0金属功能材料-绪论
金属功能材料
液相急冷法是一种制备金属功能材料的方法， 通过将熔融的金属迅速冷却，制备出具有所需 性能和结构的金属功能材料。
液相急冷法可以通过控制冷却速度和冷却方式， 实现材料的优化设计和制造，提高材料的性能和 可靠性。
03 金属功能材料的性能优化
合金化
总结词
合金化是金属功能材料性能优化的重要手段之一，通过添加合金元素，可以改变材料的物理、化学和机械性能。
01
03
熔炼法具有生产效率高、成本低、可加工大尺寸和复 杂形状等特点，是制备金属功能材料的重要手段之一。
04
熔炼法可以通过控制熔炼温度、熔炼时间和冷却速度 等参数，实现材料的优化设计和制造，提高材料的性 能和可靠性。
化学沉积法
化学沉积法是一种制备金属功 能材料的方法，通过化学反应 将金属离子还原成金属原子， 并在基材表面沉积形成金属功
金属功能材料
目录
CONTENTS
• 金属功能材料概述 • 金属功能材料的制备技术 • 金属功能材料的性能优化 • 金属功能材料的典型应用 • 金属功能材料的环境影响与可持续发展 • 金属功能材料的研究前沿与展望
01 金属功能材料概述
定义与分类
定义
金属功能材料是指具有特定物理或化 学功能的材料，这些功能包括但不限 于磁性、导电性、超导性、热敏性、 光敏性和催化性等。
性能、物理性能和化学性能的复合材料。
低成本化
总结词
低成本化是金属功能材料的另一个重要发展方向，旨在 通过降低生产成本、提高资源利用率等方式，降低金属 功能材料的应用成本。
详细描述
金属功能材料的生产成本较高，限制了其在一些领域的 应用。为了扩大金属功能材料的应用范围，研究者们致 力于降低其生产成本。例如，通过优化制备工艺、开发 低成本原料、提高资源利用率等方式，可以降低金属功 能材料的生产成本。此外，通过回收再利用废旧金属材 料，也可以降低金属功能材料的成本。
金属功能材料-绪论
《功能材料学概论》
1995
四、关于本课程
绪论
4、徐婉棠 吴英凯编著 《固体物理学》 北京师范大学出版社 1990 5、程守洙 江之水编著 教育出版社 2001 《普通物理》
2、材料的分类 按性质和实际应用
绪论
能承受外加载荷而保持其形状和结 构稳定的材料，它具有优良的力学 性能（如我们学过的强度、刚度、 韧性、耐磨性、硬度、疲劳强度 等），在物件中起着“力能”的作 用。
结构材料
（structural materials)
材料
功能材料
(functional materials)
绪论
功能材料简介 金属功能材料的发展 关于本课程
一、功能材料简介 1、材料的地位
石器时代
绪论
人类进化与文明的标志
青铜时代
信息时代
铁器时代
一、功能材料简介 材料是现代文明的基石
现代文明
生物技术
绪论
材料与能源、信息 并列为现代科学技 术的三大支柱
信息技术
能源技术 材料科学与工程
一、功能材料简介
（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器件形式为最终产品， 集材料元件一体化。
一、功能材料简介
绪论
（4）功能材料是。
（5）功能材料的制备技术不同于结构材料的传统 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、密集化、智能化以及精细控制和检测技术。
（3）加强基础，拓宽专业知识面，适应知识经济的发展 和科技术中各学科的融合穿插，增强对市场经济的适应 性。
四、关于本课程
3、参考书目
1、王正品 张路 要玉宏 化学工业出版社 2004
金属功能材料
金属功能材料
金属功能材料是一类具有特殊功能和性能的金属材料，广泛应用于各个领域。
它们不仅具有传统金属材料的优良性能，如强度高、导电性好等特点，还具有特殊的功能，如磁性、光学性能、导热性能等。
金属功能材料在现代工业、电子、航空航天等领域发挥着重要作用。
首先，金属功能材料的磁性能使其在电子领域得到广泛应用。
