(现代功能材料课件)绪论
精细高分子PP第-章绪论PPT课件
02 高分子化学基础
高分子化合物分类与命名
分类
根据来源、结构、性质和应用等不同角度,高分子化合物可分为多种类型,如均 聚物、共聚物、聚合物合金等。
命名
高分子化合物的命名通常采用系统命名法,包括来源命名、结构命名和性质命名 等。其中,结构命名是最常用的一种方法,能够准确反映高分子的结构特征。
聚合反应类型及机理
纳米复合
将纳米粒子均匀分散在高分子基 体中,利用纳米效应提高材料的
力学、热学、电学等性能。
纤维增强
将高性能纤维与高分子基体复合, 制备出具有优异力学性能和热稳
定性的复合材料。
多层共挤复合
采用多层共挤技术,将不同性质 的高分子材料复合在一起,形成 具有多层结构的复合材料,提高
材料的综合性能。
环境友好型精细高分子材料
高分子科学的发展历程
高分子科学的重要性
在材料、能源、信息、生物等领域具 有广泛应用,对国民经济和社会发展 具有重要意义。
从天然高分子到合成高分子,再到功 能高分子和精细高分子。
精细高分子定义与特点
精细高分子的定义
指具有特定功能或特殊性能的高 分子化合物,其分子量、分子结 构、聚集态结构和表面性质等方 面具有精细的控制和调节。
精细高分子的特点
分子量分布窄、分子结构规整、 聚集态结构有序、表面性质独特 等,具有优异的物理、化学和生 物性能。
精细高分子应用领域
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功能材料领域
如光电材料、磁性材料、传感 器材料等。
生物医用领域
如药物载体、生物相容性材料 、组织工程材料等。
环保与能源领域
如水处理剂、油田化学品、太 阳能电池材料等。
纤维加工成型方法
现代仪器分析及材料研究方法(绪论)教材
原料(Raw Materials)与材料
由原料到材料 ※原料一般不是为获得产品,而是生产材料,往往伴随化 学变化。 ※材料的特点往往是为获得产品,一般从材料到产品的转 变过程不发生化学变化。
材料与物质(Materials and Matter)
※ 材料可由一种或多种物质组成。 ※ 同一物质由于制备方法或加工方法不同可以得到用途各异 、类型不同的材料。
现代仪器分析及材料研究方法
第一章 绪论
任祥忠 深圳大学化学与化工学院
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(一)材料的定义 (Definition)
材料 Materials Material:材料科学 (工科)
物质科学 (理科) •Webster编著的“New International Dictionary(1971年) ”中关于材料(Materials)的定义为:材料是指用来制造某些 有形物体(如:机械、工具、建材、织物等的整体或部分)的 基本物质(如金属、木料、塑料、纤维、陶瓷等) •材料是指具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状 的物质。
材料科学的发展趋势
1、从简单物质到复杂物质;随着对材料功能化要求的不断提高,构成材料
的基本物质也越来越倾向于从简单物质到复杂物质。
2、从简单结构到结构控制;对于同种材料,结构上的改变可以带来许多崭新
的功能,而对简单的结构加以调控,才可能使功能得到优化。
3、从粉体材料到器件材料;相对于粉体材料而言,当材料制备成器件后会具
冶炼方法——平炉、转炉、电炉、沸腾炉钢
铸铁 —
灰铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 蠕墨<4.5g/cm2) 铝、镁、纳、钙
• 重金属 (>4.58/cm2) 铜、镍、铅、锌
• 贵金属
金、银、铂、铑
材料科学基础绪论PPT课件
• 材料的性能包括物理性能、化学性能、力学性能。 • 其内部结构包括
四个层次:①原 子结构;②结合 键;③原子的排 列方式;④显微 组织
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(二)材料科学与材料工程的关系
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学习料料科学基础的意义 (一)材料科学的内涵
材料科学是一个跨物理、化学等 的学科。材料科学的核心问题是材 料的组织结构(Structure)和性 能(Property)以及它们之间的关 系。右图为材料科学与工程四要素。 所以,先要了解材料的结构是什么?
