功能材料1
1功能材料概论课件
(3)特殊技术和特定结构组合化学。它包括激光喷涂组合化学 研究，主客体组装组合化学等。
(4)固体氧化物燃料电池中新型中、低温(600—800℃)区工 作的固体复合氧化物电解质材料的探索和筛选。
(5)从热力学平衡角度研究材料的相态、结构及稳定性，
获得所需材料体系的相图，同时进行性能测定，由此全
面掌握不同组成、结构和工作温度下的材料特性。
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1.1.3 功能材料的分类
目前主要是根据材料的物质性、或功能性、应用性 进行分类。
（一）根据材料的物质性进行分类 1、金属功能材料 2、无机非金属功能材料 3、有机功能材料 4、复合功能材料
1功能材料概论
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（二）根据材料的功能性进行分类
按照材料的物理化学功能进行分类：
1.光学功能材料（按在具体应用中所发挥的效能和作用）
⑨光记录材料 例：碲、碲合金、稀土类合金
1功能材料概论
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2、电学功能材料 例：防静电材料 3、磁学功能材料 例：磁带、磁盘 4、声学功能材料 例：音响设备、仪器 5、力学功能材料 例：高结晶材料、超高强材料 6、热学功能材料 例：显示、测量 7、化学功能材料 ①分离功能材料 例：分离膜、离子交换树脂 ②反应功能材料 例：高分子试剂、高分子催化剂 ③生物功能材料 例：固定化酶、生物反应器 8、生物医学功能材料 例：人工肾、人工心肺 9、核功能材料
1功能材料概论
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③磁能与其他形式能量的转换 如光磁效应、热磁效应、磁冷冻效应和磁性转变效应等 ④机械能与其他形式能量的转换 如形状记忆效应、热弹性效应、机械化学效应、压电效 应、电致伸缩、光压效应、声光效应、光弹性效应和磁 致伸缩效应等。
1功能材料概论
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按材料种类分，功能材料还可分为：金属功 能材料、无机非金属功能材料和有机功能材料。
建筑功能材料
1、建筑功能材料指具有防水、防火、保温、隔热、采光、隔声、装饰等建筑功能、非承重用材料。
决定建筑物使用功能与建筑品质。
2、化学建材主要就是指以有机高分子(合成)树脂为主干成分制成的一类建筑材料、3、塑料建材性能特点:优良的加工性能,具有多种功能(改变配方或改性就可改变塑料性能),轻质性,装饰性能出色,其她特性(老化已不就是问题,可燃,耐热性差,刚性小易蠕变,热伸缩性大)。
4、 PVC改变配方可制成硬质与软质。
因含氯具有自熄性。
5、 PVC树脂聚合方法:悬浮聚合,乳液聚合。
6、 PE聚乙烯燃烧时呈现淡蓝色火焰并发生滴落。
PP 聚丙烯与PE燃烧性接近,易燃且滴落7、熔融指数:在一定温度用2160g的荷重从直径2、1mm、长8mm的毛细管中10min内挤出的克数。
8、聚丙烯PP:等规度就是以在正庚烷中的不溶部分的重量百分数来表示的。
等规度越高,机械性能越好。
8、 PS聚苯乙烯:本体与悬液聚合,能做泡沫塑料,燃烧时大量黑烟碳束。
9、可发性PS就是苯乙烯单体经悬浮聚合的珠状产品。
10. ABS塑料单体:丙烯晴,丁二烯,苯乙烯。
接枝共聚法。
11 PVAc聚醋酸乙烯酯,溶液与乳液聚合生产。
软化点低,仅40℃,不能做塑料制品。
可直接做粘合剂或内墙涂料基料,不能做外墙涂料基料。
11AC丙烯酸类树脂:本体与悬浮聚合11. 热塑性酚醛树脂:以酸为催化剂,酚与醛比例大于1时。
热固性酚醛树脂:以碱为催化剂,且甲醛过量时。
14、热塑性用甲醛处理可转变成热固性,热固性在酸性介质中用苯酚处理可变成热塑性。
15、热固性酚醛树脂加热自身可固化;热塑性酚醛树脂加入固化剂固化12.氨基树脂:脲甲醛树脂与三聚氰胺脲甲醛树脂(MF)。
MF耐水性好,电气绝缘性比UF好。
13不饱与聚酯树脂(UP):主要用来制作玻璃钢。
13.环氧树脂(EP)固化:一就是环氧基与各活泼氢化合物化学反应而固化;二就是叔胺、路易斯酸等催化剂作用下环氧基聚合而交联。
16. 环氧当量:含有1克当量环氧基的树脂克数。
功能材料
生态环境材料