铁、镍、钴等金
属材料具有良好的磁性能，可以用于制造电磁铁、磁盘等电子产品。
此外，金属功能材料还可以用于制造磁性材料，如软磁材料、硬磁材料等，用于制造变压器、电感器等电子元器件，为电子产品提供了重要的材料基础。
其次，金属功能材料的光学性能也是其重要特点之一。
金属材料在光学方面具
有独特的性能，如金属玻璃、金属薄膜等材料可以用于制造反射镜、透镜等光学元件，广泛应用于激光器、光学仪器等光学设备中。
金属功能材料的光学性能为光学领域的发展提供了重要的支持。
另外，金属功能材料的导热性能也是其重要特点之一。
铜、铝等金属材料具有
良好的导热性能，可以用于制造散热器、导热片等散热元件，广泛应用于电子产品、汽车发动机等领域。
金属功能材料的导热性能为现代工业的发展提供了重要的支持。
总的来说，金属功能材料具有独特的功能和性能，广泛应用于电子、光学、工
业等各个领域。
随着科学技术的不断发展，金属功能材料的应用范围将会进一步扩大，为人类社会的发展进步提供更多的支持和保障。
相信在不久的将来，金属功能材料将会发挥更加重要的作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
金属功能材料课程教学大纲
金属功能材料课程教学大纲课程名称：金属功能材料课程编号：16118642学时/学分：40/2.5开课学期：6适用专业：材料科学与工程课程类型：专业方向选修课一、课程说明本课程是材料科学与工程专业的一门专业方向选修课，主要面对金属及功能材料方向。
本课程将系统介绍各种金属功能材料的基础理论、工艺原理和制造技术，并介绍各种材料的功能、应用范围及其发展现状与前景。
主要内容包括：贮氢合金、梯度功能材料、超导材料、纳米材料、非晶态材料、磁性材料、智能材料和薄膜材料等。
目的在于让学生使对各种金属功能材料有一个全面的了解，并能够接触一些材料科学的前沿领域和新的发展，掌握各种金属功能材料的基础知识、概念和工艺原理，为从事相关专业技术工作打下良好的基础，以提高学生参加生产实际工作的能力。
二、课程对毕业要求的支撑毕业要求1工程知识：具有数学、自然科学、工程基础和材料专业知识，并能够将其应用于解决本专业的复杂工程问题。
指标点1.5：掌握材料制备、生产、应用的基本原理和相关知识，并结合数学、自然科学、工程基础知识，用于解决本专业的复杂工程问题。
三、课程的教学目标1.掌握金属功能材料方面的基础知识、概念和工艺原理；2.了解各种功能材料的发展现状与前景；3.了解材料科学的前沿领域和新的发展。
三、课程基本内容和学时安排第一章绪论（2课时）知识点：功能材料发展、概念与分类，功能设计的原理和方法，功能材料的现状与展望；重点：功能材料的概念与分类；难点：功能设计的原理和方法。
第二章超导材料（5课时）知识点：超导现象及超导现象的发现，超导材料的基本性质，超导体的临界参数、两类超导体，超导材料的分类及性能，超导材料的应用；重点：超导材料的基本性质，超导体的临界参数、两类超导体，超导材料的分类及性能；难点：超导材料的基本性质，超导体的临界参数、两类超导体。
第三章贮氢合金（5课时）知识点：金属贮氢原理及优势，影响贮氢合金吸贮能力的主要因素，金属贮氢材料应具备的条件，贮氢合金分类及开发现状，金属贮氢材料的应用；重点：金属贮氢原理，金属贮氢材料应具备的条件，贮氢合金的分类；难点：金属贮氢原理。
金属材料学教学大纲-金属专业
金属材料学AScience of Metal Materials课程编号：07310410学分：3学时： 45 （其中：讲课学时：41 实验学时：4 上机学时：0 ）先修课程：金属学、金属组织控制原理、金属材料强韧化、材料力学性能适用专业：金属材料工程。
教材：《金属材料学》，戴起勋主编，化学工业出版社，2012 年9月第2版开课学院：材料科学与工程学院一、课程的性质与任务：《金属材料学》是一门综合性应用性较强的专业主干课，是金属材料工程专业的核心课程。