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材料结构关系
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• 1990年美国总统的科学顾问Allany Bromley明确指出“材料科学在美 国是最重要的学科”。
• 1991年日本为未来工业规划技术列举的11项主要项目中有7项是基于先 进材料之上。
• 1986年《科学的美国人》杂志指出“先进材料对未来的宇航、电子设备、 汽车以及其他工业的发展是必要的,材料科学的进步决定了经济关键部 门增长速率的极限范围。”
• 材料科学的形成:“材料”早存在,“材料科学”提出于 20世纪60年代,1957年苏联卫星上天,美国震动很大, 在大学相继建立十余个材料科学研究中心,自此开始, “材料科学”一词广泛应用。
• 一般来讲,科学是研究“为什么”的学问,而工程是解决 “怎么做”的学问。材料科学的基础理论,为材料工程指 明方向,为更好地选择、使用材料,发挥现有材料的潜力、 发展新材料提供理论基础。
《济地的制造有用物品的物质。 材料科学是研究材料的成分、组织结构、制备工艺、加工工艺、材料 的性能与材料应用之间的相互关系的科学。材料科学是当代科学技术发展 的基础、工业生产的支柱,是当今世界的带头学科之一。纳米材料科学与 技术是20世纪80年代发展起来的新兴学科,成为21世纪新技术的主导中 心。 材料科学基础是进行材料科学研究的基础理论,它将各种材料(包括 金属、陶瓷、高分子材料)的微观结构和宏观结构规律建立在共同的理论 基础上,用于指导材料的研究、生产、应用和发展。它涵盖了材料科学和 材料工程的基础理论。
Lecture_1
Chapter 2 Properties of materials §2.1 Mechanical property §2.2 Electrical property §2.3 Thermal property §2.4 Magnetic property §2.5 Optical property
§ 1.1 Concept and classification 1. Definition 定义 Functional materials:with excellent
electric, magnetic, thermal, sonic, mechanical, chemical and biochemical properties, can be transferred from each other and used as non-structural materials.
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1. 1 Nano metallic materials
Size: < 100nm Types: 纳米晶稀土永磁材料: 纳米晶稀土永磁材料 2000年,日本三荣化成株式会社 铁粉附着钕,磁场中烧结+真空烧结 制得各向异性磁体 各向异性磁体
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磁性液体:铁磁流体,具有磁性及 具有磁性及 磁性液体 流动性(我国,钢铁研究总院) 流动性 由纳米级得脆性颗粒分散在载液中 形成稳定的胶体,在重力、离心力 在重力、 在重力 及强磁场作用下不分离。 及强磁场作用下不分离 1963年美国宇航局:解决太空服头 盔转动密封问题
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1. Functionally metallic materials
Some are developed and widely applied: 形状记忆合金:军事、汽车 Some are less developed but with potential opportunities: 超导合金材料、减振合金材料
《功能材料》教学大纲-(修改稿)
《功能材料》课程教学大纲一、课程基本信息1、课程名称(中/英文):功能材料/ Functional Materials2、课程性质:专业限选课3、周学时/学分:4/24、授课对象:应用化学二、课程简介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,同时对改造某些传统产业,如农业、化工、建材等,起着重要的作用。
本课程重点介绍当今各种功能材料的研究发展状况,以及相关结构与性能和应用情况。