生态环境材料是20世纪90年代在国际高技术新 材料研究中形成的一个新领域，其研究开发在日、 美、德等发达国家十分活跃，主要研究方向是：① 直接面临的与环境问题相关的材料技术，例如，生 物可降解材料技术，CO 2 气体的固化技术，SOx、 NOx催化转化技术、废物的再资源化技术，环境污 染修复技术，材料制备加工中的洁净技术以及节省 资源、节省能源的技术；②开发能使经济可持续发 展的环境协调性材料，如仿生材料、环境保护材料、 氟里昂、石棉等有害物质的替代材料、绿色新材料 等；③材料的环境协调性评价。
生物医用材料 作为高技术重要组成部分的生物医用材 料已进入一个快速发展的新阶段，其市场销 售额正以每年16%的速度递增，预计20年内， 生物医用材料所占的份额将赶上药物市场， 成为一个支柱产业。生物活性陶瓷已成为医 用生物陶瓷的主要方向；生物降解高分子材 料是医用高分子材料的重要方向；医用复合 生物材料的研究重点是强韧化生物复合材料 和功能性生物复合材料，带有治疗功能的HA 生物复合材料的研究也十分活跃。
功能材料的国内需求分析
中国作为一个 12亿人口的大国，正在实施宏伟的第三步 发展战略，这一根本国情加之特种功能材料在经济社会发展 中的重要作用和地位，决定了我国对功能材料的需求将是巨 大的。 功能材料不仅是发展我国信息技术、生物技术、能源技 术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，而且是改造与 提升我国基础工业和传统产业的基础 ,直接关系到我国资源、 环境及社会的可持续发展。 我国国防现代化建设一直受到以美国为首的西方国家的 封锁和禁运，所以我国国防用关键特种功能材料是不可能依 靠进口来解决的，必须要走独立自主、自力更生的道路。如 军事通信、航空、航天、导弹、热核聚变、激光武器、激光 雷达、新型战斗机、主战坦克以及军用高能量密度组件等， 都离不开特种功能材料的支撑。
什么是建筑功能材料(一)
什么是建筑功能材料（一）【引言概述】建筑功能材料是指能够满足建筑结构和建筑环境等多种需求的材料，具有独特的物理、化学和工程特性。
本文讨论建筑功能材料的定义、分类以及其在建筑中的应用。
【正文】一、建筑功能材料的定义1. 建筑功能材料是指能够满足建筑物结构要求的材料，如钢筋混凝土、砖石等。
2. 建筑功能材料还包括能够提供隔热、隔音、防水等功能的材料，如保温板、防水涂料等。
3. 建筑功能材料还包括能够提供美观和装饰效果的材料，如瓷砖、壁纸等。
二、建筑功能材料的分类1. 结构功能材料：包括钢筋混凝土、砖石等，用于承受建筑物静载荷和动载荷。
2. 功能性材料：包括保温材料、防水材料等，用于提供隔热、防水等功能。
3. 装饰材料：包括瓷砖、壁纸等，用于提供美观和装饰效果。
4. 建筑环境材料：包括吸声材料、净化材料等，用于改善建筑环境质量。
5. 绿色环保材料：包括可再生能源材料、无毒材料等，用于推进建筑可持续发展。
三、建筑功能材料的应用1. 结构功能材料的应用：用于建筑物的基础、柱、梁、墙体等部位。
2. 功能性材料的应用：用于建筑物的外墙保温、地板隔音等。
3. 装饰材料的应用：用于建筑物的室内外装饰，如墙壁、地板、天花板等。
4. 建筑环境材料的应用：用于改善建筑物的环境质量，如噪音控制、室内空气净化等。
5. 绿色环保材料的应用：用于推进建筑可持续发展，如太阳能板、节能材料等。
【总结】建筑功能材料是指能够满足建筑结构和建筑环境等多种需求的材料，在建筑中具有重要应用。
通过不同类型的建筑功能材料的应用，可以实现建筑物的稳定性、功能性和美观性，同时也能推进建筑的可持续发展。
现代功能材料知识点总结
现代功能材料知识点总结引言现代功能材料是指具有特定功能和性能的新型材料，它们在材料科学领域具有重要的应用价值。
现代功能材料不仅具有传统材料的结构和性能，还具有一些特殊的物理、化学或生物功能。
本文将从功能材料的类型、特点、应用以及前沿研究领域等方面进行总结。
一、功能材料的类型1. 结构材料结构材料主要用于支撑、连接和保护其他物体，包括金属、陶瓷、聚合物等。
这类材料一般需要具备高强度、高刚性、良好的耐磨性和耐腐蚀性。
2. 功能材料功能材料是指那些具有某种特定功能和性能的材料，包括光、磁、电、热、声等功能材料。
它们可以根据功能的不同被分为光功能材料、磁功能材料、电功能材料、热功能材料等。
3. 复合材料复合材料是指由两种或多种不同性质和结构的材料按照一定的比例和方式混合或叠层而成的材料，其性能优于单一材料。
常见的复合材料有玻璃钢、碳纤维复合材料、陶瓷复合材料等。
4. 先进功能材料先进功能材料是指那些可以通过外部刺激产生一定功能的材料，包括智能材料、敏感材料、可控材料等。
这类材料具有自感应、自响应、自适应等特性，可以被用于传感器、执行器、光、电、磁、声等器件。
二、功能材料的特点1. 特定功能功能材料具有特定的物理、化学或生物功能，可以产生一定的响应和效果。
不同的功能材料在不同的应用领域有不同的特点和优势。
