功能材料课件PPT课件
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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。
13
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
14
（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
15
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
24
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
25
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》课件
化学气相沉积是利用气态 物质在加热的基材表面发 生化学反应，生成固态沉 积物的制备方法。
电化学沉积是利用电解液 中的离子在电极上发生氧 化还原反应，生成固态沉 积物的制备方法。
溶胶-凝胶法是利用溶液 中的前驱体在加热条件下 发生水解和缩聚反应，形 成凝胶，再经过干燥和热 处理得到固态产物的方法 。
生物法
应用领域拓展挑战
虽然功能材料在某些领域已经得到了广泛应用， 但在其他领域的应用还比较有限，需要进一步拓 展其应用领域。
功能材料的发展前景
01
02
03
广泛应用
随着科技的不断发展，功 能材料的应用领域将越来 越广泛，如能源、环保、 医疗、航空航天等。
创新发展
未来功能材料将不断涌现 出新的品种和性能更优的 材料，如新型高温超导材 料、纳米材料等。
产业升级
随着功能材料产业的不断 发展，将促进相关产业升 级和转型，如智能制造、 新能源等。
THANKS
谢谢
利用功能材料实现高效储能， 如锂离子电池和超级电容器。
电子信息领域
总结词
功能材料在电子信息领域中具有广泛 的应用，涉及集成电路、显示技术、 通信技术等。
集成电路
利用功能材料制造微电子器件，实现 高速、低功耗的集成电路。
显示技术
利用功能材料制造液晶显示器、有机 发光二极管显示器等显示器件。
通信技术
利用功能材料实现高速、大容量的通 信传输，如光纤通信和5G通信。
生物医学领域
总结词
功能材料在生物医学领域中具有重要应用，涉及 医疗器械、药物传递、生物成像等。
药物传递
利用功能材料实现药物的靶向传递和控释，提高 药物的疗效和降低副作用。
ABCD
功能材料课件ppt课件
物理气相沉积（PVD）
通过物理方法将固体材料转化为气态，再沉积到基材上，如真空镀膜 。
溶胶-凝胶法（Sol-Gel）
通过控制化学反应，将前驱体溶液转化为凝胶，再经过热处理制备功 能材料。
化学合成法
通过化学反应将简单物质转化为复杂物质，如合成高分子材料、复合 材料等。
加工技术
机械加工
激光加工
利用机械力对材料进行切削、磨削等加工 ，以获得所需形状和尺寸的零件或产品。
包括材料的反射率、透射率、折射率 等。这些性能决定了材料在光学设备 和器件中的使用效果。
热性能
包括材料的热导率、热膨胀系数、比 热容等。这些性能决定了材料在热设 备和系统中的使用效果。
03
功能积（CVD）
利用气态物质在固体表面上的化学反应来制备功能材料，如薄膜、涂 层等。
绿色化
随着环保意识的增强，功能材料的制备和应用过程需要更 加注重环保和可持续发展，如使用可再生资源、降低能耗 和减少废弃物排放。
智能化
通过先进的制备技术和结构设计，实现功能材料的智能化 ，如自适应、自修复、自感知等特性，以满足复杂环境和 动态变化的需求。
生物医学应用
功能材料在生物医学领域的应用越来越广泛，如用于药物 传递、组织工程和生物成像等，为医疗健康领域的发展提 供有力支持。
实例
高温超导材料
高温超导材料是指在一定温度下具有超导 性的材料，可用于制造超导线圈、超导电 缆等。
