功能材料概论总复习
先进功能材料复习资料汇总[精选]
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先进功能材料复习资料汇总[精选]第一篇：先进功能材料复习资料汇总[精选]1、说明功能材料与结构材料的区别并举例。
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功，结构材料则主要利用其力学和机械性能。
2)功能材料的聚集态和形态非常多样化，除了晶态外，还有气态、液态、液晶态、非晶态、混合态、等离子态等；除了三维体相材料外，还有二维、一维和零维材料；除了平衡态外，还有非平衡态。
而结构材料的形态较为单一。
3)功能材料多以元件形式为最终产品，如纳米氧化锌薄膜用于特种气体敏感材料，制作传感器，如汽车司机酒精检测。
而结构材料多以材料形式为最终产品，如钢材、铝合金用在汽车和飞机结构、大梁、门框上，起力学支撑和结构固定作用。
4)功能材料的制备技术涉及新工艺和新技术，如急冷、超净、超微、超纯、薄膜化、集成化、微型化、智能化、精细控制等。
而结构材料的制备多涉及传统的方法，如轧制、铸造、烧结等。
2、说明一次功能材料与二次功能材料的区别并举例。
一次功能材料：当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于同一种形式时，材料起到能量传输部件的作用。
材料的这种功能称为一次功能。
以一次功能为使用目的的材料又称为载体材料。
如：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。
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。
二次功能材料：当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于不同形式时，材料起能量的转换部件作用，材料的这种功能称为二次功能或高次功能。
如：1)光能→其他形式（如光合成、光分解、光致抗蚀、化学发光、感光、光致伸缩、光伏、光导电等）。
2)电能→其他形式（如电磁、电热、热电、光电、场致发光、电化学、电光效应等）。
功能材料复习资料
功能材料复习资料⼀、简答题1、功能材料是指具有⼀种或⼏种特定功能的材料，如磁性材料、光学材料等，它具有优良的物理、化学和⽣物功能，在物件中起着“功能”的作⽤。
2、红外材料是指与红外线的辐射、吸收、透射和探测等相关的⼀些材料。
红外线的辐射起源于分⼦的振动和转动，⽽分⼦振动和转动起源于温度。
它本质上和可见光⼀样是⼀种电磁波，波长在0.76~1000um 之间。
3、热平衡辐射体是当⼀个物体向周围发射辐射时，同时也吸收周围物体所发射的辐射能量，当物体与外界进⾏能量交换慢到使物体在任何短时间内仍保持确定温度时，该过程可以看作是平衡。
4、全发射率、单⾊发射率、灰体、选择性辐射体实际物体发射辐射性能没有⿊体理想，受到外界辐射源照射时，它并不能全部吸收⼀定波长的能量，在给定温度下，从表⾯发射的辐射出射度⽐同⼀温度下⿊体的辐射出射度⼩。
因此，把实际物体发射的辐射出射度和同⼀温度下⿊体发射的辐射出射度之⽐定义为发射率ε，也称全发射率。
把各个波长的辐射出射度与同温度、同波长下⿊体的辐射出射度之⽐定义为光谱发射率ε（λ），也称为单⾊发射率。
⿊体：ε=1，ε（λ）=1；实际物体：ε<1，ε（λ）<1；灰体的发射率与波长⽆关，ε=ε（λ），也可以说发射率与波长⽆关的物体称为灰体；随波产变化⽽改变发射率的物体称为选择性辐射体。
5、全息成像过程是利⽤光的⼲涉和衍射现象，在照相⼲板或胶⽚上以⼲涉条纹形式把图像记录下来，然后以光照射这种⼲板，就能以⽴体形式再现物体的原来图像。
由于它记录了物体的全部信息(振幅和相位)，所以称为全息照相术。
6、隐⾝技术凡是能使军事⽬标的各种可探测的⽬标特征减少或迷盲的技术均可称为隐⾝技术。
隐⾝技术可分为两⼤类：主动隐⾝技术和被动隐⾝技术。
主动隐⾝技术是采取各种主动措施如⼲扰、假⽬标、烟幕、地形匹配等使敌⽅的探测⼿段受到迷惑⽽⽆法识别⽬标。
被动隐⾝技术是指在武器系统的设计和使⽤过程中，降低其作为⽬标特征的技术。
《功能材料学》复习重点.doc
《功能材料学》复习重点1.什么是功能材料和主要特征：功能材料是指具有优良的物理、化学、生物或其相互转化的功能，用于非承载目的的材料。
有以下五大主要特征：%1功能对应于材料的微观结构和微观物体的运动。
%1其聚集态和形态非常多样化。
%1产品形式主要是材料元件一体化。