2. 多功能性一些功能材料可以具备多种功能，例如热响应型形变材料可以在受热状态下改变形状，在降温后保持新的形状；再如磁光材料既具备光学性质，又具有磁学性质。
3. 高性能功能材料具有较高的性能，例如高强度、高硬度、高电导率等。
在一些特殊的条件下，功能材料可以展现出非常强的适应性和稳定性。
4. 可控性功能材料具有较强的可控性，能够根据特定的刺激产生相应的响应和效果。
这种可控性可以使功能材料在特定的应用场景中发挥更好的效果。
5. 高成本由于功能材料具有特殊的性能和功能，其生产成本相对较高，价格昂贵。
因此在使用功能材料时需要进行经济性和可行性分析。
特种功能材料之聚醚醚酮(1)
特种功能材料之聚醚醚酮（PEET）1 聚醚醚酮简介1.1家族介绍：聚醚醚酮是聚芳醚酮的一种，除聚醚醚酮外还有聚醚酮PEK ，聚醚酮酮PEKK，聚醚醚酮酮PEEKK ，聚醚酮醚酮酮PEKEKK ，聚醚醚酮的化学是为。
1.2发展介绍1.2.1国际方面：聚芳醚酮的研究开发工作开始于20世纪60年代。
1962年美国杜邦Du pont公司和1964年英国ICI公司分别报道了在Friedel-Crafts催化剂存在下，通过亲电取代路线可以合成聚芳醚酮；1979年，英国ICI制得了高分子量的PEK，奠定了合成聚芳醚酮的基础；1977年英国ICI公司研究开发成功聚醚醚酮，1980年投产。
二十世纪80年代末，世界上有5大公司生产聚芳醚酮，分别是英国ICI、美国杜邦（Du pont）和Amoco、德国BASF 和Hoechst。
1.2.2国内方面：国内于20世纪80年代中期开始研制聚芳醚酮。
1990年吉林大学发表了制造专利并有少量生产。
1.3综述：PEET作为目前使用的塑料具有高的力学强度，耐热性，耐摩擦性，耐药品性，耐水分解性等，同时还有优异的加工型，易于注射成型、挤出成型、压缩成型和切削加。
2 制备成塑料的工艺流程2.1 主要原料：4，4’一二氟二苯甲酮与对苯二酚为原料，二苯砜为溶剂，碳酸钾与碳酸钠为催化剂；填料为PTFE，玻璃纤维或碳纤维（纯树脂不能直接应用，故要添加某些填料，增强材料、助剂）。
2.2 制备条件：在无水条件下，于300℃～340℃缩聚反应得到。
2.3 反应原理:ICI公司的专利是缩合反应在碱金属碳酸盐存在下，以二本砜作溶剂进行的。
2.4 制备过程：向装有回流冷凝器、电动搅拌装置的1000mL四口瓶中投入对苯二酚、4，4’一二氟二苯甲酮、二苯砜；抽真空，通入N2，反复多次直到排尽空气，开始缓慢升温并搅拌。
在180℃时加入无水碳酸钾与无水碳酸钠，升温至200℃，保温一小时，而后至250℃，保温15分钟，最终至320℃，保温2.5h。
功能材料
功能材料1.导电材料的分电子导电材料和离子导电材料2.超导电现象；材料的电阻随温度降低而减小并最终出现零电阻的现象。
3.超导体；低于某一温度出现超导电性的物质4.迈斯纳效应；处于超导状态的金属，不管其经历如何，磁感应强度B 始终为零称为迈斯纳效应。
5.半导体的导电机理；半导体能带结构下面是价带，其价带是充满了电子，因此是一个满价带。
上面是导带，而导带是空的。
满价带和空导带之间是禁带，其禁带宽度比较窄，一般在1ev左右。
价带中的电子受能量激发后，如果激发能大于Eg，电子可以从价带跃迁到导带上，同时在价带中留下一个空的能级位置--空穴。
6.按照掺杂原子的不同，半导体可分；施主型(电子型或n型)和受主型(空穴型或p型)7.本征半导体；半导体中价带上的电子借助于热、电、磁等方式激发到导带叫本征激发。
满足本征激发的半导体叫本征半导体。
杂质半导体；利用将杂质元素掺入纯元素中，把电子从杂质能级（带）激发到导带上或者把电子从价带激发到杂质能级上，从而在价带中产生空穴的激发叫非本征激发或杂质激发。
这种半导体叫杂质半导体。
8.n型；掺杂原子的价电子多于纯元素的价电子，又称施主型半导体p型半导体；掺杂原子的价电子少于纯元素的价电子，又称受主型半导体9.n型的导电机理；ⅣA族元素(C、Si、Ge、Sn)中掺入以V A族元素(P、As、Sb、Bi)后，造成掺杂元素的价电子多于纯元素的价电子，导电机理是电子导电占主导。
p型半导体导电机理；ⅣA族元素(C、Si、Ge、Sn)中掺入以ⅢA族元素（如B）时，掺杂元素的价电子少于纯元素的价电子，它们的原子间生成共价键以后，还缺一个电子，而在价带其中产生空穴。
以空穴导电为主。
10.高分子导电材料的分类；绝缘体、半导体、导体和超导体；11.离子导电材料；将这类电导率≥10-4 S/m的材料，且其电子电导对总电导率的贡献可忽略不计的材料称为离子导电材料，又称快离子导体。
1.电极化；在电场作用下分子中正负电荷中心发生相对位移而产生电偶极矩的现象2.介电材料；具有很高的电阻系数，主要的应用是作为电的绝缘体与电容器。