石墨烯
石墨烯是一种新型的二维材料，具有高导 电性、高导热性、高强度等特性，可用于 制造电子元器件、电池电极等。
生物可降解塑料
生物可降解塑料是指在特定条件下能够被 微生物分解为无害物质的塑料材料，可用 于替代传统塑料，减少环境污染。
通过物理方法将固体材料转化为气态，再沉积到基材上，如真空镀膜 。
溶胶-凝胶法（Sol-Gel）
通过控制化学反应，将前驱体溶液转化为凝胶，再经过热处理制备功 能材料。
化学合成法
通过化学反应将简单物质转化为复杂物质，如合成高分子材料、复合 材料等。
加工技术
机械加工
激光加工
利用机械力对材料进行切削、磨削等加工 ，以获得所需形状和尺寸的零件或产品。
包括材料的反射率、透射率、折射率 等。这些性能决定了材料在光学设备 和器件中的使用效果。
热性能
包括材料的热导率、热膨胀系数、比 热容等。这些性能决定了材料在热设 备和系统中的使用效果。
03
功能积（CVD）
利用气态物质在固体表面上的化学反应来制备功能材料，如薄膜、涂 层等。
绿色化
随着环保意识的增强，功能材料的制备和应用过程需要更 加注重环保和可持续发展，如使用可再生资源、降低能耗 和减少废弃物排放。
智能化
通过先进的制备技术和结构设计，实现功能材料的智能化 ，如自适应、自修复、自感知等特性，以满足复杂环境和 动态变化的需求。
生物医学应用
功能材料在生物医学领域的应用越来越广泛，如用于药物 传递、组织工程和生物成像等，为医疗健康领域的发展提 供有力支持。
实例
高温超导材料
高温超导材料是指在一定温度下具有超导 性的材料，可用于制造超导线圈、超导电 缆等。
石墨烯
石墨烯是一种新型的二维材料，具有高导 电性、高导热性、高强度等特性，可用于 制造电子元器件、电池电极等。
生物可降解塑料
生物可降解塑料是指在特定条件下能够被 微生物分解为无害物质的塑料材料，可用 于替代传统塑料，减少环境污染。
《功能材料隐身》课件
隐身技术重要性
在现代战争和国防安全中，隐身技术 对于提高武器装备的生存能力和突防 能力具有重要意义。
功能材料在隐身技术中的应用
1 2
功能材料在雷达隐身中的应用
利用吸波材料、导电高分子材料等，吸收和散射 雷达波，降低目标的雷达散射截面。
功能材料在红外隐身中的应用
利用热辐射控制材料、红外遮蔽材料等，降低目 标的红外辐射强度，实现红外隐身。
热损耗型功能材料隐身案例
总结词
利用热损耗型功能材料可以有效地吸收和散射热辐射， 从而达到隐身效果。
详细描述
热损耗型功能材料主要通过材料的热物理性质实现对热 辐射的损耗。这些材料能够将热辐射转化为热能，并通 过材料的热传导和热对流将热量散失到环境中。常见的 热损耗型功能材料包括热辐射涂层、隔热材料等。
磁损耗型功能材料
总结词
具有高磁导率、低磁损耗特性，通过吸收和散射电磁波达到 隐身效果。
详细描述
磁损耗型功能材料如铁氧体、磁性纤维等，具有高磁导率、 低磁损耗的特性。这类材料能够吸收和散射电磁波，减少电 磁波的反射和传播，降低目标的雷达散射截面，实现隐身效 果。
热损耗型功能材料
总结词
具有高热导率、低热容特性，通过快速散热降低红外辐射实现隐身效果。
可见光隐身的原理与技术
可见光隐身原理
通过降低目标的反射率和改变目标的颜色 等方式，降低目标在人眼和可见光探测器
上的信号强度，从而达到隐身的目的。
迷彩涂料
采用与环境颜色相近的涂料，降低目标的 可见性。
可见光隐身技术
采用迷彩涂料、光学伪装等技术手段，实 现可见光隐身。
光学伪装
通过使用光学仪器和装置，改变目标的颜 色和形状，使其与周围环境融为一体，从 而提高目标的隐身性能。
在现代战争和国防安全中，隐身技术 对于提高武器装备的生存能力和突防 能力具有重要意义。
功能材料在隐身技术中的应用
1 2
功能材料在雷达隐身中的应用
利用吸波材料、导电高分子材料等，吸收和散射 雷达波，降低目标的雷达散射截面。
功能材料在红外隐身中的应用
