现代新型材料与纳米材料梯度功能材料
梯度功能材料
31
激光熔覆
• 把材料A放到基底B表面上，用激光将其与B基体中 表面薄层一起熔化，在B表面形成B合金化的A层。 • 重复操作，在B表面产生B含量逐渐减少的梯度。 • 梯度变化可通过控制初始A层的数量、厚度及熔区深 度来获得。
激光熔覆将材料A合金化到材料B制备FGM示意图
32
梯度功能材料的应用
33
• 功能梯度材料作为一个规范化正式概念，于1984年 由日本国立宇航实差达到1000K以上， 普通的金属材料难以满足这种苛刻的使用环境。
12
• 1987年，日本平井敏雄、新野正之和渡边龙三人提出 使金属/陶瓷复合材料的组分、结构和性能呈连续变 化的热防护梯度功能材料的概念。 • 1990年，日本召开第一届梯度功能材料国际研讨会。
自蔓延高温合成
自蔓延合成材料
28
• 燃烧合成FGM中，整体的宏观梯度通常被保留在 样品中，局部发现在FGM内部存在有限的物质传 输，这种传输使初始存在于反应物粉末压块中的 较陡峭的成分分布在反应后被较平缓的梯度所代 替。 • 日本采用连续成型的电磁加压自蔓延技术合成 TiB2/Cu、TiC/Ni等梯度功能材料。
17
• 金属-陶瓷构成的热应力缓和梯度功能材料，对高 温侧壁采用耐热性好的陶瓷材料，低温侧壁使用 导热和强度好的金属材料。
材料从陶瓷过渡到金属的过程中，耐热性逐渐降低，机 械强度逐渐升高。 热应力在材料两端均很小，在材料中部过渡区达到峰值 (比突变界面的应力峰值小得多)，
具有缓和热应力的功能。
飞机的左翼上有两条清晰的裂纹
35
• 按照基体/陶瓷比率设计具有梯度的金属基/碳基 复合结构可解决上述问题。
设计梯度热防护功能材料
36
• 日本开发了为小动力火箭燃烧器和热遮蔽材料用的 梯 度 功 能 材 料 ， 目 前 已 研 制 出 能 耐 1700℃ 的 ZrO2/Ni梯度功能材料，用作马赫数大于20的并可 重复使用的航天飞机机身材料。
新型半导体材料有哪些
新型半导体材料有哪些
半导体材料在当今现代电子技术领域中起着举足轻重的作用。
随着科学技术的
不断发展，新型半导体材料也应运而生。
下面我们将介绍几种目前广受关注的新型半导体材料：
1. 石墨烯（Graphene）
石墨烯是一种新型的碳基材料，由单层碳原子的二维晶格构成。
它具有出色的
导电性和热导性，对于高频电子器件和柔性电子产品具有巨大的潜力。
石墨烯的发现引起了半导体领域的广泛关注。
2. 碳化硅（Silicon Carbide）
碳化硅是一种广泛应用于功率电子器件的半导体材料。
与传统硅材料相比，碳
化硅具有更高的耐高温性能、更高的耐辐射性能和更好的导热性能。
因此，碳化硅被认为是未来功率电子器件的理想材料之一。
3. 氮化镓（Gallium Nitride）
氮化镓是一种宽禁带半导体材料，具有优异的电子传输性能和较高的击穿电场
强度。
氮化镓被广泛应用于高亮度LED、高频功率放大器等领域，展现出巨大的
市场潜力。
4. 银纳米线（Silver Nanowires）
银纳米线是一种新型的导电材料，具有高导电性和柔性。
它可以被应用于柔性
显示器、智能穿戴设备等领域，为电子产品的设计和制造提供了新的可能性。
结语
新型半导体材料的涌现，为电子技术领域的发展带来了新的活力。
石墨烯、碳
化硅、氮化镓和银纳米线等材料的引入，将推动半导体器件的性能和功能不断提升，为人类创造更加便利和高效的生活方式。
让我们拭目以待，看新型半导体材料在未来的发展中将展现出怎样的潜力和价值。
梯度功能材料的制备与应用及其发展状况(功能材料论文)
梯度功能材料的制备与应用及其发展状况摘要：近年来，梯度功能材料(FunctionallyGradientMaterials，FGM)由于其优异的性能和特殊的功能，得到了迅速发展，展现出极大的应用价值。
FGM的制备方法主要有粉末冶金法、等离子喷涂法、激光熔覆法、自蔓延高温燃烧法等。
FGM在航空航天、电磁工程、生物工程、核能和电气工程等领域都有广泛的应用。
文章综述了FGM的制备方法、特性、在各领域的应用以及发展现状，对未来的发展做了一些展望。
关键词：梯度功能材料；制备方法；特性；应用；发展前景梯度功能材料(functional gradient material, FGM),即材料的组分和结构从材料的某一方位(一维、二维、三维)向另一方位连续地变化,使材料的性能和功能也呈现梯度变化的一种新型材料[1]。
20世纪80年代后期,日本学者新野正之等首先提出功能梯度材料的概念[2],很快引起多个国家宇航领域科技工作者的极大关注,功能梯度材料的研究在各国迅速展开,二十多年来,国内外在功能梯度材料的组织结构、性能、制备工艺、设备以及材料的应用方面都取得了令人瞩目的成果。
