新型材料简介

1、塑性差的主要原因

超细晶/纳米晶材料的强度和硬度很高，但塑性差。塑性较差是由于变形态组织在拉伸变形时不能形成足够数量的位错或动态回复抵消已形成的位错，引起加工硬化效应减弱，导致屈服后快速缩颈失稳。

材料组织呈双峰晶粒尺度分布（即在纳米晶粒基体中分布一定体积分数的微米尺度晶粒），大晶粒可发生塑性变形以增殖位错及提供加工硬化效应和变形材料组织存在弥散分布的第二相微粒，第二相微粒阻碍动态回复发生并增强位错积聚能力（即增强加工硬化速率）。

材料组织存在弥散分布的第二相微粒，第二相微粒阻碍动态回复发生并增强位错积聚能力（即增强加工硬化速率）。

2、新型材料的特征：

①新型材料获得途径与传统普通材料不同

②新型材料是多学科相互交叉、彼此渗透、相互促进，综合研究的成果

③新型材料具有高新性能，能满足尖端技术和设备制造的需要

④新型材料发展的驱动力由军事需求向经济需求转变

⑤新型材料的开发与应用联系更加紧密

⑥新型材料应注重与生态环境及资源的协调性

3、材料的晶粒尺寸d,被发现遵循Hall-Petch关系

Hall-Petch关系是表征多晶材料的硬度（或屈服应力）与尺寸之间关联的关系

式，既材料的硬度，式中d为晶粒的平均粒径，K位比例系数。在纳米材料中，由于特殊的微观结构所带来的反常力学特性主要也是体现在Hall-Petch关系式上。在一些纳米材料中，Hall-Petch关系为正，既K>0，随着晶粒平均粒径d的减小，材料的显微硬度H增加。由于结构的特殊，某些纳米材料中还存在负的Hall-Petch关系，即K<0, 材料的显微硬度H随着晶粒平均粒径d的减小呈下降的趋势。这表明变形机制发生了转变，此时随晶粒尺寸继续减小，材料强度降低。

3、材料的成分、结构与性能之间的关系？

①材料的所有性能都是其化学成分和其内部的组织、结构在一定外界因素（载荷

性质、应力状态、工作温度和环境介质）作用下的综合反映。它们之间有很强的依赖关系，相辅相成，而又是不可分割的，它们是材料科学的核心，同时又是认识和开发新型材料的理论基础。

②材料的成分/组织结构反映材料的本质，是决定其性能的内在因素。它包含材料

的原子结构、结合健、原子排列，是认识材料和开发材料的理论基础。

③材料的化学成分对其强韧化的影响有直接和间接作用，且以间接作用为主。

④原材料的质量或冶金质量影响材料的性能

4、伴随高科技的迅猛发展，对新型材料提出新的总体要求：

①结构与功能相结合②智能化③减少污染④可再生性⑤节省能源⑥寿命长

5、、亚稳态：体系高于平衡态时自由能的状态的一种非平衡

6、非平衡的亚稳态大致有以下几种类型：

（1）细晶组织当组织细小时，界面增多，自由能升高，故为亚稳状态。（2）高密度晶体缺陷的存在晶体缺陷使原子偏离平衡位置，晶体结构排列的规则性下降，故体系自由能增高。

（3）形成过饱和固溶体即溶质原子在固溶体中的浓度超过平衡浓度，甚至在平衡状态是互不溶解的组元发生了相互溶解。

（4）发生非平衡转变，生成具有与原先不同结构的亚稳新相例如钢及合金中的马氏体、贝氏体，以及合金中的准晶态相

（5）由晶态转变为非晶态，由结构有序变为结构无序，自由能增高。

7、生物材料的性能要求：

（1）生物相容性生物相容性主要包括血液相容性、组织相容性。材料在人体内要求无不良反应，不引起凝血、溶血现象，活体组织不发生炎症、排拒、致癌等。

（2）力学性能材料要有合适的强度、硬度、韧性、塑性等力学性能以满足耐磨、耐压、抗冲击、抗疲劳、弯曲等医用要求。

（3）耐生物老化性能材料在活体内要有较好的化学稳定性，能够长期使用，即在发挥其医疗功能的同时要耐生物腐蚀、耐生物老化。

（4）成形加工性能容易成形和加工，价格适中。

8、纳米材料的制备方法

9、新型材料的发展趋势：：①．继续重视高性能的新型金属结构材料；②．结

构材料的复合化、功能化；③．低维材料正扩大应用；④．非晶材料日益受到重视；5．功能材料迅速发展——多功能集成化、智能化、材料和器件一体化

10、超导现象是指材料在低于某一温度时，电阻变为零的现象，而这一温度称为超导转变温度（Tc）。超导现象的特征是零电阻和完全抗磁性

11、超导材料：在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。

12、超导体主要具有三个特性：

①零电阻性超导材料处于超导态时电阻为零,如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。

②完全抗磁性超导材料处于超导态时，只要外加磁场小于临界磁场，磁场不能透入超导体内，超导材料内部的磁场恒为零。超导悬浮，就是利用超导体的完全抗磁性。

③约瑟夫森效应当两超导体之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U（也可加一电压U），同时，直流电流变成高频交流电，而且频率与电压成正比

13、超导材料的应用主要有：

①利用材料的超导电性可制作磁体，应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、

受控热核反应、储能等；可制作电缆电力电缆，用于大容量输电（功率可达10000MV A）；可制作通信电缆和天线，其性能优于常规材料。

②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。

③利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、

逻辑元件等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件，其运算速度比高性能集成电路的快10～20倍，功耗只有四分之一。