%1是利用现代科学技术，多学科交叉的知识密集型产物。
%1采用许多新工艺和新技术进行制备与检测。
2.电了导电材料中的超导体、导体、半导体和绝缘体的区别？答：导体、超导体、半导体和绝缘体的区别在于电导率、能带结构和导电机理三方面。
（1）电导率：导体的电导率Wl（）5S/m；超导体的电导率为无限大；半导体的电导率为10-7-104S/m；绝缘体的电导率W10-7S/m。
（2）能带结构：导体和超导体的能带结构有三类：未满带+重带+空带；满带+空带；未满带+禁带+空带。
半导体和绝缘体的能带结构是满（价）带+禁带+空（导）带，半导体的禁带宽度为0<Eg兰2eV,而绝缘体的禁带宽度大于2eV。
（3）导电机理：导体是通过日由电了的运动而导电的，导体中均存在电子运动的通道即导带，电了进入导带运动均不需能带间跃迁。
超导体的导电是因为超导电了的存在，它的运动是不受阻的。
半导体价带中的电了受激发后从满带跃到空带中，跃迁电子可在空带中自由运动，传导电了的负电荷，满带中留下的空穴按电了运动相反的方向运动传导正电荷；半导体的导电来源于电子和空穴的运动，电子和空穴都是半导体中导电的载流子。
绝缘体不导电。
3.超导材料及其特征值？某些金属、金属化合物及合金，当温度低到一定程度时，电阻突然消失，把这种处于零电阻的状态叫做超导态。
有超导态存在的材料叫超导材料。
其特征值为：（1）临界温度Tc。
当TvTc时，导体的P=0,具有超导性。
当T>Tc时，导体的P尹0,即失去超导性。
（2）临界磁场强度He。
除温度外，足够强的磁场也能破坏超导态。
使超导态转变成正常态的最小磁场He⑴叫做此温度下该超导体的临界磁场。
功能材料复习
根据去年考试经验，只复习此提纲即可，但要找出此次期中考试的内容。
去年题型为填空题，名词解释，问答题，与复习提纲的三部分相照应，其中填空题考得很细，要背得仔细些，问答题要答出大意。
功能材料去年期末复习提纲绪论0**所谓新材料，是“在近阶段将达到实用化的高功能材料”，一般认为，新材料可以包括：晶须材料、非晶材料、超塑性材料、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。
0**一次功能当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于同种形式时，材料起能量传送部件作用，材料的这种功能称为一次功能。
以一次功能为使用目的材料也可以称之为载体材料。
一次功能主要有：1．力学功能惯性、粘性、流动性、润滑性、成型性、超塑性、高弹性、恒弹性、振动性和防振性2．声功能如吸音性和隔音性3．热功能如隔热性、传热性、吸热性和蓄热性等4．电功能如导电性、超导性、绝缘性和电阻等。
5．磁功能如软磁性、硬磁性、半硬磁性等。
6．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、分光性等。
7．化学功能如催化作用、吸附作用、生物化学反应、酶反应、气体吸收性等。
8．其它功能如电磁波特性(常与隐身相联系)、放射特性等。
二次功能当向材料输入的能量和输出能量属于不同形式时，材料起能量的转换部件作用。
这种功能称为二次功能或高次功能。
二次功能按能量的转换系统可以分为：1．光能与其它形式能量的转换如光化反应，光致抗蚀，光合成反应，光分解反应，化学发光，感光反应，光致伸缩，光生伏持效应和光导电效应。
2．电能与其它形式能量的转换如电磁效应，电阻发热效应，热电效应，光电效应，场致发光效应，电光效应和电化学效应等。
3．磁能与其它形式能量的转换如热磁效应，磁冷冻效应，光磁效应和磁性转变等。
4．机械与其它形式能量的转换如压电效应，磁致伸缩，电致伸缩，光压效应，声光效应，光弹性效应，机械化学效应，形状记忆效应和热弹性效应等。
0**目前用于功能材料制备的方法很多，如：快速凝固、镀膜、超晶格、机械合金化、溶胶-凝胶、极限条件（极高温、高压、高真空、失重等）下制备的方法、复合及杂化、晶须及大单晶制备法等等。
功能材料复习要点
1.能带:满带：被电子填满的能带。
空带：没有被电子填充的能带。
价带：被价电子占据的能量最高的能带。
导带：价带以上的空带。
2.本征半导体：本征半导体是不含有任何杂质的半导体，它表示半导体本身固有的特性。
3.迈斯纳效应（B＝0）:处于超导态的物体完全排斥磁场，即磁力线不能进入超导体内部，这一特征叫完全抗磁性或迈斯纳效应。
4.超导隧道效应（约瑟夫森效应）:两超导体中间的绝缘层能让超导电流通过的现象，称为超导隧道效应。
5.介电损耗:电介质在交变电场作用下，以发热的形式而耗散能量的现象称为介电损耗。