在金属学、金属组织控制原理及工艺和力学性能等课程的基础上，系统介绍金属材料合金化的一般规律及金属材料的成分、工艺、组织、性能及应用的关系。
通过课堂讲授、实验等教学环节，使学生系统掌握有关金属材料学方面的知识，培养学生研究开发和合理应用金属材料的初步能力。
二、课程的基本内容及要求绪论（金属材料的过去、现在和将来）：1．教学内容（1）金属材料发展简史（2）现代金属材料（3）金属材料的可持续发展与趋势2．基本要求了解金属材料在国民经济中的地位与作用、金属材料的发展概况和本课程的性质、地位和任务。
第一章钢的合金化原理1．教学内容（1）钢中的合金元素：合金元素和铁基二元相图；合金元素对Fe-C相图的影响；合金钢中的相组成；合金元素在钢中的分布；（2）合金钢中的相变：合金钢加热奥氏体化，合金过冷奥氏体分解；合金钢回火转变；（3）金元素对强度、韧度的影响及其强韧化；（4）合金元素对钢工艺性能的影响；（5）微量元素在钢中的作用（6）金属材料的环境协调性设计基本概念；（7）钢的分类、编号方法。
2．基本要求（1）掌握钢中合金元素与铁和碳的作用；铁基固溶体、碳（氮）化合物的形成规律；合金元素在钢中的分布；合金元素对铁-碳状态图的影响（2）了解钢的分类、编号方法（3）掌握合金元素对合金钢工艺过程的影响（4）掌握合金元素对合金钢力学性能的影响规律（5）理解微量元素在钢中的作用（6）了解材料的环境协调性设计基本概念第二章工程构件用钢1.教学内容（1）工程构件用钢的服役条件及性能要求（2）普通碳素工程构件用钢、低合金（含微合金化）钢的合金化原则和有关的低合金钢，双相钢（3）提高高低碳工程构件用钢性能的途径：控轧、控冷、合金化等，了解工程构件用钢的发展趋势2.基本要求（1）了解工程构件用钢的服役条件及性能要求（2）掌握普通碳素工程构件用钢、低合金（含微合金化）钢的合金化原则和有关的低合金钢，双相钢（3）理解提高高低碳工程构件用钢性能的途径：控轧、控冷、合金化等，了解工程构件用钢的发展趋势第三章机器零用钢1．教学内容（1）机器零件用钢一般性能要求（2）机器零件用钢：调质钢、弹簧钢、低碳马氏体钢、轴承钢、高锰耐磨钢、渗碳钢、氮化钢、非调质钢等合金化原则和性能及其典型钢种（3）（超高强度钢简介）（4）理解典型机器零件用钢的选材思路和发展2．基本要求（1）掌握机器零件用钢一般服役条件及性能要求（2）掌握常用机器零件用钢的合金化原则和性能及其典型钢种（3）了解超强度钢（4）理解典型机器零件用钢的选材思路和发展第四章工具用钢1．教学内容（1）工具用钢的合金化、组织性能的特点及分类（2）低合金刃具钢的合金化，热处理特点，典型钢种。
《功能材料概论》课件
固相反应法通常涉及将固体原料混合 、研磨并在高温或高压下进行反应。 该方法具有操作简单、设备成本低等 优点，但反应时间较长，且不易控制 产物成分和纯度。
化学气相沉积法
总结词
化学气相沉积法是一种利用气态化学反应在固体表面沉积功能材料的方法。
详细描述
化学气相沉积法通过将气态反应剂引入反应室，在基体表面发生化学反应并形 成固态沉积物。该方法可制备出高纯度、高致密度的功能材料，但设备成本较 高，且工艺参数较难控制。
固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池是一种高温燃料电池，其工作原理 是利用氢气、天然气或生物质等燃料和氧气反应产生电 能。固体氧化物燃料电池具有高效率和低污染等优点。
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《功能材料概论》课件
目录
• 功能材料的分类与特性 • 功能材料的制备技术 • 功能材料的性能与应用 • 功能材料的未来发展与挑战 • 案例分析：功能材料在新能源领域的应用
01 功能材料的分类与特性
金属ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能材料
