第一章功能材料概论_哈工大版
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
工学功能材料概论课件
工学功能材料概论
6
日本和欧美各国对新型功能材料的研究十分注意，
这是因为功能材料是能源、计算机、通讯、电子、激 光等
现代科学的基础，功能材料在未来的社会发展中具有 重大
战略意义。
工学功能材料概论
7
近10年来，功能材料成为材料科学和工程领域
中最为活跃的部分。每年以5％以上的速度增长， 相当
于每年有1.25万种新材料问世。未来世界需要更 多的
此出现了形状记忆合金；压电陶瓷晶体必须有极 轴等。
工学功能材料概论
13
功能材料是一门新的学科，是从经典的材料学
科中
孕育出来的学科，目前对它进行严格的定义尚有
一定的
难度，就像许多化学变化中存在着物理现象、高
级运动
中总是伴随着低级运动一样，功能材料既遵循材
料的
工学功能材料概论
14
1.1.3 功能材料的分类
工学功能材料概论
4
一般认为，新材料有晶须材料、非晶材料、超 塑性合金、形状记忆材料、功能陶瓷、功能有机材 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。
功能材料被誉为－－2l世纪人类文明的重要支柱
工学功能材料概论
5
1. 绪论
随着时代的发展，人类将进入一个信息时代。 为了解决生产高速发展以及由此所产生的能源、环 境等一系列的问题，更需要用高科技的方法和手段 来生产新型的、功能性的产品，以获得各种优良的 综合性能。近年来新型功能材料层出不穷，得到了 突破性的进展。
11
功能材料涉及面较广，具体包括光、电功能， 磁功
能，分离功能，形状记忆功能等等。
这类材料相对于通常的结构材料而言，一般除 了
哈工大工程材料第1、2章
技术设计
（方案设计的具体化）
施工设计 （工作图、商品化设计等）
还应通过产品试制和产品试验来验证技术可行性。 较长的设计开发周期，较大的研发工作量。
60
2.2 机械制造装备设计的类型
2.2.2 变型设计
1、适应型设计: 原有产品基础上，基本工作原理和总体结构保
持不变，改变或更换部分部件或结构，形成所谓 的变型产品。
2.1.3 精密化 零件精度和质量从微米级发展到亚微米级乃
至纳米级。 ● 提高装备本身的精度（设计与制造） ● 误差源的控制与误差补偿
“母性原则”和“创造性原则”
54Βιβλιοθήκη 2.1 机械制造装备设计的要求
2.1.4 自动化
可以减少制造过程的人工干预，保证产品质量及 其稳定性，同时可以提高劳动生产率和减轻工人劳 动强度。
成组夹具——根据成组加工工艺的原则，针对一组尺寸相近、 结构形状相似、工艺相似零件而设计的组内通用夹具。
组合夹具——是由预先制造好的标准元件和通用部件，按照 工序加工要求组装而成的夹具。
随行夹具——是在自动线和柔性制造系统中使用的一类夹具。
37
1.3 机械制造装备的类型
（3）模具 是用来将材料填充在其形腔中，以获得所需要
主要内容以典型的机械制造装备——金属切削机床为研究 对象，重点介绍机床的总体设计、传动系统设计、主轴组 件、支承件和导轨等方面的基本知识、设计原理和设计方 法。
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第2章 机械制造装备设计方法
• 机械制造装备设计的要求 • 机械制造装备设计的类型 • 机械制造装备设计的方法 • 机械制造装备设计的评价
● 农业机械 ● 动力机械 ● 运输机械
● 矿山机械 ● 化工机械 ● 林业与木工机械 ● 食品机械 ● 医疗机械 ● 纺织机械 ● 服装机械 ● 制造装备
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
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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
《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1章绪论材料分析方法哈工大
第二节 X射线的产生及X射线谱
连续X射线和特征X射线
图1-2 X射线管结构示意图
图1-2所示的X射线管是产生 X射线的装置
主要由阴极 (W灯丝) 和用 (Cu, Cr,Fe,Mo) 等纯金属制 成的阳极(靶)组成
阴极通电加热，在阴、阳 极之间加以直流高压 (约数 万伏)
阴极发射的大量电子高速飞 向阳极，与阳极碰撞产生X 射线
绪论
2. 化学分析
给出平均成分，可以达到很高的精度； 实际上，材料中的成分分布存在不均匀性，