功能材料
一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。
从功能的不同考虑，可将功能材料分为以下几类:1． 力学性能：主要是指强化功能材料和弹性功能材料。
如高结晶材料，超高强材料等等。
2． 物理化学功能(1)电学功能材料：如超导体，导电高分子等等。
(2)光学功能材料：如光导纤维、感光性高分子等。
(3)能量转换材料：如压电材料、光电材料。
3． 化学功能(1)分离功能材料：如分离膜，离子交换树脂、高分子络合物。
(2)反应功能材料：如高分子试剂、高分子催化剂等等。
(3)生物功能材料：如固定化酶，生物反应器等等。
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、骨丁、骨板等等。
(2)功能性药物：如缓释性高分子，药物活性高分子，高分子农药等等。
(3)生物降解材料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。
功能设计，就是赋予材料以一次功能或二次功能特性的科学方法。
以高分子材料为例，其主要途径是：（1）通过分子设计合成新功能。
包括高分子结构设计和官能团设计，是使高分子材料获得具有化学结构本征性功能特征的主要方法，因而又称为化学方法。
（2）通过特殊加工赋予材料以功能特性，又称为物理方法。
（3）通过两种或两种以上的具有不同功能或性能的材料进行复合获得新功能。
（4）通过对材料进行各种表面处理以获得新功能。
官能团的性质对材料性质的影响1) 骨架起主要作用2) 官能团起主要作用3) 骨架与官能团互相结合而发挥作用4) 官能团起辅助作用功能材料的制备方法（论述题）功能材料的制备一般是通过物理的或化学的方法将功能基团与聚合物骨架相结合的过程。
总体上讲功能材料的制备主要有三种基本类型：1．功能性小分子固定在骨架材料上2．大分子材料的功能化3．已有的功能材料的功能扩展聚合物包埋小分子另一类制备方法是在单体中引入小分子化合物，通过聚合过程将小分子包埋在聚合物中。
功能材料
功能材料功能材料是指在电、光、热、催化、分离、生物和医学等方面具有特殊性能的材料。
我们对它还是比较熟悉的，如日光灯管的内壁涂有发光材料；照像胶卷上有感光材料；扩音器话筒和电唱机唱头里装有压电晶体材料。
这些材料均属于功能材料。
随着各种奇妙的功能材料层出不穷，光电、电声、激光、红外、半导体、超导技术的应用，仿佛使我们进入了一个神话世界。
上天、入地、千里眼、顺风耳已成为事实。
在当代的科学技术中，功能材料应用更加普遍了。
例如，人们习惯上的“电脑”、“电鼻”、“电眼”、“电耳”、“功能高分子材料”等，就是分别采用记忆、光电、气敏、压电晶体和人工合成材料制成的。
电脑是电子计算机的俗名。
“电脑”是怎样记忆事物的呢？原来，电子计算机的“大脑”又叫存贮器，这是一个很大的“记忆仓库”，是存贮数据和指令的地方。
它好比我们使用的笔和纸。
计算机需要人事先编排好“计算程序”，存放在存贮器中，这样计算机便记住了解题方法和步骤。
那么存贮器又是依靠什么方法来记住“计算程序”的呢？靠的是许多圆环记忆磁芯，它的直径比芝麻粒还小。
每粒磁芯能够在电场作用下，互相转化成两种磁化状态。
这两种磁化状态分别代表“0”和“1”。
如果加正向电流代表“1”，那么反向电流就代表“0”，一个磁环能表示“0”和“1”两种状态。
如果有三个磁环组成一串，就能表示八种状态，即：000，001，010，o11，100，101，110，111。
若用四个磁环，就能表示15个（24=16）状态。
许许多多串磁环组成的磁芯体，就能像人的头脑一样，能记忆大量数码。
可以把信息随时写入存在磁芯体里，要用的时候可让计算机随时“读”出，或通过打字机打印出来。
如果不用时去掉也很容易，只要送入一个负电位，磁芯体立刻变成“0”状态，好像写满字的纸瞬间变成了白纸。
正因为磁芯体有这些特点，所以，用氧化铁磁性材料制成的磁芯成了电子计算机的关键材料。
目前，我国电子计算机的生产和应用，在世界新技术革命浪潮的推动下，出现了喜人的势头，品种、数量增加，质量提高。
压电功能材料 (1)
或
通过逆压电效应转换所 得的机械能 K 转换时输入的总电能
2
通过正压电效应转换所 得的电能 K 转换时输入的总机械能
2
压电陶瓷振子（具有一定形状、大小和被覆工作电极的压电陶 瓷体）的机械能与其形状和振动模式有关，不同的振动模式将有 相应的机电耦合系数。 如对薄圆片径向伸缩模式的耦合系数为Kp（平面耦合系数）； 薄形长片长度伸缩模式的耦合系数为K31（横向耦合系数）；
第六章 压电陶瓷
