功能材料概论 (2)演示教学
1.功能材料概论 PPT课件
![1.功能材料概论 PPT课件](https://img.taocdn.com/s3/m/97699ea6fab069dc50220166.png)
1.1.2 功能材料的概念
功能材料是指通过光、电、磁、热、化学、生化 等作用后具有特定功能的材料。
在国外,常将这类材料称为功能材料(Functional Materials)、特种材料(Speciality Materials)或精细材料 (Fine Materials)。
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。
根据材料所要求的性能不同,材料设计可以从电子、光子 出发.也可从原子、原子集团出发,可以从微观、显微到宏观
30
一、金属功能材料设计
金属功能材料按性能分主要包括磁性、电性、力学、声 学、热学、光学、化学、生物功能材料和特种功能材料。
金属功能材料的功能设计主要有以下两个方面。 (1)寻找具有特定功能的金属材料。 (2)利用各种金属材料的特性,制备符合使用要求的合金。
输
材
输
入
料
出
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。
19
功能材料按其功能的显示过程又可分为 一次功能材料和二次功能材料。
20
A、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。
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
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。
功能材料第一章功能材料概论PPT
![功能材料第一章功能材料概论PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/09233720a88271fe910ef12d2af90242a895ab23.png)
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
感谢观看
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。
《功能材料概论》PPT课件 (2)
![《功能材料概论》PPT课件 (2)](https://img.taocdn.com/s3/m/dbca9227ba0d4a7302763af0.png)
半导体
导体
10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106
电导率σ S/m
超导体:σ→∞
编辑ppt
3
离子导电材料的导电机理源于离 子的运动,由于离子的运动速度远小 于电子的运动速度,因此其电导率较 小,目前最高不超过102 S/m ,一般在 100 S/m以下。
编辑ppt
15
(二)、半导体的导电机理
半导体价带中的电子受激发后从满
价带跃到空导带中,跃迁电子可在导
带中自由运动,传导电子的负电荷。
同时,在满价带中留下空穴,空穴带
正电荷,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。因此,
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。
编辑ppt
34
(六) 半导体材料的应用
1、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;
2、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;
第二章 电功能材料
半导体材料 超导体材料 电接点(触头)材料
编辑ppt
1
以特殊的电学性能或各种电效应作为主 要性能指标的一类材料。
半导体 材料
超导 材料
电接点 (触头)
材料
编辑ppt
2
导电材料的分类
按导电机理可分为:电子导电材料和离子导电材料两 大类。
电子导电材料包括导体、超导体和半导体:
绝缘体
功能材料课件PPT课件
![功能材料课件PPT课件](https://img.taocdn.com/s3/m/8bcfb58c998fcc22bdd10d56.png)
CO + H2O CO2 + 2H+ + 2e-
.
20
评价仪器与机理
.
21
二次电子
电子束
反射电子 特征X线
俄歇电子
俄歇(é xiē )电子(Auger electron )
.
22
一次电子
真空能级 价电子带
2次电子
俄歇电子
能级
多余的能量 空穴
.
23
FE-AES (Auger Electron Spectroscopy)
热敏电阻的应用: 温度侦测,电路开关 ,涌流抑制 , 马达延时启动 ,过热保护
.
4
负温度系数热敏电阻
二、形变敏感材料
• 典型的形变敏感材料有形变规材料和磁致伸 缩材料。
• 形变规是利用物质因受力而电阻发生变化的 敏感元器件,金属、半导体、电介质等
• 标准因子
.
5
.
6
• 磁致伸缩材料是强磁性体被磁化后显示出尺寸变化的磁 诱导形变现象,相反,将因施加形变而导致强磁体磁化 发生变化的现象称为反磁致伸缩效应。
湿敏陶瓷(humidity sensitive ceramics) :电阻随 环境湿度而变化的一类功能陶瓷。与高分子湿敏材 料相比,其测湿范围宽、工作温度高(可达 800℃)、工艺简单、成本较低。
应用:
湿度测量
.
