01 功能材料概述

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（三）、新型无机非金属材料

新生活· 功能材料



半导体材料：20世纪40年代发展起 来的重要信息材料，通过近几十年 来的研究工作，半导体材料种类不 断更新，应用领域不断扩展，成为 信息技术发展的基础。 锗材料不需要加热、功耗低、可靠 性高、转换速度快、功能多样和体 积小，取代电子管 硅材料机械强度高、结晶性强、在 自然中储量丰富、成本低，并且可 以拉制出大尺寸的完整单晶，使之 成为目前电子信息工业领域的主要 半导体材料 砷化镓由于电子运动速度快、电子 激发后释放能量以发光形式进行等 第一台晶体管收音机 特点，很可能成为继硅之后第二种 仅包含4只锗晶体管 最重要的半导体电子材料，制成的 晶体管可以制造出速度更快、功能 更强的计算机（10倍）
功能材料
新型无机非金属材料 工业陶瓷、光导纤维 半导体材料
复合材料
光电子材料
纳米材料
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（一）、新型金属材料

非晶态金属：又称为“金属玻 璃” ，由沸腾的钢液经每秒 100万度的速度冷却而成,其内 在结构发生了质变，原子从有 序排列变成了无序排列,具有 极优异的物理磁性能、化学耐 腐蚀性能和力学耐磨性能,传 统的车钳铣刨和强酸溶液对它 们无可奈何,可以在通信、交 通、电子、家电、防盗等很多 领域大显身手。
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（二）、高分子合成材料

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合成塑料：聚乙烯、聚苯乙烯、聚 氯乙烯、聚丙烯四大品种是日常生 活中最常见的塑料材料，全球总产 量在1亿吨左右。 透光性好的有机玻璃（亚克力,Acrylic） “塑料王”的耐腐蚀塑料聚四氟乙 烯 作为工程塑料的聚碳酸脂、聚甲醛、 聚酰亚胺和常用做泡沫塑料的聚胺 脂等
陶瓷零件
新型陶瓷制成的人造骨等
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（三）、新型无机非金属材料



玻璃材料：改变了传统玻璃材料 易碎、易传热的特性，研制出具 有“特异功能”的新品种，如玻 璃钢、记忆玻璃、化学敏感性玻 璃、超韧性增强玻璃、激光玻璃、 防弹玻璃、防辐射玻璃等。 防弹玻璃 防辐射高铅玻璃 光导纤维：纯度极高的玻璃纤维 制成使现代通信技术发生了革命 性的转变，并且在医疗、遥感、 遥测等领域也得到越来越广泛的 应用。 光纤通信具有传输距离远、保密 性好、抗干扰等优点，一条电缆 由光导纤维构成的光缆 光导纤维工艺品 就可以传输几百万路电话；可传 输高强度的激光 ；制作光纤传 感器



结构复合材料作为承力结构使用 的材料，它由能承受载荷的增强 体与能连接增强体成为整体材料 同时又起传递力作用的基体构成； 可以根据材料在使用中受力的要 求进行选材设计及复合结构设计 增强体包括各种玻璃、陶瓷、碳 素、高聚物、金属、天然纤维、 织物、晶体等；基体包括高聚体 （树脂）基、金属基、陶瓷基、 碳基等 树脂基复合材料用于建筑、造船、 车辆、化工容器、生活用品等 金属基复合材料是宇航、航空技 术的理想材料
金属材料：钢铁、有色金属、合金
材 料
有机高分子材料：合成纤维、合成塑料、合成橡 胶、涂料、粘合剂 无机非金属材料：（见下页） 复合材料：树脂基复合材料、金属基复合材料、 陶瓷基复合材料、碳-碳复合材料
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新生活· 功能材料
无机非金属材料是各种非金属无机物固体材料的统称。
包括传统的硅酸盐材料（玻璃、陶瓷、耐火材料和水泥 等），也包括一系列不含硅的氧化物、氮化物、非晶态 薄膜、碳硼纤维等无机新型结构和功能材料。
先导，关系到国民经济、社会发展和国家安全，是国家综 合实力的重要标志。
人类进入新世纪后，对材料提出了更高要求。功能材料
的研发是我国高科技研究发展的七个重要领域之一。
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五、功能材料及其特点
功能材料指新近发展或已在发展中具有比传
统材料更为优异性能的一类材料
特点：知识与技术密集度高；与新工艺和新
（四）、复合材料