利用热辐射控制材料、红外遮蔽材料等，降低目 标的红外辐射强度，实现红外隐身。
热损耗型功能材料隐身案例
总结词
利用热损耗型功能材料可以有效地吸收和散射热辐射， 从而达到隐身效果。
详细描述
热损耗型功能材料主要通过材料的热物理性质实现对热 辐射的损耗。这些材料能够将热辐射转化为热能，并通 过材料的热传导和热对流将热量散失到环境中。常见的 热损耗型功能材料包括热辐射涂层、隔热材料等。
磁损耗型功能材料
总结词
具有高磁导率、低磁损耗特性，通过吸收和散射电磁波达到 隐身效果。
详细描述
磁损耗型功能材料如铁氧体、磁性纤维等，具有高磁导率、 低磁损耗的特性。这类材料能够吸收和散射电磁波，减少电 磁波的反射和传播，降低目标的雷达散射截面，实现隐身效 果。
热损耗型功能材料
总结词
具有高热导率、低热容特性，通过快速散热降低红外辐射实现隐身效果。
可见光隐身的原理与技术
可见光隐身原理
通过降低目标的反射率和改变目标的颜色 等方式，降低目标在人眼和可见光探测器
上的信号强度，从而达到隐身的目的。
迷彩涂料
采用与环境颜色相近的涂料，降低目标的 可见性。
可见光隐身技术
采用迷彩涂料、光学伪装等技术手段，实 现可见光隐身。
光学伪装
通过使用光学仪器和装置，改变目标的颜 色和形状，使其与周围环境融为一体，从 而提高目标的隐身性能。
《功能材料概论》课件
功能材料与结构材料相对，后者主要关注材料的强度、硬度、耐久性等结构特性，而功能材料则更注重 材料的特殊功能和用途。
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 。
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 。
光功能材料PPT课件
激光材料包括激光工质材料、激光调Q材料、 激光调频材料和偏转材料。
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7
一、激光的基本原理
1、光的吸收和发射 辐射与物质的相互作用主要包括受激吸收、自发发射和受激发射。
1）受激吸收：当处于低能级E1的原子吸收入射光子，然后 跃迁到高能级E2上。这种过程称为受激吸收。
2）自发发射：跃迁到能级E2的原子不稳定，它会自发地通 过辐射一个能量的光子返回到E1能级上。
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12
三、激光材料
对激光工作物质的要求是，它有一对有利于产生 激光的能级，其中的上能级有足够长的寿命，即 粒子被激发到该能级后能在其中滞留较长的时间。 因而能在该能级上积累比较多的粒子，与下能级 之间形成粒子数反转。同时还要求这一对能级间 有一定强度的跃迁，以产生激光。工质材料的质 量优劣将直接影响激光器件的性能。
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8
二、激光的产生
1、激光器的构成 激光器通常由工作物质、激励源和谐振腔三部分组成 的。 1）工作物质：是激光器中借以发射激光的物质，它 是激光器的核心。如含Cr3+的红宝石。 2）激励源：为了将工作物质中处于基态的粒子激发 到激发态能级，以获得粒子数的反转，就需要激励源 供给能量。 3）谐振腔：激光器两端各有一反射镜，构成一谐振 腔。
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4
激子吸收
除了基础吸收以外，还有一类吸收，
其能量低于能隙宽度，它对应于电子由
价带向稍低于导带底处的能级的跃迁有
导带
关。这些能级可以看作是一些电子 - 空
激子能级
穴（或叫做激子，excition）的激发能
级（图2）。处于这种能级上的电子， 能隙(禁带）
不同于被激发到导带上的电子，不显示
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一、激光的基本原理