Qm=1/4ΠR1CΔ f×1012
ε
33=4C
tl
t/Π
Φ
Ct是薄圆片的低频电容(法拉),可在1KC频率下由电容电桥测出,lt为 薄圆片的厚度(米), Φ 为薄圆片的直径(米), ε 33为自由介电常数(法 拉/米)。 tgδ用电容电桥或万用电桥等测出。
d33用准静态测试仪测定。
圆柱体轴向伸缩模式的耦合系数为K33（纵向耦合系数）等。
第六章 压电陶瓷材料及应用
它是压电材料进行机-电能量转换的能力反映。
它与材料的压电常数、介电常数和弹性常数 等参数有关，是一个比较综合性的参数。其 值总是小于1。
Kt
Kp
K33 K15 K31
3、机械品质因数Qm
压电陶瓷在振动时，为了克服内摩擦需要消耗能量。机械品质 因数Qm是反映能量消耗大小的一个参数。Qm越大，能量消耗越小。机 械品质因数Qm的定义式是：
压电陶瓷是指经直流高压极化后，具有压电效应 的铁电陶瓷材料。 晶体受到机械力的作用时，表面产生束缚电荷， 其电荷密度大小与施加外力大小成线性关系，这种由 机械效应转换成电效应的过程称为正压电效应。 晶体在受到外电场激励下产生形变，且二者之间 呈线性关系，这种由电效应转换成机械效应的过程称 为逆压电效应。 力→形变→电压 正压电效应
环境功能材料-1-材料基础知识
11
1.石器时代
公元前10万年 旧石器时代：工具制作粗糙，用 途尚未分化 新石器时代：对石料进行加工， 得到不同用途的石器
12
2.青铜器时代
公元前3000年 出现了添加锡、铅的铜合金 熔点低，铸造性能良好 用作武器、生活用具、生产工具等
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3.铁器时代
公元前1500年 高温下用木炭还原铁矿石生产铁 强度较高，可加工性能良好 用作武器和器件
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4.陶器时代
粘土制作简单的陶器 在公元元年左右，高温烧制陶器而形成瓷器 瓷器由于局部熔化而变得更加致密坚硬，克服了 陶器多孔与透水的缺点
3. 重视材料学基础，从材料的化学成分、组织结 构等解释功能特性。从材料的专业角度去看待 环境过程。
6
第一章 材料学基础
一、材料的发展史及分类 二、材料的成分与组织结构
7
第一节 材料的发展史及分类
8
一、材料的定义 材料是指人类社会可接受、 能经济地制造有用器件或物 品的固体物质。
9
二、材料的发展史 材料是人类社会进步的里程碑
建筑材料 感光材料 耐酸材料 包装材料
30
第二节 材料的成分与组织结构
31
一、材料的成分与结构
材料的成分：指组成材料 的元素种类及其含量 通常用质量分数（ω）或 粒子数分数（x）表示
32
材料的结构
指材料中原子（离子或分子等） 的排列方式 材料原子、离子和分子间的结 合键决定材料的性质
33
晶体
（2）按用途可分为结构复合材料和 功能复合材料
氧化铝功能材料
氧化铝功能材料
氧化铝功能材料是一种重要的无机非金属材料，具有许多优异的性能和广泛的应用领域。
氧化铝功能材料的主要性能包括高硬度、高强度、高熔点、良好的耐腐蚀性、良好的电绝缘性和高热导率等。
这些性能使得氧化铝功能材料在电子、光学、化工、航空航天等领域得到了广泛的应用。
在电子领域，氧化铝功能材料可以用作集成电路的基板、电子封装材料、电容器介质等。
在光学领域，氧化铝功能材料可以用作光学透镜、反射镜、激光器增益介质等。
在化工领域，氧化铝功能材料可以用作催化剂载体、吸附剂、干燥剂等。
在航空航天领域，氧化铝功能材料可以用作高温结构材料、隔热材料等。
总之，氧化铝功能材料是一种非常重要的材料，具有许多优异的性能和广泛的应用领域。
随着科学技术的不断发展，氧化铝功能材料的应用前景将会更加广阔。
功能材料概述
功能材料的特点…continue
• 导体材料
– 电阻率随着温度升高而升高，这是导体的一个特征
• 分类:（1）金属材料。电导率在107~108 s/m之间；
例: 银（6.63× 107 s/m ）铜（5.85× 107 s/m ） 铝 （3.45× 107 s/m ）
（2）合金材料。电导率在105~107 S/m之间；
化合物半导体 1/100 异位
功能材料的特点…continue
• 半导体材料的应用
– 半导体材料在集成电路上的应用：最早用 锗单晶制造二极管和三极管；现在发展硅 器件，以硅单晶为基材的集成电路在电子 器件中占主导地位。化合物半导体砷化镓 做微波、超高频晶体管等；
– 半导体在光电子器件、微波器件和电声耦 合器上的应用：发光管、激光器、光电池、 光集成等； – 半导体材料在传感器上的应用：半导体传 感器
功能材料的现状