1梯度功能材料制备方法1.1粉末冶金法(PM)PM法是将10μm～100μm粒径的粉末(金属、陶瓷)充分混合，按组分梯度分层填充或连续成分控制填充，压实后烧结制备FGM[3]。
PM法具有设备简单、易于操作、成本低等优点，但需要对烧结温度、保温时间和冷却速度等工艺进行严格控制。
1.2等离子喷涂法等离子喷涂法是将原料粉末送至等离子射流中，以熔融状态状态直接喷射到基材上形成涂层。
该方法使用粉末作喷涂材料,以气体作载体将粉末吹入等离子射流中, 依靠等离子弧将粉末熔化,熔融的粒子被进一步加速,然后以极高的速度打在经过净化和粗化处理的基材表面,产生强烈的塑性变形,相互挤嵌、填塞,形成扁平的层状结构涂层。
喷涂过程中改变陶瓷与金属的送粉比例，调节等离子射流的温度及流速，即可调整成分和组织，获得FGM涂层。
材料科学前沿综述
材料科学前沿综述
材料科学是一门不断发展的学科，不断涌现出新的前沿技术和新
材料。
下面我们从三个方面来综述材料科学的前沿发展。
一、纳米材料
纳米是指粒子的直径在1~100纳米范围之内的材料。
纳米材料是自由程、表面积、氧化活性等物理和化学性能都发生了很大变化的材料。
纳米材料的研究与应用已经渗透到许多领域，如化学、生物学、物理学、医学、农业等，已成为当今世界的热点研究领域。
二、能源材料
能源材料是指能够直接或间接地转化、储存和传递能量的材料。
能源
材料的研究与发展一直是人类探索可再生能源和资源的重点。
目前，
太阳能、风能、水能等可再生能源越来越受到关注，新型材料的研发
也为其提供了良好的支持。
能源材料的研究不仅在环保领域非常重要，还对国家经济发展具有重要意义。
三、生物材料
生物材料是指用于治疗、修复和替代生物组织的材料。
随着医学技术
的不断进步，对生物材料的研究和应用也越来越广泛。
目前，生物医
学材料已经成为了医学界的重要分支。
通过研究生物材料，可以开发
出更加安全、有效的医疗产品，为人类健康做出贡献。
综上，纳米材料、能源材料和生物材料是当今材料科学中的前沿
领域。
这些领域的研究为人类提供了更多的可能性，让我们相信在不
久的将来，科技对人类生活的帮助将会越来越大。
现代汽车新材料种类及应用
随着汽车技术发展的日益成熟，汽车的功能日益完善，汽车的结构越来越复杂，传统的汽车通常由几千个零件组成，现代高级矫车由几万个零部件组成。
为满足汽车节能、环保、安全、舒适的要求，实现轻量化、高强度、高性能的目标，构成汽车的材料也发生了巨大的变化。
通常按照材料的成分，将汽车材料分为金属材料和非金属材料两大类。
随着汽车技术的发展，未来汽车材料除金属材料、非金属材料外，复合材料和纳米材料也将获得广泛应用。
比如全铝合金、钛合金、陶瓷合金、碳纤维材料等等越来越多的新材料应用在汽车上。
第一章．车身新材料的种类█新型结构材料从前的高强度钢板，拉延强度虽高于低碳钢板，但延伸率只有后者的50％，故只适用于形状简单、延伸深度不大的零件。
现在的高强度钢板是在低碳钢内加入适当的微量元素，经各种处理轧制而成，其抗拉强度高达420N/mm2，是普通低碳钢板的2～3倍，深拉延性能极好，可轧制成很薄的钢板，是车身轻量化的重要材料。
到2000年，其用量已上升到50%左右。
中国奇瑞汽车公司与宝钢合作，2001年在试制样车上使用的高强度钢用量为262kg，占车身钢板用量的46%，对减重和改进车身性能起到了良好的作用。
美国轿车材料构成要有含磷冷轧钢板、烘烤硬化冷轧钢板、冷轧双相钢板和高强度1F冷轧钢等，车身设计师可根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。
含磷高强度冷轧钢板：含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车外板、车门、顶盖和行李箱盖升板，也可用于载货汽车驾驶室的冲压件。
主要特点为：具有较高强度，比普通冷轧钢板高15％～25％；良好的强度和塑性平衡，即随着强度的增加，伸长率和应变硬化指数下降甚微；具有良好的耐腐蚀性，比普通冷轧钢板提高20％；具有良好的点焊性能；烘烤硬化冷轧钢板：经过冲压、拉延变形及烤漆高温时效处理，屈服强度得以提高。
这种简称为BH钢板的烘烤硬化钢板既薄又有足够的强度，是车身外板轻量化设计首选材料之一；冷轧双向钢板：具有连续屈服、屈强比低和加工硬化高、兼备高强度及高塑性的特点，经烤漆后强度可进一步提高。
新型材料及其制备技术
新型材料及其制备技术随着科技的不断发展，新型材料已成为了当今世界工业技术的推动力之一。
新型材料具有智能化、轻量化、高强度等特点，已广泛应用于航空、汽车制造、建筑等领域。
本文将简要介绍几种新型材料及其制备技术。
一、纳米材料纳米材料是尺寸在1至100纳米之间的材料，因其小尺寸效应而具有独特的物理、化学特性。
