功能材料概论 ppt课件
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。
功能材料第一章功能材料概论PPT
焊接加工
通过熔融连接将两个材料连接在一起，适用于金 属材料的连接。
表面处理技术
表面涂层技术
通过涂覆一层或多层涂层来改变 材料表面的性质，以提高耐腐蚀 、抗氧化、耐磨等性能。
表面改性技术
通过物理或化学手段改变材料表 面的化学成分、晶体结构和表面 形貌等性质，以提高表面硬度、 降低摩擦系数等性能。
04
环保化
随着环保意识的提高，功能材料的生产和使用需要更加注 重环保，如使用可再生资源、降低能耗和排放等。
智能化
功能材料正朝着智能化方向发展，如智能材料、自适应材 料等，这些材料能够根据环境变化做出响应，具有很高的 应用价值。
复合化
多种材料的复合使用已成为一种趋势，通过不同材料的组 合，可以获得单一材料无法达到的综合性能。
未来发展方向
01
新材料研发
不断探索和研发新的功能材料，提 高其性能和应用范围。
环保化发展
注重功能材料的环保性能，推动其 可持续发展。
03
02
智能化发展
加强功能材料的智能化研究，开发 更多具有智能响应的材料。
复合化发展
加强多种材料的复合研究，获得更 多具有综合性能的材料。
04
THANKS
感谢观看
环保领域
总结词
功能材料在环保领域的应用主要涉及空气净化、水处理、土 壤修复等方面。
详细描述
功能材料如吸附剂、催化剂、光催化剂等，能够有效降低污 染物排放和提高环境质量，对于解决全球环境问题具有重要 意义。
05
功能材料的发展趋势与挑战
发展趋势
高性能化
随着科技的不断进步，对功能材料的性能要求也越来越高 ，如更高的强度、硬度、耐热性、耐腐蚀性等。
固体功能材料概论课件中国科技大学中国科学院第18、19讲
纳米尺度铁磁相x =0.3一维尺度电荷有序§10 纳米尺度氧化物体系自旋行为的调控100nmM. Fäth et al., Science 285, 1540 (1999)Mn3+/Mn4+有序排列S. Mori et al., Nature , 392, 473 (1998)La 1-x Ca x MnO 3自旋、电荷有序相图La 0.875Sr 0.125MnO 31. 晶粒尺寸对铁磁居里温度的影响随着颗粒尺寸减小，T c 逐渐增加。
Dutta et al.Phys. Rev. B , 68, 05532, (2003)Zhang et al.Phys. Rev. B 58, 8613 (1998)La 0.67Ca 0.33MnO 3T C 基本不随颗粒尺村变化Diameter (nm)20尺寸效应对饱和磁化强度的影响La 2/3Sr 1/3MnO 3La 2/3Ca 1/3MnO 3随颗粒尺寸的减小，M s 逐渐减小)/1)((d t bulk M M S S −=Balelles et al Phys. Rev. B 58, R14697 (1998)Nanotechnology 14, 212 (2003)矫顽力大小的主要因素决定：畴壁的移动和磁矩的转动。
La0.8Sr0.2MnO3Roy et al. J. Appl. Phys. 96, 1202, (2004)Leslie et al. Chem. Mater. 8, 1773 (1996)bulknanoparticlepCa x MnO3(x≥0.5)AFM core/FM shell model3、NiO 纳米颗粒交换偏置效应S.A. Makhlouf et al . Solid State Communications 145 (2008)饱和场H ＝20kOe 测量场H ＝±70kOeM FM :非补偿表面自旋的磁化强度d= t Shell + d Core交换偏置场和铁磁磁化强度随颗粒尺寸的变化不同颗粒尺寸下交换偏置场随温度的变化八、超顺磁性定义：超顺磁体是具有均匀磁化的单畴粒子集团，每一粒子包含较大量原子的数目(约105个原子)，具有比单个原子大得多的磁矩。
功能材料概论5(储氢材料)
线。
横轴表示固相中的氢 原子H和金属原子M 的比(H/M)，纵轴是 氢压。
p3
温度 T3 > T2 > T1 T3 T2 D
p3
p2
pH2 p2
p1
T1 C p1 B n2 n1 A 对应一个M原子的氢原子数/n 金属--氢系理想的p- c- T图
温度T1的等温曲线中p和c 的变化如下：
T1保持不动，pH2缓慢升 p3 p3 高时，氢溶解到金属中， pH2 T2 H/M应沿曲线AB增大。 p2 p2 D 固溶了氢的金属相叫做 相。 T1 C p1 p1 B n2 达到B点时， 相和氢气 n1 A 对应一个M原子的氢原子数/n 发生反应生成氢化物相， 即 相。
藻类和蓝细菌光解水；光合细菌光分解有机物；有机物发 酵制氢；光合微生物和发酵性微生物的联合运用；生物质 热解或气化制氢。
