功能无机材料-3-未修改-(1)
无机功能材料的研究与应用
无机功能材料的研究与应用随着科学技术的不断进步和人们对新材料的需求不断提高，无机功能材料的研究和应用越来越受到人们的重视。
无机功能材料指的是可以通过物理、化学或生物方法制备的无机物质，具有某种特定的功能性质。
本文将从无机功能材料的定义、发展历程、研究领域和应用前景等方面进行探讨。
一、无机功能材料的定义无机功能材料，顾名思义，是指以无机物为主要原料利用化学、物理、生物等方法合成从而获得某些特定的功能性材料。
无机功能材料可以广泛应用于光电材料、电子材料、磁性材料、光学器件、生物医药、环境治理等多个领域中。
在实际应用中，无机功能材料有着以下的基本要求：首先，其结构应该稳定、纯净、无噪音和无毒害，材料的各项物理化学性质必须符合应用要求；其次，具有特殊的物理和化学性质，可以制备成对人类生产和生活产生巨大作用的各类新材料。
二、无机功能材料的发展历程无机功能材料的研究和发展始于20世纪50年代，当时人们对新材料的研究尚处于起步阶段，无机材料的应用领域也发展得比较狭窄。
但是随着科学技术的不断进步，人们对于新材料的研究逐渐深入，无机材料应用的领域也在不断扩大。
20世纪70年代，人们开始将研究重点转向无机功能材料，随着研究手段的不断丰富和实验方法的不断完善，无机功能材料研究和应用得到了长足的发展。
三、无机功能材料的研究领域无机功能材料的研究领域比较广泛，其主要包括以下几个方面：1、光电材料：压电材料、铁电材料等。
2、电子材料：高温超导体、硅基芯片等。
3、磁性材料：永磁材料、磁性纳米材料等。
4、光学器件：光栅反射镜、全息存储材料等。
5、生物医药：金属材料、纳米材料等。
6、环境治理：催化剂，高精度过滤材料等。
在研究无机功能材料时，人们通常会考虑材料的物理化学性质，如电学、光学、磁学、热学等性质，同时还会探究材料在应用中的通用性、稳定性、成本和安全性等方面的问题。
四、无机功能材料的应用前景无机功能材料拥有着广泛的应用前景。
功能材料相关知识点概括讲解
绪论1、功能材料指具有一种或几种特定功能的材料，具有优良的物理、化学和生物功能，在物件中起着“功能”的作用。
力学功能对应于宏观物体的机械运动，其他功能对应于微观物体的运动，习惯上不把结构材料包括在功能材料范畴内。
2、宏观运动和微观运动之间相互联系，在适当条件下可以互相转化。
因此，结构材料和功能材料有共同的科学基础，有时很难截然划分。
3、功能材料是指具有优良的物理、化学和生物或其相互转化的功能，用于非承载目的的材料。
4、功能材料按化学成分（化学键）分类，可分为金属、无机非金属、有机高分子和复合功能材料。
按物理性质分类，可分为物理（如光、电、磁、声、热和力学功能材料等）、化学、生物、核功能材料和特殊功能材料。
导电材料1、导电材料按导电机理可分为电子导电材料和离子导电材料两大类，电子导电材料的导电源于电子运动，电子导电材料包括导体、超导体和半导体。
离子导电材料的导电主要源于离子的运动。
2、超导体从正常态（电阻态）过渡到超导态（零电阻态）的转变称为正常-超导转变，转变时的温度Tc称为这种超导体的临界温度。
3、除温度外足够的磁场也能破坏超导态。
使超导态转变成正常态的最小磁场Hc（T）称为此温度下该超导体的临界磁场。
磁场的存在可以使临界温度降低，磁场越大，临界温度也越低。
4、超导体按迈斯纳效应可分为软超导体（第一类超导体）和硬超导体（第二类超导体），硬超导体在超导态和正常态之间有一种混合态存在。
5、半导体的电子结构跟绝缘体相近，只是半导体的禁带宽度要比绝缘体小，电子受热或光等能量容易被激发，同时产生空穴而形成传导。
6、半导体按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体。
元素半导体包括本征半导体和杂质半导体。
7、半导体按掺杂原子的价电子数可分为施主型(电子型或n型)和受主型(空穴型或P型)。
前者掺杂原子的价电子多于纯元素的价电子，后者正好相反。
8、半导体中价带上的电子借助于热、光、电、磁等方式激发到导带叫本征激发。
《无机功能材料》PPT课件
但是，由于TiO2本身禁带宽，产生的电子-穴 对不仅极易复合而且寿命较短，光响应范围较窄，
使光催化活性受到了一定的限制，且利用的光谱 范围受到一定的限制。影响TiO2光催化活性的因 素很多，例如TiO2粒子的晶型、粒径、表面形态 等，实验表明，锐钛型纳米TiO2较金红石型纳米 TiO2具有更高的催化效率。为了改善TiO2 光催化 活性，提高光催化效率，有关TiO2 微粒的制备方 法、掺杂金属离子、掺杂有机染料、催化剂载体、
❖1.2 光催化性
纳米TiO2是一种n型半导体材料，禁带宽度较 宽， ，当它吸收了波长小于或等于387.5nm的光 子后，价带中的电子就会被激发到导带，形成带 负电的高活性电子e-,在价带上产生带正电的空穴 h+。吸附在TiO2 表面的氧俘获电子形成·O2-空穴 则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成具有强 氧化性的·OH，反应生成的原子氧、氢氧自由基 都有很强的化学活性，氧化降解大多数有机污染 物。同时空穴本身也可夺取吸附在半导体表面的 有机物质中的电子，使原本不吸收光的物质被直 接氧化分解。