金属功能材料是指具有特殊物理或化 学性能的金属材料，如导电性、超导 性、磁性、热敏性等。
磁学性能与应用
总结词
功能材料的磁学性能是指其在磁场作用下的性质和行为，包括磁导率、磁化强度、磁致伸缩等。
详细描述
磁导率是指材料对磁场的导磁能力，磁化强度是指材料在磁场作用下的磁化程度，磁致伸缩是指材料 在磁场作用下尺寸发生变化的性质。这些磁学性能在磁记录、磁流体、磁悬浮等领域有着广泛的应用 ，如硬盘、磁带、磁传感器等。
功能材料的环境友好性
总结词
随着环保意识的日益增强，功能材料的环境友好性成 为研究重点，通过降低材料的环境负荷，实现可持续 发展。
金属功能材料
金属功能材料
金属功能材料是一种具有特殊功能的金属材料，它不仅具有传统金属材料的优
良性能，还具有一定的功能特性，能够在特定环境或条件下发挥特殊的功能作用。
金属功能材料在现代工业生产和科学研究中具有广泛的应用，其种类繁多，功能各异，为人类社会的发展做出了重要贡献。
首先，金属功能材料可以根据其功能特性分为多种类型，如形状记忆合金、磁
性材料、光学材料、导电材料等。
形状记忆合金是一种具有记忆形状功能的金属材料，可以在外力作用下发生形状变化，并在去除外力后恢复原状。
磁性材料具有磁性，可以用于制造电磁设备和磁性存储器件。
光学材料具有特殊的光学性能，可用于制造光学器件和光学仪器。
导电材料具有良好的导电性能，可用于制造导线、电路板等。
其次，金属功能材料具有广泛的应用领域。
形状记忆合金可以用于医疗器械、
航空航天、汽车制造等领域。
磁性材料可以用于制造电机、变压器、传感器等电磁设备。
光学材料可以用于制造光学镜片、激光器件、光纤通信等光学器件。
导电材料可以用于制造电线、电缆、电子元器件等。
此外，金属功能材料的研发和应用对于推动科技创新和产业发展具有重要意义。
通过对金属功能材料的研究，可以不断开发出具有新功能、新特性的金属材料，满足不同领域的需求。
金属功能材料的应用也促进了相关领域的技术进步和产业升级，推动了经济的发展和社会的进步。
总的来说，金属功能材料作为一种具有特殊功能的金属材料，在现代社会具有
重要的地位和作用。
随着科学技术的不断进步和发展，金属功能材料必将在更广泛的领域得到应用，为人类社会的发展做出新的贡献。
金属材料学绪论
1.2 钢的合金化
1、形成铁基固溶体 1）置换固溶体
1.2 钢的合金化
合金元素的固溶规律， 即Hume-Rothery规律
决定组元在置换固溶体中的溶解度因素 是点阵结构、原子半径和电子因素，无限 固溶必须使这些因素相同或相似。
1.2 钢的合金化
1.2 钢的合金化
结 论
2）间隙固溶体
1.2 钢的合金化
1.3 合金元素对钢的相变影响
4、对奥氏体晶粒长大的影响 1）Ti、Nb、V↓↓，W、Mo↓晶粒长大； 由于形成的碳化物或氮化物稳定性高，高温时不溶解，可
钉扎晶界；若溶解于奥氏体中，则会↑Fe原子间的结合力， ↓Fe的自扩散系数，↓奥氏体晶粒长大。
2）C、N、B↑晶粒长大； 由于它们溶于奥氏体后会↓铁原子的自扩散激活能。
A形成元素Ni、Mn等使γ-Fe区扩大→钢在室温下也 为奥氏体——奥氏体钢；
F形成元素Cr、Si等使γ-Fe区缩小→钢在室温下也 为铁素体——铁素体钢。
1.1 合金元素对铁碳相图的影响
a) Cr对相区的影响
b) Mn对相区的影响
1.2 钢的合金化
一、合金元素在钢中的存在形式
1．形成铁基固溶体 2．形成合金渗碳体（碳化物）与氮化物 3．形成金属间化合物 4．形成非金属相（非碳化合物）及非晶体相 5. 自由态
原因：形成了一部分不溶于奥氏体中的特殊碳化物，固定了钢 中一部分碳，使奥氏体碳含量下降，必须再增加一部分碳才能发 生共析转变。
1.1 合金元素对铁碳相图的影响
四、对A1、A3温度的影响
A形成元素Ni、Mn等使A1（A3）线向下移动； F形成元素Cr、Si等使A1（A3）线向上移动。
五、对γ-Fe相区的影响