4.2.2 储氢方法
氢在常温常压下为气态，密度仅为空气的1/14。在氢能技术中，氢 的储存是最关键环节。氢气储存方法主要有五种：高压储氢、液化 储氢、有机溶剂储氢、金属氢化物储氢和吸附储氢。
储存介质 标准态H2 高压 H2 液态 H2 MgH2 LaNi5H6 TiFeH1.95 Mg2NiH4 VH2 存在状态 气态(1 atm) 气态(150 atm) 液态 固态 固态 固态 固态 固态 氢相对密度 1 150 778 1222 1148 1056 1037 1944 储氢量(wt.%) 100 100 (0.80 *a) 100 (~5.0 *b) 7.60 1.37 1.85 3.60 3.81 储氢量(g/mL) 0.00008 0.012 0.062 0.098 0.092 0.084 0.083 0.156
NaAlH4－ 7.47 wt.%
功能材料概论
功能材料1.如何辨别常用的塑料用具“买饮料时送了一个杯子，可杯子底部没有标号，这种杯子能不能用？”“早上买包子和馒头，用的也是没标号的白色塑料袋包装，热腾腾的东西装进塑料袋，会不会有害？”类似的问题是大家比较关心的问题【辨别】清水中浮起来就是2、4、5号打一盆清水，将塑料样品浸没在水中，浮起来的基本可以判断是2（高密度聚乙烯）、4（低密度聚乙烯）、5号（聚丙烯）塑料中的一种了。
（相对安全）对于这些浮起来的样品，接下来用指甲就可以简单地做进一步辨别。
如果不易出现划痕，则是2号塑料；如果样品上很容易出现划痕，是4号塑料；无法划出痕迹的，那就是5号塑料了。
需要注意的是，塑料薄膜因为有张力，所以清水的方法对它不管用——不过，用指甲划来辨别，仍然是可以的。
用火烧一烧辨别1、3、6、7号清水测试之后，沉入水底的就是1（的确良的原料）、3（聚氯乙烯）、6（聚苯乙烯）、7号（聚碳酸酯）塑料，接下来，用火烧一烧，就能做进一步辨别。
倘若试样燃烧没有滴落物、离开火源后不自熄、燃烧时没有醋的气味、火焰呈黄色且有烟产生的为1号塑料；3号塑料有软制品和硬制品两类，燃烧情形也不相同——燃烧后产生滴落物，并且离开火源后会自熄，燃烧的同时产生了辛辣气味，火焰呈绿色，有烟，即可判断其为3号塑料的软制品；3号塑料的硬制品（常不透明）燃烧时有烟、但不产生滴落物，且离开火源后会自熄，有辛辣气味。
燃烧时产生滴落物，但离开火源后并不自熄，而且产生大量黑烟的（苯环不易充分燃烧），是6号塑料；7号塑料燃烧时有烟、不产生滴落物且离开火源后会自熄，伴随有消毒水味。
【提醒】洗洁用品容器别用来装食品7类塑料制品中除了3号（PVC）是明确有毒以外，其余几类的塑料制品，只要使用时不超过生产厂家规定初始用途的使用范围，还是比较安全的。
比如那些专门生产用来盛放食物的2号容器或塑料袋，都是无害的。
因此，使用塑料制品时不要超过原本的使用范围，比如原本用来装洗洁用品的容器就不适合用来装食品，适合常温使用的一些塑料制品不宜用来装热水，更不能放进微波炉等加热。
1.功能材料概论
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一般认为，新材料有晶须材料、非晶材料、 一般认为，新材料有晶须材料、非晶材料、超 材料 材料 塑性合金、形状记忆材料、功能陶瓷、功能有机材 塑性合金、形状记忆材料、功能陶瓷、功能有机材 材料 陶瓷 材料、 材料等。 超导材料 碳纤维、能量转换材料等 料、超导材料、碳纤维、能量转换材料等。 新材料发展的重点已经从结构材料转向功能材料 新材料发展的重点已经从结构材料转向功能材料。 已经从结构材料转向功能材料。
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2、电学功能材料 例：防静电材料 磁带、 3、磁学功能材料 例：磁带、磁盘 音响设备、 4、声学功能材料 例：音响设备、仪器 高结晶材料、 5、力学功能材料 例：高结晶材料、超高强材料 显示、 6、热学功能材料 例：显示、测量 7、化学功能材料 分离功能材料 分离膜、 ①分离功能材料 例：分离膜、离子交换树脂 反应功能材料 高分子试剂、 ②反应功能材料 例：高分子试剂、高分子催化剂 生物功能材料 固定化酶、 ③生物功能材料 例：固定化酶、生物反应器 人工肾、 8、生物医学功能材料 例：人工肾、人工心肺 9、核功能材料
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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、 目前主要是根据材料的物质性、或功能性、应用性 材料的物质性 进行分类。 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 、