1、光的吸收和发射 辐射与物质的相互作用主要包括受激吸收、自发发射和受激发射。
1）受激吸收：当处于低能级E1的原子吸收入射光子，然后 跃迁到高能级E2上。这种过程称为受激吸收。
2）自发发射：跃迁到能级E2的原子不稳定，它会自发地通 过辐射一个能量的光子返回到E1能级上。
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三、激光材料
对激光工作物质的要求是，它有一对有利于产生 激光的能级，其中的上能级有足够长的寿命，即 粒子被激发到该能级后能在其中滞留较长的时间。 因而能在该能级上积累比较多的粒子，与下能级 之间形成粒子数反转。同时还要求这一对能级间 有一定强度的跃迁，以产生激光。工质材料的质 量优劣将直接影响激光器件的性能。
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8
二、激光的产生
1、激光器的构成 激光器通常由工作物质、激励源和谐振腔三部分组成 的。 1）工作物质：是激光器中借以发射激光的物质，它 是激光器的核心。如含Cr3+的红宝石。 2）激励源：为了将工作物质中处于基态的粒子激发 到激发态能级，以获得粒子数的反转，就需要激励源 供给能量。 3）谐振腔：激光器两端各有一反射镜，构成一谐振 腔。
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4
激子吸收
除了基础吸收以外，还有一类吸收，
其能量低于能隙宽度，它对应于电子由
价带向稍低于导带底处的能级的跃迁有
导带
关。这些能级可以看作是一些电子 - 空
激子能级
穴（或叫做激子，excition）的激发能
级（图2）。处于这种能级上的电子， 能隙(禁带）
不同于被激发到导带上的电子，不显示
功能材料-磁性材料课件
第三章 磁性材料－§3.1 软磁材料
3、高斯织构硅钢片
结构特点：
➢ 易磁化方向[100]与轧制方向平行 ➢ 难磁化方向[111]与轧制方向成55角
轧 [100] 制 方 向
55
[111] [110]
➢ 中等磁化方向[110]与轧制方向成90角
横向
高斯织构硅钢片具有磁各向异性，沿[100](轧制方向)磁性能最佳。
3、主要用途
直流磁场下工作的磁性元件，如电磁铁和继电器的铁芯。
第三章 磁性材料－§3.1 软磁材料
电工用硅钢片
在纯铁中加入1.04.0%Si的铁碳硅合金。 Si的加入，提高了电阻率，从而减少涡流损耗。
1、电工用硅钢片的种类
硅钢片按生产方法、结晶织构和磁性能的分类：
电工用硅钢片
热轧非织构（无取向）硅钢片 冷轧非织构（无取向）硅钢片 冷轧高斯织构（单取向）硅钢片 冷轧立方织构（双取向）硅钢片
150·cm，为1J79铁镍合金的2～3倍。 ➢ 硬度、强度和耐磨性较高。
例如1J16的硬度和耐磨性比1J79合金高，适用于磁头等磁性器件。 ➢ 密度较低。
可以减轻磁性元件的铁芯质量。 ➢ 对应力敏感性小。
适于在冲击、振动等环境下工作。 ➢ 合金的时效性良好。
随着环境温度的变化和使用时间的延长，其磁性变化不大。
第三章 磁性材料－§3.1 软磁材料
2、铁铝合金的主要应用
铁和铝资源丰富、价格低廉，铁铝合金的磁性能与铁镍合金类似， 同时还具有一些独特的优点，因此是铁镍合金的一种替代材料，适用于 电子变压器、磁头和磁致伸缩换能器等方面。
铁铝合金的牌号、主要成分、特点和用途
牌号 铝含量 /%
特点
主要用途
1J6
功能高分子材料ppt课件
A. 丙烯酸钠是高吸水性树脂的主要成分 B. 高吸水性树脂成品是线型结构 C. 二氧化碳和环氧丙烷在催化剂作用下可生成一种可降解的塑料 D. 高分子制成的“人造金属”能够导电导热，所以有金属光泽
随堂练习
2. 下列关于功能高分子材料，说法不正确的是( C )
