特种功能材料 功能材料概论
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
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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。
特种功能材料
特种功能材料特种功能材料是指通过对材料进行改性和加工等手段，使其具备特殊的功能和性能的材料。
这类材料具有广泛的应用领域和潜在的经济效益。
下面将介绍一些常见的特种功能材料和其应用。
一、磁性材料磁性材料是具有磁性的材料，常见的磁性材料有永磁材料、磁性合金和软磁材料等。
永磁材料可广泛应用于电机、声学、电子等领域，如用于制造电机、传感器和磁存储器等；磁性合金可用于制造变压器和电磁线圈；软磁材料可用于制造变压器、电感器和传感器等。
二、电子功能材料电子功能材料主要包括导电材料和绝缘材料。
导电材料可以将电能导入或传出某一部件，广泛应用于电子器件、电池和发电设备等，如金属、半导体和导电聚合物等。
绝缘材料可以阻隔电流，在电子器件中常用于绝缘保护和电介质应用。
三、光电材料光电材料是指能够吸收光能并将其转换为电能的材料，广泛应用于光电子、光伏和光学等领域。
光电材料具有快速响应、高灵敏度和稳定性好等特点。
常见的光电材料有太阳能电池材料、光电导材料和光纤材料等。
四、热电材料热电材料是指能够将热能转化为电能的材料，广泛应用于能源领域。
热电材料具有高热电效应、长寿命和稳定性好等特点。
常见的热电材料有铜铟镓硒、硅锗和硫化柱英等。
五、阻尼材料阻尼材料是指能够吸收机械振动和减缓能量传递的材料，广泛应用于结构、航空和交通等领域。
阻尼材料能够减小结构的振动幅度，提高结构的稳定性和安全性。
常见的阻尼材料有聚合物阻尼材料、金属阻尼材料和纳米阻尼材料等。
总之，特种功能材料具有丰富的种类和广泛的应用领域，可以满足不同领域的需求。
随着科技的不断发展，特种功能材料的研究和应用将不断拓展，为人们的生活和产业带来更多的便利和创新。
功能材料概论知识点总结
功能材料概论知识点总结一、功能材料的概念功能材料是指那些具有特殊功能和性能的材料，可以通过改变其组成、结构或制备工艺来实现特定的功能要求。
功能材料具有响应外部环境、传感检测、转换能量、存储信息等多种功能，广泛应用于各种工程和应用中。
功能材料的研究和开发，对于推动科学技术的发展和提升生活质量具有重要意义。
二、功能材料的分类功能材料可以根据其功能和性能特点进行分类，常见的功能材料包括以下几类：1. 传感材料：具有对物理、化学或生物信号进行感知和检测的能力，用于传感器和检测技术领域。
2. 光电材料：具有光电转换和传输性能的材料，用于光伏发电、光电器件和光通信等领域。
3. 催化材料：具有催化反应活性和选择性的材料，用于化学反应、环保和能源转化等领域。
4. 能源材料：具有储能、转换和传输能量的特性，用于电池、超级电容器和储能设备等领域。
5. 智能材料：具有响应外部刺激和调控性能的材料，用于智能传感、致动器和智能结构等领域。
6. 生物材料：具有与生物体相容性和生物活性的材料，用于医用材料、生物医学和组织工程等领域。
以上是功能材料按照其功能和应用特点进行的大致分类，不同的功能材料类别具有不同的特性和应用领域，有助于满足特定的工程需求和应用要求。
三、功能材料的特点功能材料具有以下几个特点：1. 多功能性：功能材料可以同时具有多种功能和性能，如传感、光电、催化和能源等功能，具有多种应用潜力。
2. 高性能：功能材料往往具有优异的性能指标，如高灵敏度、高效率、高稳定性和高可靠性，能够满足工程需求和应用要求。
3. 可调控性：功能材料的组成、结构和性能可以通过调控技术进行设计和调整，实现特定功能和性能的要求。
4. 多学科交叉：功能材料的研究和开发涉及物理、化学、材料、电子、生物等多个学科领域的交叉，需要综合利用各种学科知识和技术手段。