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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： 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） 光学功能材料（ 1.光学功能材料（按在具体应用中所发挥的效能和作用） 磷酸二氢钾、硫化锌、 ①非线性光学材料 例：磷酸二氢钾、硫化锌、碘酸钾 ②发光材料 例：高效稀土发光材料 尖晶石、 ③红外光学材料 例：尖晶石、蓝宝石 卤化银、 ④感光材料 例：卤化银、CdS等 等 红宝石、 ⑤激光材料 例：红宝石、氟化物晶体 半导体、磁性体、 ⑥光电功能材料 例：半导体、磁性体、电介质材料 ⑦声光功能材料 例：PbMoO4、TeO2、用于制造调制器等 、 、 ⑧磁光材料 例：尖晶石铁氧体 碲合金、 ⑨光记录材料 例：碲、碲合金、稀土类合金
特种功能材料 功能材料概论
结合键与性能
1、力学性能 弹性模量：键能越大则弹性模量越高。共价键、 离子键的弹性模量较高，金属键的弹性模量次 之，而以二次键结合材料的弹性模量较低。
并非所有含氢的分 子都存在氢键
本质上为范德瓦尔斯 键，但键能要大得多。
混合键
实际材料中往往具有多种键的混合，并不是单一 的键，而是各种键的混合共存。化合物中离子键 的比例取决于组成元素的电负性，电负性相差越 大则离子键比例越高。
鲍林公式
离子键所占比例（%）= [1－exp(-1/4(XA-XB)2)]×100%
塑性：以金属键结合的材料具有良好的塑性，而 以共价键、离子键结合的材料则塑性较差。
▪ 8．纳米晶复合永磁材料 永磁材料基础 纳米晶永磁材料的微磁学 纳米晶永磁材料的实验研究和研究进展
料
——概论
材料发展历史及其地位
1、 材料及其重要地位
● 用来制造各种制品的物质。 ● 人类社会存在的基础。
●发展水平标志着人类社会文明和进步的程度。
一般在非金属元素之间形 成，如金刚石、SiC等。
共价键具有方向性 和饱和性。
3、金属键
金属很容易失去最外层的价电子而形 成正离子和自由电子，当许多金属结 合时，失去价电子的金属正离子常在 空间整齐排列，而自由电子则在正离 子之间自由运动，依靠这种方式结合 起来的键称金属键。
一般在金属元素之间形成，使金属具 有特殊结构和性能。
▪ 2．特种力学性功能材料 形状记忆合金，超塑性合金的工作原理，制备技术及性能特
《功能材料概论》课件
功能材料的特性包括电、磁、热、光、化学、生物等性质，这些性质在特定的外部刺激下会发生改变， 从而实现对外部环境的响应和调控。
分类
根据功能性质，功能材料可以分为电子 功能材料、磁功能材料、热功能材料、 光学功能材料、化学功能材料和生物功 能材料等。
功能材料在水力发电、海洋能利用等领域 应用广泛，如水轮机叶片材料、海洋能转 换材料等。
生物医学领域
生物医学领域概述
功能材料在生物医学领域中具有广泛的应用前景，涉及医疗器械、生 物医用材料、药物载体等多个方向。
医疗器械领域应用
功能材料在医疗器械制造中应用广泛，如人工关节、心脏起搏器等医 疗设备材料。
根据应用领域，功能材料可以分为能源领域 功能材料、环境领域功能材料、医疗领域功 能材料、信息领域功能材料等。
根据材料的组成和结构，功能材料 可以分为金属功能材料、无机非金 属功能材料、有机功能材料和高分 子功能材料等。
02 功能材料的特性与性能
特性
物理特性
功能材料通常具有独特的物理特性，如超导性、半导性、 磁性、光学性能等。这些特性使得功能材料在特定条件下 能够表现出与众不同的性质。
化学特性
功能材料的化学特性包括稳定性、抗氧化性、耐腐蚀性等 。这些特性决定了材料在各种环境下的稳定性和使用寿命 。
生物特性
某些功能材料具有生物相容性，可以用于生物医学领域， 如人工关节、牙齿等。这些材料需要与人体组织有良好的 相容性，以减少排斥反应。
性能
力学性能
功能材料的力学性能包括硬度、 强度、韧性等。这些性能决定了 材料在受力条件下的表现，对于 材料的加工和使用具有重要意义 。
第一章功能材料概论-哈工大版PPT课件
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考虑到上述各种因素之后，有人提出材 料应该定义为：
人类社会所能够接受的经 济地制造有用器件的物质
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2、 材料科学及其发展
第一代（天然材料）：自然界的矿物、植物以及动物 第二代（烧炼材料）：烧结：砖瓦、陶瓷、玻璃、水泥；
功能材料概论
Introduction to Functional Materials
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课程简介
课程性质：专业基础课
先修课程：无机化学，物理化学，高分子化学，高分子物理