导致微观组织结构的不均匀性， 进而造成材料微观区域性能的不均匀性， 对材料的宏观性能产生影响。
不能给出所含元素的分布
10
绪论
四、X射线衍射与电子显微镜
1. X射线衍射（XRD, X-Ray Diffraction） XRD是利用X射线在晶体中的衍射现象来分析材料的 相组成、晶体结构、晶格参数、晶体缺陷（位错等）、 不同结构相的含量以及内应力的方法。
材料分析方法
第3版
主 编 哈尔滨工业大学 周 玉 参 编 漆 璿 范 雄 宋晓平
孟庆昌 饶建存 魏大庆 主 审 刘文西 崔约贤
获2002年全国普通高等学校优秀教材一等奖
1
本教材主要内容
绪论 第一篇 材料X射线衍射分析
第一章 X射线物理学基础 第二章 X射线衍射方向 第三章 X射线衍射强度 第四章 多晶体分析方法 第五章 物相分析及点阵参数精确测定 第六章 宏观残余应力的测定 第七章 多晶体织构的测定
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第二节 X射线的产生及X射线谱
一、连续X射线谱 强度随波长连续变化的谱线称连续X射线谱，见图1-3
图1-3 管电压、管电流和阳极靶原子序数对连续谱的影响 a) 管电压的影响 b) 管电流的影响 c)阳极靶原子序数的影响 29
功能材料概论-教学大纲
功能材料概论一、课程说明课程编号: 070117Z10课程名称: 功能材料概论/ Introduction to Functional Materials课程类别: 专业选修课学时/学分: 24/1.5先修课程: 材料科学基础、材料性能学、金属材料及热处理适用专业: 粉体材料科学与工程、材料化学教材、教学参考书:二、课程设置的目的意义通过本课程的学习, 使学生掌握几类重要的功能材料相关知识, 包括能源材料、电功能材料、磁性材料、精细功能陶瓷、多孔材料及形状记忆材料等。
了解各种粉体功能材料的功能性原理、材料的基本特性, 掌握材料的制备方法及工艺, 了解材料的应用及最新发展动态, 培养分析与解决实际问题的能力。
为以后从事粉末冶金、材料科学与工程研究、以及相关教学、生产的能力培养打下基础。
三、课程的基本要求知识要求: 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。
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。
能力要求: 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。
素质要求：培养学习兴趣, 分别以自主和群组的方式不断学习, 培养团队合作素质, 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、教学内容、重点难点及教学设计五、实践教学内容和基本要求本课程不含实践学时。
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。
-28-
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：
-18-
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。
哈工大材料力学(完整版)第1-8讲
7
§1.2 变性固体的概念及理想模型
（3）小变形前提保证叠加法成立：(叠加法是材料力学中常 用的方法)
– 叠加法指构件在多个载荷作用下产生的变形——可以看作为各个 载荷单独作用产生的变形之代数和
4. 变形固体基本假设
连续性 假设 均匀性 假设 各向同 性假设
第1章 绪论
认为变形固体整个体积内都被物质连续地充满，没 有空隙和裂缝 认为变形固体整个体积内各点处的力学性质相同 认为变形固体沿各个方向的力学性质相同（不适合 所有的材料）
外效应——使物体的动态发生改 变（物体的位置、速度、加速度 变化） 内效应——使物体的形态发 生改变（物体的形状、尺寸 大小改变）
• 理论力学研究力产生的外效应，研 究力与机械运动之间的普遍规律， 研究对象抽象为——刚体
• 材料力学研究力产生的内效应，研 究力与物体的变形及破坏规律，研 究对象抽象为——变形固体
4.课程的研究方法:理论分析和实验手段相结合
• 材料的力学性质需要通过实验获得 • 一些理论以实验结果得出的某些假设为前提
第1章 绪论 4
§1.2 变性固体的概念及理想模型
1.变形固体
– 弹性变形：外力去掉后可消失的变形，弹性：变形固 体在外力去掉后能恢复原来形状和尺寸的性质 – 塑性变形：残余变形