纳米TiO2 的制备
气相法
物理气相沉积法 、化学气相沉积 法
液相法
胶溶法 、溶胶-凝胶法 、 沉淀法 、微乳液法 、中和水解法
无机材料的功能化与性能优化
无机材料的功能化与性能优化无机材料是一类具有广泛应用前景的材料，其独特的性能使其在能源、环境、电子等领域中发挥着重要作用。
然而，由于无机材料本身的特性限制，其功能常常无法满足特定需求。
为了提高无机材料的性能和功能，功能化与性能优化成为了一个关键的研究方向。
本文将讨论无机材料的功能化与性能优化的方法和应用。
一、功能化方法功能化是指将无机材料赋予特定的功能，以满足特定领域的需求。
实现无机材料的功能化可以通过以下几种方法：1. 表面修饰法：通过在无机材料的表面引入特定的官能团，使其具有特定的化学活性或生物活性。
例如，通过在金属氧化物表面引入羟基、氨基等官能团，可以使其具有催化活性，用于催化反应。
2. 掺杂法：通过在无机材料的晶格中引入其他元素或化合物，改变其电子结构和晶体结构，从而调控其光学、电子等性能。
例如，将少量的稀土元素掺入ZnO材料中，可以显著提高其光电转化效率。
3. 复合法：将无机材料与其他材料进行复合，利用不同材料之间的相互作用，实现功能的协同效应。
例如，将无机纳米材料与有机高分子复合，可以制备出优异的光电器件。
二、性能优化方法性能优化是指通过改变无机材料的结构或制备工艺，提高其物理、化学和力学性能。
性能优化可以通过以下几种方法实现：1. 结构调控方法：通过控制无机材料的晶体结构、晶格参数等，调整其物理性质，提高其性能。
例如，通过改变无机材料的晶粒尺寸或形貌，可以提高其光学透过率或力学强度。
2. 合理设计方法：通过合理的材料设计和合成方法，实现无机材料的性能优化。
例如，通过控制金属氧化物材料的粒子大小和形状，可以提高其催化活性。
3. 制备工艺改进：通过改进材料的制备工艺，优化材料的结构和性能。
例如，在材料的烧结过程中采用控制温度和时间的方法，可以减小材料的晶粒尺寸，从而提高其力学性能。
三、应用领域功能化和性能优化后的无机材料在各个领域均有广泛应用。
1. 能源领域：通过掺杂和表面修饰等方法，可以将无机材料用于太阳能电池、燃料电池等能源转换和储存设备中，提高其能量转化效率和循环稳定性。
《无机功能材料》课件
5
化学镀膜法
利用化学反应在基材上生成无机功能 层的合成方法。
氢热法
利用氢气对金属或金属化合物进行还 原反应合成无机材料。
电化学沉积法
利用电势差和阳极氧化反应制备无机 材料的方法。
无机材料的应用及发展趋势
电子光学应用
无机材料在电子器件、光学器件中的广泛应用。
生物医药应用
无机材料在生物医学领域的应用及其潜力。
properties and applications. CRC Press. • Li, L., & Zhang, D. (2011). Formation and properties of thin
inorganic coatings. Springer Science & Business Media.
通过改变材料表面性质来实现特定功能的无 机材料。
氮化物材料
具有优异性能的无机材料，应用于LED、电 池等领域。
其他无机材料的分类
介绍其他种类的无机材料及其应用领域。
无机材料的合成程制备特定
结构的无机材料。
3
气相沉积法
4
通过气体的热化学反应在基材表面沉
积无机材料。
《无机功能材料》PPT课 件
本课件旨在介绍无机功能材料的概念、分类、合成方法以及应用和发展趋势。 提供详尽而有趣的内容，让您深入了解这一领域。
介绍无机功能材料
• 无机功能材料的概念 • 无机材料的优点和存在的问题
无机材料的分类
硅材料
具有广泛应用的无机材料，用于电子器件、 光学设备等领域。
表面改性材料
能源应用
无机材料在可再生能源技术方面的应用与发展。
社会发展趋势
无机材料在社会科技进步中的重要角色和未来发 展方向。
无机材料有哪些
无机材料有哪些
无机材料是指不包含有机化合物的材料，主要由原子或离子组成。
无机材料广泛应用于各个领域，包括电子、建筑、能源、医疗等。
以下是一些常见的无机材料。
1. 金属材料：金属材料是最常见的无机材料之一，具有良好的导电性和导热性。
常见的金属材料包括铁、铝、铜、锌等。
2. 陶瓷材料：陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性、高耐高温性等特点，被广泛应用于建筑、电子、航空等领域。
常见的陶瓷材料有瓷器、陶瓷砖、耐火材料等。
3. 玻璃材料：玻璃是一种非晶态无机材料，具有透明、硬度高、抗化学腐蚀等性质。
玻璃广泛应用于建筑、光学、器皿等领域。
4. 氧化物材料：氧化物材料是由金属和氧元素组成的化合物，具有良好的绝缘性和热稳定性。
常见的氧化物材料包括氧化铝、氧化锌、氧化钛等。
5. 碳化物材料：碳化物材料由碳和金属元素组成，具有高硬度和高熔点，广泛应用于切削工具、陶瓷材料等领域。
常见的碳化物材料有碳化硅、碳化钨等。