纳米材料在材料科学、生命科学等领域具有广泛应用前景。
纳米材料的制备包括气态、溶液相、固态等多种方法。
常用的制备方法有溶胶-凝胶法、气相反应法、电化学法等。
例如，利用气相法可以制备出具有高表面积、储氢能力、较小尺寸等特点的金属氧化物纳米材料。
纳米材料的制备技术已成为材料科学中的一个热点领域。
二、生物基材料生物基材料是指具有生物相容性、可生物降解性等特性的材料。
近年来，生物基材料已广泛应用于医疗、食品等领域。
例如，可生物降解的聚乳酸（PLA）材料已广泛应用于医疗器械、包装制品等。
制备生物基材料的方法主要包括聚合法、生物法、化学修饰等。
例如，利用自组装方法可以制备出具有生物相容性及微米尺度的细胞外基质（ECM）纤维。
生物基材料的发展不仅可以带动医疗、食品等相关产业的增长，还可以促进环境保护。
三、高性能陶瓷材料高性能陶瓷材料是指具有高强度、高温稳定性、抗腐蚀等特性的材料。
由于其超强的物理与化学性质，高性能陶瓷材料已广泛应用于航空、卫星制造、电子器件等领域。
高性能陶瓷材料的制备过程涉及各种高科技手段，如热等静压制备法、分子束外延法等。
例如，利用燃烧合成技术可以制备出陶瓷纳米材料，使纳米粒径从数个纳米到数百纳米不等。
高性能陶瓷材料已经展现出巨大的应用价值。
四、智能材料智能材料是指能根据外界刺激产生动态性质变化的材料。
智能材料的制备技术主要包括添加法、制备薄膜法、溶液晶体法等。
例如，利用多层复合技术可以制备出具有响应性、可控性等特点的智能材料。
智能材料在航空、军事、医疗等领域中具有广泛的应用前景。
例如，智能材料可以用于制造自适应背包、智能假肢等。
新型功能性高分子材料的合成
新型功能性高分子材料的合成随着科技的不断进步，新型材料的研究和应用已经成为了科学家们日夜探索的领域之一。
在这其中，功能性高分子材料的研究已经成为了最受关注的领域之一。
而新型功能性高分子材料的合成，也成为了现代科技发展的前沿研究之一。
一、功能性高分子材料功能性高分子材料是指在高分子基础上，引入特定的功能基团，从而造成了高分子材料物理、化学性质的变化，增加了材料的特殊性能。
常常用于精细化工、纳米技术、生物技术等领域，例如电介质材料、电磁波屏蔽材料、生物医用材料等。
近年来，随着新材料的不断涌现，功能性高分子材料的研发已经成为了制约发展的瓶颈，因此许多科学家们竭尽全力开发出高性能、多功能的高分子材料。
二、新型功能性高分子材料的合成，主要是通过改变高分子的化学结构和物理性质，从而引入新的功能性基团，例如金属离子、羟基等。
这种方式通常是通过聚合反应来实现的，而且主要有下面几种常用的方式：1、自由基聚合反应自由基聚合反应是基于自由基聚合机制，通过引入自由基础团，从而实现功能基团的引入。
例如，通过将甲基丙烯酸甲酯引入聚苯乙烯中，从而形成了具有亲水性的羟基官能团，进而使高分子材料具有亲水性能。
2、离子聚合反应离子聚合反应属于两种不同离子之间通过电荷吸引作用形成的化学键机制，其官能基主要来自于双官能基单体的引入。
例如，通过在聚乙烯中引入羧基基团和苯乙烯基团，得到了聚乙烯-甲基丙烯酸酯-苯乙烯三元聚合物。
3、环氧树脂改性环氧树脂通常是具有良好物理性质和化学稳定性的高分子材料，可以通过改性引入新的官能基团，从而赋予材料新的功能性。
例如，通过将环氧树脂和聚乙二醇共聚，得到一种具有良好生物相容性的聚合物。
三、应用新型功能性高分子材料的合成在各领域应用广泛。
例如，在生物医用领域中，通过改性得到的聚合物可以用于制备假体、膜材料等，提高了材料的生物相容性；在精细化工领域，通过环氧树脂的改性，可以用于涂料等的制备；在电子材料领域中，通过功能性基团的引入，可以制备电介质材料等。
材料科学中的可控制备及多功能性研究
材料科学中的可控制备及多功能性研究随着现代科技的发展，人们对材料性能的要求也越来越高，特别是在高端技术领域中，对材料的可控性和多功能性提出了更高的要求。
因此，材料科学中的可控制备及多功能性研究成为了热门的研究领域。
一、可控制备技术可控制备技术是现代材料科学中的重要研究方向之一。
它是指通过控制材料的结构、形貌、成分等参数，实现对材料性能的精确控制。
目前，可控制备技术主要分为两类：自组装技术和纳米加工技术。
自组装技术是一种将化学、物理等因素引导下的自组装方法，通过生物学、化学、物理学原理来产生一系列不同形态的分子集合体，从而实现精细的材料制备。
纳米加工技术则是一种通过材料科学现代技术手段的纳米加工、制备技术，通过光刻、电子束曝光等方式，对材料进行精确的加工和制造。
可以说，随着可控制备技术的不断发展，科学家们对材料性能实现的控制将更加精确、快速、高效。
二、多功能性研究随着现代科技的发展，人们提出了越来越多的高端技术需求，因此，多功能材料的研究也成为了材料科学中的热门领域。