A. 生物高分子材料、隐身材料、液晶高分子材料等属于功能高分子材料 B. 高分子分离膜可用于海水淡化、分离工业废水、浓缩天然果汁等 C. 高分子药物和有机玻璃都属于功能高分子材料 D. 纤维素难溶于水的主要原因是其链间有多个氢键
聚丙烯纤维很难降解，根据其结构特点，你建议寻找哪类高分子材料替代 聚丙烯？ 聚丙烯纤维特点：无毒、疏水性的线型高分子材料； 可以用聚酯类线型性高分子材料代替，实现可降解；且聚乳酸比普通聚酯类相 比，既能降解，又可再生！
微生物降解材料 聚乳酸
聚乳酸是一种可生物降解的高分子材料，其结构简式如图，主要用于制造 可降解纤维、可降解塑料和医用材料。以淀粉为原料，先水解为葡萄糖，再在 乳酸菌的作用下将葡萄糖转变为乳酸，乳酸在催化剂作用下可聚合成聚乳酸。 聚乳酸材料废弃后，先水解成乳酸，乳酸在微生物和氧气的作用下可生成CO2 和H2O。请用化学方程式表示上述过程。
第五章 第二节 高分子材料
一、通用高分子材料 二、功能高分子材料
第五章 第二节 第二课时 功能高分子材料
一、高吸水性树脂 二、微生物降解材料
三、高分子分离膜
生活答疑
疫情期间曾“一罩难求”，有不法分子用纸张(天然纤维素)代替口罩材料， 你知道如何用简单的方法鉴别真假吗？
纤维素(多糖)
聚丙烯
➢ 加水鉴别吸水性：纸张有亲水基，能吸水；聚丙烯无亲水基，不吸水； ➢ 燃烧法鉴别：纸张燃烧后灰烬易碾碎；合成纤维燃烧时刺鼻呛味，燃烧后
随堂练习
2. 下列关于功能高分子材料，说法不正确的是( C )
A. 生物高分子材料、隐身材料、液晶高分子材料等属于功能高分子材料 B. 高分子分离膜可用于海水淡化、分离工业废水、浓缩天然果汁等 C. 高分子药物和有机玻璃都属于功能高分子材料 D. 纤维素难溶于水的主要原因是其链间有多个氢键
聚丙烯纤维很难降解，根据其结构特点，你建议寻找哪类高分子材料替代 聚丙烯？ 聚丙烯纤维特点：无毒、疏水性的线型高分子材料； 可以用聚酯类线型性高分子材料代替，实现可降解；且聚乳酸比普通聚酯类相 比，既能降解，又可再生！
微生物降解材料 聚乳酸
聚乳酸是一种可生物降解的高分子材料，其结构简式如图，主要用于制造 可降解纤维、可降解塑料和医用材料。以淀粉为原料，先水解为葡萄糖，再在 乳酸菌的作用下将葡萄糖转变为乳酸，乳酸在催化剂作用下可聚合成聚乳酸。 聚乳酸材料废弃后，先水解成乳酸，乳酸在微生物和氧气的作用下可生成CO2 和H2O。请用化学方程式表示上述过程。
第五章 第二节 高分子材料
一、通用高分子材料 二、功能高分子材料
第五章 第二节 第二课时 功能高分子材料
一、高吸水性树脂 二、微生物降解材料
三、高分子分离膜
生活答疑
疫情期间曾“一罩难求”，有不法分子用纸张(天然纤维素)代替口罩材料， 你知道如何用简单的方法鉴别真假吗？
纤维素(多糖)
聚丙烯
➢ 加水鉴别吸水性：纸张有亲水基，能吸水；聚丙烯无亲水基，不吸水； ➢ 燃烧法鉴别：纸张燃烧后灰烬易碾碎；合成纤维燃烧时刺鼻呛味，燃烧后
铁电功能材料PPT课件
钙钛矿型铁电体的晶体结构由钙、钛和氧组成，具有自发极化效应，当受到外电场 作用时，自发极化方向会发生改变，从而表现出铁电性。
常见的钙钛矿型铁电体包括钛酸钡（BaTiO3）、锆钛酸铅（Pb（Zr,Ti）O3）等。
含铅铁电体
含铅铁电体是指含有铅元素的铁电体，其特点是具有较高的居里温度和 较大的压电系数。
含铅铁电体的晶体结构复杂，通常由多种元素组成，如锆、铌、铅、钛 等。这些元素在晶体结构中发挥着不同的作用，共同决定了铁电体的性
质。
常见的含铅铁电体包括锆铅酸钡（Ba（Zr,Pb）O3）、铌铅酸铅（Pb （Nb,Pb）O3）等。
其他类型铁电体
其他类型铁电体是指除了钙钛矿型和含铅铁电体之外的铁电 材料。这些材料的晶体结构和化学组成多种多样，因此其性 质也各不相同电 体、弛豫型铁电体等。这些材料在某些方面具有独特性质， 因此在特定领域有着广泛的应用。
04
铁电材料的发展历程
铁电材料的发现
铁电材料的发现可以追溯到19世纪末 期，当时科学家们开始研究晶体材料 的电学性质。