5. 应用前景：功能材料在电子、能源、信息、医疗、环境等领域具有广阔的应用前景，可以推动相关产业的发展和进步。
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.%
1.功能材料概论
4
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
14
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 、
15
（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
特种功能材料特种功能材料是指具有特殊性能和功能的材料，通常用于特定的工程和科技领域。
这些材料具有独特的物理、化学和机械性能，能够满足特定的工程需求，广泛应用于航空航天、军事、能源、环保等领域。
特种功能材料的研究和应用对于推动科技进步和经济发展具有重要意义。
特种功能材料的种类繁多，包括但不限于高温合金、碳纤维复合材料、功能陶瓷、高分子材料、纳米材料等。
这些材料具有耐高温、耐腐蚀、高强度、轻质、导热、导电等特点，可以在极端环境下发挥作用，因此在航空航天领域得到广泛应用。
同时，特种功能材料还可以用于制备传感器、储能材料、光学材料等，为科技领域的发展提供了重要支撑。
在航空航天领域，特种功能材料的应用尤为突出。
例如，高温合金可以用于制造发动机涡轮叶片，具有优异的耐高温和抗氧化性能，能够满足发动机在高温高压下的工作要求。
碳纤维复合材料则可以用于制造飞机机身和机翼，具有轻质高强的特点，可以减轻飞机重量，提高燃油效率。
这些特种功能材料的应用大大提升了航空航天器的性能和可靠性。
另外，在军事领域，特种功能材料也发挥着重要作用。
高分子材料可以用于制备防弹衣和防弹头盔，提供士兵良好的防护性能。
功能陶瓷可以用于制造导弹的导引头部件，具有良好的高温耐磨性能，能够确保导弹在高速飞行过程中的稳定性。
这些特种功能材料的应用为军事装备的研发和生产提供了重要支持。
除此之外，特种功能材料还在能源、环保等领域发挥着重要作用。
例如，太阳能电池中的光伏材料、储能材料中的锂离子电池正极材料等，都属于特种功能材料的范畴。
这些材料的研究和应用有助于提高能源利用效率，减少环境污染，推动可持续发展。
总的来说，特种功能材料在科技领域的应用前景广阔，对于推动科技进步和经济发展具有重要意义。
随着科技的不断进步和发展，特种功能材料的研究和应用将会得到进一步加强，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
《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 。
《功能材料概论》课件
固相反应法通常涉及将固体原料混合 、研磨并在高温或高压下进行反应。 该方法具有操作简单、设备成本低等 优点，但反应时间较长，且不易控制 产物成分和纯度。
化学气相沉积法
总结词
化学气相沉积法是一种利用气态化学反应在固体表面沉积功能材料的方法。
详细描述
化学气相沉积法通过将气态反应剂引入反应室，在基体表面发生化学反应并形 成固态沉积物。该方法可制备出高纯度、高致密度的功能材料，但设备成本较 高，且工艺参数较难控制。
固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池是一种高温燃料电池，其工作原理 是利用氢气、天然气或生物质等燃料和氧气反应产生电 能。固体氧化物燃料电池具有高效率和低污染等优点。
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《功能材料概论》课件
目录
• 功能材料的分类与特性 • 功能材料的制备技术 • 功能材料的性能与应用 • 功能材料的未来发展与挑战 • 案例分析：功能材料在新能源领域的应用
01 功能材料的分类与特性
金属ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能材料