16
气敏传感器:是一种检测特定气体的传感器。它主要包 括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学 气敏传感器等,其中用的最多的是半导体气敏传感器。
温度敏感材料的应用:热敏电阻材料,电阻温度计 材料,热电偶材料
.
3
热敏电阻
热敏电阻( thermistor )热敏电阻的电阻值,随着温度的变化而 改变,与一般的固定电阻不同。属于可变电阻的一类。
《功能材料》PPT课件 (2)备课讲稿
![《功能材料》PPT课件 (2)备课讲稿](https://img.taocdn.com/s3/m/6258a805df80d4d8d15abe23482fb4daa58d1d5e.png)
3.发光材料
(1)光致发光材料
用紫外线、可见光及红外线激发发光材料而产生发光的现象称 为光致发光,相应材料为光致发光材料。一般分荧光材料和磷光材料 两种。
荧光材料:只有具备共轭键系统的分子才能使激发态保持相对稳 定而发射荧光,因而荧光材料主要是以苯环为基的芳香族化合物和杂 环化合物。
具有缺陷的某些复杂的无机晶体物质,在光激发时和光激发停止 后一定时间内能够发光,称为磷光材料。
《功能材料》PPT课件 (2)
本章内容
7.1 光学功能材料 7.2 电功能材料 7.3 功能转换材料
7.1 光学功能材料
7.1.1 激光材料 1.激光的产生和特点:
不稳定高能态
吸收外来能量
亚稳态Leabharlann 无辐射跃迁 泵浦过程(使粒 子数反转分布)
基态
(寿命长、粒子累积) 工作物质(原子或分子)
某些粒子跌落于基态,并 激发其他粒子跌落,一起 放出的光在光谐振腔里放
复合发光过程中存在离子化的带电粒子的迁移或扩散,构成特征 的光电导,也称为“光电导发光”。
复合发光过程,可以在一个发光中心上进行而实现单分子过程, 电子在导带中存在时间很短,是短复合发光过程;大部分情况是电子 脱离原来的发光中心在其他中心上实现双分子过程,电子在导带中时 间长,是长复合过程。
2.发光特征
(2)激光玻璃
激光玻璃与激光晶体一起构成了固体激光材料的两大 类,并得到迅速发展。
激光玻璃由激活离子和基质玻璃组成。 激活离子:在激光玻璃中激活离子是以Nd3+为代表的 三价稀土离子。 基质玻璃:在基质玻璃中,最早的激光输出是在掺钕 钡冕玻璃中实现的。
7.1.2 红外材料
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。本节主要介绍红外透射和辐射材料。
《功能材料概论》课件
![《功能材料概论》课件](https://img.taocdn.com/s3/m/ccafdb0e32687e21af45b307e87101f69f31fb78.png)
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-教学大纲
![功能材料概论-教学大纲](https://img.taocdn.com/s3/m/47cc623324c52cc58bd63186bceb19e8b9f6ec5d.png)
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。
【教学大纲】功能材料教学大纲
![【教学大纲】功能材料教学大纲](https://img.taocdn.com/s3/m/dc100a82804d2b160a4ec013.png)
《功能材料概论》课程教学大纲课程名称:功能材料概论课程类别:必修课适用专业:材料化学考核方式:考试总学时、学分:48 学时、3学分一、课程教学目的《功能材料概论》是材料化学专业的必修课。
课程的主要目的是进一步拓宽材料化学专业学生的知识视野,对各种功能材料的知识体系有更深入的了解。
通过本课程的学习,使学生掌握典型功能材料的基本原理、制备方法及应用领域,了解各种材料的一系列优异性能。
使学生进一步掌握各种功能材料的结构、组成和性能之间的基本关系。
同时使学生对典型功能材料,如能源材料、信息功能材料和智能材料等国内外研究现状有一定的了解。
二、课程教学要求通过本课程的学习,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;基本掌握功能材料的制备方法和工艺、功能材料的设计方法和性能研究方法,使学生在生产实践和研究工作中能够准确灵活运用所学到的知识和技能。