6.光电导效应:半导体在受到光照射时，其电导率发生变化的现象称为光电导效应。
7.光生伏特效应 :光照射到半导体的p-n结上时，在p-n结的两端会出现电势差，p区为正极，n区为负极。
这一电势差可以用高内阻的电压表测量出来，这种效应称为光生伏特效应，简称光伏效应。
8.光电发射效应:当金属或半导体受到光照射时，其表面和体内的电子因吸收光子能量而被激发，如果被激发的电子具有足够的能量，足以克服表面势垒而从表面离开，即产生光电发射效应。
9.施主耗尽：10.磁滞现象:磁滞现象是磁化的不可逆性的表现，是铁磁体在磁化时，B 值的减小滞后于H 值减小的现象。
11.磁致伸缩效应：在磁场中磁化状态改变时，铁磁和亚铁磁材料引起尺寸或体积微小的变化，称为磁致伸缩。
12.电致发光：电致发光是指在直流或交流电场作用下，依靠电流和电场的激发使材料发光的现象。
又称场致发光。
这种发光材料称为电致发光材料或场致发光材料。
13.压电效应：1、正压电效应：当外加应力T作用于某些单晶或多晶介电体并使它们发生应变S时，介电体内的正负电荷中心会产生相对位移，并在某两个相对的表面产生异号束缚电荷。
这种由应力作用使材料发生电极化(即带电)或电极化的变化的现象称为正压电效应。
2、逆压电效应：与正压电效应产生的过程相反，当对这类介电体施加外电场并使其中的正负电荷中心产生位移时，该介电体要随之发生变形。
功能材料复习总结.doc
功能材料的定义：用于工业和技术上的有关物理性能，以电、磁、声、光、热等物理性能为特性的材料称为功能材料。
1•掌握钙钛矿的品胞结构：①A离子位于氧八面体与氧八面体的间隙，B离子位于氧八面体的中心。
②形成稳定钙钛矿相结构的两个基本条件：阳离子半径要合适；阴阳离子Z间要形成强离子键。
容差因子t。
2、掌握三种极化机制和自发极化的概念：①电子位极化、离子位移极化、固有偶极矩取向极化；②自发极化：在没有外迫场作用时，晶体小存在着由于电偶极子的有序排列而产生的极化，称为自发极化。
4、儿个概念：①铁电体内H发极化相同的小区域称为电畴，电畴与电畴Z间的交界称为畴壁；②使剩余极化強度降为零的电场值Ec称为侨顽电场强度（矫顽场）；③晶体受到机械力的作用时，农面产生束缚电荷，英电荷密度大小与施加外力大小成线性关系，这种由机械效应转换成电效应的工程称为正压电效应；晶体在受到外电场激励下产生形变，且二者z间呈线性关系，这种曲电效应转换为机械效应的工程称为逆压电效应；这两者•合称为压电效应；④晶体在受到外电场E激励下产生形变S,但二者呈非线性关系，形变S与电场的平方E2呈线性关系，即S-E2,这种效应称为电致伸缩效应：⑤曲于温度的变化，晶体出现结构上的电荷中心相对位移，使自发极化强度发生变化，从而在两端产生并号的束缚电荷，这种现象称为热释电效应；⑥晶体顺电相与铁电相的临界转变温度Tc称为居里温度1、学握钛酸张的晶体结构及其变化：伙酸饮晶体结构有立方相、四方相、斜方相和三方相等晶相，均屈于钙钛矿型结构的变体，四方相、斜方相和三方相为铁电相，立方相为顺电相。
2、掌揺弛豫铁电陶瓷与传统铁电体的区别：弛豫铁电陶瓷的特点①介电常数髙②相对较低的烧结温度③电致伸缩效应大④电致应变滞后小⑤剩余极化小。
3、居里Th斯定律和容温变化率的含义：①在屈里温度以匕饮酸锁的介电常数岁温度的变化遵循居里―外斯定律：：②表征介电常数温度稳定性的容温变化率如下式所示：4,弥散相变和频率色散的金义：①弥散相变：即顺电一^电相变是逐渐的变化而非突变，表现为介电常数9温度的关系Illi线中介电峰的宽化，禽于居里温度附近仍心在R发极化和电滞I可线;②频率色散：即在Tm附近低温侧介电临壑损耗峰随测试频率的提岛，而略向禹温方向移动，而介电峰壑损耗蜂分别随频率增加而略有降低和增加。
2016年《功能材料》综合复习讲解
2016年《功能材料》总复习绪论1. 新材料指“在近阶段将达到实用化的高功能材料”，一般认为可以包括：晶须材料、非晶材料、超塑性材料、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。
2. 功能材料指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。
（磁性、电子、信息、光学、敏感、能源）3. 与结构材料相比，功能材料有以下主要特征：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。
4）功能材料是多学科交叉的知识密集型产物。