总 学 时： 36学时
教 材：《功能材料概论》殷景华 王雅珍等编
参 考 书： 现代功能材料及其应用—郭卫生, 汪济奎 功能材料学——周馨我 新型功能材料—— 贡长生，张克立
课程内容： 1．功能材料的科学基础
2．金属功能材料
3．无机非金属功能材料
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4．功能高分子材料
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第一章 绪 论
现代文明的三大支柱-----能源、信息和材料。 材料是一切技术发展的物质基础。
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一、材料科学及其发展
1、 什么是材料？
材料是可以用来制造有用的构件、器 件或物品的物质。师昌绪主编：《材料大辞典》
冶炼：铜铁 第三代（合成材料）：20世纪初出现化工产品，塑料、
橡胶、纤维等已广泛用于生活。 第四代（可设计材料）：前三代为单一产品，于是根据需
要设计特殊性能的材料。例20世 纪40年代的复合材料 第五代智能材料： 近三、四十年研制的新型功能材料， 例记忆合金等。
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功能材料概论
功能材料概论功能材料是指具有特定功能、性能和用途的材料，它们可以在各种工程领域中发挥重要作用。
功能材料的研究和应用已经成为当今材料科学领域的热点之一。
本文将从功能材料的定义、分类、特点和应用等方面进行介绍和概述。
一、功能材料的定义。
功能材料是指具有特定功能和性能的材料，它们可以通过调控结构和成分，实现对光、电、磁、声、热、力等各种外界刺激的敏感性和响应性。
功能材料具有智能化、多功能化和高性能化的特点，可以被广泛应用于信息技术、生物医学、环境保护、新能源等领域。
二、功能材料的分类。
根据功能材料的性能和用途，可以将其分为光学材料、电子材料、磁性材料、光电材料、传感材料、催化材料等多个类别。
光学材料主要用于光学器件和光学通信领域，如光纤、激光器等；电子材料主要用于电子器件和集成电路领域，如半导体材料、导电聚合物等；磁性材料主要用于磁记录和磁传感领域，如磁记录介质、磁传感器等；光电材料主要用于光电器件和太阳能领域，如光伏材料、光电探测器等；传感材料主要用于传感器和检测领域，如温度传感器、湿度传感器等；催化材料主要用于催化剂和能源转换领域，如催化剂、燃料电池等。
三、功能材料的特点。
功能材料具有多种特点，主要包括高灵敏度、高响应速度、多功能性、智能化、可控性和可重复性等。
这些特点使得功能材料在各种工程应用中具有广泛的用途和重要的意义。
例如，具有高灵敏度的传感材料可以用于环境监测和生物医学诊断；具有高响应速度的光电材料可以用于光通信和光存储；具有多功能性的催化材料可以用于能源转换和环境净化。
四、功能材料的应用。
功能材料在各种工程领域中都有重要的应用价值。
在信息技术领域，功能材料可以用于光学器件、半导体器件和存储介质等；在生物医学领域，功能材料可以用于生物传感器、医疗影像和组织工程等；在环境保护领域，功能材料可以用于污染治理、清洁能源和节能材料等；在新能源领域，功能材料可以用于太阳能电池、燃料电池和储能材料等。
2015 AFM ch1 功能材料概论资料
⑤磁功能：硬磁性(记录介质)、软磁性（磁头等）等。
⑥光功能：透光、反折射光、吸光、偏振光、聚光性等 ⑦化学功能：吸附、催化、生化反应、酶反应等 ⑧其他功能：如放射特性、电磁波特性等。
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Ｂ、二次功能：输入能量 和输出能属于不同形式， 材料起能量转换作用, 这种功能称二次功能或高次功能 有人认为这种材料算真正功能材料。 二次功能可分为四类：
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⑥性能不同用途不同——功能材料与结构材料最大区别
⑦一般，功能单一、但功能突出
⑧生产规模小、更新快、技术保密性强
⑨高投入、高风险，成功，则高产值、高效益产业。
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2、功能材料的分类
属于材料大类的一支。
同时与材料的分类相对应，种类繁多，无统一
分类标准，出发点不同，分类方法不同：
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按材料的种类分类
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按功能显示过程分：一次功能材料和二次功能材料。 Ａ、一次功能：输入能量 和输出能量属于同种形式， 材料起到能量传输作用。 这时材料又称载体材料。