三、先修课程学生学习完《无机化学》、《分析化学》、《有机化学》和《纳米材料化学》以后开设本课程。
四、课程教学重、难点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。
本课程难点是各种功能材料的基本原理,以及功能材料的制备、组成、结构和性能之间的关系。
五、课程教学方法与教学手段教学方法:课程讲授中采用启发式教学,培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力;增加讨论课,调动学生学习的主观能动性;讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。
教学手段:在教学中采用板书、电子教案及多媒体教学等相结合的教学手段,以确保全面、高质量地完成课程教学任务。
六、课程教学内容第1章绪论(1学时)1.教学内容(1)功能材料发展概说;(2)功能材料的分类及特点;(3)功能材料的制备方法简介:溶胶-凝胶法;快淬快凝技术;复合与杂化;无机非金属功能材料的典型制备方法;功能高分子材料的制备;(4)功能材料的表征方法简介:材料组成表征;材料结构表征:材料性能表征。
第一功能高分子材料概论PPT学习教案
![第一功能高分子材料概论PPT学习教案](https://img.taocdn.com/s3/m/378ecfadf7ec4afe05a1df29.png)
b.通过环醚、亚胺、内酯、内酰 胺、环氧化合物的聚合或乙烯基 单体的聚合(活性离子聚合)制得嵌 段共聚物
第24页/共31页
接枝共聚物合成制备方法 (1)通过聚合物的游离基连锁转移反应,在主干聚合物 的侧链上生成游离基,从而进行支化反应。 (2)通过侧链氧化,引入过氧化物基团,或将侧链上的 氨基偶氮化形成聚合反应引发点。 (3)通过射线照射,光化学反应、氧化反应(羟基、氨 基、琉基等以Ce+进行氧化等)开始进行支化配合。 (4)在侧链的活性基(羟基、氨基、羧基、碳翁、正碳 离子)上使环氧化物、内酰胺、内酯极性乙烯基单体 进行聚合。 (5)具有活性端基的聚合物与主干聚合物的侧链发生反 应(活性聚合物与酯基,氯甲基反应)。此外在分子 末端引入不饱和基团的聚合物,即大分子单体,可 用多种方法制得。这些大分子单体与其它单体进行 共聚,可获得带有规定长度分枝的接枝共聚物。
第25页/共31页
(3)分子内交联和分子间交联
①分子内交联 ②分子间交联
第26页/共31页
高分子化 功能复合 功能扩大 系列化
第27页/共31页
复合型功能高分子材料的主要加工方法
1 液体高分子树脂通过改性制备 复合性功能高分子材料的主要方 法 掺混各种助剂填料,通过混 和,悬浮、乳化等方法制成。也 可以通过反应注射成型(RIM)直接 成型。
第4页/共31页
功能高分子材料的特点
功能高分子材料和通用高分子材料相 比大致有以下特点;
①消费量相来说要小很多; ②单位重量(或体积)的价格一般较高; ③多数实用化历史较短,开发余地很
大; ④竞争激烈.更新速度快; ⑤是一种多学科交叉研究的产物。
第5页/共31页
《功能材料》教学大纲-(修改稿)
![《功能材料》教学大纲-(修改稿)](https://img.taocdn.com/s3/m/5ee8bc4d854769eae009581b6bd97f192279bf2c.png)
《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。
功能材料概论
![功能材料概论](https://img.taocdn.com/s3/m/2f9681d1a0116c175f0e48ad.png)
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
功能材料概论教学大纲
![功能材料概论教学大纲](https://img.taocdn.com/s3/m/9522b69c5a8102d276a22ff6.png)
功能材料概论教学大纲《功能材料概论》教学大纲一、《功能材料概论》课程说明(一)课程代码:08131107(二)课程英文名称:Introduction to Functional Materials(三)开课对象:材料物理本科专业学生(四)课程性质:功能材料概论是材料物理专业的一门专业选修课。