5）功能材料的制备技术不同于结构材料用的传统技术，而是采用许多先进的新工艺和新技术，如急冷、超净、超微、超纯、薄膜化、集成化、微型化、智能化以及精细控制和检测技术。
4. 功能材料按其功能的显示过程可分为：1）一次功能材料：当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于同一种形式时，材料起到能量传输部件的作用。
材料的这种功能称为一次功能。
以一次功能为使用目的的材料又称为载体材料。
2）二次功能材料：当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于不同形式时，材料起能量的转换部件作用，材料的这种功能称为二次功能或高次功能。
有人认为这种材料才是真正的功能材料。
5. 功能材料的制备方法1）溶胶-凝胶法(Sol--Gel法，简称SG法)2）快淬快凝技术：通过快淬快凝工艺可以得到在常规条件下的亚稳相。
亚稳相可以是材料的使用状态，也可能是为了得到好性能的中间状态。
实际上可以把亚稳状态的材料看作是平衡态来使用。
功能材料试题及参考答案
功能材料试题及参考答案功能材料试题及参考答案篇一：功能材料试题参考答案一、名词解释（共24分，每个3分）居里温度：铁电体失去自发极化使电畴结构消失的最低温度（或晶体由顺电相到铁电相的转变温度）。
铁电畴：铁电晶体中许许多多晶胞组成的具有相同自发极化方向的小区域称为铁电畴。
电致伸缩：在电场作用下，陶瓷外形上的伸缩（或应变）叫电致伸缩。
介质损耗：陶瓷介质在电导和极化过程中有能量消耗，一部分电场能转变成热能。
单位时间内消耗的电能叫介质损耗。
n型半导体：主要由电子导电的半导体材料叫n型半导体。
电导率：电导率是指面积为1cm2，厚度为1cm的试样所具有的电导（或电阻率的倒数或它是表征材料导电能力大小的特征参数）。
压敏电压：一般取I=1mA时所对应的电压作为I随V陡峭上升的电压大小的标志称压敏电压。
施主受主相互补偿：在同时有施主和受主杂质存在的半导体中，两种杂质要相互补偿，施主提供电子的能力和受主提供空状态的能力因相互抵消而减弱。
二、简答（共42分，每小题6分）1.化学镀镍的原理是什么？答：化学镀镍是利用镍盐溶液在强还原剂（次磷酸盐）的作用下，在具有催化性质的瓷件表面上，使镍离子还原成金属、次磷酸盐分解出磷，获得沉积在瓷件表面的镍磷合金层。
由于镍磷合金具有催化活性，能构成催化自镀，使得镀镍反应得以不断进行。
2.干压成型所用的粉料为什么要造粒？造粒有哪几种方式？各有什么特点？答：为了烧结和固相反应的进行，干压成型所用粉料颗粒越细越好，但是粉料越细流动性越差；同时比表面积增大，粉料占的体积也大。
干压成型时就不能均匀地填充模型的每一个角落常造成空洞、边角不致密、层裂、弹性后效等问题。
为了解决以上问题常采用造粒的方法。
造粒方式有两种方式：加压造粒法和喷雾干燥法。
加压造粒法的特点是造出的颗粒体积密度大、机械强度高、能满足大型和异型制品的成型要求。
但是这种方法生产效率低、自动化程度不高。
喷雾干燥法可得到流动性好的球状团粒，产量大、可连续生产，适合于自动化成型工艺。
金属功能材料总复习提纲
1.金属基复合材料制备工艺的选择原则（1）基体与增强剂的选择，基体与增强剂的结合（2）界面的形成机制，界面产物的控制及界面设计（3）增强剂在基体中的均匀分布（4）制备工艺方法及参数的选择和优化（5）制备成本的控制和降低，工业化应用的前景2. 金属基复合材料制备工艺的分类1）固态法：真空热压扩散结合、超塑性成型/ 扩散结合、模压、热等静压、粉末冶金法2）液态法：液态浸渗、真空压铸、反压铸造、半固态铸造3）喷射成型法：等离子喷涂成型、喷射成型4）原位生长法3. 金属基复合材料的界面结合形式（1）机械结合：第一类界面。
主要依靠增强剂的粗糙表面的机械“锚固”力结合。
（2）浸润与溶解结合：第二类界面。
如相互溶解严重，也可能发生溶解后析出现象，严重损伤增强剂，降低复合材料的性能。
如采用熔浸法制备钨丝增强镍基高温合金复合材料以及碳纤维/镍基复合材料在600℃下碳在镍中先溶解后析出的现象等。
（3）化学反应结合：第三类界面。
大多数金属基复合材料的基体与增强相之间的界面处存在着化学势梯度。
只要存在着有利的动力学条件，就可能发生相互扩散和化学反应4．金属基复合材料的界面优化以及界面设计改善增强剂与基体的润湿性以及控制界面反应的速度和反应产物的数量，防止严重危害复合材料性能的界面或界面层的产生，进一步进行复合材料的界面设计，是金属基复合材料界面研究的重要内容。
