功能材料概论 ppt课件
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13
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。
14
二、材料的分类
15
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）：
5
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
6
材料实用价值的五个判据
资 能 环 经 质
源 源 保 济 量
7
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
功能材料概论
Introduction to Functional Materials
1
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
19
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。
20
三、功能材料的特征和分类
21
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。
9
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
10
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
2
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%）
3
第一章 绪
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。
12
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。
两种以上；特殊方法。
16
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
17
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
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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）
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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？
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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：人类的需求》
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。
11
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。
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？
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
功能材料概论
Introduction to Functional Materials
1
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。
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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
2
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
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。
12
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。
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
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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）
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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。
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一、材料科学及其发展
1、 什么是材料？
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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：人类的需求》
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。
11
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。
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？