6. 能源材料：无机材料在能源领域具有重要的应用，包括光电材料、电池材料等。
光电材料包括硅等半导体材料，用于太阳能电池、光电显示等领域。
电池材料包括锂离子电池的正负极材料等。
7. 高分子材料：高分子材料是由重复单元组成的大分子化合物，虽然包含碳元素，但不属于有机材料。
例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，广泛用于塑料制品、合成纤维等领域。
除了以上列举的无机材料，还有许多其他类型的无机材料，如纳米材料、半导体材料、光学材料等。
这些无机材料在现代科技和工业领域发挥着重要的作用，推动了人类社会的发展和进步。
无机多孔功能材料
无机多孔功能材料无机多孔功能材料是一类具有特殊结构和性能的材料，具有广泛的应用前景。
本文将介绍无机多孔功能材料的定义、分类、制备方法以及应用领域。
一、定义无机多孔功能材料是指由无机材料构成的具有多孔结构的材料，其孔隙大小和形状可调控，具有特殊的物理、化学和功能性能。
二、分类无机多孔功能材料可以根据其孔隙的大小和形状进行分类。
常见的分类包括：微孔材料、介孔材料和大孔材料。
微孔材料的孔隙直径一般在2纳米以下，介孔材料的孔隙直径在2-50纳米之间，而大孔材料的孔隙直径在50纳米以上。
三、制备方法无机多孔功能材料的制备方法多种多样，常用的方法包括：模板法、溶胶-凝胶法、气相沉积法等。
其中，模板法是一种常用的制备方法，通过在有机或无机模板上进行材料生长，然后去除模板，可以得到具有特定孔隙结构的无机多孔材料。
四、应用领域无机多孔功能材料在各个领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 催化剂：无机多孔功能材料具有较大的比表面积和丰富的活性位点，可以作为高效的催化剂载体。
通过调控孔隙结构和孔隙大小，可以提高催化剂的催化活性和选择性。
2. 吸附材料：由于其较大的孔隙结构和孔隙体积，无机多孔功能材料可以用作吸附材料，用于气体和液体的吸附分离。
例如，介孔二氧化硅材料可以用作高效的吸附剂，用于废水处理和气体分离。
3. 气体传感器：无机多孔功能材料对气体的吸附和解吸过程非常敏感，可以用于气体传感器的制备。
通过调控孔隙结构和孔隙表面的修饰，可以实现对不同气体的高灵敏度和选择性检测。
4. 能源存储：无机多孔功能材料可以用作电池和超级电容器的电极材料，用于能量存储和释放。
通过调控孔隙结构和孔隙表面的修饰，可以提高能量存储器件的储能密度和循环稳定性。
5. 分离膜：无机多孔功能材料可以用作分离膜的材料，用于气体和液体的分离和纯化。
通过调控孔隙结构和孔隙大小，可以实现对不同分子的选择性分离。
6. 生物医学应用：无机多孔功能材料在生物医学领域具有广泛的应用，可以用作药物传递系统、组织工程材料和生物传感器等。
无机材料知识点总结归纳
无机材料是指那些由非碳化合物组成的材料，主要包括金属、陶瓷、玻璃和半导体等。
无机材料在工业生产和科学研究中具有重要的地位，具有较高的硬度、耐热性和化学稳定性，因此被广泛应用于各个领域。
本文将从无机材料的分类、主要性质、加工工艺以及应用领域等方面进行总结归纳。
一、无机材料的分类1. 金属材料：金属材料是一种由金属元素组成的材料，主要包括铁、铝、铜、镁等元素构成的合金和纯金属。
2. 陶瓷材料：陶瓷材料是一种由金属元素与非金属元素（如氧、硅等）形成的化合物，具有高温稳定性和较高的硬度。
3. 玻璃材料：玻璃材料是一种非晶态结构的无机材料，由硅氧化合物、碱金属和金属氧化物等组成，具有优良的透明性和化学稳定性。
4. 半导体材料：半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的材料，具有良好的电导性能和光电特性，是电子器件的重要组成部分。
二、无机材料的主要性质1. 金属材料的主要性质包括良好的导电性、导热性、延展性和塑性等。
2. 陶瓷材料的主要性质包括高温稳定性、硬度高、耐磨损和耐腐蚀等。
3. 玻璃材料的主要性质包括透明性、化学稳定性和绝缘性等。
4. 半导体材料的主要性质包括良好的电导性和光电特性，具有半导体材料的主要性质包括良好的电导性和光电特性。
三、无机材料的加工工艺1. 金属材料的加工工艺包括铸造、锻造、冲压、焊接、切削和热处理等，主要用于制造各种金属零件和制品。
2. 陶瓷材料的加工工艺包括成型、烧结、抛光和涂层等，主要用于制造陶瓷制品和陶瓷工艺品。
3. 玻璃材料的加工工艺包括熔制、拉伸、冷却和切割等，主要用于制造玻璃容器、玻璃器皿和玻璃建筑。
4. 半导体材料的加工工艺包括单晶生长、晶片加工、激光刻蚀和封装等，主要用于制造集成电路和光电器件。
1. 金属材料的主要应用领域包括航空航天、汽车制造、机械工程、建筑工程和电子工业等。
2. 陶瓷材料的主要应用领域包括电子陶瓷、结构陶瓷、功能陶瓷和生物陶瓷等。
3. 玻璃材料的主要应用领域包括建筑玻璃、家用玻璃、工业玻璃和光学玻璃等。
《功能材料》教学大纲-(修改稿)