– 变形特点：沿轴线方向将发生伸长 或缩短变形,对应横截面尺寸减小或 增大。
F1
B
桁架中的杆件
A C
第1章 绪论
F1 F2 F2
26
F
§2.1 轴向拉伸和压缩
F m
沿m-m截开
F
2.1.3 轴力和轴力图
左端：∑X = 0, – F = 0 FN = F
F
《功能材料》课程简介和教学大纲
《功能材料》课程简介课程编号：02014925课程名称：功能材料/Functional Materials学分：2学时:32先修课程：物理化学、材料科学基础考核方式：开卷笔试主要教材：功能材料概论，殷景华等主编，哈尔滨工业大学出版社，2002.9.参考书目：现代功能材料，陈玉安等编，重庆大学出版社，2008.6.课程简介：《功能材料》是材料科学与工程等材料类专业的一门专业课，重点介绍具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型功能材料发展状况、基本原理以及应用情况。
通过本课程学习，使学生对特种功能材料，如新能源材料、形状记忆合金、非晶态合金、磁性材料、纳米材料、半导体材料、超导材料等的研究现状及其应用有一定的了解，掌握各种特种功能材料的基本原理。
《功能材料》教学大纲课程编号：02014925课程名称：功能材料/Functional Materials学分：2学时：32开课单位：材料科学与工程学院金属材料系适用专业：材料科学与工程等材料类专业先修课程：物理化学、材料科学基础一、课程性质、目的与任务《功能材料》是金属材料工程专业选修课,重点介绍当今各种特种功能材料的发展状况、基本原理以及应用情况。
通过本课程学习，使学生对特种功能材料，如新能源贮氢材料、形状记忆合金、非晶态合金、磁性材料、纳米材料、半导体材料、超导材料等的研究现状及其应用有一定的了解，掌握各种特种功能材料性能的基本原理。
二、教学内容、基本要求及学时分配（按章节列出内容要求学时等，实验上机项目要列在课程内容一栏）（教学基本要求：A-熟练掌握；B・掌握；C-了解）三、能力培养要求了解各种功能材料的基本原理、用途和制备方法，开阔学生视野，拓宽知识面。
四、教学方法与教学手段以课堂讲授为主，采用多媒体教学手段进行教学。
五、教材与主要参考书目1.功能材料概论，殷景华等主编，哈尔滨工业大学出版社，2002.9.2.现代功能材料，陈玉安等编，重庆大学出版社，2008.6.六、考核方式开卷笔试。
第一章功能材料概论_哈工大版
18
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
20
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。
合作。
45
五、功能材料的现状与展望
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功能材料的现状
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种问世。现已开发的以 物理功能材料最多，主要有： 1）单功能材料，如：导电材料、介电材料、铁电材料、 磁性材料、磁信息材料、发热材料、热控材料、光学材 料、激光材料、红外材料等。 2）功能转换材料，如：压电材料、光电材料、热电材 料、磁光材料、声光材料、电流变材料、磁敏材料、磁 致伸缩材料、电色材料等。
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。
12
英国人悲哀地说：英国没有硅工业了，
第1章材料概论
单晶体与多晶体
单晶体：质点按同一取向排列，由一 个核心（晶核）生长而成的晶体。 多晶体:由许多不同位向的小晶体所组 成的晶体。
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晶体的几个定义
β a
c α γ
b
阵点：将构成晶体的原子（离子、分子） 1 ） 阵点 ： 将构成晶体的原子 （ 离子、 分子 ）抽象成纯粹的几何 称为阵点。 点，称为阵点。 空间点阵：阵点在空间呈周期性规则排列， 2 ） 空间点阵 ： 阵点在空间呈周期性规则排列， 并具有等同的周 围环境的模型。 围环境的模型。 晶格：作许多平行的直线把阵点连接起来， 3 ） 晶格 ： 作许多平行的直线把阵点连接起来， 构成一个三维的 几何格架称为晶格。 几何格架称为晶格。 晶胞： 4 ） 晶胞 ： 晶格中能够完全反映晶格特征的最小几何单元称为晶 通常是在晶格中取一个最小的平行六面体作为晶胞。 胞。通常是在晶格中取一个最小的平行六面体作为晶胞。 5）晶胞参数：晶胞三条棱边（晶轴）的边长a、b、c及晶轴之间 晶胞参数：晶胞三条棱边（晶轴）的边长 、 、 及晶轴之间 的夹角α、 、 称为晶胞参数 称为晶胞参数。 的夹角 、β、γ称为晶胞参数。 43