一次功能主要有八种： ①力学功能：粘、润滑、超塑、高弹、防震性等。
②声功能：隔音、吸音性等。
③热功能：传热、隔热、吸热、蓄热性等。 ④电功能：导电、超导性、绝缘、电阻等。
-15-
4、材料学角度分类
结构材料(structural material)：主要利用其保持形状和结构 不变能力。如：制造工具、机械、车辆、房屋、桥梁、铁路、
封装材料等。注：结构材料对物理、化学性能有一定要求，
如光泽、热导率、抗辐照、抗腐蚀、抗氧化等。（例支撑件、 连接件、传动件、紧固件）
功能材料(functional material)：通过某一作用（光、电、磁、 力、热、声、化学、生物等）具有特定功能（由美国Bell Lab. J. A. Morton在1965年提出并受到普遍接受）。也叫特 种材料(Speciality mater)或精细材料(Fine mater).
功能材料概论
功能材料概论功能材料是一种具有特定功能和性能的材料，它在各种领域都有着重要的应用价值。
功能材料包括但不限于传感材料、光电材料、催化材料、磁性材料、超导材料等。
这些材料在电子、信息、能源、环境等领域都有着广泛的应用，对于推动科技进步和社会发展起着重要作用。
传感材料是一种能够感知外部环境并将感知信号转化为可识别信号的材料。
传感材料的应用范围非常广泛，比如在环境监测、医疗诊断、智能家居等领域都有着重要的应用。
光电材料是一种能够将光能转化为电能或者将电能转化为光能的材料，它在光伏发电、光纤通信、显示器件等方面都有着重要的应用。
催化材料是一种能够促进化学反应速率的材料，它在化工生产、环境保护、能源转化等方面都有着重要的应用。
磁性材料是一种能够产生磁场或者对磁场有特殊响应的材料，它在电子器件、磁存储、医疗诊断等方面都有着重要的应用。
超导材料是一种在低温下能够表现出完全零电阻和完全抗磁性的材料，它在超导电磁体、超导电力设备、超导电子器件等方面都有着重要的应用。
功能材料的研究和开发是当今材料科学领域的热点之一。
随着科技的不断进步和社会的不断发展，人们对功能材料的需求也在不断增加。
因此，功能材料的研究和开发具有非常重要的意义。
在功能材料的研究和开发过程中，需要深入理解材料的结构与性能之间的关系，探索新的功能材料设计和合成方法，开发具有特定功能和性能的新型材料。
同时，还需要加强功能材料的性能表征和测试技术，为功能材料的应用提供可靠的技术支撑。
总的来说，功能材料是当今材料科学领域的重要组成部分，它在各种领域都有着重要的应用价值。
功能材料的研究和开发是当今材料科学领域的热点之一，对于推动科技进步和社会发展具有重要意义。
希望未来能够有更多的科研人员投入到功能材料的研究和开发中，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
功能材料概论2
2. 晶体结构与空间点阵 既然点阵只是表示原子或原子集团分布规律的一种几何抽 象，那么，每个结点就不一定代表一个原子。就是说，可 能在每个结点处恰好有一个原子，也可能围绕每个结点有 一群原子（原子集团）。但是，每个结点周围的环境（包 括原子的种类和分布）必须相同，亦即点阵的结点都是等 同点。 晶体结构与空间点阵的区别： 空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶 体结构的周期性和对称性，由于各阵点的周围环境相同，故它 只能有14种类型；而晶体结构中则是指晶体中实际质点（原子、 分子或离子）的具体排列情况，他们能组成各种类型的排列 （因实际质点千差万别），实际排列的晶体结构是无限的。 晶体结构＝空间点阵＋结构基元 结构基元：原子、分子或其集团
正交点阵中一些晶面的面指数
正交点阵中一些晶面的面指数
• •
晶面间的距离越大，晶面上 的原子排列越密集。 同一晶面族的原子排列方式 相同，它们的晶面间的间距 也相同。
•
不同晶面族的晶面间距也不 相同。
2.1.5 晶体结构的对称性
• 宏观对称性 • 晶体的对称性最直观地表现在其几何外形上，由于晶 体外形为有限的几何图形，故晶体外形上所体现的对 称性与分子一样为点对称性，称为宏观对称性。有四 种类型的对称操作和对称元素 • 旋转 旋转轴 • 反映 反映面(镜面) • 反演 对称中心 • 旋转反演 反轴
简单四方 体心四方 简单立方 体心立方 面心立方
正交 a≠b≠c，α=β=γ＝90º
简单正交 底心正交 体心正交 面心正交
立方 Cubic a=b=c， α=β=γ＝90º
2.1.4 晶面指数
晶面指数标定步骤： 1. 在点阵中设定参考坐标系； 2. 求得待定晶面在三个晶轴上的 截距，若该晶面与某轴平行， 则在此轴上截距为无穷大；若 该晶面与某轴负方向相截，则 在此轴上截距为一负值； 3. 取各截距的倒数； 4. 将三倒数化为互质的整数比， 并加上圆括号，即表示该晶面 的指数，记为( h k l )。