《功能材料》课程教学大纲一、课程基本信息1、课程名称（中/英文）：功能材料/ Functional Materials2、课程性质：专业限选课3、周学时/学分：4/24、授课对象：应用化学二、课程简介功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、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，同时对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等，起着重要的作用。
本课程重点介绍当今各种功能材料的研究发展状况，以及相关结构与性能和应用情况。
三、教学目的与基本要求(注：必须明确要达到的知识、能力要求)使学生了解功能材料在材料科学中的地位以及功能材料的特点，掌握典型的功能材料的基本原理、材料类型以及主要用途；使学生既有坚实的功能材料物理基础，又有一定的实用材料的基本性能和应用知识。
通过本课程学习，使学生对典型功能材料，如能源材料、信息功能材料、梯度功能材料、功能合金和智能材料等研发现状及其应用有一定的了解，掌握各种功能材料结构与性能的基本关系。
要求学生能够在识记的基础上，较好地理解所学内容，全面正确地掌握基本概念、基本原理，并且能够进行简单分析和判断。
以学生为中心，在不断扩充奠定学生材料知识基础上，使之具备相关文献查阅、获取和分析评述的能力，培养他们的学习兴趣，分别以自我和群组的方式不断学习，主动关心认识周围世界的材料，喜欢材料的世界，有为创造、改良和完善材料而努力的意愿，从而形成一段有意义的学习经历。
四、教学进度表五、考核方式和成绩评定办法1、考核方式：资料查阅、专题分组讨论报告、开卷考、总结报告、闭卷考2、成绩评定办法：平时作业及课程参与、资料查阅及分组讨论、期中考核、课程小结报告、期末考核成绩分别为15%、10%、20%、15%、40%.六、正文第一章绪论（教学时数2）教学目的：本章主要是简要介绍功能材料的发展、分类，以及新型功能材料的研究进展。
讨论分析六大类新型功能材料的发展现状和功能材料的分类。
无机功能材料
超细氧化铁粉制备方法
Fe（OH） Fe 2O3 3
Fe3 3H 2O Fe（OH） 3H 3
②固相法 固相法包括机械粉碎法，固相化学反应法和热分解法。机械 粉碎法是使用粉碎机，依靠机械力的作用使物料细化。固相反应 法是将Fe(NO)3· 9H2O或FeCl3· 6H2O与NaOH按照一定比例充 分混合后进行烧结，由于固相反应中扩散非常缓慢，而且首先生 成无定形的FeOOH，表面包覆着NaCl等阻止长大或团聚，故可 得到纳米级的粒子。 ③气相法 气相法是直接利用气体或者通过各种手段将物质变成气体， 使之在气体状态下发生物理变化或化学反应，最后在冷却过程中 凝聚长大形成纳米微粒的方法。
当菌体被杀灭后，新Ag+又游离出来与其他菌落接触，进行新 一轮杀灭。周而复始。据测定：当水中含银离子为0.05 mg／L时， 就能完全杀灭大肠杆菌等繁殖菌，并可保持在长达90天内不再有 新的菌丛繁衍。在开发银系抗菌剂时，可采用物理吸附或离子交 换等方法，将银粒子固定在沸石、磷酸盐等多孔材料中。
无 机 抗 菌 剂 的 抗 菌 机 理
• 抗菌制品
• 家电制品 • 冰箱、洗衣机、电饭煲、电视机、电话机、照 相机、摄象机、通风机、衣服干燥机、传真机、 洗碗干燥机、加湿器、净水器、饮水机、切削 器、换气扇、电源开关、遥控器 • 厨房用品 • 餐（饮、茶、酒）具、盆、勺、筷子、刀、菜 板、餐盘、保温瓶壳、洗锅刷 • 皮革制品 • 鞋、服装、皮椅、内衬、表带、皮手套、吊带、 腰带
唑类、咪唑类、醛等） – 杀菌作用、防霉作用快 – 耐温较差 – 安全性较差 – 稳定性差（UV） – 短效
• 无机抗菌剂（Ag、Cu、Zn系）
– 安全 – 耐热 – 问题：变色、昂贵
• 天然抗菌剂（壳聚糖）
无机材料改性技术-第7讲
性能提升
改性后材料性能是否得到显著提升，如强度、硬 度、耐热性等。
成本效益分析
改性过程中是否实现了低成本、高效益的目标， 改性后材料的应用价值是否得到提高。
ABCD
稳定性增强
改性后材料在各种环境条件下的稳定性是否有所 提高，如抗氧化性、耐腐蚀性等。
环境友好性
改性过程中是否考虑到了环保因素，如使用的改 性剂是否环保、生产过程是否节能减排等。
当前趋势
当前的无机材料改性技术正朝着复合化、智能化、 环保化的方向发展，以满足更加多元化的应用需 求。
改性技术的应用领域
电子信息领域
用于制造电子元件、集成电路 、显示器等，提高产品的性能
和稳定性。
能源环境领域
应用于太阳能电池、储能材料 、环保催化剂等，提高能源利 用效率和环保效果。
生物医疗领域
用于生物材料、医疗器械、药 物载体等，满足医疗保健领域 的高要求。
改性技术的重要性
随着科技的发展和产业升级，对材料 性能的要求越来越高，改性技术作为 提升材料性能的重要手段，在材料科 学领域中具有举足轻重的地位。
改性技术的发展历程
1 2 3
初期阶段
早期的无机材料改性主要集中在陶瓷领域，通过 调整原料配比、烧成温度等手段改善陶瓷的性能。
发展阶段
随着科技的发展，新的改性技术不断涌现，如表 面涂层、离子注入、纳米改性等，极大地拓展了 无机材料的应用范围。
详细描述