从界面优化的观点来看，增强剂与基体的在润湿后又能发生适当的界面反应，达到化学结合，有利于增强界面结合，提高复合材料的性能5. 界面优化以及界面设计一般有以下几种途径<1> 增强剂的表面改性处理（1）改善增强剂的力学性能（保护层）；（2）改善增强剂与基体的润湿性和粘着性（润湿层）；（3）防止增强剂与基体之间的扩散、渗透和反应（阻挡层）；（4）减缓增强剂与基体之间因弹性模量、热膨胀系数等的不同以及热应力集中等因素所造成的物理相容性差的现象（过渡层、匹配层）。
功能材料复习.doc
1. 新能源材料面临的挑战和发展方向。
新能源与新材料，是国民经济和社会发展的命脉，它们广泛渗透于人类的生活Z中，影响着人类的生存质最。
新材料是高新技术与产业发展的基础性与先导性行业，每一次材料技术的重大突破都会带动一个新兴产业样的发展，其研发水平及产业化规模已成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。
相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的坏境污染问题和资源（特别是化石能源）枯竭问题具冇重要意义。
面对益严峻的能源问题和环境污染问题，最终离不开新材料、新能源的不断涌现，新能源材料的开发已经越来越引起壯界各国研究机构的广泛重视，新的技术和成果不断涌现。
可以说，新能源材料的开发和利用己成为社会可持续发展的重要的影响因素。
新能源材料是指支撑新能源发展的、具冇能量储存和转换功能的功能材料或结构功能一体化材料。
能源材料是材料的一个重耍组成部分，有的学者将能源材料划分为新能源技术材料、能量转换与储能材料和节能材料等。
在该分类中，新能源技术材料是核能、太阳能、氢能、风能、地热能和海洋潮汐能等新能源技术所使用的材料；能最转换与储能材料是各种能量转换与储能装置所使用的材料，是发展研制各种新型、高效能量转换与储能装宜的关键, 包括铿离子电池材料、镰氮电池材料、燃料电池材料、超级电容器材料和热电转换材料；节能材料是能够提肓能源利用效率的各种新烈节能技术所使用的材料，包括超导材料、建筑节能材料等能够提高传统工业能源利川效率的各种新型材料。
新能源是传统能源的冇益补充，人力发展新能源，调整能源结构是我们当前和未来的必然选择。
因此，我们认为新能源材料是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术屮所要用到的关键材料，它是发展新能源的核心和基础。
从材料学木身和能源发展的观点看，能储存和有效利用现有传统能源的新材料也可以归属为新能源材料。
新能源材料線氢电池材料、鏗离子电池材料、燃料电池材料、太阳能电池材料、反应堆核能材料、发展生物质能所需的垂点材料、新型相变储能和节能材料等。
第一章功能材料概论
材料设计是一个很复杂的过程：
如材料的制备与存在状态往往属于非平衡热力学； 有些结构敏感性质(材料的力学性质)的可变因素太多， 即使一个微小缺陷都会产生很大影响；表面与内部结 构及性质的不一致性；复杂的环境因素等等。
高分子材料纤维化可用于二次电子倍增管或作离子交换纤维。
对于高分子材料来说，最引人注目的是塑料光纤的开发应用。
(3)通过具有不同功能或性能的材料复合获得新功能。
例如借助纤维复合、层叠复合、细粒复合、骨架复合、 互穿网络等方法。
关于这方面的理论，近年来还提出了所谓复合相乘效应 公式。即如A组分具有X/Y功能(即对材料施加X作用，可得 Y效应，例如加压生电)，B组分有Y/Z功能，则复合之后可 产生(X/Y)＊(Y/Z)＝X/Z的新功能。根据这个原理，已试制 出温度自控塑料发热体等一批新型复合功能高分子材料。
所谓功能设计，就是赋予材料以一次功能或 二次功能特性的科学方法。有人认为21世纪将逐 渐实现按需设计材料。
材料科学与工程一般都认为由四要素组成，即结构/成分、 合成/流程、性能与效能。但考虑到结构与成分并非同义词， 相同成分通过不同制备方法可以得到不同结构，从而使材料出 现不同性能，所以材料科学与工程应为五要素，即成分、合成 /流程、结构、性能与效能。
(4)通过对材料进行各种表面处理以获得新功能
将上述各种方法的适当组合就可以设计得 到所需要的各种功能材料。功能材料的设计是 当代材料技术的重大成就之一。
第三节 功能材料的特点
功能材料是目前材料领域发展最快的新领域。 功能材料虽然制备过程复杂，产品产量小，但 是利润较高。其主要原因是基于其特有的“功能 性”。
功能材料复习整合终版
绪论：1、结构材料：能承受外加载荷而保持其形状和结构稳定的材料,具有良好的力学性能，在物件中起着“力能”的作用。