功能材料概论4-3(高分子基础)
3.2 高分子相关概念
3.2.1 高分子定义
高 分 子 Polymer , High Polymer, Macromolecule
也叫聚合物、高聚物或大分子等。主链由共价键结合， 具有高的分子量（大于104），其结构必须是由多个重 复单元所组成，并且这些重复单元实际上或概念上是由 相应的小分子（单体）衍生而来。概括的说，高分子是 由许多相同的重复单元通过化学键连接而成的大分子。
农用塑料：①薄膜 ②灌溉用管。 建筑工业：①给排水管PVC、HDPE ②塑料门窗 ③涂料油漆 ④ 复合地板、家具人造木材、地板 ⑤PVC天花板。 包装工业：①塑料薄膜：PE、PP、PS、PET、PA等 ②中空容器： PET、、PE、PP等 ③泡沫塑料：PE、PU等。 汽车工业：塑料件、仪表盘、保险机、油箱内饰件、坐垫等。 军工工业：飞机和火箭固体燃料（低聚物）、复合纤维等。
柱晶 当聚合物熔体在应力作用下冷却结晶时，还常常形成一种柱状 晶。由于应力作用，聚合物沿应力方向成行地形成晶核．后以这 些行成核为中心向四周生长成折叠链片晶。在熔融纺丝的纤维中、 注射成型制品的表皮以及挤出拉伸薄膜中等存在柱晶。 串晶 高分子溶液温度较低时边搅拌边结晶，可以形成一种类似于串 珠式结构的特殊结晶形态--串晶，串晶同时具有伸直链和折叠链 两种结构单元组成的多晶体。 伸直链结构--中心线， 折叠链的片晶--间隔地生长 在中心线周围，构成珠。
3.3 高分子结构
高分子两级结构
链结构（一级结构）：是指单个分子的结构和形态，分为近程 结构和远程结构。
近程结构：属于化学结构，又称一次结构，包括构造与构型。 构造是指链中原子的种类和排列，取代基和端基的种类，单体单元 的排列顺序，支链的类型和长度等；构型是指某一原子的取代基在 空间的排列。 远程结构：又称二次结构，包括分子的大小与形态，链的柔顺性及 分子在各种环境中所采取的构象。构象指分子链中由单键内旋转所 形成的原子（或基团）在空间的几何排列图像。
功能材料概论6(纳米材料)
用STM描绘样品表面三维的原子结构:
硅表面硅原子 STM图象
高序石墨原子 STM图象
1990年，纳米技术获得了重大突破。美国IBM公司阿尔马登 研究中心（Almaden Research Center）的科学家展示了一 项令世人瞠目结舌的成果，他们使用STM把35个氙原子移动 到各自的位置，在镍金属表面 组成了“IBM”三个字母，这三 个字母加起来不到3纳米长，成为世界上最小的IBM商标。
STM头部
扫描隧道显微镜具有很高的空间分辨率，横向可达0.1纳米，纵向 可优于0.01纳米，能直接观察到物质表面的原子结构，把人们带到 了微观世界。它主要用来描绘表面三维的原子结构图，在纳米尺度 上研究物质的特性，还可以实现对表面的纳米加工，如直接操纵原
子或分子，完成对表面的剥蚀、修饰以及直接书写等。
力下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致密 性固体材料。纳米固体材料的主要特征是具有巨大的颗 粒间界面，如5 nm颗粒所构成的固体每立方厘米将含 1019个晶界，从而使得纳米材料具有高韧性。
扫描隧道显微镜下的纳米团簇
纳米颗粒型材料也称纳米粉末
可用于制备高密度磁记录材料、吸波隐身材料、磁流体材
料、防辐射材料、微芯片导热基与布线材料、微电子封装 材料、光电子材料、单晶硅和精密光学器件抛光材料、敏 感元件、电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、 高效助燃剂、高韧性陶瓷材料、人体修复材料和抗癌制剂 等。
碳纳米管 1991年，日本科学家饭岛澄男发 现碳纳米管。 石墨中一层或若干层碳原子卷曲而 成的笼状“纤维”，内部是空的， 外部直径只有几到几十纳米，长度 可达数微米甚至数毫米。 这样的材料很轻，但很结实。它 的密度是钢的1/6，而强度却是钢 的100倍。若用碳纳米管做绳索， 是惟一可从月球上挂到地球表面， 而不被自身重量所拉断的绳索。
功能材料
一．概论什么是功能材料？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。
常将这类材料称为:功能材料,特种材料,精细材料材料的功能显示过程是指向材料输入某种能量，经过材料的传输或转换等过程，再作为输出而提供给外部的一种作用。
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。
什么是一次功能，二次功能？当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于同一种形式时，材料起到能量传输部件的作用，材料的这种功能称为一次功能。