多功能性研究主要是指通过改控制材料结构、组成、形貌等参数，实现材料的多种性能，并逐步实现单一材料的多种用途。
例如，通过合理设计材料的结构和组成，可以实现抗氧化、耐磨、高强度等多种功能，满足不同领域对材料性能的需求。
在多功能性材料的制备中，有多种新型材料的出现，如碳基纳米材料、多孔材料等，而这些新型材料的研究也大大促进了革命性科技的发展，例如能源、光电等领域。
具体来说，可编码的DNA 单分子装置增强光敏电池的电荷输运性能，制备出的多孔材料表现出了优异的与光有关的性能，这些都是以可控制备技术为手段的新型多功能材料的成功案例如今。
总之，可控制备技术和多功能性研究是现代材料科学中的重要方向，尤其是在高端技术领域中，对材料的要求更高，因此科学家们对材料性能的控制也将更加精确和全面。
未来，我们有理由相信，在可控制备技术和多功能性研究的不断推进下，材料科学的发展将更加快速和丰富。
梯度功能材料技术介绍
THANKS
感谢观看
应用领域
01
02
03
航空航天
梯度功能材料在航空航天 领域中广泛应用于制造高 性能的航空器和航天器。
汽车工业
在汽车工业中，梯度功能 材料被用于制造高性能的 汽车零部件，提高汽车的 安全性和可靠性。
医疗器械
在医疗器械领域，梯度功 能材料被用于制造高性能 的医疗设备和器械，提高 医疗效果和安全性。
03
航天器结构
在航天器中，梯度功能材料用于制造 结构件，如卫星天线和太阳能电池板 ，以抵抗空间环境中的极端条件。
在汽车工业领域的应用
发动机部件
梯度功能材料用于制造汽车发动机部件，如气缸套和活塞环，以提高发动机效率和耐久性。
轻量化设计
在汽车设计中，梯度功能材料用于制造轻量化零部件，如刹车盘和轮毂，以提高燃油经济性和车辆性 能。
梯度功能材料在力学、热学、光学和生物医学等领域展现出优异的性能，为解决传统材料面临的挑战 提供了新的解决方案。
通过先进的制备技术和结构设计，实现了梯度功能材料性能的可调控性，为个性化需求提供了广阔的应 用前景。
梯度功能材料在能源、环保和可持续发展等领域具有巨大的潜力，为推动社会进步和经济发展做出了重 要贡献。
其他制备方法
• 其他制备方法包括电泳沉积法、喷涂法、溶胶-凝胶 法等。这些方法在梯度功能材料的制备中也有一定 的应用，但相对于上述三种方法而言，其应用范围 和效果有限。
04
梯度功能材料的应用案例
在航空航天领域的应用
航空发动机叶片
梯度功能材料用于制造航空发动机叶 片，能够承受极高的温度和压力，提 高发动机性能和效率。
气相沉积法
气相沉积法是一种利用气态物质在基材上沉积成膜的制备方 法。在梯度功能材料的制备中，可以通过调节沉积过程中的 各种参数，如温度、压力、反应气体流量等，使不同材料在 不同位置以不同的速率沉积，从而形成梯度结构。
公共基础知识热喷涂基础知识概述
《热喷涂基础知识综合性概述》一、引言热喷涂技术作为一种表面工程技术，在现代工业中发挥着至关重要的作用。
它能够在各种基材表面制备出具有特定性能的涂层，从而提高材料的耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性等性能，延长材料的使用寿命，降低生产成本。
本文将对热喷涂的基础知识进行全面的阐述与分析，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势等方面。
二、基本概念1. 热喷涂的定义热喷涂是指将熔融状态或半熔融状态的材料，通过高速气流或火焰等热源加热至熔化或软化状态，然后以高速喷射到基材表面，形成涂层的一种表面工程技术。
2. 热喷涂的分类根据热源的不同，热喷涂可以分为火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂等。
火焰喷涂是利用可燃气体与氧气混合燃烧产生的火焰作为热源；电弧喷涂是利用两根金属丝之间产生的电弧作为热源；等离子喷涂是利用等离子体作为热源；爆炸喷涂是利用炸药爆炸产生的能量作为热源。
3. 热喷涂涂层的特点热喷涂涂层具有以下特点：（1）结合强度高：涂层与基材之间通过机械结合、物理结合和化学结合等方式结合在一起，结合强度较高。
（2）孔隙率低：热喷涂涂层的孔隙率较低，可以有效地防止腐蚀介质的渗透。
（3）硬度高：涂层的硬度较高，可以提高材料的耐磨性。
（4）耐高温性好：涂层可以在高温环境下使用，具有良好的耐高温性能。
（5）可制备多种材料的涂层：热喷涂可以制备金属、陶瓷、塑料等多种材料的涂层，满足不同的使用要求。
三、核心理论1. 热喷涂的原理热喷涂的原理是利用热源将喷涂材料加热至熔化或软化状态，然后以高速喷射到基材表面，形成涂层。