2、功能材料：具有一种或几种特定功能的材料，具有优良的物理、化学、生物功能，在物件中起着“功能”的作用。
1、按化学成分通常分为哪几类？金属、无机非金属、有机、高分子和复合功能材料。
第一章：1、材料的功能显示过程：是指向材料输入某种能量，经过材料的传输或转换等过程，再作为输出而提供给外部的一种作用。
2、功能设计:就是赋予材料以一次功能或二次功能特性的科学方法。
1、功能材料的制备方法有哪些？（1）溶胶—凝胶方法（2）化学气相沉积法（3）模板合成法（4）固相合成法（5）快淬快凝技术（6）复合和杂化（7）镀膜第二章：1、n型半导体：掺入五价元素，掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式。
2、p型半导体：掺入三价元素，掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式。
3、本征激发：价电子在获得一定能量后，挣脱原子核的束缚，成为自由电子，同时共价键中留下一个空位，称为空穴。
4、非本征激发:（利用将杂质元素掺入纯元素中，把电子从杂质能级激发到导带上或者把电子从价带激发到杂质能级上），从而在价带中产生空穴的激发叫非本征激发（或杂质激发）5、施主能级: 一个能级被电子占据时呈中性，不被电子占据时带正电，则被称为施主能级。
6、受主能级: 一个能级不被电子占据时呈中性，被电子占据时带负电，则被称为受主能级。
7、超导现象:某些导电材料，在温度低到一定程度时，电阻突然消失的现象。
1、导体、半导体中电导率的影响因素有哪些？ 1、晶格缺陷的多少2、材料所处的温度3、禁带宽度4、电子/空穴迁移数。
2、简述掺杂半导体的导电机理？ N型：价带中的电子受激发后从满带跃迁到空导带，跃迁电子可以在导带中自由运动，传导电子的负电荷。
同时，在满带中留下空穴，空穴带正电核，在价带中空穴可按电子运动相反的方向运动而传导正电荷，从而导电3、导体、绝缘体、半导体的区别？（1）、电导率大小：导体电导率＞105S/M，半导体10∧-7~10∧4S/M，绝缘体＜10∧-7S/M。
功能材料复习要点
磁化强度：物质单位体积中所有分子（或原子）的磁矩之矢量和。
M磁场强度：外界磁场的大小H居里温度：磁性材料具有的临界温度Tc，高于该温度则无磁性，低于该温度则具有磁性磁致伸缩：磁性材料在磁化过程中沿磁化方向伸长或缩短的现象磁性材料：利用材料的磁性能和磁效应实现对能量及信息转换、存储或改变能量状态等功能作用的材料。
磁化率：磁化强度和磁场强度之比。
= M / H，表示物质磁性的大小磁导率：材料被磁化的容易程度磁滞回线的理解，磁滞回线图及简要分析磁感应强度B(或M)随外磁场H的变化是非线性的。
当H减少为零时，B并未回到零值，出现剩磁Br。
磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称为磁滞性。
要使剩磁消失，通常需进行反向磁化。
将B=0时的H值称为矫顽磁力H c； Br称为剩余磁感应强度， Bs称为最大磁感应强度（饱和磁感应强度）。
磁性材料的分类：根据磁滞回线的不同，分成三类：软磁材料、硬磁材料、矩磁材料软磁材料：在较弱的磁场下易于磁化，也易于退磁的材料称。
软磁材料特点：①磁导率大：在较弱的外磁场下就能获得高磁感应强度，并随外磁场的增强很快达到饱和。
②矫顽力小：当外磁场去除时，其磁性基本消失。
③磁滞回线呈细长条形。
常用的软磁材料有：电工纯铁、硅钢片、铁铝合金、镍铁合金、铁氧体软磁材料等。
硅钢片：（应用最广，用量最大的磁性材料。
）在电工用纯铁中加入0.4～4.5％的硅，形成固溶体，可以提高材料电阻率，最大磁导率，降低矫顽力及铁芯损耗（铁损）、减轻重量，或者称电工用硅钢片。
但Si加入量过多时，会降低饱和磁化强度、居里温度，含Si量的增大会使材料变脆，减低机械性能和加工性能。
应用：各种形式的发电机、电动机和变压器中，在继电器和测量仪表中也大量使用。
软磁铁氧体：由以三价铁离子作为主要正离子成分的若干种氧化物组成，是以Fe2O3为主要成分的复相氧化物的一种容易磁化和退磁的铁氧体。
其特点是起始的磁导率高，矫顽力小，损耗小。
软磁铁氧体是目前用途广，品种多，数量大，产值高的一种铁氧体材料。
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（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。
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、
