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1、功能材料概论2021/3/11/*第1页，此课件共17页哦课程教材：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：48周详情见教学日历2023/1/9第2页，此课件共17页哦第一部分第一部分 引言与概论引言与概论1986年，我国制定了高技术发展计划纲要年，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新材料技术技术2023/1/9第3页，此课件共17页哦新材料有新材料有晶须晶须材料、材料、非晶非晶材料、材料、超塑性合金超塑性合金、形状记忆形状记忆材料、材料、功能陶瓷功能陶瓷、功能有机功能有机材料、材料、超导超导材料、材料、碳纤维碳纤
2、维、能量转换能量转换材料等。材料等。新材料的发展重点已经从结构材料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2023/1/9第4页，此课件共17页哦概论 随着时代的发展，人类将进入一个随着时代的发展，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题，更需要用高科技的方法和手段来生产产新型的、功能性新型的、功能性的产品，以获得各种的产品，以获得各种优良的综合性能。近年来优良的综合性能。近年来新型功能材料新型功能材料层层出不穷，得到了突破性的
3、进展。出不穷，得到了突破性的进展。2023/1/9第5页，此课件共17页哦 日本和欧美各国对日本和欧美各国对新型功能材料新型功能材料的研的研究十分注意，这是因为功能材料是能源、究十分注意，这是因为功能材料是能源、计算机、通讯、电子、激光等计算机、通讯、电子、激光等现代科学现代科学的基础的基础，功能材料在未来的社会发展中具，功能材料在未来的社会发展中具有重大战略意义。有重大战略意义。2023/1/9第6页，此课件共17页哦 近近1010年来，功能材料成为年来，功能材料成为材料科学材料科学和工程领域中和工程领域中最为活跃的部分。每年以最为活跃的部分。每年以5%5%以上的速度增长，相当于每年有以上的
4、速度增长，相当于每年有1.251.25万种新材料问世。未来世界需要更多的万种新材料问世。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。透到现代生活的各个领域。2023/1/9第7页，此课件共17页哦一、功能材料的概念一、功能材料的概念 功能材料是指通过功能材料是指通过光、电、磁、热、光、电、磁、热、化学、生化化学、生化等作用后具有等作用后具有特定功能特定功能的材的材料。料。在国外，常将这类材料称为在国外，常将这类材料称为功能材功能材料料（Functional MaterialsFunctional Materials）、）、特种材
5、特种材料料（Speciality MaterialsSpeciality Materials）或）或精细材精细材料料（Fine MaterialsFine Materials）2023/1/9第8页，此课件共17页哦 功能材料涉及面较广，具体包括功能材料涉及面较广，具体包括光、电功能，光、电功能，磁功能，分离功能，形状记忆功能磁功能，分离功能，形状记忆功能等。等。这类材料相对于通常的这类材料相对于通常的结构材料结构材料而言，一而言，一般除了具有机械特性外，还具有其他的功能般除了具有机械特性外，还具有其他的功能特性。特性。2023/1/9第9页，此课件共17页哦 材料的材料的特定功能特定功能与材
6、料的与材料的特定结构特定结构是相联系的。是相联系的。如：对于如：对于导电聚合物导电聚合物来说，它一般来说，它一般具有具有长链共轭双键长链共轭双键；金属结构中由于；金属结构中由于弹性弹性马氏体相变马氏体相变能产生形状记忆效应，因此出能产生形状记忆效应，因此出现了现了形状记忆合金形状记忆合金；压电陶瓷压电陶瓷晶体必须晶体必须有有极轴。极轴。2023/1/9第10页，此课件共17页哦 功能材料是一门新的学科，目前对它功能材料是一门新的学科，目前对它进行进行严格的定义严格的定义尚有一定的难度，就像许尚有一定的难度，就像许多化学变化中存在着物理现象、高级运动多化学变化中存在着物理现象、高级运动中总是伴随
7、着低级运动一样，功能材料既中总是伴随着低级运动一样，功能材料既遵循材料的遵循材料的一般特性一般特性和和变化规律变化规律又具有其又具有其自身的特点。因此可以认为是自身的特点。因此可以认为是传统材料的传统材料的更高级运动形式更高级运动形式。2023/1/9第11页，此课件共17页哦二、功能材料的分类二、功能材料的分类 随着技术的发展和人类认识的扩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来，因此对其也产生了不同的分类方式。从方式。从功能的不同功能的不同考虑，可将功能考虑，可将功能材料分为以下四类。材料分为以下四类。2023
8、/1/9第12页，此课件共17页哦（1 1）力学功能）力学功能 主要是指主要是指强化功能材料强化功能材料和和弹性功能材料弹性功能材料，如高结晶材，如高结晶材料、超高强材料等。料、超高强材料等。2023/1/9第13页，此课件共17页哦（2 2）化学功能）化学功能分离分离功能材料：分离膜、离子交换树功能材料：分离膜、离子交换树脂、高分子络合物；脂、高分子络合物；反应反应功能材料：高分子试剂、高分功能材料：高分子试剂、高分子催化剂；子催化剂；生物生物功能材料：如固定化菌、生物功能材料：如固定化菌、生物反应器等。反应器等。2023/1/9第14页，此课件共17页哦（3 3）物理化学功能）物理化学功能
9、电学电学功能材料：超导体、导电高分子功能材料：超导体、导电高分子光学光学功能材料：光导纤维、感光性高分子功能材料：光导纤维、感光性高分子能量转换能量转换材料：压电材料、光电材料材料：压电材料、光电材料2023/1/9第15页，此课件共17页哦（4 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；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：缓释性高分子、药物活性高分：缓释性高分子、药物活性高分子、高分子农药等；子、高分子农药等；生物降解生物降解材料材料2023/1/9第16
10、页，此课件共17页哦三、功能材料的性能三、功能材料的性能半导体电性半导体电性 导带中的电子、价带中的空穴。导带中的电子、价带中的空穴。磁性能磁性能 铁磁性（磁化率铁磁性（磁化率10106 6）、抗磁性（磁矩方向与外磁）、抗磁性（磁矩方向与外磁场相反，磁化率场相反，磁化率1010-5-5）、顺磁性（磁矩方向与外磁场相）、顺磁性（磁矩方向与外磁场相同，同，1010-5-51010-2-2）、亚铁磁性）、亚铁磁性超导性超导性 超导体一旦进入超导态，体内磁通量将全部排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。出体外，磁感应强度恒等于零。光谱性质光谱性质2023/1/9第17页，此课件共17页哦