功能材料第一讲

第一章 绪论
1.1功能材料的概念
具有优良的电、磁、光、热、声学、力学、化 学和生物学功能及相互转化的功能，被用于非 结构目的的高技术材料。
此概念1965年由美国贝尔研究所的J.A.Morton博士提出
举例：
弹性材料——应用力学性能——用于非结构目的√ 结构陶瓷——应用力学性能——用于结构目的 × 普通玻璃——应用光学性能——用于结构目的 × 耐 火 砖——应用热学性能——用于结构目的×
研究意义
功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、 力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生 物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基 础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、 建材等起着重要作用。
功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏 大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为 重要的战略意义。
目的与任务
本课程的授课对象是材料化学专业本科生，属 材料类专业选修课。
本课程主要介绍功能材料的研究现状和发展趋 势，一些常见功能材料的基本知识、种类、特 点和应用，有助于学生拓宽专业知识面，同时 加深对专业的认识和应用。
课程的基本要求和特点
通过本课程的学习，学生能了解功能材料目前的研究 范围和进展趋势，掌握功能材料的含义、特点及常见 功能材料的基本知识，熟悉各类功能材料的组成、性 能和应用。
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1.2 功能材料的分类
按材料化学键、化学成分分类
金属功能材料 无机非金属功能材料 有机功能材料 复合功能材料
基于材料物理性质、功能分类
电学功能材料 磁 光 热 声学和振动 力 化学及分离功能材料 放射性相关 生物技术和生物医学
基于材料应用技术领域
功能材料是新材料领域的核心，对高新技术的 发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材 料研究领域中，功能材料约占 85 % 。随着信 息社会的到来，特种功能材料对高新技术的发 展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪 信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域 的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发 展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞 争的热点。
本课程的特点：涉及知识点多和应用领域较广，包括 力学、电学、光学、磁学等功能材料。
课堂讲授上，讲清基本概念、基本原理及目前的研究 和应用现状及发展趋势。
课后认真对所学新材料进行资料查阅，以对其发展趋 势、应用领域等有更广泛、深入的了解。
授课安排
学时：32（1－12周） 常用功能材料（电性材料、磁性材料、光学材
在“863”计划支持下，开辟了超导材料、平板显示材 料、稀土功能材料、生物医用材料、储氢等新能源材 料，金刚石薄膜，高性能固体推进剂材料，红外隐身 材料，材料设计与性能预测等功能材料新领域，取得 了一批接近或达到国际先进水平的研究成果。
功能材料还在“两弹一星”、“四大装备四颗星”等 国防工程中做出了举足轻重的贡献。
料、功能转换材料） 特种功能材料 （能源材料**、智能材料、梯度
功能材料、生物医学材料、功能薄膜材料 ）
考核方式
考试 总评成绩＝平时成绩（包括考勤、作业、上课
听讲等，占30 %）＋期终考试成绩（占70 %）
教材及参考资料
现代功能材料，陈玉安，王必本，廖其龙，重 庆大学出版社，2008 现代功能材料及其应用，郭卫生, 汪济奎，化 学工业出版社，2002 功能材料概论，殷景华，王雅珍，哈尔滨工业 大学出版社，1999 新型无机材料，杨华明，宋晓岚，金胜明，化 学工业出版社，2005
功能材料是一门新的学科，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 既遵循材料的一般特性和变化规律又具有其自身的特 点。因此可认为是传统材料的更高级的运动形式。
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 世界需要更多的性能优异的功能材料，功能材 料正在渗透到现代生活的各个领域。
我国目前功能材料的创新性研究不够，申报的专利数， 尤其是具有原创性的国际专利数与我国的地位远不相 称。我国功能材料在系统集成方面也存在不足，有待 改进和发展。
我国国防现代化建设一直受到以美国为首的西方国家 的封锁和禁运，所以我国国防用关键特种功能材料是 不可能依靠进口来解决的，必须要走独立自主、自力 更生的道路。如军事通信、航空、航天、导弹、热核 聚变、激光武器、激光雷达、新型战斗机、主战坦克 以及军用高能量密度组件等，都离不开特种功能材料 的支撑。
金属材料
金属结构材料
超耐热合金 轻质合金 非晶合金
金属功能材料
导电材料 超导合金 形状记忆合金 贮氢合金
在国外，常将这类材料称为: 功能材料(Functional Materials) 特种材料(Speciality Materials) 精细材料 (Fine Materials)
当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突 破，材料的分子、原子设计等正处于日新月异 的发展之中，发展功能材料技术正在成为一些 发达国家强化其经济及军事优势的重要手段。
国内功能材料发展的现状和差距
我国非常重视功能材料的发展，在国家攻关、 “ 863”、“973”、国家自然科学基金等计划中，功 能材料都占有很大比例。在“九五”“十五”国防计 划中还将特种功能材料列为“国防尖端”材料。
鉴于功能材料的重要地位，世界各国均十分重 视功能材料技术的研究。
2001年日本文部省科学技术政策研究所发布 的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来 的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或 依赖于新材料发展的课题,而其中绝大部分均 为功能材料。
欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等在他 们的最新科技发展计划中, 都把功能材料技术 列为关键技术之一加以重点支持。