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现代科技的发展，对材料的性能提出高标准、多样化，甚 至是相互矛盾的要求，因此，任何一种单一的材料都难以 满足上述需要，于是各种高性能的复合材料便应运而生。 复合材料是由基体材料和增强材料两部分组成，根据基体 材料和增强材料的特点，复合材料可分为结构复合材料和 功能复合材料两大类 复合材料在高度轻量化直升机上的用量已达结构重量的 70%-80%，在先进战斗机上的用量大约是结构重量的30%40%。
所谓结构材料和功能材料是按使用性能划分的：
结构材料——主要用于产品或工程的结构部件，着重 于材料强度、韧性等力学性质的材料； 功能材料——利用材料所具有的电、磁、光、声、热 等特性和效应以实现某种功能的材料。
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三、材料是人类文明发展的里程碑
材料是人类赖以生存和发展的重要物质基础
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新生活· 功能材料
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新生活· 功能材料
一、什么是材料
二、材料的分类 三、材料是人类文明发展的里程碑 四、材料在国民经济中的地位 五、什么是功能材料
六、功能材料的类型及应用
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一、什么是材料？
材料是有一定配比的若干相互作用的元素组
歼-11机体制造中使用大量钛合金材 料
镍钛记忆合金“花瓣”在 相应的温度下慢慢绽放
形状记忆合金在太空自然恢复原状
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（一）、新型金属材料


超导金属材料：在特定条件下， 电阻完全消失，产生超导电性 的材料。具有零电阻、完全抗 磁性和载流能力强三个基本特 征。 超导技术的应用：制造磁性极 强的超导磁铁，用于磁约束核 聚变反应、大容量储能设备、 高能加速器、超导发电机、电 力工业输电和交通运输工具等。 如美国实现超导输电，每年可 以节省100亿美元的电力；制造 超高速计算机和高灵敏度的探 测设备、通信设备、航天系统 等。如1989年日本研制出世界 第一台超导电子计算机，其全 部采用约瑟夫森超导器件，运 算速度达每秒 10亿次，功耗 6.2毫瓦，仅为常规电子计算机 功耗的千分之一
超导磁悬浮列车原理
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（二）、高分子合成材料

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高分子是由碳、氢、氧、氮、硅、硫等元素组 成的分子量足够高的有机化合物。常用高分子 材料的分子量在几百至几百万之间，有的可高 达上千万。 高分子材料主要包括塑料、纤维、橡胶、薄膜、 胶粘剂和涂料等，其中合成塑料、合成纤维、 合成橡胶被称为现代高分子三大合成材料。 高分子材料特点：重量轻、高弹性、强度低、 韧性好、粘弹性、耐摩性、绝缘性好，低导热 性、耐热性、耐蚀性好、易老化
涤纶
莫代尔
芳纶
晴纶
高分子人造血管
合成革
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复合纤维棉内 胆
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（二）、高分子合成材料



合成橡胶 ：将天然乳胶经过 硫化处理变成能成型、富有弹 力的材料，填补天然橡胶的不 足；发展极快 。 顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡 胶等发展前途看好 硅橡胶、氟橡胶能在零下50度 不变形，又可耐250度高温， 用于制造火箭、导弹、飞机的 某些零件。
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（二）、高分子合成材料





合成纤维：涤纶、锦纶、晴纶、 维纶、丙纶、氯纶等“六大纶” 可做宇航服、耐超热超冷的芳 纶1313；可做飞机机翼、高强 缆索的芳纶1414；可耐400℃高 温和负273℃超低温的聚酰亚胺 纤维； 可做人造血管、软骨等人体器 件的氟纶纤维； 可做新式伪装服的多色纤维； 可做合成纸、合成革、高效除 尘器的高缩纤维、复合纤维、 有色纤维、网络丝、完全变形 纱、吸湿纤维和离子交换纤维 等。
技术关系密切；更新换代快；品种式样变化多
多学科相互交叉和渗透的结果，合成、制造
与许多极端条件技术相关；表现出综合性和复 杂性；表征和评价技术须采用多种基于最新科 学技术成就的精密仪器和装臵来进行。
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六、功能材料的类型
新型金属材料 合金、稀有金属
高分子合成材料 合成橡胶、塑料 化学纤维
国产重点型号战机将用复合材料水平尾翼
复合材料井盖
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F117隐形战斗机用碳纤维增强复合 材料做成骨架和外面蒙皮，没有金 属表面，也无金属铆钉反射雷达波
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“发现号”航天飞机腹部的绝热瓦
“发现号”航天飞机
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（四）、复合材料

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耐 高 温 陶 瓷 刀 具
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耐酸陶瓷风机
适用于输送或抽吸各种腐蚀性气体
高温结构陶瓷零部件
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陶 瓷 装 甲 车
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氧化铝陶瓷
氮化铝陶瓷
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多孔陶瓷
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1957年河南陕县出土铁剑，春秋早期
公元前1200年左右，人类进入了铁器时代
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四、材料在国民经济中的地位
当今世界经济的腾飞和高科技的崛起是以信息科学、生
命科学和材料科学为三大支柱。新型材料、生物工程和信
息产业被作为产业革命的重要标志。
材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是工业革命的
成、具有一定结构层次和确定性能，并能用 于制造物品、器件、构件、机器或其他产品 的物质。