• 近年来，功能材料迅速发展，已有几十大 类，10多万种，且每年都有大量新品种问 世。 • 现已开发的以物理功能材料最多，主要 有：
1）单功能材料，如：导电材料、介电材料、 铁电材料、磁性材料、磁信息材料、发热材料、 热控材料、光学材料、激光材料、红外材料 等。 2）功能转换材料，如：压电材料、光电材料、 热电材料、磁光材料、声光材料、磁敏材料、 磁致伸缩材料、电色材料等。
功能材料的现状 …continue
3）多功能材料：如防振降噪材料、三防材料 （防热、防激光和防核）、电磁材料等。 4）复合和综合功能材料，如：形状记忆材料、 隐身材料、传感材料、智能材料、显示材料、 分离功能材料、环境材料、电磁屏蔽材料等。 5）新形态和新概念功能材料，如：液晶材料、 梯度材料、纳米及其它非随机缺陷材料、非平 衡材料等。 *化学和生物功能材料的发展速度很快，其功能 也更多样化。
功能材料分类及其特点
功能材料分类及其特点功能材料是指可以根据特定需求被设计和制造的材料，不同于传统的结构材料，功能材料不仅具有物理、化学、力学等基本特性，还承担着预先设定的一定功能。
根据功能材料的不同特性，我们可以将其分为以下几大类。
1. 光电功能材料光电功能材料是指能够将光能转化为电能或电能转化为光能的材料，包括光电转换器件、光纤材料、光学玻璃等。
光电功能材料广泛应用于太阳能电池、显示屏、光通信、光学仪器等领域，具有节能环保、高效稳定等优点。
磁性功能材料是指在外界磁场作用下表现出磁性的材料，包括永磁材料、铁磁材料、软磁材料等。
这些材料广泛应用于电机、变压器、电磁铁、传感器等领域，具有高磁导率、高热稳定性、耐腐蚀等优点。
智能材料是指能够根据外界环境变化自动改变其物理、化学、力学等性质，以达到预设目标的材料，包括形状记忆合金、聚合物、液晶材料等。
这些材料广泛应用于机器人、智能控制、传感器等领域，具有高灵敏度、高准确性等优点。
4. 纳米材料纳米材料是指粒径在1~100纳米之间的材料，具有普通材料所不具备的许多特性，包括量子效应、表面增强等。
这些材料广泛应用于电子、生物医药、催化剂等领域，具有高比表面积、高反应效率等优点。
能源材料是指能够转化为能量的材料，包括化石能源、可再生能源、储能材料等。
这些材料广泛应用于能源供应、环境治理、储能设备等领域，具有高能量密度、低环境污染等优点。
6. 生物材料生物材料是指用于医药、生物技术、环境保护等领域的材料，包括生物降解材料、药用材料、生物传感材料等。
这些材料具有与生物体相容性好、生物降解性好、对生命体没有危害等优点。
功能材料认识(共6篇)
功能材料认识(共6篇)功能材料是指针对一定的功能需求，选材优化、设计加工、组合构筑制得的材料，它具有特定的物理、化学、生物及机械性质，能够对其所处的环境、系统及对象起到特定的作用。
根据不同的应用需求，功能材料的种类及性质各异，例如光学材料、电子材料、磁性材料、高温材料等，这些材料广泛应用于电子、信息、机械、能源、生物医学等领域，并且不断推动着这些领域的技术创新与发展。
对于功能材料而言，其重要性显然不言自明，其实在许多行业中，功能材料都扮演着重要角色。
例如在石油行业中，束缚含油污染源水的功能材料就成了展开油污处理的首选原料，而在冶金行业里，高强度、高韧性的铝合金材料也是必不可少的。
同样，功能材料也在电子领域大有作为，高纯度硅就是电子器件制造中运用最广泛的材料之一，因为它具有高效的催化作用和优异的导电性能，还可实现无缝微结构加工，在半导体工业、太阳能电池、电池及照明产业中都有着广泛应用。
而在新能源汽车产业中，刚性优良、柔性适应性较高的导电性树脂也成为了汽车电气化制造中的重要材料，它本身可以通过喷涂技术、三维打印等多种复合工艺加工制造，更能increased production efficiency，提高生产效率，降低成本。
此外，在航空工业中液晶、聚合物、光电材料等功能材料也有广泛应用，可以提高航空器的安全性、节能性和环保性能。
综上所述，功能材料的应用范围远不止于此，从发电、光学、建筑等领域到医疗、航天工业等高科技领域，甚至到了日常生活的家具、玩具中都有功能材料的应用，其作用可以说无所不在，可以提高材料的机能，增加生产效率和能力，有着广泛可见的社会经济价值。
篇二：功能材料基础概念功能材料的种类和性质多样，具体如下：1. 光学材料：是一种具备光学特性（如透过率、反射率、折射率、散射等）的材料，包括晶体、玻璃、塑料等。
2. 电子材料：是一种具备电学特性（如电子场、电荷、电压、电流、电阻、电感和电容等）的材料，主要包括半导体、导体和绝缘体等。
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复合化片式陶瓷元器件