这种自发极化现象是铁电材料所特有 的，因此科学家们将这类材料称为铁 电体。
光吸收：某些铁电材料对特 定波长的光具有较高的吸收
系数。
04
05
光折射：铁电材料在不同电 场状态下表现出不同的折射
率。
热学性质
铁电材料在热学性质上具有 热释电效应、热膨胀和热传 导等特性。
04
热膨胀：铁电材料在温度升 高时，体积增大的现象称为 热膨胀。
01 03
•·
02
热释电效应：铁电材料在温 度变化时，产生电荷的现象 称为热释电效应。
磁学性质
01
02
03
04
弱磁性：铁电材料具有
常见的钙钛矿型铁电体包括钛酸钡（BaTiO3）、锆钛酸铅（Pb（Zr,Ti）O3）等。
含铅铁电体
含铅铁电体是指含有铅元素的铁电体，其特点是具有较高的居里温度和 较大的压电系数。
含铅铁电体的晶体结构复杂，通常由多种元素组成，如锆、铌、铅、钛 等。这些元素在晶体结构中发挥着不同的作用，共同决定了铁电体的性
质。
常见的含铅铁电体包括锆铅酸钡（Ba（Zr,Pb）O3）、铌铅酸铅（Pb （Nb,Pb）O3）等。
其他类型铁电体
其他类型铁电体是指除了钙钛矿型和含铅铁电体之外的铁电 材料。这些材料的晶体结构和化学组成多种多样，因此其性 质也各不相同电 体、弛豫型铁电体等。这些材料在某些方面具有独特性质， 因此在特定领域有着广泛的应用。
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铁电材料的发展历程
铁电材料的发现
铁电材料的发现可以追溯到19世纪末 期，当时科学家们开始研究晶体材料 的电学性质。
这种自发极化现象是铁电材料所特有 的，因此科学家们将这类材料称为铁 电体。
光吸收：某些铁电材料对特 定波长的光具有较高的吸收
系数。
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光折射：铁电材料在不同电 场状态下表现出不同的折射
率。
热学性质
铁电材料在热学性质上具有 热释电效应、热膨胀和热传 导等特性。
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热膨胀：铁电材料在温度升 高时，体积增大的现象称为 热膨胀。
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热释电效应：铁电材料在温 度变化时，产生电荷的现象 称为热释电效应。
磁学性质
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04
弱磁性：铁电材料具有
新型高性能功能材料优秀课件
A2B Mg2Ni，Ti2Ni
A2-xNxB1-yMy （x＜2，y＜1）
A及N——吸氢量较大的金属 (ⅡA，ⅢB，ⅣB，ⅤB族金属) B及M——过渡金属 （ⅥB，ⅦB，Ⅷ，ⅠB，ⅡB，ⅢA，ⅣA族） Mm ——混合稀土金属
Chapter6 Metallic Materials
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碳纳米管——迄今为止最好的储氢材料
① 贮氢容器
重量轻、体积小——氢以金属氢化物形式存在 于贮氢合金之中，密度比相同湿度、压力条件 下的气态氢大1000倍；
Application 贮氢容器
节省能量，安全可靠——用贮氢合金贮氢，无 需高压及贮存液氢的极低温设备和绝热措施。
TiNi 记忆合金眼镜架
第二节 贮氢合金
一、贮氢合金的定义及分类 贮氢合金是一种能在晶体的空隙中大量贮存氢原子
的合金材料。这种合金具有可逆吸、放氢的神奇特性。 氢原子很容易进入合金内并与之形成金属氢化物，可 以贮存相当于合金自身体积1000~3000倍的氢气。
表13-1
储氢原理
➢ 一个金属原子能与两个、三个甚至更多的 氢原子结合，生成稳定的金属氢化物，同 时放出热量。