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第一章 材料概论
一、材料是人类社会发展的基石 二、材料及其分类 三、材料的结构 四、材料的性能 五、新材料技术发展的重点
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第一节 材料是人类社会发展的 基石
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一、材料的发展史
材料是人类赖以生存和发展的物质 基础，是人类社会进步的里程碑。
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人类社会的几个时代
1．石器时代：公元前10万年 2．青铜器时代：公元前3000年 3．铁器时代：公元前1500年 4．水泥时代：公元元年 5．钢时代：1800年 6．硅时代：1950年 7．新材料时代：1990年
哈工大光电功能材料AMOLED
三星A877，3.2寸 2009年3月29日
诺基亚N85，2.4寸 2008年10月06日
简 介
OLED结构
发光器件结构主要分为
五层，阳极、空穴层、有 机材料发光层(OLED)、电 子层和阴极。ITO玻璃透 明电极和金属电极分别作 为阳极和阴极。
简 介
OLED发光过程
载流子的注入：电子和空穴分别从阴极和阳极向夹在电极之间的有机功能薄膜注入
问 题
国内AMOLED产业问题
产业竞争压力大。目前大尺寸AMOLED产业化处于起步阶段，我国大陆
地区应抓住这一产业发展的战略机遇期，加快产业投入步伐!，否则可能再 次失去产业升级带来的赶超机会。
资金投入不足。显示产业对资金的需求非常巨大。与三星、LG等企业相
比，我国大陆地区产业发展所需大量资本的支持问题可能成为产业起步和持 续发展的一个重大瓶颈。
AMOLED: Active-matrix organic light emitting diode
中文：有源/主动矩阵有机发光二极体
对 比
AMOLED VS PMOLED
对 比
AMOLED VS PMOLED
与传统的STN类似，没有TFT开关二极管。
ITO和金属电极都是平行的电极，两者相 互正交，在交叉处形成LED，如图所示。 而AMOLED属于主动矩阵显示，对被动 方式在此不作敖述，有兴趣可以查看STN 驱动资料。 在被动矩阵中，每个像素的控制是通过 一个复杂的电极网络来实现的，从而实 现某个像素的充放电，总体来说，这种 的控制方式速度较慢，控制精度也稍低。
劣 势
AMOLED劣势
对色彩的还原度欠佳。呈现的图形颜色往往是浓重艳丽的，过于饱 满，对色彩的表现非常艳俗。
功能材料概述
功能材料的特点…continue
• 导体材料
– 电阻率随着温度升高而升高，这是导体的一个特征
• 分类:（1）金属材料。电导率在107~108 s/m之间；
例: 银（6.63× 107 s/m ）铜（5.85× 107 s/m ） 铝 （3.45× 107 s/m ）
（2）合金材料。电导率在105~107 S/m之间；
化合物半导体 1/100 异位
功能材料的特点…continue
• 半导体材料的应用
– 半导体材料在集成电路上的应用：最早用 锗单晶制造二极管和三极管；现在发展硅 器件，以硅单晶为基材的集成电路在电子 器件中占主导地位。化合物半导体砷化镓 做微波、超高频晶体管等；
– 半导体在光电子器件、微波器件和电声耦 合器上的应用：发光管、激光器、光电池、 光集成等； – 半导体材料在传感器上的应用：半导体传 感器
功能材料的现状
• 近年来，功能材料迅速发展，已有几十大 类，10多万种，且每年都有大量新品种问 世。 • 现已开发的以物理功能材料最多，主要 有：
1）单功能材料，如：导电材料、介电材料、 铁电材料、磁性材料、磁信息材料、发热材料、 热控材料、光学材料、激光材料、红外材料 等。 2）功能转换材料，如：压电材料、光电材料、 热电材料、磁光材料、声光材料、磁敏材料、 磁致伸缩材料、电色材料等。
功能材料的现状 …continue
3）多功能材料：如防振降噪材料、三防材料 （防热、防激光和防核）、电磁材料等。 4）复合和综合功能材料，如：形状记忆材料、 隐身材料、传感材料、智能材料、显示材料、 分离功能材料、环境材料、电磁屏蔽材料等。 5）新形态和新概念功能材料，如：液晶材料、 梯度材料、纳米及其它非随机缺陷材料、非平 衡材料等。 *化学和生物功能材料的发展速度很快，其功能 也更多样化。