在喷涂过程中，喷涂材料的颗粒在热源的作用下，经历了加热、熔化、加速、撞击基材表面等过程，最终形成涂层。
2. 热喷涂的结合机制热喷涂涂层与基材之间的结合机制主要有机械结合、物理结合和化学结合三种。
机械结合是指涂层与基材之间通过机械嵌合作用结合在一起；物理结合是指涂层与基材之间通过范德华力、氢键等物理作用力结合在一起；化学结合是指涂层与基材之间通过化学反应形成化学键结合在一起。
功能材料 梯度功能材料
神州号
杨利为
聂海胜、 聂海胜、费俊龙
背景： 背景：航空方面
每秒3.2公里，10倍音速 每秒3.2公里，10倍音速 3.2公里
W:T=3680K, 19.3; MO:T=2890K,10.2
设计
氧化物陶瓷熔点均在2000K以上， 氧化物陶瓷熔点均在2000K以上，密 2000K以上 度：Al2O3=4.0；TiB2=4.5；SiC＝ Al2O3=4.0；TiB2=4.5；SiC＝ 3.12等 3.12等 虚线－压应力区； 虚线－压应力区；0－无应力区 比较发现： 比较发现： 成分突变会导致应力集中（ 1. 成分突变会导致应力集中（解决 不好，哥伦比亚号坠毁，见图） 不好，哥伦比亚号坠毁，见图）
功能梯度材料
一、主要内容： 1.功能梯度材料概述 2.功能梯度材料制备 3.功能梯度材料应用 二、要求： 1.了解功能梯度材料的产生背景及其定义； 2.了解功能梯度材料的特点及其分类； 3.了解功能梯度材料的常用制备工艺； 4.功能梯度材料的应用重点和难点： 三、难点：功能梯度材料的制备原理
功能梯度材料概述 功能梯度材料 （Functionally Graded Materials,以下简称 以下简称FGM） 以下简称 ） 的概念是由日本材料学家 新野正之、 新野正之、平井敏雄和渡 边龙三等于1987年提出。 年提出。 边龙三等于 年提出 FGM就是为了适应新材料 就是为了适应新材料 在高技术领域的需要,满足 在高技术领域的需要 满足 在极 限温度环境(超高温、大温度落差 下不断反复正常工作而开发 限温度环境 超高温、大温度落差)下不断反复正常工作而开发 超高温 的一种新型复合材料。如图所示， 的一种新型复合材料。如图所示，在金属底层与热障工作层之 间引入成分过渡层，消除涂层中的宏观界面， 间引入成分过渡层，消除涂层中的宏观界面，合成一种非均一 的复合材料，其机械、物理、化学特性是连续变化的， 的复合材料，其机械、物理、化学特性是连续变化的，没有突 缓和了涂层中的热应力等， 出，缓和了涂层中的热应力等，成为可以应用于高温环境的新 一代功能材料。 一代功能材料。
功能材料的研究和应用前景
功能材料的研究和应用前景功能材料是具有特定功能性能的材料，它们在现代科技和产业中扮演着越来越重要的角色。
与一般的材料不同，功能材料不仅具有传统的物理、化学和机械性能，同时还具有独特的电、光、磁、声、热、生物等特殊的功能性能。
这些功能性能决定了功能材料在能源、环保、新能源、电子信息、医疗卫生、生态农业等领域的广泛应用前景。
一、功能材料的种类和研究进展功能材料的种类非常多，包括晶体功能材料、薄膜材料、生物材料、超导材料、光电材料、磁性材料、多功能陶瓷材料、高强高韧材料等。
同时，随着材料学、物理学、化学等科学学科的不断发展，以及新型技术和设备的不断涌现，功能材料研究进展速度越来越快。
例如，人们利用纳米技术开发出各种新型功能材料。
纳米粒子的小尺寸和大比表面积使它们表现出了许多普通材料所没有的独特性质。
石墨烯的发现也开创了一种新型的碳基新材料，具有重要的未来应用前景。
此外，生物学、医学及能源环保等诸多领域中，研究人员也在不断地开发新型的功能材料，应用范围越来越广泛。
二、功能材料的应用前景由于功能材料具有特殊的性质和功能，因此它们的应用前景非常广泛，包括：1、能源功能材料在能源领域的应用有着广泛的前景，例如利用光电材料制造高效太阳能电池，利用燃料电池将化学能转化为电能等。
2、环保随着环保意识的不断提高，能够实现净化、降解、污染物分离、重金属离子去除以及光催化降解有机污染物等功能材料的需求越来越大。
3、医疗卫生生物材料的应用在医疗卫生领域非常广泛，例如人造骨、心脏起博器、人工骨髓、生物传感器等。
4、电子信息光电材料、半导体材料、晶体材料等在电子信息领域的应用也十分广泛。
例如开发出新型的高亮度发光材料、高速光电器件等。
5、新能源功能材料在新能源领域也有着广泛的应用，例如通过薄膜材料、多晶硅、薄膜太阳电池等制造高效太阳能电池以及利用新材料开发、储存和利用新型的化学能源等。
总之，功能材料的研究和应用前景非常广泛，通过不断的创新和研究，功能材料一定会成为产业和科技发展的重要组成部分。
新型材料在各个领域的应用
新型材料在各个领域的应用
新型材料是指在材料科学领域中，近年来发展出的具有特殊性质和功能的材料。