本课程的任务是使学生了解各种功能材料的制备原理以及应用。
(五)教学目的:本课程的目的是使学生获得较广泛的功能材料的基础知识以及应用范围。
(六)教学内容:1(功能材料的科学基础晶体学基础及材料性能、高分子基础2(金属功能材料超导材料、贮氢合金、形状记忆合金、水晶态合金、磁性材料3(无机非金属功能材料半导体材料、光学材料、精细功能陶瓷、功能转换材料4(功能高分子材料高分子试剂及固相合成、高分子催化剂、固定化酶及高分子螯合剂、感光及导电性高分子材料、高分子药物(七)教学时数:学时数: 36 学时分数: 2 学分学时数具体分配教学内容讲授实验/实践合计第一章晶体学基础及材料性能 4 4 第二章高分子基础 4 4 第三章超导材料 4 4 第八章半导体材料 6 6 第九章光学材料 8 8 第十二章高分子试剂及固相合成 6 6 第十四章感光及导电高分子 4 4 合计 36 36(八)教学方式以板书为主要形式的课堂教学。
(九)考核方式和成绩记载说明考核方式为考试。
严格考核学生出勤情况,达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格。
综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定,平时成绩占40% ,期末成绩占60% 。
二、讲授大纲与各章的基本要求第一章晶体学基础及材料性能教学要点:通过本章的学习使学生了解晶体学基础,及初步认识各种功能材料1. 了解晶体特征,掌握晶体结构2. 初步了解功能材料的性能教学时数:4教学内容:1.1 晶体特征1.1.1 空间点阵1.1.2 晶面指数1.1.3 对称性1.2 化学键与晶体1.2.1 离子晶体1.2.2 原子晶体1.2.3 金属晶体1.2.4 分子晶体1.3 晶体结构1.3.1 元素的晶体结构1.3.2 典型晶体结构 1.4 晶体缺陷1.4.1 点缺陷1.4.2 线缺陷1.4.3 面缺陷1.5 导体、半导体和绝缘体1.5.1 能代填充与晶体导电性1.5.2 导体、半导体和绝缘体的区别 1.6 功能材料的性能1.6.1 半导体电性1.6.2 磁性1.6.3 超导性1.6.4 光谱性质考核要求:1.了解晶体特征,掌握晶体结构2.初步了解功能材料的性能第二章高分子基础教学要点:1. 了解高分子的概念2. 初步掌握合成高分子的化学反应3. 了解高聚物的分类和命名教学时数:2教学内容:2.1 高分子的概念2.1.1 高分子的含义2.1.2 高分子的结构 2.2 合成高分子的化学反应2.2.1 变化分类2.2.2 动力学分类2.2.3 均聚反应和共聚反应2.2.4 高分子的化学反应 2.3 高聚物的分类和命名2.3.1 高聚物的的分类2.3.2 高聚物的命名 2.4 高聚物材料的特性2.4.1 高分子与低分子的区别2.4.2 分子量分布2.4.3 热学和力学性质考核要求:1.了解高分子的概念2.初步掌握合成高分子的化学反应3.了解高聚物的分类和命名第三章超导材料教学要点:1.了解超导的微观图像2.了解超导体的临界参数3.掌握超导材料的应用教学时数:4教学内容:3.1 超导的微观图像3.1.1 超导能隙3.1.2 电子-声子相互作用 3.2 超导的临界参数3.2.1 临界温度3.2.2 临界磁场3.2.3 临界电流 3.3 低温超导材料3.4 超导材料的应用3.4.1 开发新能源3.4.2 节能方面3.4.3 超导磁悬浮列车考核要求:1.了解超导的微观图像2.了解超导体的临界参数3.掌握超导材料的应用第八章半导体材料教学要点:1.了解典型半导体材料2.了解半导体微结构材料3.了解非晶态半导体教学时数:6教学内容:8.1 典型半导体材料8.1.1 半导体材料分类8.1.2 硅和锗8.1.3 砷化镓半导体微结构材料8.28.2.1 异质薄层材料8.2.2 超晶格种类 8.3 非晶态半导体8.3.1 非晶态半导体的能代结构8.3.2 电学和光学性质 8.4 半导体陶瓷8.4.1 ptc半导体陶瓷8.4.2 ntc 半导体陶瓷8.4.3 ctr半导体陶瓷8.4.4 压敏半导体陶瓷考核要求:1.了解典型半导体材料2.了解半导体微结构材料3.了解非晶态半导体第九章光学材料教学要点:1.了解激光材料2.了解光纤材料3.