三、教学目的与基本要求(注:必须明确要达到的知识、能力要求)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。
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。
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,培养他们的学习兴趣,分别以自我和群组的方式不断学习,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、教学进度表五、考核方式和成绩评定办法1、考核方式:资料查阅、专题分组讨论报告、开卷考、总结报告、闭卷考2、成绩评定办法:平时作业及课程参与、资料查阅及分组讨论、期中考核、课程小结报告、期末考核成绩分别为15%、10%、20%、15%、40%.六、正文第一章绪论(教学时数2)教学目的:本章主要是简要介绍功能材料的发展、分类,以及新型功能材料的研究进展。
讨论分析六大类新型功能材料的发展现状和功能材料的分类。
绪论、第一章(材料的电子结构与物理性能)
N=1019左右,当分裂成的1019个能级只分布在几十个eV的范围内时,
每一能级的间隔就非常的小。 电子的能量或能级几乎就是连续变化的,于是形成了能带。 能带之间也存在着一些无电子能级的能量区域,称为禁带或能隙。 禁带也是电子能量的“真空”地带。
第一章 材料的电子结构与物理性能-§1.2固体的能带理论与导电性
导带电子和价带空穴的浓度相等。
导带 h 价带 Eg
价带电子受光辐射跃迁到导带,在价带上留下空穴
第一章 材料的电子结构与物理性能-§1.3 半导体
本征半导体的电荷迁移率
nq( μe μh )
半导体材料的能隙与电子运动性
材料 C(金刚石) Si Ge Sn 能隙 /eV 5.4 1.107 0.67 0.08 电子运动速率 / cm2· (V· s)-1 1800 1900 3800 2500 孔运动速率 / cm2· (V· s)-1 1400 500 1850 2400
Ef :费米能
费米能的意义
(1)Ef 以下基本上是被电子填满的,Ef 以上的能级基本上是空的。 (2)由于热运动,电子可具有大于Ef 的能量而跃迁到导带中,但只集 中在导带的底部。同样理由,价带中的空穴也多集中在价带的顶部。 (3)对于一般金属,Ef 处于价带和导带的分界处。对于半导体,Ef 位 于禁带中央。
电学功能材料 磁学功能材料 光学功能材料 热学功能材料
功能材料
声学和振动相关功能材料
力学功能材料
化学及能量功能材料 放射性相关功能材料
生物技术和生物医学工程材料
第一章 材料的电子结构与物理性能
Chapter 1 Electronic Structure and Physical Properties of Materials 主要内容:
功能材料与智能材料概述
智能材料的构想来源于仿生学,它的 目标就是想研制出一种材料,使它成为具 有类似于生物的各种功能的“活”的材料。
因此智能材料必须具备感知、驱动和 控制这三个基本要素。
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功能材料和智能材料概述
但是现有的材料一般比较单一,难以满足 智能材料的要求,所以智能材料一般由两种或 两种以上的材料复合构成一个智能材料系统。
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功能材料和智能材料概述
(1)基体材料
基体材料担负着承载的作用,一般宜 选用轻质材料。
一般基体材料首选高分子材料,因为 其重量轻、耐腐蚀,尤其具有粘弹性的非 线性特征。其次也可选用金属材料,以轻 质有色合金为主。
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功能材料和智能材料概述
(2)敏感材料
敏感材料担负着传感的任务,其主要作 用是感知环境变化(包括压力、应力、温度、 电磁场、pH值等)。
因为现在可用于智能材料的材料种类不 断扩大,所以智能材料的分类也只能是粗浅 的,分类方法有多种。
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功能材料和智能材料概述
若按智能材料的功能来分,可以分为光 导纤维、形状记忆合金、压电、电流变体和 电(磁)致伸缩材料等。
若按智能材料的化学成分来分,可以分 为金属系智能材料、无机非金属系智能材料 和高分子系智能材料。
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功能材料和智能材料概述
1、什么是智能材料?