这些材料在各个领域中的应用越来越广泛，下面将介绍一些典型的应用。
一、能源领域
新型材料在能源领域的应用非常广泛，例如太阳能电池板、燃料电池、锂离子电池等。
其中，太阳能电池板采用的多晶硅、单晶硅、柔性有机太阳能电池等新型材料，能够提高太阳能的转换效率，降低能源成本。
而燃料电池则采用了固体氧化物燃料电池、聚合物电解质燃料电池等新型材料，能够实现高效环保的能源转换。
二、医疗领域
在医疗领域，新型材料也发挥了重要的作用。
例如，生物陶瓷材料和生物高分子材料等，能够用于人工骨、人工关节、人工血管等医疗领域的器械材料；纳米材料则可用于制造高灵敏度的生物传感器，用于体内疾病的检测和治疗；另外，生物降解材料可以用于制造缝合线、基质等，以促进组织再生。
三、环保领域
在环保领域，新型材料也有很好的应用前景。
例如，纳米复合材料可以用于废水处理和空气净化；光催化材料可以用于有机废气的净化；生物可降解材料可以用于制造环保袋、生物降解餐具等，减少塑料垃圾对环境的污染。
以上仅是新型材料在各个领域中应用的一部分案例，随着科技的
不断进步，新型材料的应用前景将会更加广阔。
新型材料与材料科学是现代经济和社会发展的支柱
新型材料与材料科学是现代经济和社会发展的支柱新型材料与材料科学是现代经济和社会发展的支柱。
随着科技的进步和社会的发展，新型材料的应用范围越来越广泛，对经济和社会的贡献也越来越大。
新型材料具有一系列独特的性能和特点，如高强度、高硬度、高耐磨、耐腐蚀、耐高温、耐高压等。
这些特点使得新型材料在各个领域中有广泛的应用。
在航空航天领域，新型材料可以用于制造飞机、火箭等航天器的结构件和耐磨部件，提高了航天器的性能和可靠性；在能源领域，新型材料可以用于制造太阳能电池和燃料电池等能源装置，提高能源的产出和利用效率；在电子产业中，新型材料可以用于制造芯片、电池、显示器等电子器件，提高了电子产品的性能和功能；在医疗领域，新型材料可以用于制造人工骨骼、人工血管、人工关节等医疗器械，提高了医疗水平和治疗效果。
材料科学是研究材料结构、性能和制备工艺的学科，是现代工程技术的基础。
材料科学的发展推动了新型材料的研制和应用。
通过研究材料的微观结构和组成，材料科学家可以设计出具有特定性能的材料，并通过制备工艺，将这些材料制造出来。
材料科学为各行各业提供了新型材料的基础和支撑，促进了产业的发展和创新。
新型材料的应用对经济发展至关重要。
新型材料的研制和应用不仅可以提高产品的性能和质量，还可以减少资源和能源的消耗，降低生产成本。
通过应用新型材料，可以提高产品的竞争力和附加值，促进经济的增长和升级。
新型材料的研制和应用也会带动相关产业的发展，形成产业链和产业集群，促进就业和经济的繁荣。
新型材料的应用对社会发展也具有重要意义。
新型材料的特殊性能和特点可以满足人们对安全、环保、舒适等方面的需求。
新型材料可以用于制造节能环保的建筑材料，提高建筑的能效和生活品质；新型材料可以用于制造环保的交通工具，减少尾气排放和交通拥堵；新型材料可以用于制造智能化的家电和电子产品，提供便捷的生活方式。
新型材料的应用可以改善人们的生活和工作环境，提高社会的可持续发展能力。
功能材料的研究与进展报告
功能材料的研究与进展报告功能材料的研究与进展报告题目：功能材料的研究进展课程名称：先进功能材料学院：材料与冶金学院专业：材料物理班级：xxx学号：xxxx学生姓名：xxxx指导老师：xxx随着经济的迅速发展，人们对材料的需求日益增加。
为了满足这些现代技术对材料的需求，世界各国都非常重视功能材料的研究和开发。
功能材料作为现代技术的标志，引起了各国的关注，已经成为材料科学中的一个分支学科，并在不同程度上推动或加速了各种现代技术的进一步发展。
本篇综述简单介绍了功能材料的基本性能、特点和分类及其发展现状和发展趋势。
一、功能材料的基本性能功能材料是以物理性能为主的工程材料的统称, 即指在电、磁、声、光、热等方面具有特殊性质,或在其作用下表现出特殊功能的材料。
功能材料按其显示功能的过程可分为一次功能和二次功能。
一次功能是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, 又称载体材料, 主要有: (1) 力学功能如惯性、粘性、流动性、润滑性、成型性、超塑性、高弹性、恒弹性、振动性和防震性; (2) 声功能如吸音性、隔音性; (3) 热功能如隔热性、传热性、吸热性和蓄热性; (4) 电功能如导电性、超导性、绝缘性和电阻; (5) 磁功能如软磁性、硬磁性、半硬磁性; (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; (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; (8) 其它功能如电磁波特性( 常与隐身相联系) 、放射性。