当向材料输入的能量和从材料输出能量属于不同形式时，材料起能量的转换部件作用，材料的这种功能称为二次功能或高次功能。
这种材料才是功能材料。
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。
功能设计（以高分子材料为例）主要途径（1）通过分子设计合成新功能。
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。
功能高分子材料的制备方法总体上讲功能材料的制备主要有三种基本类型：一是功能小分子固定在骨架材料上；二是大分子材料的功能化；三是已有的功能高分子材料的功能扩展。
（1）功能性小分子材料的高分子化○1利用功能性可聚合单体聚合○2聚合物包埋小分子（2）高分子材料的功能化①功能化的物理方法功能化的物理方法主要是用小分子功能化合物与聚合物等共混来实现的。
②化学方法利用接枝反应在骨架结构中引入官能团，可以将许多产业化的品种进行功能化。
（3）多功能复合与功能扩大①多功能复合②同一分子中引入多种功能基③原有材料功能的拓展与扩大二、导电高分子材料高聚物导电特点：以电阻值为界限，在此界限以上为绝缘高分子材料，，在其以下统称为导电高分子材料。
按照材料的结构与组成，导电高分子材料可以分为结构型导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。
结构型（或称本征型）导电高分子材料是高分子材料本身所“固有”的导电性，由聚合物结构提供载流子。
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2、 材料科学及其发展
第一代（天然材料）：自然界的矿物、植物以及动物 第二代（烧炼材料）：烧结：砖瓦、陶瓷、玻璃、水泥； 冶炼：铜铁 第三代（合成材料）：20世纪初出现化工产品，塑料、
橡胶、纤维等已广泛用于生活。 第四代（可设计材料）：前三代为单一产品，于是根据需 要设计特殊性能的材料。例20世 纪40年代的复合材料 第五代智能材料： 近三、四十年研制的新型功能材料， 例记忆合金等。
论
现代文明的三大支柱-----能源、信息和材料。 材料是一切技术发展的物质基础。
4
一、材料科学及其发展
1、 什么是材料？
材料是可以用来制造有用的构件、器 件或物品的物质。师昌绪主编：《材料大辞典》 材料是“具有一定性能的物质, 可以用 来制成一些机器、器件、结构和产品”
美国科学院、工程院联合编写《材料：人பைடு நூலகம்的需求》
计 算 机 (晶体管、半导体)
航天飞机 (高温结构陶瓷)
这个飞跃的标志就是“材料科学”的形成。
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3、材料科学形成的背景
20 世纪中叶是苏美两个超级大国在各个领 域进行全面竞争的时代。材料的竞争是其中的 主要内容之一。
1957 年苏联率先将人造地球卫星送上了天，从而引发了 全球性的材料科学研究。
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4. 按材料的用途分类
结构材料(structural material)：是以力学性能为基础，以制造受力构件所用材料，
当然，结构材料对物理或化学性能也有一定要求，如光泽、热导率、抗辐照、抗
腐蚀、抗氧化等。（例支撑件、连接件、传动件、紧固件） 功能材料(functional material)：指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声 学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能 相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新 技术材料。（磁性、电子、信息、光学、敏感、能源）
两种以上；特殊方法。
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2. 按材料内部原子排列情况分类
晶态材料
非晶态材料
液态材料 气态材料
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3. 从材料尺度角度分类
三维材料-- 块体材料 二维材料-- 薄膜、涂层等 (金刚石薄膜、高温
超导薄膜、半导体薄膜、耐磨涂层)
一维材料-- 纤维、晶须等 (光导纤维、高强纤维)
零维材料-- 粉 体
1965年由美国贝尔实验室的J.A. Morton博士首先提出功能材料概念。
在国外，常将这类材料称为功能材料(Functional Materials)、特种材料
(Speciality Materials)或精细材料(Fine Materials) 。 结构材料与功能材料的划分并不严格： 生物医学材料？
功能材料概论