金属功能材料是指具有特殊物理或化 学性能的金属材料，如导电性、超导 性、磁性、热敏性等。
磁学性能与应用
总结词
功能材料的磁学性能是指其在磁场作用下的性质和行为，包括磁导率、磁化强度、磁致伸缩等。
详细描述
磁导率是指材料对磁场的导磁能力，磁化强度是指材料在磁场作用下的磁化程度，磁致伸缩是指材料 在磁场作用下尺寸发生变化的性质。这些磁学性能在磁记录、磁流体、磁悬浮等领域有着广泛的应用 ，如硬盘、磁带、磁传感器等。
功能材料的环境友好性
总结词
随着环保意识的日益增强，功能材料的环境友好性成 为研究重点，通过降低材料的环境负荷，实现可持续 发展。
功能材料概论总复习
LOGO 0.156
（e） 物理吸附储氢 利用吸附储氢材料对氢分子的吸附作用而储氢。吸 附储氢材料主要有分子筛、活性炭、高比表面积活性炭、新型吸附剂 （碳纳米管、碳纳米纤维和纳米石墨等碳纳米材料 ）等。
Ⅰ 碳纳米管
1997.3 单壁碳纳米管中的储氢 ——《nature》 1999.7 碱掺杂的碳纳米管在常压常温下的高吸氢量——《science》 1999.11 室温下在单壁碳纳米管上的储氢——《science》 5wt%~20wt% 2010.2 回顾碳纳米管储氢——《carbon》 1998~2010，CNTS储氢量逐年下降
库柏认为，只要两个电子之间有净的吸引作用，不管这种作用力多么 微弱，它们都能形成束缚态。
这种吸引作用有可能超过电子之间的库仑排斥作用，而表现为净的相 互吸引作用，这样的两个电子被称为库柏电子对。
从能量上看，组成库柏对的两个电子由于相互作用将导致势能降低。
LOGO
、
如右图所示：
电子在晶格点阵中运动，它对周围的正离子有吸引作用，从而 造成局部正离子的相对集中，导致对另外电子的吸引作用。这
物理因素：热、光、幅射、机械力
物理－化学因素：热氧、光氧
LOGO
高聚物的分类
天然高分子材料 合成高分子材料
1、按来源
改性的天然高分子材料 改性合成高分子材料 为了获得具有各种实用性能或改善其成型加工性能，除 基本组分聚合物之外，还要添加各种添加剂，因此严格 地说，高分子化合物与高分子材料的涵义是不同的。 LOGO
当 T<Tc 时，金属内的库柏对开始形成（形成后体系能量下降），这时所有 的库柏对都以大小和方向均相同的动量运动，库柏对在能量上比单个电子运 动要稳定，因此，体系中仅有库柏对的运动，库柏对电子与周围其它电子没 有能量交换，也就没有电阻，金属导体就具有了超导电性 。库柏对的数量 十分巨大 , 当它们向同一方向运动时, 就形成了超导电流 。 由于库柏对引力并不大，当温度较高时，库柏对被热运动打乱而不能成对。 同时，离子在晶格上强烈地不规则振动，使形成库柏对的作用大大减弱。 LOGO
特种功能材料 功能材料概论
功能材料的分类（功能的不同）
▪ (1)力学功能 主要是指强化功能材料和弹性功能材料
▪
如高结晶材料，超高强材料等等
▪ (2)化学功能
▪ ①分离功能材料：如分离膜合物，
3、材料的性能与其内部结构的关系
材决 料 的定 性 能于
① 材料的种类 ② 材料成分 ③ 材料的内部结构 ④ 材料的制备与加工工艺
材 料 研究各种材料的组织结构、制备加工 科 工艺与材料性能之间相互关系的科学。 学
元素周期表及其性能的周期性变化
1、将元所有素元周素期按相表
对原子质量及电 子分布方式排列 成的表称为元素 周期表。称门捷 列夫元素周期表。
声功能 如：吸音性、隔音性；
热功能 如：隔热性、传热性、吸热性和蓄热性；
电功能 如：导电性、超导性、绝缘性和电阻；
磁功能 如：软磁性、硬磁性、半硬磁性；
光功能 如：透光性、遮光性、反射光性、折射光性、
吸收光性、偏振性、聚光性、分光性；
其它功能 如：电磁波特性(常与隐身相联系) 、放射性 化学特性 如：催化作用、吸附作用、生物化学反应、酶反应
▪
可降解的医用缝合线、骨钉、骨板等等
▪ ②功能性药物：如缓释性高分子农药等等
▪ ③生物障解材料
功能材料的分类（材料的不同）
（1）功能金属材料
电性材料、磁性材料、超导材料、弹性材料、膨胀材料