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
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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
CH 2 CH CN CH 2 CH CN CH 2 CH CN CH 2 CH CN N N N CH 2
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聚合度变大的化学反应
（1）交联反应 在热、光、辐射能或交联剂作用下，分子链间以化学 键联结起来，构成三维网状或体型结构的反应。 （2）接枝反应 通常是在高分子主链上连接不同组成的支链，形成的 接枝共聚物的性能决定于主链和支链的组成、结构和长度、以及支链的 数目。 （3）嵌段反应 嵌段共聚物分子链具有线型结构，是由两种或两种以 上不同单体单元各自形成的长链段组成。根据分子链上长链段数目和排 列方式，嵌段共聚物可以分为：AB两嵌段共聚物，ABA夹层三嵌段共 聚物，ABC三嵌段共聚物等。嵌段共聚物的合成有三种方法：活性聚 合物法、预聚物相互反应法、预聚物—单体法。 （4）扩链反应 通过适当方法使较低分子量的预聚体连接在一起，分 子量因而增大的反应。凡是带活性端基如羟基、羧基、胺基、酰胺基、 异氰酸酯等的预聚体都可进行扩链。
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③库柏电子对
库柏电子对理论是现代超导理论的基础，该理论认为超导态是由正则 动量为零的超导电子组成的，它是动量空间的凝聚现象，要发生凝聚 现象，必须有吸引的作用存在。当电子间存在这种净吸引作用时，费 米面附近存在一个动量大小相等而方向相反且自旋相反的两电子束缚 态，它的能量比两个独立的电子的总能量低，这种束缚态电子对称为 库柏电子对。
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3.高分子基础
聚合物的化学反应 根据高分子的官能团及聚合度的变化可分为两大类： （1）聚合物的相似转变：反应仅发生在聚合物分子的侧基上， 即侧基由一种基团转变为另一种基团，并不会引起聚合度 的明显改变。 （2）聚合物的聚合度发生根本改变的反应，包括： 聚合度变大的化学反应，如扩链、嵌段、接枝和交联； 聚合度变小的化学反应，如降解与解聚。
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聚合物的相似转变及其应用
（1）引入新官能团 聚合物经过适当的化学处理在分子链上引入新官能团， 重要的实际应用如聚乙烯的氯化与氯磺化，聚乙烯是塑料，经氯化或氯 磺化处理可用作橡胶。 （2）官能团转化 通过适当的化学反应将聚合物分子链上的官能团转化 为其它官能团，常用来对聚合物进行改性。典型的有：聚乙烯醇的合成 及其缩醛化（聚乙烯醇缩醛，可用作安全玻璃粘合剂、电绝缘膜及涂料 等）纤维素的化学改性（粘胶纤维的合成、纤维素酯的合成、纤维素醚 的合成）离子交换树脂的合成（离子交换树脂的单元结构由三部分组成： 不溶不熔的三维网状骨架、固定在骨架上的官能团和官能团所带的可交 换离子） 。 （3）环化反应 某些聚合物受热时，通过侧基反应可环化，如聚丙烯腈经 预氧化和环化反应可形成梯形结构。
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（b）液态储氢 液化储氢是将氢气液化后储存在真空罐里 。 优点：体积能量密度高。 缺点：液化耗能高(4~10kw· h/kg)；易蒸发损失；对储槽绝热和耐 低温性 能要求高。
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（c）有机溶剂储氢 有机溶剂储氢技术是借助苯、甲苯(Toluene，简 称 TOL)等储氢剂与氢载体环己烷(Cyclohexane，简称Cy)、甲基环己烷 (Methylcyclohexane，简称MCH)和氢气的一对可逆反应来实现氢的储 放，简称MTH系统(甲基环己烷、甲苯、氢气)和CBH系统(环己烷、 苯、氢气)。该储氢系统由储氢剂的加氢反应、氢载体的储存、运输 及氢载体的脱氢反应3个过程组成。
零电阻效应
当温度T下降至某一数值以下时，超导体的电阻突然变为零，这就称 为超导体的零电阻效应，也称为超导电性。