片式多层LC滤波器 片式RC组件 片式LCR组件 片式 Z 模块 L、C、R埋入式多层LTCC 集成模块
集成陶瓷系统
新型多层功能陶瓷元器件
小型/微型化、高频化/频率捷变化、复合化/ 集成化、高功率、低功耗、高可靠、低成本
低成本微型化：大容量微型MLCC、Ni电极MLCC、MLCC阵列、MLCI 阵列 高功率化（功率电子学）：中高压MLCC、高贮能密度MLCC、大电流MLCI 、片式变压器 高频化：射频/微波MLCI、微波MLCC、多层微波滤波器、多层片式天线、多 层片式双工器 复合集成化：片式多层LC高频滤波器、片式EMI滤波器、片式LCR组件、片式 Z 模块…
功能陶瓷的性能检测： 粉体----纯度、组成、粒度、比表面、热分 析、相结构、 形貌分析等； 物性----密度、气孔率、、收缩率、结构分析、强度、电 学性能（绝缘、介电、铁电、压电等）、敏感特性 （温度、电阻、气敏、湿敏等） 成品例行试验----非破坏检测性、老化寿命试验
七、功能陶瓷应用与展望
1 材料： 功能陶瓷的开发应用首先依赖于新材料的发现 和人工合成。 1）基板材料；2）电容器陶瓷介质材料；3）微波陶瓷介 质材料；4）压电陶瓷材料；5）热敏陶瓷材料；6）压 敏陶瓷材料；7）气敏陶瓷材料；8）湿敏陶瓷材料；9） 磁性瓷（硬磁和软磁）；10）超导材料。 2原料粉体：球状微粒子、不团聚、粒度分布范围窄、单 一晶相、高度化学纯净。 3工艺与装备：生产设备 4元器件与市场
二、功能材料的特征和分类
4）功能材料是利用现代科学技术，多学科交叉 的知识密集型产物。
5）功能材料的制备技术不同于结构材料用的传 统技术，而是采用许多先进的新工艺和新技术，如急 冷、超净、超微、超纯、薄膜化、集成化、微型化、 智能化以及精细控制和检测技术。
二、功能材料的特征和分类
功能材料的种类繁多，为了研究、生产和应用的 方便，常把它分类。目前尚无统一的分类标准，由于 着眼点不同，分类方法也不同，目前主要有以下六种 分类方法： 1）按用途分类：可分为电子、航空、航天、兵工、建筑、 医药、包装等材料。 2）按化学成分分类：金属、无机非金属、有机、高分子 和复合功能材料。 3）按聚集态分类：气态、液态、固态、液晶态、非晶态、 混合态功能材料等。
四、功能材料的内容和相关学科
2.相关的学科 功能材料学科是一门与多学科交叉的学科，与其相关的 学科很多，主要有： 1）基础学科：固体物理、结构化学、无机化学、有机高 分子化学、生物和医学等； 2）工艺类学科：材料类、化工、冶金、硅酸盐、陶瓷、 制药等学科； 3）现代技术类学科：光、电、磁、声、热等； 4）分析测试类学科：成分、结构、显微等。
功能陶瓷材料及市场需求
磁性材料 热电材料 铁电材料 压电材料 导电材料
介电材料
半导体材料
光电材料
Sensitive devices HIC
7.0%
6.0% 12.0% 4.0% Thick LED film
chips
Electrical& electronic devices 71.0% SMD
2000 年度对新型功能器件的市场需求示意图
五、现代功能陶瓷的定义和分类
4、功能陶瓷材料的分类 按功能和主要用途分类（见书中表1-1）： 1）电功能陶瓷：绝缘陶瓷、介电陶瓷、铁电陶瓷、压电 陶瓷、半导体陶瓷、高温超导陶瓷、快离子导体陶瓷； 2）磁功能陶瓷：软磁铁氧体、硬磁铁氧体、记忆用铁、透明 Y2O3-ThO2陶瓷、透明铁电陶瓷； 4）生物及化学功能陶瓷：湿敏陶瓷、气敏陶瓷、催化用 陶瓷、生物陶瓷。
六、功能陶瓷的性能与工艺特征
组成
结构 性能 工艺 功能
六、功能陶瓷的性能与工艺特征
要实现功能陶瓷材料的功能，需要从性能 的改进，一般从两方面入手： 1）从材料的组成上直接调节； 2）改变工艺条件以改善和提高陶瓷材料的性能。
六、功能陶瓷的性能与工艺特征
功能陶瓷的工艺技术： 原料 合成 成型
烧结 加工 成品
二、功能材料的特征和分类
与结构材料相比，有以下主要特征：
1）功能材料的功能对应于材料的微观结构和微观物体的 运动，是最本质的特征。 2）功能材料的聚集态和形态非常多样化，除晶态外，还 有气态、液态、液晶态、非晶态、混合态和等离子态。 除三维材料外，还有二维、一维和零维材料。 3）结构材料常以材料形式为最终产品，而功能材料有相 当一部分是以元件形式为最终产品，即材料元件一体 化。
二、功能材料的特征和分类
4）按功能分类：物理（如光、电、磁、声、热等）、化 学（如感光、催化、含能、降解等）、生物（如生物 医药、生物模拟、仿生等）和核功能材料。 目前，现代技术对物理功能材料的需求最多，因此， 物理功能材料发展最快，品种多，功能新，商品化率 和实用化率高。有时，习惯上把功能材料和物理功能 材料看作一个名称。 5）按材料形态分类：体积、膜、纤维和颗粒等功能材料。 6）按维度分类：三维、二维、一维和零维功能材料。三 维材料即固态体相材料；二维、一维和零维能材料分 别为其厚度、径度和粒度小到纳米量级的薄膜、纤维 和微粒，其主要特征是具有量子化效应。