Introduction to Functional Materials
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课程简介
课程性质：专业基础课 先修课程：无机化学，物理化学，高分子化学，高分子物理 总 学 时： 36学时 教 材：《功能材料概论》殷景华 王雅珍等编 参 考 书： 现代功能材料及其应用—郭卫生, 汪济奎 功能材料学——周馨我 新型功能材料—— 贡长生，张克立 课程内容： 1．功能材料的科学基础 2．金属功能材料
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材料的特定的功能与材料的特定结构是相联系的。 如对于导电聚合物来说，它一般具有长链共轭双键；
金属结构中由于弹性马氏体相变能产生记忆效应，
因此出现了形状记忆合金；压电陶瓷晶体必须有极 轴等。
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三、功能材料的特征和分类
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1、功能材料的特征
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。
美国从此相继成立了一些材料研究中心，正式将材料科
学作为一个学科对待。
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美国：50年代末美国政府就制定了全国材料发展规划， 70 ~ 80 年代又进行了多次的补充和修正，把重点放在 超硬化合物、半导体激光材料、磁性材料和精密陶瓷 上。 日本：在 1980 年开展了为期 10 年耗资 4 亿美元的新 材料发展规划，重点领域为精密陶瓷、功能高分子、 复合材料、生物材料等。 欧洲：与前苏联也制订了类似的规划，竞争的项目也 集中在这些领域。
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材料科学的发展过程：P6
发现与使用自然材料 ↓ 合成与设计材料 ↓ 赋予材料生命体功能
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20 世纪科学技术领域发生了一系列惊人的重大 发现（原子能、航空航天、激光、信息、能源等 领域），它有力地促进了材料的发展，使得材料 在20 世纪中叶，发生了一次“革命性”的飞跃：
超音速飞机 (镍基超级合金)
3．无机非金属功能材料
4．功能高分子材料
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课程基本要求和考核
基本要求 1.请不要无故旷课、迟到，若有事请假，请写 好假条，辅导员签字方可； 2.课堂上请不要做干扰老师上课或同学听讲的 事情； 3.按时按量完成作业 考核： 平时成绩（10%）+期中成绩（报告10%）+ 期末成绩（80%）
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第一章 绪
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英国人悲哀地说：英国没有硅工业了，
英国从第一流的经济大国变为了第二 流的经济发达国家，而日本却从第二 流的经济发达国家变成了第一流的经 济大国。
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二、材料的分类
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1. 按材料的组成分类
金属材料（纯金属、合金）：优良力学性能（强度、塑性）；
可加工性；优异的物理性能。 高分子材料（天然、合成）：密度小；比强度大；绝缘性好； 耐腐蚀；易加工。 无机非金属材料（陶器、瓷器、水泥、玻璃、耐火材料）： 耐高温；抗腐蚀；高硬度；优良 介电、压电、光学、磁学性能。 复合材料（玻璃钢，碳纤维聚合物，陶瓷基、金属基）：
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几乎所有的物质都可以称为是材料，但并 不是所有的材料都能引起人们的广泛关注。 那么，
什么样的材料值得我们关注？
—— 实用价值
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材料实用价值的五个判据
资 能 环 经 质
源 源 保 济 量
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考虑到上述各种因素之后，有人提出材 料应该定义为：
人类社会所能够接受的经 济地制造有用器件的物质