下图是汞在液氦温度附近电阻的变化行为。
超导临界温度Tc虽然与样品 纯度无关，但是越均匀纯净 的样品超导转变时的电阻陡 降越尖锐。
LOGO 汞在液氦温度附近电阻的变化行为
超导体的完全抗磁性（迈斯纳效应）
a、碳链聚合物： 指高分子化合物的的主链 完全由碳原子组成，绝大部分聚烯烃及其衍生物 都属于此类。 b、杂链聚合物：杂链聚合物是指大分子主链 中除了碳原子外，还有氧、氮、硫等杂原子。常 见的杂环聚合物有聚醚、聚酯、聚酰胺、聚脲、 聚硫橡胶、聚砜等。 c、元素有机聚合物：指大分子主链中没有 碳原子，主要由硅、硼、铝、氧、硫、磷等原子 组成。典型的例子是有机硅橡胶。
功能材料概论总复习
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1.功能材料定义
功能材料(functional material)：指那些具有 优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、 化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物 学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各 种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的 高新技术材料。
Ⅱ 玻璃微球
直径25~500um，球壁厚度1um，15%~42%。
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（f）配位氢化物储氢 碱金属或碱土金属与第三主族元素可与氢形成配 位氢化物，其与金属氢化物的区别主要在于其在吸氢过程中向离子或 共价化合物转变，也称为离子型氢化物。科研人员开发了氢化硼钠 （NaBH4）和氢化硼钾（KBH4）等氢化物储氢材料，它们通过加水 分解反应可产生比其自身含氢量还多的氢气。 碱金属、碱土金属配位氢化物的通式为A(MH4)n，其中A一般为碱金 属（Li、Na、K等）或碱土金属（Mg、Ca等），M则为第三主族的 B或Al，n视金属A的化合价而定(1或2)。 NaBH4+2H2O→NaBO2+4H2
2、按主链结构
材料的组成及各成分之间的配比从根本上保证了制品的性能， 作为主要成分的高分子化合物对制品的性能起主宰作用。 LOGO
3、按用途
粘合剂
6
复合材料
5
塑料
1
4
涂料
2
橡胶
3
纤 维
实际上，按用途分才是真正把高分子材料从材料的角 度进行分类的一种方法。 LOGO
4.超导材料
库柏电子对 零电阻 完全抗磁性（迈斯纳效应）
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。
（a）高压储氢 氢气被压缩后在气缸里以气体形式储存，这种技术和压缩
天然气、煤气技术相类似 。 优点：简单，常用。 缺点：体积能量密度低（氢气所占质量分数低，仅1wt%~2wt% 、能耗 高 ）；对容器耐压性能高；安全性差。
NaAlH4－ 7.47 wt.%
KBH4 － 7.47 wt.% LiBH4－ 18.51 wt.%
LiAlH4－ 10.62 wt.%
NaBH4－ 11.66 wt.% NH3BH3 －12.9 wt.%
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储氢合金的种类
储氢合金主要分为镁系（A2B型） 、镧（稀土）系（AB5型）、 钛系（AB型）、锆（钒）系（AB2型）4大系。 （1）镁系 以Mg2Ni为代表，资源丰富、价格低廉和储氢密度大（Mg
指超导体处于外界磁场中，磁力线无法穿透，超导体内的磁通量 为零。 1933年，迈斯纳(W. Meissner)发现，只要温度低于超导临界温 度，则置于外磁场中的超导体就始终保持其内部磁场为零，外部 磁场的磁力线统统被排斥在超导体之外。 即便是原来处在磁场中的正常态样品，当温度下降使它变成超导 体时，也会把原来在体内的磁场完全排出去，即超导体具有完全 抗磁性。这一现象被称为迈斯纳效应，它是超导体的另一个独立
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.%) 储氢量(g/mL) 100 100 (0.80 *a) 100 (~5.0 *b) 7.60 1.37 1.85 3.60 3.81 0.00008 0.012 0.062 0.098 0.092 0.084 0.083