陶瓷材料的表面涂层改性技术包括物理气相沉积、化学气相沉积、溶胶-凝胶法 等。这些方法可以在陶瓷表面形成一层具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性的 涂层，显著提高陶瓷材料的综合性能。
案例二：玻璃纤维的掺杂改性
总结词
掺杂改性是通过向玻璃纤维中添加特定的元素或化合物，改变其物理和化学性质，以达到提高玻璃纤维的强度、 耐热性、电学性能等目的。
无机材料包括哪些
无机材料包括哪些无机材料是指由无机物组成的材料，通常指的是无机非金属材料。
它们广泛应用于各个领域，如建筑、电子、医药、能源等。
以下是一些常见的无机材料。
1.金属材料：包括金、银、铜、铁等。
金属材料具有良好的导电性和热导性，广泛应用于电子、汽车、航空航天等领域。
2.陶瓷材料：包括瓷器、玻璃、陶瓷等。
陶瓷材料具有良好的耐热性、耐腐蚀性和绝缘性，广泛应用于建筑、电子、医药等领域。
3.非晶态材料：例如非晶态合金、非晶态硅等。
非晶态材料具有高硬度、高强度和良好的耐腐蚀性能，广泛应用于电子、光学等领域。
4.功能材料：包括压电材料、磁性材料、光学材料等。
功能材料具有特殊的物理、化学或电学性质，广泛应用于传感器、储能装置、显示器等领域。
5.复合材料：包括金属基复合材料、陶瓷基复合材料、聚合物基复合材料等。
复合材料由两种或更多种不同的材料组成，综合了各种材料的优点，具有优异的力学性能和物理性能，广泛应用于航空航天、汽车等领域。
6.先进陶瓷：包括氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等。
先进陶瓷具有良好的高温性能、耐磨性和耐腐蚀性，广泛应用于航空航天、电子等领域。
7.硅材料：包括多晶硅、单晶硅等。
硅材料具有良好的半导体特性，广泛应用于电子、太阳能等领域。
8.硫化物材料：包括氮化镓、氮化铝等。
硫化物材料具有优异的电学、热学和光学性质，广泛应用于发光二极管、高功率电子器件等领域。
9.磁性材料：包括磁铁、钕铁硼等。
磁性材料具有良好的磁性能，广泛应用于电机、磁存储器等领域。
10.碳材料：包括石墨、石墨烯等。
碳材料具有良好的导电性、导热性和机械性能，广泛应用于电池、催化剂等领域。
无机材料在现代科技和工业中发挥着重要的作用，不断推动着人类社会的发展。
随着科学技术的不断进步，无机材料的性能和应用领域也将不断扩大和深化。
无机功能材料
世界上的材料分为两大类，一类为结构材料，如黄沙、石子；一类为功能材料，如磁性材料、超导材料。
现在人们发现，一些结构无机材料，加工到纳米级后，也成了功能材料，具有与原来材料完全不同的特性。
如：铜不导电了、塑料导电了、陶瓷打不碎了。
它们的声、光、电、热、磁和乃至化学性质都发生了变化，出现了特异的表面效应、体积效应、量子小尺寸效应与隧道效应。
而且，有的还富有辐射、吸收、杀菌、吸附等许多新特性，具有新的功能，可以用于改造人类的生产与生活材料是现代文明社会的物质基础。
材料科学是人类文明社会发展的主要动力之一。
新材料、新效应、新器件、新应用的出现，都将推动科学技术的发展，产生新的工业革命，促进社会的变革。
对材料科学的研究和对材料应用的水平标志着人类文明进步的程度。
同时，随着人类社会的进步、科学技术的发展，人们对生活质量的要求不断提高，对材料也提出了更高、更加苛刻的要求。
如何满足人类发展需要，提供出高质量的带有多种功能的优秀材料，是摆在每个从事材料科学技术研究工作者必须应答的挑战。
这也是科学与技术研究领域中倍受关注的核心问题。
目前所用的材料制备方法大多是对目的产物的结构、性质无法预测，完全依靠经验与直觉。
产物的特性和功能也常是单一的。
此外，还有很少考虑到材料的制备过程中和材料功能的使用过程中对生态环境及社会的影响。
显然，利用现有的单一方法制备能够满足生态环境及社会的需求，并具有优异特性的多功能材料是不合适的。
本项研究主要是综合考虑经济发展、生态保护和社会进步各方面的影响，把研究内容分成以下两部分。
第一部分在可持续发展科学的大前提下，考虑如何确定一个化学品或一个化学过程是否是绿色的，对生态环境有何影响；原料是否是得到了合理有效的利用，是否可再生，综合考虑对经济和社会发展等多方面有何影响，从而提出绿色化学评估的初步建议。
第二部分以组合形式充分利用低温熔盐、水热和Sol-Gel方法，结合超分子化学、晶体工程、主-客体化学、自组装和模板效应等手段，力求在低温或溶液中使反应物在分子态尺寸上进行可控制的一步反应，经过生成前驱物或中间体，最后生成具有指定组成、结构、物相或形貌、带有特定功能的材料。
无机功能材料的研发及其应用
无机功能材料的研发及其应用无机功能材料是指具有特殊性能和功能的无机材料，可以用于各种领域，如电子、光电、化学、生命科学、环保等。
其研发与应用已成为国际科技竞争的焦点之一。
本文从无机功能材料的基本概念、研发现状、应用前景等方面进行介绍。
一、无机功能材料的基本概念无机功能材料是指具有功能性质，并且以无机物为主要组成的材料。
它具有特定的物理、化学性能，可以实现电、光、磁、声等效应，以及化学反应、分离、催化等功能。
无机功能材料种类繁多，如半导体材料、氧化物材料、金属有机框架材料等等。