（2）功能无机非金属材料
功能陶瓷、功能玻璃材料、半导体材料
（3）功能高分子材料
光功能高分子材料、电功能高分子材料、化学功能高分子材料
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。
特种功能材料
特种功能材料特种功能材料是一种具有特殊功能和性能的材料，它们可以在特定环境或特定条件下发挥出其独特的作用。
这些材料通常具有优异的物理、化学、热学、光学等性能，广泛应用于航空航天、电子、医疗、能源、环保等领域。
在现代科技发展的背景下，特种功能材料的研究和应用正变得越来越重要。
首先，特种功能材料在航空航天领域发挥着重要作用。
航空航天领域对材料的要求非常严格，特种功能材料因其轻量化、高强度、耐高温等特点成为了航空航天领域的首选材料。
例如，碳纤维复合材料在飞机结构中的应用大大减轻了飞机的重量，提高了飞行性能，同时也降低了燃油消耗。
此外，高温合金材料在航空发动机中的应用也为航空业的发展提供了重要支持。
其次，特种功能材料在电子领域也有着广泛的应用。
随着电子产品的不断发展，对材料的要求也越来越高。
特种功能材料的出现为电子产品的性能提升提供了可能。
例如，半导体材料在电子器件中的应用使得电子产品的性能得到了显著提升，同时也使得电子产品在尺寸和功耗上得到了优化。
此外，特种功能材料在医疗领域也发挥着重要作用。
生物材料、医用高分子材料、医用陶瓷材料等特种功能材料的出现，为医疗器械和医疗设备的发展提供了新的可能。
例如，生物可降解材料在植入式医疗器械中的应用，大大减少了二次手术的风险，提高了治疗效果。
另外，纳米材料在医学影像学中的应用也为医学诊断提供了新的手段。
最后，特种功能材料在能源和环保领域也有着重要的应用。
新能源材料、环保材料等特种功能材料的出现，为能源利用和环境保护提供了新的途径。
例如，光伏材料的应用使得太阳能的利用效率大大提高，同时也减少了对传统能源的依赖。
另外，环保材料的应用也为环境保护提供了新的解决方案，例如，吸附材料在污水处理中的应用大大提高了污水处理效率。
总之，特种功能材料在各个领域的应用都发挥着重要作用，它们为现代科技的发展提供了新的可能性，同时也为人类社会的进步做出了重要贡献。
随着科技的不断发展，特种功能材料的研究和应用将会变得越来越重要，我们有理由相信，特种功能材料将会在更多领域发挥出其独特的作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
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(功能高分子材料)
4. 应用 可用于加氢、硅氢加成、氧化、环氧化、不对称加成等等。
9.3 固定化酶
9.3.1 固定化酶的优点
酶是一种分子量适中的蛋白质，由各种氨基酸连接而成，存在于 所有活细胞中，是生命过程中化学反应中的天然催化剂，在生物 体内进行的化学反应，几乎全部是由酶催化的。
将生物活性酶用人工方法固定于载体上，使之不溶于水，同时仍 具有催化功能。
9.3.3 固定化酶的应用
在酶的固化研究中人们最关心的有两方面：一是酶经过固化后能否 保持高活性和高选择性。二是通过酶的固化能否使其扩大使用范围、 简化操作、降低成本 固定化后酶的活性取决于酶本身原有的活性和固化时采用的方式方 法，以及所用载体的化学结构和物理形态。 活性：一般情况下，酶经固定后，其其活性或多或少都有所降低。 原因：酶在固化过程中，活性酶中一部分氨基酸的氨基或羧基参与 固化而是使酶的结构在一定程度上受到破坏，因此在固化过程中酶 蛋白的高次结构也会有所变化 选择性：酶固化后形成的高分子效应对酶的选择性也会有一定程度 的影响 这也是虽然固化酶有许多优点，但是在工业上的广泛应用仍受到许 多限制的原因之一。
特点：（1）能吸收大量的水和其它极性溶剂（磺酸基） （2）热稳定性和化学稳定性好（氟碳骨架）
2. 阴离子交换树脂
阴离子交换树脂与阳离子交换树脂具有同样的有机骨架，只是所 联的活性基团为碱性基团。