了解红外材料4.掌握发光材料教学时数:8教学内容:9.1 激光材料9.1.1 激光的产生9.1.2 固体激光器材料 9.2 光线材料9.2.1 光线材料的结构和分类9.2.2 光在光纤中的传输的基本原理9.2.3 光线材料及制造 9.3 红外材料9.3.1 红外线的基本性质9.3.2 红外材料 9.4 发光材料9.4.1 发光的特征9.4.2 电子束激光发光9.4.3 场致发光 9.6 液晶材料9.6.1 液晶的结构9.6.2 液晶的效应9.6.3 液晶材料考核要求:1.了解激光材料2.了解光纤材料3.了解红外材料4.掌握发光材料第十二章高分子试剂及固相合成教学要点:1.了解高分子试剂的特点2.了解高分子氧化试剂3.了解高分子还原试剂4.掌握高分子载体上的固相合成教学时数:6教学内容:12.1 高分子试剂的特点12.1.1 易于与低分子化合物分离12.1.2 具有较好的稳定性12.1.3 微环境可以人为的控制12.1.4 相互难接近性 12.2 高分子氧化试剂12.2.1 过氧酸12.2.2 硒化合物12.2.3 氯化硫代苯甲醚12.3 高分子还原试剂12.3.1 高分子还原剂12.3.2 磺酰类高分子还原剂12.3.3 吸附性高分子还原剂 12.7 高分子载体上的固相合成12.7.1 多肽的固相合成12.7.2 有机化合物的合成考核要求:1.了解高分子试剂的特点2.了解高分子氧化试剂3.了解高分子还原试剂4.掌握高分子载体上的固相合成第十四章感光及导电高分子教学要点:1.了解感光性高分子材料2.了解导电性高分子材料教学时数:4教学内容:14.1 感光性高分子材料14.1.1 概述14.1.2 感光材料介绍 14.2 导电性高分子材料14.2.1 高分子导体14.2.2 光导电聚合物考核要求:1.了解感光性高分子材料2.了解导电性高分子材料三、推荐教材和参考书目(一)教材:《功能材料概论》殷景华等主编,第一版,哈尔滨工业大学出版社,1999(二)参考书:1.《材料物理导论》熊兆贤主编,第一版,科学出版社,20002.《现代功能材料及应用》郭卫红等主编,化学工业出版社,2002。
【课程思政案例】《功能材料导论》教学案例
![【课程思政案例】《功能材料导论》教学案例](https://img.taocdn.com/s3/m/cd26451ebb1aa8114431b90d6c85ec3a86c28b57.png)
课程基本情况· 课程名称:功能材料导论· 课程性质:专业课· 教学对象:功能材料专业学生· 总学时:16学时课程思政教学整体设计思路(一)教学设计:《功能材料导论》课程是功能材料专业创新创业课程群的重要一环。
采用课堂授课、课堂讨论、小组式案例式研究项目立项和展示相结合的形式,旨在打通课内外、专业内外、校内外的界限,课堂授课、实践参观、企业导师现场教学和实践项目立项相结合,将专业知识与我国新能源材料领域的发展相结合,充分调动学生的积极性,激发学生的内驱力,帮助学生取得科研实践成果,达到本课程为国家新能源材料领域发展培养思想过硬和专业素质突出的专门人才的目的。
课程相关的授课和实践环节均围绕功能材料领域的研究热点以及我国在该领域面临的机遇和挑战开展,最终学生的科技立项实践报告也是围绕我国在功能材料领域的研究方向来进行。
课程最终提交立项报告和进行现场答辩,由主讲教师、项目指导教师和企业导师根据学生是否达成思政课程目标共同打分。
课程开展是以学校“未来三十年”大赛为模板,围绕我国能源材料领域的研究热点,以学生自选项目为载体,在教师指导下,学生完成从选题、论证、规划、执行、总结的全部过程,得到完整的项目实践训练。
激发学生对专业学习的兴趣,打通课内外学生的科研创新活动,培养学生的自学能力、发现问题、分析问题、解决问题的能力、团队合作、交流能力,提高学生的综合实践能力。
课程思政典型教学案例(一)案例名称《能源存储材料》章节教学案例(二)案例教学实施过程1.教学内容分析:介绍能源存储材料的分类、结构和工作原理,以及我国在能源存储领域的发展现状和研究热点。
学生分组开展头脑风暴,进行课堂讨论,提出自己设想的未来能源存储材料的研究方向和趋势。
通过采用在课堂上对核心知识点讨论的方式,增强学生的学习兴趣,使学生进一步加深了该章节课程内容的理解,充分锻炼了学生们的口头表达能力和沟通交流能力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