金属材料学
第九章 金属功能材料
马氏体逆转 变需要很大 的热量
加热过程中马 氏体将首先发 生分解，难以 直接逆转变回 母相
马 氏 体 相 变
非 热 弹 性
马氏体转变 只需要很小 的过冷度 马氏体逆转变 不需要过热， 由弹性能驱动
随马氏体形成，弹 性应变能增加，缺 陷少，界面可动 加热的过程中马 氏体直接逆转变 回母相
热 体弹 相性 变马 氏
1.磁性起源 磁性起源于电子运动。电子的轨道运动和自 旋运动使其具有轨道磁距和自旋磁距。 原子磁距就是所有电子轨道磁距和自旋磁距 合成的结果。 物质的宏观磁化强度就是单位物质中所有原 子磁距之和。
2.强磁性的必要条件 存在未填满的亚电子层。 磁性主要来源自3d亚电子层的磁距；稀土 元素中未填满的4f亚电子层的磁距也有重要 贡献。 不为零的原子磁距要平行排列起来，即自 发磁化。
1952年，发现了临界温度为17K的硅化钒， 不久又发现了临界温度为18K 的铌锡合金。 1960年，昆兹勒发现了铌锡合金在 8.8万 高斯磁场中仍具有超导性。 1973年，发现了铌锗合金，其临界温度可 达 23.2K。 1986年，IBM公司瑞士实验室的研究人员 米勒和贝德诺尔茨发现了临界温度为35K的 锎钡铜氧化物陶瓷超导材料，这一温度比 1973 年的记录又提高了 12K。
3.主要的几类记忆合金及性能
（1） Ti-Ni基形状记忆合金 基本特点：记忆效应优良、性能稳定、生物 相容性好。但制造过程较复杂、价格高昂 基本相： TiNi相 B2(CsCl结构)晶体结构的母相 棱面体点阵结构的R相 T两种相变过程： 母相 马氏体
Cu-Al-Ni合金的超弹性应力应变曲线
对于Cu-34.1Zn-1.8Sn（at%）合金：
• 在不施加外力时，合金的 Ms点为275 K， 低于环境温度，不发生马氏体相变。 • 施加外力，Ms升高，应力达到80MPa时Ms 升高至约330 K，达到环境温度，马氏体开 始形成。 • 应力继续增加，Ms高于环境温度的幅度更 大，马氏体转变的量随之增加，即马氏体 由应力诱发而形成。
有色金属材料及功能材料讲义解读
2.2非铁金属材料2.2.1铜及铜合金（1）概述铜是人类最早使用的金属，自然界有自然铜存在。
公元前17世纪，我国黄河上游齐家文化时期，人们就懂得冷锻和铸造红铜技术。
铜及铜合金作为工程材料，由于其高导电率和导热率，易于成型及某些条件下有良好的耐蚀性，至今仍然被广泛应用。
1) 工业纯铜工业纯铜的牌号用汉语拼音“Tong”(铜)的第一个字母T加上序号数字表示，如T1, T2, T3等，数字增加表示纯度降低。
工业纯铜的氧含量低于0.01%的称为无氧铜，无氧铜用“铜”和“无”二字的汉语拼音字头“T”和“U”加上序号表示，如TU1、TU2。
用磷和锰脱氧的无氧铜，在TU后面加脱氧剂化学元素符号表示，如TUP、TU Mn。
2) 铜合金分类工业中广泛应用的铜合金分为黄铜，白铜、青铜三大类。
黄铜又分为简单黄铜和复杂黄铜二种。
简单黄铜为Cu-Zn二元合金，以“H”表示，H后面的数字表示合金的平均含铜量，如H 70表示含铜量为70%，其余为锌。
复杂黄铜是在Cu-Zn合金中加入少量铅、锡、铝、锰等，组成三元、四元，甚至五元的合金。
第三组元为铅的称铅黄铜，为铝的称铝黄铜，如HSn70-1表示含70%Cu, 1 %Sn，余为锌的锡黄铜(三元复杂黄铜)；四元、五元合金则以第三种含量最多的元素称呼，例如：HMn57-3-1表示含57%Cu, 3%Mn, 1%Al，余为锌的锰黄铜(四元复杂黄铜)，HAl 66-6-3-2表示含66%Cu, 6 %A1, 3 %Fe, 2%Mn,余为锌的铝黄铜(五元复杂黄铜)。
白铜——是指铜为基，镍为主要合金元素的铜合金。
以“B”表示，例如B10表示含Ni量10%，其余为铜；B30为30%Ni，余为铜的铜镍合金。
青铜——是指除黄铜(以为Zn主要合金元素)和白铜(以Ni为主要合金元素)之外的铜合金。