特种材料的功能与性能研究
特种材料的功能与性能研究随着科学技术的不断发展，特种材料的研究也变得越来越重要。
特种材料具有特殊的功能和性能，被广泛应用于航空、航天、新能源、环境保护、生物医学等领域。
本文将就特种材料的功能和性能进行探讨。
一、功能特种材料的功能指的是材料在特定环境下所具有的特殊性质。
常见的功能包括：1. 光学功能光学功能的材料主要应用于光学器件、光电子器件、激光器，以及高分子光纤和光学波导等领域。
例如，锂离子荧光玻璃的强度与锂离子的浓度有关，可以用于制作太阳能电池和光电探测器。
2. 磁学功能磁性材料主要通过自由电子中的磁矩产生磁性，被广泛应用于磁存储器件、电子显示器、航空和航天等的电子器件。
例如，采用Fe、Ni、Co等元素的合金材料可以制作出高能磁体，这些材料具有较高的饱和磁场，可以被用于表面舰船的减摩和磁悬浮列车的悬浮导向系统中。
3. 电学功能电学功能的材料能够产生电场、电势差或磁场，在电路和电子器件中起着重要作用。
常见的电学功能包括电导率、介电常数、磁导率等。
例如，高温超导材料的电阻率极低，可以被用于高能费探测器、核聚变装置和输电线路的高温超导材料制造等领域。
4. 热学功能热学功能的另一个重要应用是传感器技术，例如，热敏电阻材料可以被用于红外传感器和测量温度的传感器中。
另外，铜基高温超导材料的导热性能较好，可以被用于高能费科技和纳米加工领域。
5. 生物功能生物功能材料是指具有与生物相容性、生物活性以及生物效应的特种材料。
例如，单层石墨烯的特殊结构和组成成分可以被用于制造医疗器械、药物载体、组织修复材料等领域。
二、性能特种材料的性能指的是材料在特定条件下所表现出的物理、化学、机械等特性。
常见的性能包括：1. 机械性能材料的机械性能可以通过材料的弹性、硬度、韧性和塑性来描述。
高韧性和塑性的材料可以被用于抗震、航空航天和高速公路等领域。
例如，碳纤维增强的复合材料具有高强度和低密度的特性，可以被用于高速列车和飞机制造中。
功能材料 第一章 概论
按应用领域
电子材料 能源材料 信息材料 光学材料 仪器仪表材料 航空航天材料 生物医学材料 传感器用敏感材料
按使用性能
电功能材料 磁功能材料 光功能材料 热功能材料 化学功能材料 生物功能材料 声功能材料 隐形功能材料
功能材料的现状
近几年来，功能材料迅速发展， 近几年来，功能材料迅速发展，已有几 十大类，10万多品种，且每年都有大量新品 十大类， 万多品种， 万多品种 种问世。现已开发的以物理功能材料最多， 种问世。现已开发的以物理功能材料最多， 主要有： 主要有：
2）功能材料的功能从单功能向多功能和复 ） 合或综合功能发展， 合或综合功能发展，从低级功能向高级 功能发展； 功能发展； 3）功能材料和器件的一体化、高集成化、 ）功能材料和器件的一体化、高集成化、 超微型化、高密积化和超分子化； 超微型化、高密积化和超分子化；
4）功能材料和结构材料兼容，即功能材料 ）功能材料和结构材料兼容， 结构化，结构材料功能化； 结构化，结构材料功能化； 5）进一步研究和发展功能材料的新概念、 ）进一步研究和发展功能材料的新概念、 新设计和新工艺； 新设计和新工艺；
1）单功能材料，如：导电材料、介电材料、 ）单功能材料， 导电材料、介电材料、 铁电材料、磁性材料、磁信息材料、 铁电材料、磁性材料、磁信息材料、发热材 热控材料、光学材料、激光材料、 料、热控材料、光学材料、激光材料、红外 材料等。 材料等。 2）功能转换材料，如：压电材料、光电材料、 ）功能转换材料， 压电材料、光电材料、 热电材料、磁光材料、声光材料、电流变材 热电材料、磁光材料、声光材料、 料、磁敏材料、磁致伸缩材料、电色材料等。 磁敏材料、磁致伸缩材料、电色材料等。
6）完善和发展功能材料检测和评价的方法； ）完善和发展功能材料检测和评价的方法；
功能材料概论
一个例子
比强度，也就是材料的 强度与密度之比。具有
高强度、低密度的材料
优质的结构材料，必须具有较高的比强无度疑，具即有强应度用高优而势质。轻。