它们的物理性质、化学性质以及表面结构等都具有特殊的性能，可以制备出具有多种特殊功能的材料。
二、无机功能材料的研发现状目前，无机功能材料的研发正在快速发展。
世界各地的研究机构、科技公司都投入了大量的资源和资金，开展了一系列的研究工作，推动无机功能材料领域的不断发展。
我国也在无机功能材料领域投入了巨额资金，加快了无机功能材料的研发，取得了显著的成果。
中国科学院、清华大学、北京大学等国内高校和科研机构在无机功能材料的研究方面都取得了不少进展。
他们开展了多项研究工作，提出了一系列课题，推动了无机功能材料在半导体器件、生物医学、环保等领域的应用。
三、无机功能材料的应用前景由于无机功能材料在各个领域中发挥着越来越重要的作用，在国际竞争中具有很大的发展潜力和广阔的市场前景。
以下是无机功能材料在几个领域的应用前景：1、半导体器件方面：在信息技术领域，无机功能材料可以用于制造半导体器件，如LED、太阳能电池、集成电路等。
这些器件具有高效率、单一波长等特点，是未来信息技术领域的基础材料。
2、生物医学方面：在生物医学领域，无机功能材料可以用于药物传递、组织修复、诊断检测等方面。
例如，纳米靶向材料可以在癌细胞颗粒中释放药物，提高治疗效果，更好地满足人体对材料性能和生物相容性的要求。
3、环保方面：在环保领域，无机功能材料可以用于催化反应、吸附去除污染物等方面。
3-3 无机非金属材料的结构和组成(材料科学基础)
3-3-3 硅酸盐晶体结构 Silicate Crystalline Structures
结构基础 [SiO4]4-四面体，Si4+ 中心，O2- 顶。 硅极易与氧形成牢固的键合，与氧结合后，成为硅氧烷聚合 物和硅酸盐矿物的基础。 由于氧的电负性大于硅，所以Si－O键具有极性，电子偏向 氧原子，故Si原子上产生正电荷。 两个邻近四面体之间通常共顶相连，偶尔共棱，从不共面。
孤岛状结构[ SiO4 ]4-
联岛状结构[ Si2O7 ]6-
环状：硅氧四面体共用两顶，在空间不断延伸形成环状。
典型的环状结构可分为三节环和六节环，其络阴离子团 分别为 [ Si3O9 ]6-和[ Si6O18 ]12-。环状结构的络阴离子团依 靠引入的阳离子进行联系而得到环状结构硅酸盐。 如蓝锥石和绿柱石分别为典型的三节环状和六节环状结构。
架状: 硅氧四面体的所有四个顶角氧均分别与其他硅 氧四面体共用，则在三维空间形成规则的架状网络，通 常将其表示为 3∞[ SiO2] ，这即为纯晶态二氧化硅的晶体 结构。
• 架状结构硅酸盐晶体的[SiO4]中，常有一定数量的Si原 子被Al原子置换，这种置换现象只能在两种原子半径 相差不大时才能发生，置换的结果不影响晶体的结构 状况，称为同晶置换。
正负离子半径比配位数na呈正八面体配位cs呈立方体配位figure35figure36面心立方zns和六方zns极性共价键zns两者均属于共价晶体配位数4位于面心立方点上zn配位数4位于四面体间隙中axtype六方zns由一套简单六方的s原子格子和一套简单六方的zn原子格子在ab轴上重合c轴上错位58穿插配置而成
2. 炭黑 Carbon black
炭黑——烃类化合物经气相不完全燃烧或热解而生成的黑色粉 末。其主成分为碳，并含有少量的氧、氢和硫等，含碳纯度 在83～99.5％之间。 炭黑聚集体间有较大的空隙，因此炭黑具有较强的吸附能力。 按用途分类： 橡胶用炭黑：轮胎补强 色素用炭黑：颜料和着色剂
无机材料的作用
无机材料的作用无机材料是指那些由非碳基生物构成的材料，例如金属、矿物、陶瓷等等。
它们在现代科技领域中起着重要的作用。
本文将讨论一些常见的无机材料及其在不同领域中的应用。
1. 金属材料金属材料是无机材料中最常见的一种。
它们具有良好的导热性、导电性和机械性能，因此在建筑、汽车、电子等行业得到广泛的应用。
例如，铝合金在航空工业中被广泛使用，因为它具有轻量化的特点，能够减轻飞机重量，提高燃油效率。
另外，铁、钢等金属材料在建筑结构中被广泛使用，因为它们具有高强度和耐腐蚀性。
2. 陶瓷材料陶瓷材料是一种非常重要的无机材料，具有高温稳定性、耐腐蚀性和电绝缘性。
因此，它们在能源、电子、航空航天等领域中有着广泛的应用。
例如，氧化铝陶瓷用于制作高压绝缘子，用于电力传输线路上的绝缘和支撑。
此外，氧化锆陶瓷具有较高的耐热性和耐腐蚀性，被广泛用于核工业中的燃料棒覆盖管。
3. 硅材料硅材料是无机材料中用途最广泛的一种。
硅材料具有良好的机械性能和半导体性能，因此在电子、光电子、太阳能等领域中被广泛应用。
例如，硅晶片是计算机芯片的基本组成部分，通过硅晶片上的微电路实现信息的处理和存储。
此外，硅材料还被广泛用于太阳能电池板的制造，将太阳能转化为电能。
4. 玻璃材料玻璃材料是一种无定形的无机材料，具有透明、硬度高、抗腐蚀等特点。
因此，玻璃材料在建筑、光学、电子等领域中有着广泛的应用。
例如，建筑中的玻璃窗可以提供自然采光，并且具有隔热、隔音的效果。
此外，光学玻璃被用于制造望远镜、显微镜等光学仪器，用于改善观察和检测的效果。
5. 碳化硅材料碳化硅材料是一种具有高硬度、高热导率和高抗氧化性的无机材料。
它广泛应用于高温、高压和高频电子器件中。