智能材料是二十世纪90年代迅速发展起来的 一类新型复合材料,将在21世纪得到广泛研究和 应用的材料。
智能材料:是指具有感知环境(包括内环境和 外环境)刺激,对之进行分析、处理、判断,并 采取一定的措施进行适度响应的具有智能特征材 料。
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功能材料和智能材料概述
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功能材料和智能材料概述
(7)自调节能力(Self-adjusting )
功能材料介绍PPT
现代社会对研制新一代材料提出了结构和功能相结 合的要求。即材料不仅能作为结构材料使用,而且具 有特殊功能或多种功能。同一构件、设备、器件可能 是结构材料和功能材料的结合。如航天航空器既有特 殊结构材料,又有特殊的功能材料。
分类: 很难有统一的认识,常见的分类方法有:
中国在商周处于青铜时代的鼎盛时期,湖北隋县出 土的编钟、西安青铜马车都反映当时中国冶金技术水 平和高超的制造工艺。
公元前13-14世纪,人类开始使用铁。3000年前的 铁器比青铜器更为普遍,人类开始进入铁器时代。
到春秋末期,中国的生铁技术遥遥领先于其他国家。 如生铁退火而制成的韧性铸铁以及生铁炼钢技术发明, 促进了当时生产力的大发展,对农业、水利和军事的 发展起到了极大的作用,推动了世界的文明与进步。
6、扩展功能材料的应用范围,尤其是尖端技术与民 用高技术领域中的应用。
Байду номын сангаас
2、材料的发展史
人类发展的历史证明,材料的发展导致时代变迁。 人类的历史曾以使用的主要材料来划分,如石器时代、 铜器时代和铁器时代等。
早在100万年前,人类开始使用石头做工具,使人 类进入旧石器时代。大约1万年前,人类能对石头进行 加工,使石头成为精制的器皿和工具,从而进入新石 器时代。在新石器时代,人类开始用毛皮遮身。8000 年前,中国开始用蚕丝做衣服。4500年前,印度人开 始种植棉花,这些都标志着人类使用材料促进人类文 明进步。此外,人类还使用竹、木、骨等原始天然材 料,不经或稍许加工而制成工具或用具。这是材料发 展的初始阶段,其特点是人类单纯选用天然材料。
人类还处于新石器时代,就已经发明了粘土成型, 在火烧固化而得到陶器,用作器皿或装饰品。陶器的 出现,是对人类文明的一大促进。在烧制陶器的过程 中,又偶然发现了铜和锡,实际上是铜和锡的氧化物 在高温下被碳还原的产物,进而生产出色泽鲜艳且能 浇铸的青铜,使人类进入青铜时代。这是人类较大量 使用金属的开始。希腊、印度、埃及和中国都在公元 前3000年左右进入青铜时代。
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。
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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。
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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
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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:
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(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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绪论
三、功能材料的特点
结构材料 功材料
常以材料形式为最终产品,评价的是材料本身的性能。 评价的是元件形式的物理性能。
材料 元、器件一体化
四、功能材料的分类
功能材料按功能体系的分类:
功能材料
电学功能材料 磁学功能材料 光学功能材料 热学功能材料 声学和振动相关功能材料 力学功能材料 化学及能量功能材料 放射性相关功能材料 生物技术和生物医学工程材料
材料物理性能与 功能材料学
教材与参考书
教材
陈玉安, 王必本, 廖其龙编. 现代功能材料. 重 庆大学出版社.
参考书
周馨我主编. 功能材料学. 北京理工大学出版 社.
殷景华主编. 功能材料概论. 哈尔滨工业大学 出版社.
重要提示
一、关于课程
1、本课程是材料科学与工程专业的专业主干课; 2、本课程的先修课程是材料科学基础、材料物理; 3、本课程理论教学44学时,实验(4次)8学时。
70年代,伴随着光电子技术的诞生
光电子材料
80年代,人工智能、能源科学受到普遍重视
……
智能材料、储能材料
新型能源材料(包括原子反应堆材料、太阳能材料、高效电池等)快 速发展,生物医学材料迅速掘起
形成了较为完善的功能材料体系
绪论
二、功能材料的定义
具有优良的电、磁、声、光、热、力学、化学和生物功能及其相互 转换的功能,被用于非结构目的的一类材料。
二、关于纪律
1、旷课3次及以上,取消考试资格; 2、缺实验1次及以上,课程成绩以0分计。
三、关于成绩评定
1、课程成绩由作业成绩15%、实验成绩15%、出勤成绩10%、考试成绩 60%组成。
绪论
功能材料的发展历史:
20世纪50年代,随着微电子学技术的发展
半导体功能材料
60年代,出现激光技术
光学材料