二次功能是当向材料输入的能量和输出的能量属于不同形式时, 材料起能量转换部件作用, 又称高次功能, 主要有: (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、光生伏特效应、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; (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; (4) 机械能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。
材料科学与工程专业的前沿领域研究
材料科学与工程专业的前沿领域研究材料科学与工程专业是一门涵盖物质性能、结构设计、制备加工和性能表征等方面的学科。
该学科的发展与社会经济发展密切相关，涉及到工业生产、能源转换、环境保护以及医疗健康等广泛领域。
在当今科技发展日新月异的时代，材料科学与工程专业的前沿领域研究是推动技术进步和产业发展的关键。
一、纳米材料与纳米技术纳米材料是指在纳米尺度（通常为1-100纳米）下具有特殊结构和性能的材料。
近年来，随着纳米技术的快速发展，研究人员对纳米材料的合成、表征和应用进行了广泛研究。
纳米材料的独特之处在于其纳米尺度效应和界面效应，这些效应使得纳米材料在电子、光电子、能源转换、催化和生物医学等领域具有巨大的潜力。
二、生物材料与医疗健康生物材料是指能与生物体相互作用并在生理环境中发挥作用的材料。
生物材料与医疗健康研究是近年来材料科学与工程专业的一个重要的研究方向。
通过研究生物材料的设计、制备和应用，可以开发新型人工器官、组织工程、药物传递系统等，为医疗健康领域提供更多选择。
同时，生物材料也用于研究药物的释放、扩散和药效，以及疾病的诊断和治疗等领域。
三、新能源材料与能源转换新能源材料是指用于储存和转化能量的材料。
随着能源需求的增长和传统能源日益紧张，研究新能源材料成为了材料科学与工程专业的一个重要方向。
新能源材料的研究主要包括太阳能电池、燃料电池、储能材料等。
通过对新能源材料的研究和开发，可以实现能源的高效利用和可持续发展，为解决能源危机和环境问题提供了新的途径。
四、智能材料与传感器技术智能材料是指具有感知、响应和控制等功能的材料。
智能材料可以根据外界条件作出相应的响应，如光、热、电、磁、力等。
传感器技术是应用智能材料的一种重要手段。
通过研究智能材料的性能和机制，开发新型传感器可以实现对环境、生物和机械等的快速、精确的检测和监测，提高生产效率和产品质量，推动智能制造和工业自动化的发展。
五、可持续发展材料可持续发展材料是指具有环境友好、资源能效、循环再利用等特点的材料。
现代功能材料及其应用
现代功能材料及其应用摘要：近年来，人们在研究结构材料取得重大成就的同时，特别注重新型功能材料的研究。
功能材料作为能源、计算机、通讯、电子、激光等现代科学的基础，近10年来，已成为材料科学和工程领域中最为活跃的部分。
关键词：功能材料新型现代应用高分子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、特种材料或精细材料。
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。
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。
一、功能材料的分类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几类。
（1）力学功能主要是指强化功能材料和弹性功能材料（2）化学功能①分离功能材料：如分离膜，例子交换树脂、高分子络合物。
②反应功能材料：如高分子试剂、高分子催化剂等等。
③生物功能材料：如固定化酶，生物反应器等等。
（3）物理化学功能①电学功能材料：如超导体，导电高分子等等。
②光学功能材料：如光导纤维、感光性高分子等。
③能量功能材料：如压电材料、光电材料。
（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、骨板等等。
②功能性药物：如释放性高分子，药物活性高分子，高分子农药等等。
③生物降解材料二、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。
功能材料产品产量小，利润高，制备过程复杂，其主要原因是基于其特有的“功能性”。
功能材料的结构与性能之间存在着密切的联系，材料的骨架、功能基团以及分子组成直接影响着材料的宏观结构与材料的功能。