青铜按主添元素(如Sn、Al, Be等)分别命名为锡青铜、铝青铜、铍青铜，并以“Q”加上主添元素化学符号及百分含量表示，如QSn6.5-0.1表示含Sn6.5%，含P0.1%，余为铜的锡磷青铜。
金属材料学绪论课件
循环材料产业：适应时代需要，把生态环境意
识贯穿于产品和生产工艺的设计之中，提高材料利 用率、降低生产和使用过程中环境的负担。发展形 成资源—材料—环境良性循环的产业。
合金发展的主流方向是少合金化与通用合金， 形成绿色/生态材料体系，有利于材料的回收与再 生利用。要研究开发与人民生活密切相关的绿色材 料以及环境友好材料。
金属材料学绪论
金属材料学绪论
4、第四阶段——微观理论的深入研究 微观理论的深入研究：
原子扩散及其本质的研究；钢TTT曲线测定； 贝氏体、马氏体转变理论形成了比较完整的理论。
位错理论建立：
电子显微镜的发明 →看到了钢中第二相沉淀析出，位错 滑移，发现了不全位错、层错、位错墙、亚结构、Cottrell 气团等现象 → 位错理论。
新科学仪器不断发明：
电子探针，场离子发射显微镜和场电子发射显微镜、扫 描透射电镜（STEM）、扫描隧道显微镜（STM）、原子 力显微镜（AFM）等 .
金属材料学绪论
0.2 现代金属材料
先进结构材料的研究与开发是永恒的主题。
开发高性能结构材料：高比强度、耐高温、耐腐蚀、耐磨 损→降低机械重量、提高性能、延长使用寿命的关键。 复合材料→结构材料，广泛应用，如铝基复合材料。开 发各种系列用途的低温奥氏体钢。
这是Fe3C。 1861年：俄契尔诺夫提出了钢的临界转变温度的概念。 19世纪末：马氏体研究已成为时髦，Gibbs得到了相律，
Robert-Austen发现了奥氏体固溶特性，Roozeboom建 立了Fe-Fe3C系的平衡图。
金属材料学绪论
钢的组织命名：
Austenite→英金属学家Austen； Bainite→美科学家Bain； Sorbite→英科学家Sorby； Martensite→德科学家Marten； Troostite→法化学家Troost； Ledeburite→德学者Ledebur
《金属功能材料》课程教学大纲
《金属功能材料》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：金属功能材英文名称：Metallic Functional Materials二、课程代码及性质专业选修课程三、学时与学分总学时：32学分：2四、先修课程《材料科学基础》、《磁性材料与器件》五、授课对象本课程面向功能材料专业学生开设六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）【注：教学目的要突出各项“能力”，且与表1中的某项指标点相对应】本课程是功能材料专业的选修课之一，其教学目的包括：1、掌握金属功能材料的基本原理与理论，，掌握典型功能材料的制备方法结构特点，培养能够科学设计、应用金属功能材料的综合实验的能力。
2、了解金属功能材料测试所需的常用设备和实验仪器，具备调控设备及仪器参数，进行测控和维护的能力。
3、了解金属功能材料的技术前沿、应用领域以及发展趋势，正确认识该技术领域在社会经济发展中所起的作用。
4、掌握文献检索、资料查询以及搜索工具的使用方法。
5、能够针对金属功能材料领域最新科研文献进行品阅、提问质疑、陈述发言、清晰表达。
七、教学重点与难点：课程重点：（1）功能材料种类繁多，本课程重点介绍针对几种典型的金属功能材料；（2）重点学习的章节内容包括：第2章“储氢合金”（6学时）、第4章“形状记忆合金”（6学时）、第5章“非晶态合金”（4学时）。
（3）在了解金属功能材料相关理论知识的基础上，重点学习各类金属功能材料的制备方法与原理、功能性能（如电化学性能、形状记忆）表征方法。
课程难点：（1）通过本课程的学习，充分理解几种常用金属功能材料的制备方法，从而系统掌握各种制备技术的主要特点、影响因素和适用范围。