高比强度铝合金给 20 世纪的 “新”材料带来了第一个突破！
钢的比强度为： 0.64 106 cm 铝合金的比强度为：2.64 106 cm 后者是前者的 4 倍，这对于结构材料 来说是几千年来的一个飞跃。
• 在 上可以找到很多关于铝以及铝合金 的信息
美铝的生意是从一把铝壶开始的……
❖ 从铝壶做起，慢慢延伸到了烹调器具、锡箔纸、电线和 电缆…… 所谓时效硬化，则是把合金强化处理后的铝合金加热
❖ 现在，美铝了到的成一 单为定 相公温 状认度 态的以 ，上 然世进 后界行 快上“ 速最熔 淬大解 火处 ，的理 保原”持铝，其、使单铝合相金组加处织工于。产均此匀后 品和氧化铝生再产在商稍。高美于铝室温的的产温品度广下泛加热的，应使用合于金航中慢空慢航析天出、第 汽车、包装、二建相筑，、第商二业相的运析输出以可及以工提高业合市金场的。强度。
课程性质及目的
➢ 通过本课程的学习，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，掌握典型功能材料的基本 原理、材料类型以及主要用途；了解典型功能材料的研 究发展现状及其应用，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， 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，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，达到学以致用 的目的。
—— 实用价值
材料实用价值的五个判据
❖资 源 ❖能 源 ❖环 保 ❖经 济 ❖质 量
特种功能材料研究报告
特种功能材料研究报告随着科技的不断发展，特种功能材料作为一种新型材料，受到了越来越多的关注。
它具有独特的物理、化学和生物特性，广泛应用于各个领域，如电子、光电、生物医药、环境保护等。
本文将从特种功能材料的定义、分类、应用等方面进行探讨，并介绍当前特种功能材料的研究进展。
一、特种功能材料的定义特种功能材料是指具有特殊功能的新型材料，其特性包括但不限于：光学、电学、磁学、声学、热学、力学、化学、生物学等方面的特殊性能。
这些特殊性能使得特种功能材料在许多领域得到了广泛的应用。
二、特种功能材料的分类特种功能材料按照其性质和应用领域的不同，可以分为以下几类： 1. 光学材料：包括光学玻璃、光学薄膜、光学陶瓷、光学纤维等，主要应用于光学仪器、激光技术、光通信等领域。
2. 电学材料：包括半导体材料、导电高分子材料、电介质材料等，主要应用于电子元件、传感器、电池等领域。
3. 磁学材料：包括铁磁材料、软磁材料、硬磁材料等，主要应用于电机、发电机、传感器等领域。
4. 声学材料：包括声学吸声材料、声学隔音材料、声学阻抗匹配材料等，主要应用于音响设备、车辆、建筑物等领域。
5. 热学材料：包括热传导材料、热吸附材料、热障涂层材料等，主要应用于航空航天、汽车、电子等领域。
6. 化学材料：包括高分子材料、纳米材料、无机材料等，主要应用于生物医药、环境保护、新能源等领域。
三、特种功能材料的应用特种功能材料在各个领域得到了广泛的应用，具体如下：1. 电子领域：特种功能材料被广泛应用于电子元件、半导体器件、显示器件等方面。
例如，铜铟镓硒薄膜太阳能电池利用铜铟镓硒材料的光电转换性能，将光能转化为电能，实现太阳能的利用。
2. 光电领域：特种功能材料在光学仪器、激光技术、光通信等领域得到了广泛应用。
例如，光学玻璃在光学仪器制造中被广泛使用。
3. 生物医药领域：特种功能材料在生物医药领域的应用越来越广泛，例如纳米材料、生物材料等。
纳米材料被广泛应用于癌症治疗、药物传递等方面。
特种功能材料
特种功能材料特种功能材料是一类具有特殊性能和功能的材料，它们在各个领域中起着重要的作用。
特种功能材料可以提供特定的性能和功能，如耐高温、耐磨损、防腐蚀、导热、导电等。
其广泛应用于航空航天、汽车、电子、化工、医学等领域，为现代科技进步和社会发展做出了巨大贡献。