例如，碳化硅陶瓷被用于制作高压绝缘子、电子封装等。
此外，碳化硅纤维也被用于制作复合材料，具有轻质、高强度的特点，被广泛应用于航空航天领域。
总的来说，无机材料在现代科技领域中发挥着不可替代的作用。
各种类型的无机材料在不同领域中具有特定的特性和应用，为我们的生活带来了便利和进步。
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超导小实验：
在一个浅平的锡盘中，放入一个体积很小磁性很强的永久 磁铁，然后把温度降低，使锡出现超导性。这时可以看到，小 磁铁竟然离开锡盘表面，飘然升起，与锡盘保持一定距离后， 便悬空不动了。这是由于超导体的完全抗磁性，使小磁铁的磁 力线无法穿透超导体，磁场发生畸变，便产生了一个向上的浮 力。
(1) 金属材料，主要的导体材料 例如：Ag，Cu， Al
(2) 合金材料， 例：：Cu-X (X=Zn, Sn, Pb)，Ni-Fe
优点：改善机械强度，提高抗腐蚀性， Cu-Zn合金(Zn 20%以上，黄铜)随着
控制磁性和热膨胀率，熔点变低
含铅量的增加颜变浅，硬度增强
(3) 无机非金属材料， 例：C (4) 高分子导体(polymeric conductor) 例：聚乙炔(polyacetylene)
单位为F·m2（法·米2）
介质的极化强度（P） ：单位体积内的电偶极矩的总和
P V n•n••E lo c0••E
介质的极化强度（P）与 E为宏观物理量（电场强
度），x为电介质极化系数相联系。
2、介质极化
❖ 介质的极化（包括三个部分）
➢ 电子极化 ➢ 离子极化 ➢ 偶极子转向极化 ➢ 空间电荷极化
混合集成电路
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三、 超导材料
1911年，K. Onners(昂纳斯)研究金属汞在低温下的 物理性质时发现了超导性. 1933年，W. Meissner(迈斯纳) 等人又发现, 超导体处于超导态时完全排斥磁力线, 此即迈 斯纳效应.
超导体的零电阻和迈斯纳效应是超导态的两个极为重 要的独立的电磁特性. 从正常态转变为超导态的温度称为
作厚膜无源网络，然后连接二极管、三极管或半导体集 成电路芯片，构成一定功能的电路就是厚膜集成电路。 厚膜只能做电阻、介质和导体，不能做有源器件。厚度 为7um-40um之间。
薄膜集成电路
混合集成电路
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半导体集成电路 厚膜集成电路： 薄膜集成电路：薄膜集成电路是将整个电路的晶体管、
二极管、电阻、电容和电感元件以及它们的互连线，全 部用厚度在1微米以下的金属、半导体、金属氧化物、多 种金属混合相、合金或绝缘介质薄膜，并通过真空蒸发、 溅射和电镀等工艺制成的集成电路。
场后经10-12－10-13 s 即能产生极化。
（2）离子极化 由异号离子组成的晶体，如Nacl，在外电场作用下，
正、负离子均发生位移，见图（b），以一维排列的正、 负离子原来间隔均等，加了外电场后，正、负离子的相 对距离发生变化，产生了偶极矩。
（3）偶极极化 有些电介质分子是由极性较强的离子键构成的，
1.金属导电材料的电气性质
金属的电阻率
金属名 银
铜
金
铝
镁
电阻率 1.62 1.72 2.40 2.82 4.34 μΩ.cm
电阻温度系数: R R 0 1 T T 0
绝
电阻温度系数
缘
体
R
金 属： T ，
半导体： T ，
半导体
T
影响金属电阻率的因素
✓ 杂质与缺陷：一般合金电阻率高于纯金属 ✓ 温度
➢ 电偶极矩的定义：q•l
E
➢ 方向为从负电荷指向正电荷
➢ 介质中的极性分子可看作偶极子(在电场的作用 下极性分子发生转向)
➢ 极化率（）：单位电场强度下，质点的电偶
极矩的大小。
E loc
其中：Eloc为作用在微观质点上的局部电场（它与宏观外电 场并不一定相同）。
表征材料的极化能力，只与材料的性质有关，其
ρ=RS/L ρ : 电阻率(electric resistivity); R : 电阻(resistance); S : 横截面面积。
某种材料制成的长1米、横截面积是1平方毫米的 在常温下（20℃时）导线的电阻，叫做这种材料的电 阻率。电阻率的常用单位是欧姆·毫米和欧姆·米。
电阻率的倒数为电导率，电导率的单位称为西门 子/米（S/m）。
❖ 极化形式（两种）
位移极化
❖ 是一种弹性的、瞬时完成的极化，不消耗能量 ❖ 电子位移极化、离子位移极化
松弛极化
❖ 这种极化与热运动有关 ❖ 完成这种极化需要一定的时间
（1）电子极化 由于一切电介质材料均由分子、原子或离子组成的。
而它们又都是由原子核及核外电子云组成。当外加电场 时，电子云相对于原子核发生位移，因此产生感应电矩。 最简单的模型是图（a)所示的氢原子的电子极化。无外 电场时，正、负电荷重心重合；当施加电场后，电子云 与核产生相对位移。电子极化的频率响应极快，外加电
发现：白川英橱等，2000年获诺贝尔奖
二、金属导电材料
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金属的导电机理