三、功能材料的现状和展望
近几年来，功能材料迅速发展，已有几十大类，10 万多品种，且每年都有大量新品种问世。现已开发的 以物理功能材料最多，主要有： 1）单功能材料，如：导电材料、介电材料、铁电材料、 磁性材料、磁信息材料、发热材料、热控材料、光学 材料、激光材料、红外材料等。 2）功能转换材料，如：压电材料、光电材料、热电材 料、磁光材料、声光材料、电流变材料、磁敏材料、 磁致伸缩材料、电色材料等。
端电极
内电极
介电材料
多层片式电感(MLCI)示意图
内电极
磁性（介电）
MLCC内部结构
MLCI 内部结构
高性能片式电子元件
片式电容
片式天线 片式变压器 片式驱动器
片式电感
片式电阻 片式滤波器 片式换能器
片式压敏电阻 片式热敏电阻
多层功能陶瓷元件发展趋势
分离式片式陶瓷元件
片式多层电容（MLCC） 片式叠层电感（MLCI） 片式电阻（压敏、PTC、NTC…） 片式多层压电陶瓷器件（变压器、驱 动器） 片式多层微波器件
三、功能材料的现状和展望
3）多功能材料：如防振降噪材料、三防材料（防热、 防激光和防核）、电磁材料等。 4）复合和综合功能材料，如：形状记忆材料、隐身材 料、传感材料、智能材料、显示材料、分离功能材料、 环境材料、电磁屏蔽材料等。 5）新形态和新概念功能材料，如：液晶材料、梯度材 料、纳米材料、非平衡材料等。 目前，化学和生物功能材料的种类虽较少，但其 发展速度很快，其功能也更多样化。
四、功能材料的内容和相关学科
1.功能材料学科的内容： 1）功能材料学是研究功能材料的成分、结构、性能、 应用及其间的关系，在此基础上，研究功能材料的设 计和发展途径； 2）功能材料工程学是研究功能材料的合成、制备、提 纯、改性、储存和使用的技术和工艺； 3）功能材料的表征和测试技术是研究一般通用的理化 测试技术在功能材料上的应用和各类功能材料特征功 能的测试技术和表征。
高性能、低成本
Firing in Air In H2/N2
Pb
Pd
Ni
Injection
Non reducible Low fire dielectrics
Ag
AgPd
Cu
四、功能材料的内容和相关学科
课程内容： 1、功能材料的制备 2、导电材料 3、介电材料 4、压电材料 5、热敏材料 6、磁性材料 7、发光材料 8、磁信息材料 9、光电材料和光信息材料 10、机敏材料和智能材料
功能材料
化学与材料科学学院
杨祖培教授
第一章 绪论 一、引言
材料、信息和能源是现代文明的三大支柱，又把新 材料、信息和生物技术作为新技术革命的主要标志。 材料的发展是从结构材料开始的，结构材料是指能 承受外加载荷而保持其形状和结构稳定的材料，如建 筑材料、机器制造材料等，它具有优良的力学性能， 在物件中起着“力能”的作用。常称为第一代材料。 功能材料是指具有一种或几种特定功能的材料， 如磁性材料、光学材料、超导材料、压电材料等，它 具有优良的物理、化学和生物功能，在物件中起着 “功能”作用。被称为第二代材料。功能材料是当前 材料学科中一个最活跃的前沿学科。
五、现代功能陶瓷的定义和分类
1.定义：功能陶瓷是指那些利用电、磁、声、 光、热、力等直接效应及其耦合效应所提供的 一种或多种性质来实现某种使用功能的先进陶 瓷。 2.特点:品种多、产量大、价格低应用广、功能 全、技术高、更新快。 3.与传统陶瓷相比，具有以下差异：
1）在原料上，主要是利用化工、电子级原料，甚至是 高纯物，而不是天然产物；
三、功能材料的现状和展望
展望21世纪，功能材料的发展趋势为： 1）开发高技术所需的新型功能材料，特别是尖端 领域（航空航天、分子电子学、新能源、海洋技 术和生命科学等）所需和在极端条件下（超高温、 超高压、超低温、强腐蚀、高真空、强辐射等） 工作的高性能功能材料。 2）功能材料的功能从单功能向多功能和复合或综 合功能发展，从低级功能向高级功能发展。
2）在制备工艺上，采用新的工艺技术，如：成型上有 等静压、离心注浆、流延等，烧结上有热压、气氛、 微波、快速烧结等； 3）陶瓷科学理论上，已发展成在一定程度上可根据实 际要求进行特定的材料设计； 4）通过对陶瓷显微结构的分析，精确地了解陶瓷材料 的结构及其组成，从而可人为控制工艺---显微结构--性能的关系； 5）功能陶瓷材料性能的研究使新的性能不断出现和优 化，大大开拓了它的应用范围； 6）功能陶瓷材料无损评价技术的发展，加强功能陶瓷 材料使用上的可靠性。
三、功能材料的现状和展望