（2）通过本课程的学习，能够清晰掌握各类金属功能材料的结构以及性能，并能从材料学角度对各类功能材料的优劣进行分析、改进，从而具备设计新型金属功能材料的能力。
八、教学方法与手段：教学方法：（1）在课堂讲授中，教师全面而又有所侧重地阐述各章节的主要教学内容。
功能材料学-金属功能材料篇
因此，作为贮氢材料的另一个重要条件 是要存在与合金相的金属成分一样的氢化物 相。
例如LaNi5H6相对于LaNi5，Mg2NiH4相 对于Mg2Ni那样。
36
总之，金属(合金)氢化物能否作为能 量贮存、转换材料取决于氢在金属(合金) 中吸收和释放的可逆反应是否可行。
37
氢在金属合金中的吸收和释放又取决 于金属合金和氢的相平衡关系。
下表是氢在各种金属中的溶解热H数据。
22
氢在各种金属中的溶解热H(kcal/mol)
23
可见IA-IVA族金属的氢的溶解热是负 (放热)的很大的值，称为吸收氢的元素；
VIA--VIII族金属显示出正(吸热)的值 或很小的负值，称为非吸收氢的元素；
VA族金属刚好显示出两者中间的数值。
24
2、金属氢化物的能量贮存、转换
28
2 n
M
(固)
H
2
(气,
p)
吸氢,放热 放氢,吸热
2 n
MHn
(固)
H
由上面的反应式可知，贮氢材料最佳特性 是在实际使用的温度、压力范围内，以实际使 用的速度，可逆地完成氢的贮藏释放。
29
实际使用的温度、压力范围是根据具体 情况而确定的。
一般是从常温到400℃，从常压到100atm 左右，特别是以具有常温常压附近的工作的 材料作为主要探讨的对象。
金属氢化物可以作为能量贮存、转换 材料，其原理是：
金属吸留氢形成金属氢化物，然后对 该金属氢化物加热，并把它放置在比其平 衡压低的氢压力环境中使其放出吸留的氢， 其反应式如下：
25
2 n
M
(固)
H
2
(气,
p)
吸氢,放热 放氢,吸热
金属功能材料-绪论18页PPT
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
金属功能材料-绪论
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
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二、金属功能材料
1、发展 三个阶段：
绪论
a)50年代中～70年代 传统的金属功能材料 精密合金
(1)软磁合金 （2）永磁合金 （3）弹性合金（4）膨胀合金 (5)热双金属（6）精密电阻
b)70～80年代 精密合金大市场， 新材料涌现
非晶态合金、稀土永磁、贮氢材料等
c)80年代末至今 新型金属功能材料迅速发展 非晶微晶材料、稀土永磁材料、纳米晶材料、贮氢合金和电池 等。而形状记忆合金、生物材料、磁记录（磁光、磁电阻、巨 磁电阻）材料、薄膜和多层膜材料、高温超导材料等取得大量 成果。
(2)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、仿生等）和核功能材料
(3)按凝聚态分类： 气态、液态、固态、液晶态和混合态功能材料
(4)按用途分类： 电子、航空、航天、兵工、建筑、医药、包装等材料
(5)按材料形态分类：
体积、膜，纤维和颗粒等功能材料
2、材料的分类
按性质和实际应用
绪论
材料
结构材料
能承受外加载荷而保持其形状和结
构稳定的材料，它具有优良的力学
（structural materials) 性能（如我们学过的强度、刚度、
韧性、耐磨性、硬度、疲劳强度
等），在物件中起着“力能”的作
用。
具有一种或几种特定功能的材料，
功能材料 它具有优良的物理、化学和生物或
三、金属功能材料
2、研究开发方向
绪论
（1）国际：
国际近期开发成功并投入应用的金属功能材料有： 非晶微晶合金、稀土永磁合金、隐身材料、储氢材料和 在电池中的应用、磁致伸缩材料以及形状记忆合金等