碳纳米管储氢示意图（红点为氢原子）
迄今为止，具有使用价值的贮氢合金材料主要有 三大类：稀土系、钛系和镁系列贮氢合金。
1．稀土系贮氢合金 2．钛系贮氢合金
（1）钛铁系贮氢合金 （2）钛锰系贮氢合金 3．镁系贮氢合金 二、贮氢合金材料的应用
1．镍金属氢化物电池 2．热泵、空调及热贮存 3．氢能汽车
贮氢材料的应用
Chapter6 Metallic Materials
3
形状记忆合金
一、形状记忆效应
具有一定形状的固体材料，在某一低温状态下经过 塑性变形后，通过加热到这种材料固有的某一临界温 度以上时，材料又恢复到初始形状的现象，称为形状 记忆效应 。
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CO + H2O CO2 + 2H+ + 2e-
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20
评价仪器与机理
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二次电子
电子束
反射电子 特征X线
俄歇电子
俄歇(é xiē )电子(Auger electron )
.
22
一次电子
真空能级 价电子带
2次电子
俄歇电子
能级
多余的能量 空穴
.
23
FE-AES （Auger Electron Spectroscopy）
热敏电阻的应用： 温度侦测，电路开关 ，涌流抑制 , 马达延时启动 ，过热保护
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4
负温度系数热敏电阻
二、形变敏感材料
• 典型的形变敏感材料有形变规材料和磁致伸 缩材料。
• 形变规是利用物质因受力而电阻发生变化的 敏感元器件，金属、半导体、电介质等
• 标准因子
.
5
.
6
• 磁致伸缩材料是强磁性体被磁化后显示出尺寸变化的磁 诱导形变现象，相反，将因施加形变而导致强磁体磁化 发生变化的现象称为反磁致伸缩效应。
湿敏陶瓷（humidity sensitive ceramics） ：电阻随 环境湿度而变化的一类功能陶瓷。与高分子湿敏材 料相比，其测湿范围宽、工作温度高（可达 800℃）、工艺简单、成本较低。
应用：
湿度测量
.
16
气敏传感器：是一种检测特定气体的传感器。它主要包 括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学 气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。
温度敏感材料的应用：热敏电阻材料，电阻温度计 材料，热电偶材料
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3
热敏电阻
热敏电阻（ thermistor ）热敏电阻的电阻值，随着温度的变化而 改变，与一般的固定电阻不同。属于可变电阻的一类。
热敏电阻的种类 负温度系数热敏电阻，NTC ( negative temperature coefficient ) ： 随着温度的升高，电阻变小。 正温度系数热敏电阻，PTC ( positive temperature coefficient ) 随着 温度的升高，电阻变大。 临界温度热敏电阻， CTR ( critical temperature resistor ) ：超过一 定温度后电阻值急剧减小
第八章 敏感器件材料 Sensor materials
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1
敏感材料的定义
• 能够对某个作用在材料上的特定的力学参 量、物理参量和化学参量的变化引起电参 数（电阻）变化的材料。
• 力、弹性变形 • 环境（温度、湿度、气体、光线、磁场）
• 作用：检测、自动控制
.