2020/8/17
37
(1)寻找具有特定功能的金属材料
有些金属材料本身具有特定的功能,经过我们的 开发研究,可以对这些特定的功能加以利用。例如, 稀土功能材料的制备和应用。
2020/8/17
10
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。
这类材料相对于通常的结构材料而言,一般除 了具有机械特性外,还具有其他的功能特性。
2020/8/17
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。
2020/8/17
16
(3)物理化学功能
①电学功能材料:如超导体,导电高分子等; ②光学功能材料:如光导纤维、感光性高分子等; ③能量转换材料:如压电材料、光电材料。
2020/8/17
17
(4)生物化学功能
①医用功能材料:人工脏器用材料如人工肾、人工心肺, 可降解的医用缝合线、骨钉、骨板等; ②功能性药物:如缓释性高分子,药物活性高分子,高分 子农药等; ③生物降解材料
不同的加工工艺可以得到不同功能的无机非金属功能 材料。因此,控制合适的加工工艺对无机非金属功能材料 的制造是非常重要的。
2020/8/17
45
三、高分子功能材料设计
功能高分子材料功能设计的主要途径如下: (1)通过分子设计合成新功能。 (2)通过特殊加工赋予材料以功能特性 (3)通过两种或两种以上的具有不同功能或性能的材料复合 获得新功能。 (4)通过对材料进行各种表面处理以获得新功能。
2020/8/17
3
1986年,我国制定了《高技术发展计划纲 要》,被评选列入的七个技术群是生物技术、 信息技术、激光技术、航天技术、自动化技术、 新能源技术和新材料技术。
2020/8/17
5
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。
2020/8/17
22
⑤磁功能。如硬磁性、软磁性、半硬磁性等。 ⑥光功能。如遮光性、透光性、折射光性、反射光性、吸 光性、偏振光性、分光性、聚光性等。 ⑦化学功能。如吸附作用、气体吸收性、催化作用、生物 化学反应、酶反应等。 ⑧其他功能。如放射特性、电磁波特性等。
2020/8/17
23
B、二次功能
2020/8/17
30
无论哪种功能材料,其能量传递过程或者能量转 换形式所涉及的微观过程都与固体物理和固体化学相 联系。正是这两门基础科学为新兴学科——功能材料 科学的发展奠定了基础,从而也推动了功能材料的研 究和应用。它们把功能材料推进到功能设计的时代。
2020/8/17
31
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。
2020/8/17
18
第二节 功能设计的原理和方法
下图为材料显示功能的示意图。
输
材
输
入
料
出
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。
2020/8/17
19
功能材料按其功能的显示过程又可分为 一次功能材料和二次功能材料。
2020/8/17
功能材料学概论-----马如璋 蒋民华 (冶金工业出版社,1999) 功能金属材料------ 王正品 (化学工业出版社,2004年)
2020/8/17
2
第一章 电性材料
目录
第二章 磁性材料
第三章 超导材料
第四章 膨胀材料和弹性材料
第五章 储氢合金
第六章 非晶态合金
第七章 形状记忆材料
第八章 其他功能材料
2020/8/17
9
第一节 功能材料的概念与分类
一、功能材料的概念 功能材料是指通过光、电、磁、热、化学、生化等作用
后具有特定功能的材料。 在国外,常将这类材料称为功能材料(Functional
Materials)、特种材料(Speciality Materials))或精细材料 (Fine Materials)。
2020/8/17
33
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。
2020/8/17
34
材料设计的实现是一个长期过程,其最终应达 到提出一个需求目标就可设计出成分、制造流程并 做出合乎要求的工程材料以至零件、器件或构件。