金属是由原子构成的点阵， 每个原子的价电子是完全自由的
这是个理想化的理论
不论是金属，还是非金属导体 中电子的运动是在以导体空间 点阵为周期的势场中运动，电 子的势能是个周期函数，这就 是能带理论。
导体中的电子可看作准自由电子，其运动规律 可视为和自由电子相似，由量子力学导出的电 导率公式仍和经典理论导出的公式形式上一样 。
这种介质中由于空间电荷的移动形成的电荷分布即是 空间电荷极化。
离子极化 电子极化
位移极化
偶极极化 空间电荷极化
松驰极化
三、介质损耗
1、介质损耗的表示方法
介质损耗的形式
电介质在恒定电场作用下所损耗的能量与通过其内部 的电流有关。
加上电场后，通过介质的全部电流包括
1. 由样品几何电容的充电所造成的电流（简称电容电 流，不损耗能量）
电介质
导体
电介质的类型
➢ 气体 ➢ 液体
H2，空气，六氟化硫等 水，石油等
➢ 陶瓷
云母，瓷，橡胶，聚苯乙烯等
➢ 玻璃
钛酸钡、铁酸铋、钛酸铅等
➢ 离子晶体 NaCl等
介电性能：
➢电介质的极化 ➢介质的损耗 ➢介电强度
二、介质极化
1、极化现象及其物理量
➢ 偶极子的产生（在电场的作 －q
+q
用下，正负电荷重心的分离）
2. 由各种介质极化的建立所造成的电流（电流引起的 损耗称为极化损耗）
3. 由介质的电导（漏导）造成的电流（电流引起的损 耗称为电导损耗）
2. 介质损耗定义
电介质在电场作用下，单位时间内消耗的 电能。
➢ 在直流电压下，介质损耗仅由电导引起
➢ 在交变电场下，介质损耗不仅与自由电荷的电导有 关，还与松弛极化过程有关，所以它不仅决定于自 由电荷电导，还与束缚电荷产生有关（与频率有关 的量）。
介电常数：电容器极板间充满电介质时, 电容增 大的倍数。 电导：是指电介质在电场作用下存在泄露电流。
介电损耗：是电介质在电场作用下存在电能的损耗。
介电强度：是指在强电场下可能导致电介质的破坏。
好的电介质要求较容易极化，具有较高的介电常数和介电 强度，较低的电导和介电损耗。
第三节 压电材料
一、压电材料的定义
目前已经发现的超导元素有20多种，超导合金 和化合物也有数千种. 1986年以前, Tc最高的超导体 是Nb3Ge (Tc=23.3 K), 其次是V3Si (Tc=17.3 K), 在很 长时期内一直是最主要的实用超导材料。
我们把处于超导态的超导 体置于一个不太强的磁场中， 磁力线无法穿过超导体，超导 体内的磁感应强度为零。
第一节 导电材料
• 什么样的材料属于导电材料？
• 导电材料的分类，电导率 （1）按电导率的不同 （2）按综合性质，功能与作用
导电材料是电子元器件和集成电路中应用最广泛的一种 材料，用来制造传输电能的电线电缆，传导电信息的导线、 引线和布线。
导电材料最主要的性质是良好的导电性能。一般情况下， 电阻率在10-7~10-4欧姆米。
四、介电强度
❖ 当电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态 变为导电状态。这种现象称为介质的击穿。相应 的临界电场强度称为介电强度，或称为击穿电场 强度。
❖ 击穿类型划分
虽然严格地划分击穿类型是很困难的，但为了便于叙 述和理解，通常将击穿类型分为三种：
热击穿 电击穿 局部放电击穿
❖ 热击穿
热击穿的本质是：处于电场中的介质，由于其中的介质 损耗而受热，当外加电压足够高时，可能从散热与发热 的热平衡状态转入不平衡状态，若发出的热量比散去的 多，介质温度将愈来愈高，直至出现永久性损坏，这就 是热击穿
功能无机材料
第二章 电学材料
一、物质的导电性能
导体：电荷能从产生的地方迅速转移或传导到其它部分的那 种物体。 （各种金属、电解质溶液） 绝缘体：电荷几乎只能停留在产生的地方的那种物体。
（云母、胶木等） 半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间，且对温度、光照、 杂质、压力、电磁场等外加条件极为敏感。 （Si、GaAs等）
✓ 压力： p 01 p
最常用的三种金属导电材料：铜、铝、铁，它们 的主要用途是制造电线电缆。
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2.金属导体的应用 1）电线电缆材料
纯金属：如铜、铝、铁等。
✓ 电阻率小：由小到大，银（Ag）、铜(Cu)、金(Au)、 铝(Al)、纳(Na)、钼(Mo)、 钨(W)、锌(Zn)、镍(Ni)、 铁(Fe)、铂(Pt)、锡(Sn)、铅（Pb）等。
电导率的物理意义是表示物质导电的性能。
维尔纳·冯·西门子 （Ernst Werner von Siemens） （1816-1892）:德国工程学家、企业家、电动机、 发电机、有轨电车和指南针式电报机的发明人， 改进过海底电缆,提出平炉炼钢法,革新了炼钢工艺, 西门子公司创始人。
二、电学材料按电导率分类
称极性电介质。每个分子本身就具有一定的电偶极矩， 如图（c）所示，原来这些电偶极矩的排列杂乱无章， 宏观看来不是极性。当存在外电场时，电介质内固有的 电偶极矩转向外电场方向，偶极极化也叫做转向极化。