正大力研究开发的有： 薄膜材料、高温超导材料、超细粉末及阻尼减震合金等。
另外，电子信息方面的应用如集成电路芯片、计算机、 高清晰度电视机、通讯设备及磁光记录等用材均在飞 速发展中。
三、金属功能材料
绪论
（2）国内：
“七五”和“八五”期间 音响和彩电
“九五”期间 微电子、通讯、国民经济信息化工程等电子产 品
“十五”乃至2010年 高清晰电视、汽车电子、信息高速公路
此外，能源、环保、交通、医疗设备等领域
三、金属功能材料
绪论
四、关于本课程
1、主要内容
✓1 电性材料 ✓2 磁性材料 ✓3 超导材料 ✓4 贮氢材料 ✓5 形状记忆合金
四、关于本课程
绪论
4、徐婉棠 吴英凯编著 《固体物理学》 北京师范大学出版社 1990
5、程守洙 江之水编著 《普通物理》 教育出版社 2001
一、功能材料简介
2、功能材料的发展
绪论
功能材料概念是1965年由美国贝尔研究所 J.A.Morton博士提 出来的。20世纪60年代以来，各种现代技术如微电子、激光、 红外、光电、空间、能源、计算机、机器人、信息、生物和医 学等技术的兴起，强烈刺激了功能材料的发展。近20多年来， 功能材料成为材料科学和工程领域中最活跃的部分，每年以5％ 的速度增长。
（3）加强基础，拓宽专业知识面，适应知识经济的发展 和科技术中各学科的融合穿插，增强对市场经济的适应 性。
四、关于本课程
3、参考书目
绪论
1、王正品 张路 要玉宏 主编 《金属功能材料》 化学工业出版社 2004
2、马如璋 蒋民华 徐祖雄编著 《功能材料学概论》 冶金工业出版 社 1999
3、田莳编著 《功能材料》 北京航空航天大学出版社 1995
6 非晶态合金 7 薄膜功能材料 8 纳米材料
绪论
四、关于本课程
2、目的
绪论
（1）建立功能材料的概念，了解金属功能材料的功能 原理、特性、结构特点、化学组成和实际应用。
（2）试图通过对几种具有代表性功能材料的分析，对浩 瀚的功能材料有个相貌的了解，以便在将来研制新材料、 新工艺的过程中以及在新产品和新材料的选用上，思维 新颖、产品更具有竞争力。
绪论
❖功能材料简介 ❖金属功能材料的发展 ❖关于本课程
一、功能材料简介
绪论
1、材料的地位 人类进化与文明的标志
石器时代
青铜时代
信息时代
铁器时代
一、功能材料简介 材料是现代文明的基石
绪论
现代文明
生物技术
材料与能源、信息 并列为现代科学技 术的三大支柱
信息技术
能源技术 材料科学与工程
一、功能材料简介
(functional materials)
相互转化功能（例如我们物理中所 学的声、光、电、磁等物理性能），
在物件中起着“功能”的作用。
一、功能材料简介
绪论
1、功能材料的特征
（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，这是最本质的特征。
（2）功能材料的凝聚态和形态非常多样化，除了 晶态外，还有气态、液态、液晶态、非晶态、准 晶态、混合态和等离子体态等。除了三维体相材 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器件形式为最终产品， 集材料元件一体化。
一、功能材料简介
绪论Байду номын сангаас
（4）功能材料是利用现代化的技术，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、密集化、智能化以及精细控制和检测技术。
功能材料是新材料领域的核心，在全球新材料研究领域中，功 能材料约占 85 %。
功能材料是现代高技术的基础：信息技术、生物技术、能源技 术等高技术的发展离不开功能材料。
功能材料是国防建设的重要基础材料。
一、功能材料简介
绪论
3、功能材料的分类
(1)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