22功能材料概论

2020/1/28/16:28:43功能材料授课教师：沈冬冬教六楼635813707191576FunctionalMaterials22020/1/28/16:28:43课程教材：《功能材料概论》殷景华等主编哈尔滨工业大学出版社课程安排：4~8周详情见教学日历32020/1/28/16:28:44第一部分引言与概论1986年，我国制定了《高技术发展计划纲要》七大技术群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新材料技术42020/1/28/16:28:44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。新材料的发展重点已经从结构材料转向功能材料。功能材料被誉为21世纪人类文明的重要支柱52020/1/28/16:28:44概论随着时代的发展，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。62020/1/28/16:28:44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。72020/1/28/16:28:44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。82020/1/28/16:28:44一、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，常将这类材料称为功能材料（FunctionalMaterials）、特种材料（SpecialityMaterials）或精细材料（FineMaterials）92020/1/28/16:28:44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。102020/1/28/16:28:44材料的特定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形状记忆效应，因此出现了形状记忆合金；压电陶瓷晶体必须有极轴。112020/1/28/16:28:44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。因此可以认为是传统材料的更高级运动形式。122020/1/28/16:28:44二、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，因此对其也产生了不同的分类方式。从功能的不同考虑，可将功能材料分为以下四类。132020/1/28/16:28:44（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。142020/1/28/16:28:44（2）化学功能①分离功能材料：分离膜、离子交换树脂、高分子络合物；②反应功能材料：高分子试剂、高分子催化剂；③生物功能材料：如固定化菌、生物反应器等。152020/1/28/16:28:44（3）物理化学功能①电学功能材料：超导体、导电高分子②光学功能材料：光导纤维、感光性高分子③能量转换材料：压电材料、光电材料162020/1/28/16:28:44（4）生物化学功能①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；②功能性药物：缓释性高分子、药物活性高分子、高分子农药等；③生物降解材料172020/1/28/16:28:44三、功能材料的性能半导体电性导带中的电子、价带中的空穴。磁性能铁磁性（磁化率106）、抗磁性（磁矩方向与外磁场相反，磁化率10-5）、顺磁性（磁矩方向与外磁场相同，10-5~10-2）、亚铁磁性超导性超导体一旦进入超导态，体内磁通量将全部排出体外，磁感应强度恒等于零。光谱性质