首先，特种功能材料在航天航空领域中的应用十分重要。
在航天器的制造中，需要采用轻量、高强度、耐高温的材料。
例如，纳米材料可以提高航天器的强度和刚度，减轻载荷，并能够经受高温和辐射的考验。
此外，耐磨损材料可以延长零部件的使用寿命，并减少器件的维护和更换频率。
其次，特种功能材料在汽车工业中也发挥着重要作用。
随着汽车工业的不断发展，对汽车材料的要求也越来越高。
特种功能材料可以提供更好的抗冲击性、抗老化性和耐蚀性，从而保护汽车的结构和外观。
此外，导热导电材料可以应用在电池、电动机等汽车核心部件中，提高其性能和效率。
特种功能材料在电子行业中也起到重要的作用。
电子行业对材料性能的要求十分严格，如要求材料具有高导电性、低电阻等特点。
特种功能材料可以满足这些需求，如导电聚合物、导热硅胶等材料的应用广泛存在于电子产品中。
此外，纳米材料的应用也为电子行业带来新的发展机遇，如纳米粒子用作电子元件的高效吸附剂、纳米线用作高性能传感器等。
最后，特种功能材料在医学领域中的应用同样不可忽视。
特种功能材料可以用于医用器械、植入材料、生物医学传感器等方面。
比如，生物陶瓷材料在骨修复和人工关节等领域有着广泛应用；具有生物相容性的聚合物材料可以用于制作医用注射器、导管等医疗器械；纳米材料还可以用于药物的传输和释放，提高药物的疗效和降低副作用。
总之，特种功能材料在各个领域中都具有重要的应用价值。
它们可以满足行业对材料性能和功能的不断提高的需求，并推动科技进步和社会发展。
未来，随着科技的进步，特种功能材料将会更加广泛地应用于各个领域，并继续发挥其重要作用。
第一章-功能材料概论
④热能与其他形式能量的转换
如激光加热、热刺激发光、热化学反应等。
20
⑤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。
21
功能高分子材料至少应具有----
❖ 物理功能：导电、热电、压电、超导、形状记忆、磁化、光 致变色等
②功能高分子材料的合成原理与制备方法，多种功能结构的复
合及加工工艺
③功能高分子材料的应用，各种功能及性能的表征及研究方法
23
1.1.3 功能高分子材料的分类
（1）按照功能划分主要为： ①物理功能高分子： ②化学功能高分子： ③生物功能和医用高分子： ④其他功能高分子材料：
24
（2）按照性质和功能划分主要为9种类型 ①反应型功能高分子材料： ②光敏型功能高分子： ③电活性高分子材料： ④膜型高分子材料： ⑤吸附型高分子材料： ⑥高性能工程材料： ⑦高分子智能材料： ⑧医用高分子： ⑨其他功能高分子：
虽然特种与功能高分子材料的发展可以追述到 很久以前，如光敏高分子材料和离子交换树脂都 有很长的历史。但是作为一门独立的完整的学科， 功能高分子是从20世纪80年代中后期开始发展的。
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最早的功能高分子可追述到1935年离子交换树脂的发明。 20世纪50年代，美国人开发了感光高分子用于印刷工业， 后来又发展到电子工业和微电子工业。 1957年发现了聚乙烯基咔唑的光电导性，打破了多年来 认为高分子材料只能是绝缘体的观念。 1966年little提出了超导高分子模型，预计了高分子材 料超导和高温超导的可能性，随后在1975年发现了聚氮 化硫的超导性。
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1.2.4 宏观结构与功能的关系 ❖ 宏观结构包括聚合物的形态，如粉末、颗粒或球形、
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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
点，跟踪特种力学功能材料的最新研究动态
▪ 3．纳米碳管 纳米碳管的各项性质特性 纳米碳管制备方法、形成机制 纳米碳管微结构表征以及性质分析技术 纳米碳管应用基础研究，研讨应用前景
