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 载体材料载体材料。、一次功能、一次功能21一次功能主要有下面的八种一次功能主要有下面的八种 。 力学力学 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 。 声声 功能。如 隔音 性、 吸音 性。 热热 功能。如 传热 性、 隔热 性、 吸热 性和 蓄热 性等。 电电 功能。如 导电 性、 超导 性、 绝缘 性和 电阻 等。22 磁磁 功能。如 硬磁性 、 软磁性 、 半硬磁性 等。 光光 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。 化学化学 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。 其他其他 功能。如 放射特性 、 电磁波特性 等。23当向材料 输入的能量输入的能量 和从材料 输出的能量输出的能量属于 不同形式不同形式 时，材料起 能量的转换能量的转换 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。、二次功能、二次功能24二次功能按 能量的转换系统能量的转换系统 可分为如下四类 。 光光 能与其他形式能量的转换； 电电 能与其他形式能量的转换； 磁磁 能与其他形式能量的转换； 机械机械 能与其他形式能量的转换。25如 光合成光合成 反应、 光分解光分解 反应、 光化光化 反应、光致抗蚀光致抗蚀 、 化学发光化学发光 ， 感光感光 反应， 光致伸缩光致伸缩， 光生伏特光生伏特 效应和 光导电光导电 效应。 光光 能与其他形式能量的转换26如 电磁电磁 效应、 电阻发热电阻发热 效应、 热电热电 效应、 光电光电 效应、 场致发光场致发光 效应、 电化学电化学 效应和 电光电光 效应等 。 电电 能与其他形式能量的转换27 磁磁 能与其他形式能量的转换如 光磁光磁 效应、 热磁热磁 效应、 磁冷冻磁冷冻 效应和 磁性转变磁性转变效应等。28 机械机械