2
一、温度敏感材料
• 电动势、电阻--温度关系（正、负温度系数） • Pt、Ni、Cu、W贵金属材料，金属复合、合金、陶瓷 • 灵敏度、循环稳定性、寿命 • 热稳定性（低温、中温、高温、超高温） • 薄膜、丝 • 家用电器、火灾报警器件、工业温度控制和切断电路。
聚焦控制系统、微位移器、线性马达、机 器人中的功能器件)、各种减振与消振的系 统、液体与燃油的喷射系统等。
• 这些材料要求具有大的饱和磁致仲缩系数。
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10
磁致伸缩材料机理示意图
磁致伸缩材料 无磁场
有磁场 电流
.
11
磁致伸缩材料的新应用
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12
三、湿敏与气敏半导体陶瓷材料
• 湿敏陶瓷材料大部分是多孔材料或者纳米 薄膜，利用其微孔吸附大气中的水分后， 水气在多孔体的晶粒表面上的扩散和作用 使电导发生变化，它可以被制成检测湿度 的传感器。
到水等透明液体时，材料将立即变得透明。
.
14
表面涂抹清水等透明液体，标识表面立刻变得透明，显示 出隐藏的信息图文，马上就可. 以得知产品的真伪。 15
• 湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致 本身电阻值发生变化这一原理而制成的。 工业上流行的湿敏电阻主要有:氯化锂湿敏电阻,有 机高分子膜湿敏电阻
磁致伸缩材料：Ni、Fe-Ni合金、Fe-Co合金、数ppm （1ppm = 0.0001% ）。
高磁致伸缩材料是指磁致伸缩较大的材料。1m的材
料的磁致伸缩可达到几mm。
.
9
• 这类材料具有电磁能与机械能或声能相互 转换的功能。
• 应用于水声或电声换能器(如声纳的水声发 射与接受器、超声波换能器)、各种驱动器 (如机械功率源、精密加工、激光及照相机
• 氧化物湿敏陶瓷材料分为涂敷型和烧结型 两大类
• 薄膜、涂层型
• 泡沫多孔陶瓷型
.
13
湿敏材料
湿敏防伪
湿敏防伪技术是以一种超微孔的防伪材料做为承印物
的一种防伪技术。该防伪材料称为湿敏防伪材料。湿
敏防伪材料是利用特殊的工艺以及设备生产的一种纳
米级微孔薄膜材料，微孔在表面按照一定的规律分布
排列，孔道具有超强的亲水性能，因此薄膜材料在遇
•产生磁致伸缩效应的原因包括：因磁偶极矩变化而 产生的晶格离子位置偏移；因磁弹性能变化引起的晶
格离子位置偏移；以及由自旋引起的电于云分布变化 等。一般来说，具有较大线磁致伸缩系数或应变。
磁致伸缩效应
伸缩 逆磁致伸缩效应
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磁化率 变化
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8
• 单晶、多晶材料
定向凝固技术 粉末冶金技术
Tb-Dy-Fe合金
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24
俄歇电子能谱(AES、Auger)是一种利用高能电子束 为激发源的表面分析技术. AES分析区域受激原子发 射出具有元素特征的俄歇电子。
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25
个人观点供参考，欢迎讨论！
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接触燃烧式气敏传感器
接触燃烧式气敏传感器检测部件的结构 接触燃烧式气敏传感器的原理
白金线圈
检测回路 参照回路
触媒
中作温度：300- 400℃
干净空气中：
F1・R1＝F2・R2
带有可燃气体时：敏传感器主要. 用于可燃气体的检测 19
电化学气敏传感器
恒电位电解式气敏传感器的结构
气敏传感器材料
应用主要有：CO气体的检测、瓦斯气体（主要成分
CH4）的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的 检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。
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17
半导体气敏传感器
气敏器件的机理
CO2气敏器件数据
½ O2 + (SnO2-x) O- ad (SnO2-x)
CO + O-ad (SnO2-x) CO2+ (SnO2-x)*