▪。
各专题主要内容：
▪ 4．大块非晶合金 大块非晶合金的形成能力、制备方法 大块非晶的各种性能特点，研讨非晶合金的应用 非晶合金的晶化过程
其中 XA、XB分别为化合物组成元素 A、B的电负性数值
结合键的本质及原子间距
结合键是固体原子之间 相互吸引和相互排斥综 合作用的结果。
结合键使原子之间相互结 合而使其能量处于最低状 态。
使结合键破坏所需的最低 能量称为结合键能，结合 能越大，则结合键越稳定
结合键与性能
1、物理性能
熔点：具有一次结合键的材料熔点较二次结合键高； 以离子键、共价键结合的材料熔点较金属键高。
2、材料发展的七大阶段
① 石器时代： 公元前10万年~公元前3000年 ② 青铜器时代：公元前3000年~公元前1000年 ③ 铁器时代： 公元前1000年~公元元年 ④ 水泥时代： 公元前0年~公元1800年 ⑤ 钢时代： 公元1800年~公元1950年 ⑥ 硅时代： 公元1950年~公元1990年 ⑦ 新材料时代：公元1990年以后
特种功能 材料
1.《特种功能材料》课程性质？ 研讨型专业选修课：兴趣、主观能动性 作用、功能：拓宽思路，开拓视野
2. 《特种功能材料》与其他课程的关系 先修课程：材料科学基础、材料分析技术、固体物理 平行课程：电子信息材料学、材料物理
课程内容：
课程内容
轻元素B、C、N及其无机化合物
特种力学性功能材料
▪ 5．以GaN为代表的III~V元素的氮化物及其合金 GaN的基本性质 GaN晶体生长的原理及其制备技术 GaN晶体中的缺陷和掺杂
▪ 6．新型激光晶体材料 激光材料的基本原理 镱（Yb3+）掺杂、LD泵浦、可调谐以及上转换等特种激光晶体
各专题主要内容：
▪ 7．定向显微结构材料 定向显微结构材料的组织特点 定向显微结构材料的制备的关键技术：定向凝固、定向再结晶 定向显微结构的形成机制 定向显微结构材料的性能特点及其应用
纳米碳管
课堂
大块非晶合金
授课 以GaN为代表的III~V元素的氮化物
新型激光晶体材料
定向显微结构材料
纳米晶复合永磁材料
研讨性 根据特种功能材料最新研究动态，优
讲座
选合适主题，组织研讨讲座
讲课 2 2 2 2 2 2 2 2
8
各专题主要内容：
▪ 1．轻元素B、C、N及其无机化合物 B、C、N单质及其二元和三元化合物的结构特点 第一性原理计算对C-N、B-C-N新型化合物的理论预测 介绍C-N、B-C-N新型化合物的研究进展
金属键中自由电子不属于任何特定原 子而为所有原子所共有。
二次键
通过原子间的偶极而使分子之间结合在一起的键。
1、范德瓦尔斯键
分子间的作用 具有普遍性 键能非常小
2、氢键
氢键一般表达式： X--H----Y
X、Y=F，O，N等电负性大、半径较 小的非金属原子
与氢的特殊作用有关， 不具普遍性，有方向性
元素周期表由七 个周期、七个主 族（A）、八个 副族（B）和一 个0族所构成。
周期表中部的 ⅢB~ⅧB之间的 元素内壳层未填
满。
▪ 原子结合键
材料在凝聚态（液、固态） 下其原子之间形成的相互 作用键。
原子间只有距离十分接近 时才能形成结合键。原子 通过键紧密地结合在一起。
结合键的强弱可用键能的 大小表示，一次键的键能 较二次键大得多。
3、材料的性能与其内部结构的关系
材决 料 的定 性 能于
① 材料的种类 ② 材料成分 ③ 材料的内部结构 ④ 材料的制备与加工工艺
材 料 研究各种材料的组织结构、制备加工 科 工艺与材料性能之间相互关系的科学。 学
元素周期表及其性能的周期性变化
1、将元所有素元周素期按相表
对原子质量及电 子分布方式排列 成的表称为元素 周期表。称门捷 列夫元素周期表。
一次键
1、离子键
通过原子外层电子的转移或共享而形成
由原子通过相互得失价 电子形成正、负离子， 正、负离子的相互吸引 而形成的键。
一般在金属元素和非金属 元素之间形成，如NaCl、
MgO等。
离子键无方向性。
2、共价键
通过相邻原子间形成共 用电子的方式使每个原 子的最外层电子数都达 到稳定的八个，其形成 的键为共价键。