无机非金属功能材料所含的材质决定了无机非金属功 能材料的宏观性能。
比如功能玻璃包括微晶玻璃、激光玻璃、半导体玻璃、 光色玻璃、生物玻璃等。
2020/8/17
44
(2)根据功能的要求设计合适的加工工艺
无机非金属功能材料的加工工艺根据所需功能的不同, 有的采用普通的无机非金属材料加工工艺,有的采用特殊 的加工工艺。
功能金属材料
2020/8/17
1
主要参考资料
1、现代功能材料及其应用—郭卫生, 汪济奎(化学工业出版社,2002) 2、功能材料学---周馨我 (北京理工大学出版社,2002) 3、新型功能材料--- 贡长生,张克立(化学工业出版社,2001) 4、新型无机材料-----杨华明,宋晓岚,金胜明(化学工业出版社,2005) 5、信息和功能材料-----刘先曙 马傅华 辛秀田(宇航出版社,1998 ) 6、功能材料学概论-----马如璋 蒋民华 (冶金工业出版社,1999) 7. 功能金属材料------ 王正品 化学工业出版社,2004年 建议教材:
20
A、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。
2020/8/17
21
一次功能主要有下面的八种。 ①力学功能。如惯性、粘性、流动性、润滑性、成型性、 超塑性、恒弹性、高弹性、振动性和防震性。 ②声功能。如隔音性、吸音性。 ③热功能。如传热性、隔热性、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。
2020/8/17
7
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。
2020/8/17
8
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。
随着技术的发展和人类认识的扩展,新型的功能材料 不断被开发出来,因此对其也产生了许多不同的分类方 法。从功能的不同考虑,可将功能材料分为以下四类。
2020/8/17
14
(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。
2020/8/17
15
(2)化学功能
①分离功能材料:如分离膜,离子交换树脂、高分子络合物; ②反应功能材料;如高分子试剂、高分子催化剂; ③生物功能材料:如固定化菌,生物反应器等。
27
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。
2020/8/17
28
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。
2020/8/17
29
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。
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
2020/8/17
6
第一章 功能材料概论
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。
2020/8/17
42
二、无机非金属功能材料设计
无机非金属功能材料的主要代表是功能玻璃和 功能陶瓷。无机非金属功能材料进行功能设计的方 法主要有以下两种: (1) 根据功能的要求设计配方。 (2) 根据功能的要求设计合适的加工工艺。
2020/8/17
43
(1) 根据功能的要求设计配方
无机非金属功能材料的配方比较复杂,每种不同功能 的无机非金属功能材料采用不同的配方。
2020/8/17
12
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。
2020/8/17
13
二、功能材料的分类
2020/8/17
38
稀土功能材料主要包括稀土永磁材料、稀土储 氢材料、信息显示材料、催化材料、超磁致伸缩材 料、巨磁电阻材料等,其应用遍及航天、航空、信 息、电子、能源、交通、医疗卫生等13个领域的40 多个行业。
2020/8/17
39
我国稀土资源非常丰富,其工业储量约占世界已 探明总储量6200万t的80%。将我国的稀土资源优势 变为产业优势和经济优势,使它的研究开发既能形成 一批新型高新技术产业,又能辐射、带动传统产业的 技术进步。