研究功能材料的结构与功能之间的关系，可以指导开发更为先进、新颖的功能材料。
三、现代功能材料（1）导电高分子材料按照材料的结构与组成，导电高分子材料可以分为结构型导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。
- 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)。
• 1900年，美国用明胶作成光 折射率沿径向连续变化的圆 柱棒，称为梯度折射材料。 由于制作工艺没有解决，未 能得到实际应用。
• 1969年，日本板玻璃公司的 北野等人制成梯度折射棒材 和光纤，达到了实用水平， 梯度折射率材料的研究迅速 发展起来。
中国剑
梯度折射玻璃
11
航天飞机飞行时预想的表面温度
不锈钢－陶瓷(Si3N4)界面上应力分布 结合强度
(单位：1/100MPa) （a）无梯度；（b）有梯度 虚线－压应力区；0－无应力区
19
与突变界面相比，梯度材料可在成分中引入连续的 或逐级的梯度来提高不同固体(如金属和陶瓷)之间 的界面结合强度，抑制应力集中，推迟塑性屈服和 失效的发生；
• 热防护梯度功能材料正是利用其成分和结构的连续 变化来避免热应力集中所造成的界面脱落和开裂， 防止材料的失效。
中国刀
涡轮叶片
4
• 构件中材料成分和性能的突然变化常常会导致明显的 局部应力集中。如果一种材料过渡到另一种材料是逐 步进行的，这些应力集中就会大大地降低。
• 为减少材料的应力集中，提高材料性能，人们发展了 新型的功能梯度材料(简称FGM) 。
• 日本、美国、德国、俄罗斯、英国、法国、瑞士等许 多国家都开展FGM的研究，其应用已扩展到宇航、能 源、交通、光学、化学、生物医学工程等各领域。
• 1990年，日本召开第一届梯度功能材料国际研讨会。
热防护梯度
梯度复合管
13
• 1993年，美国国家标准技术研究所开始以开发超高温耐 氧化保护涂层为目标的大型梯度功能材料研究。
• 2019年德国发起一项六年国家协调计划，主要研究功能 梯度材料的制备。
• 最近，通过改变复合两相的配制，在复合材料内部形成 精细的构造梯度(将预先存在的不同相进行人为组合)。
• 功能梯度材料已发展为当前结构材料和功能材料研究领 域中的重要主题之一。
摩擦温升后，梯度材料变化
15
• 梯度功能材料由几种性质不同的材料组成，但与 复合材料之间有明显区别。
梯度功能材料与复合材料比较
材料 设计思想 结合方式 微观组织
复合材料
•ZrO2-CrNi合金FGM横 截面，白色的陶瓷粉末与 黑色的合金粉末含量呈连 续性梯度变化，没有明显 的界面，
17
• 金属-陶瓷构成的热应力缓和梯度功能材料，对高 温侧壁采用耐热性好的陶瓷材料，低温侧壁使用 导热和强度好的金属材料。
材料从陶瓷过渡到金属的过程中，耐热性逐渐降低，机 械强度逐渐升高。
• 功能梯度材料作为一个规范化正式概念，于1984年 由日本国立宇航实验室提出。
• 航天飞机中，燃烧室内外表面温差达到1000K以上， 普通的金属材料难以满足这种苛刻的使用环境。
12
• 1987年，日本平井敏雄、新野正之和渡边龙三人提出 使金属/陶瓷复合材料的组分、结构和性能呈连续变 化的热防护梯度功能材料的概念。
热应力在材料两端均很小，在材料中部过渡区达到峰值 (比突变界面的应力峰值小得多)，
具有缓和热应力的功能。
金属和陶瓷构成的材料特性 (a)无梯度；(b)有梯度
18
比较发现：
• 成分突变会导致应力集中
• 成分逐步过渡，应力集中 大大降低，有梯度时集中 区压应力仅为无梯度时的
1/3-1/4
• 无梯度样品冷却时开裂， 有梯度样品有近400MPa
航天工业
化工工业
交通工业
5
梯度功能材料的发展
6
• 梯度功能材料是一种集各种组分(如金属、陶瓷、 纤维、聚合物等)于一体的新型材料，其微观结构 和物理、化学、生物等单一或综合性能都呈连续 变化，以适应不同环境，实现某一特殊功能。
梯度功能材料制备的耐磨轴承，外表为陶瓷， 内表面为金属
7
• 梯度功能材料早就出现在自然界中。
现代新型材料与纳米材料
New Materials and NanometerMaterials（6）
材料科学与工程学院 刘颖教授主讲
第六讲 梯度功能材料
Gradient Function Materials
2
主要内容
梯度功能材料的发展 梯度功能材料的原理及特点 梯度功能材料的制备 梯度功能材料的应用
20
梯度功能材料的制备方法
21
• 梯度功能材料的制备技术和方法，综合了超细、 超微细粉、均质或非均质复合材树等微观结构控 制技术和生产技术。
化学气相沉积法(CVD) 物理蒸镀法(PVD) 等离子喷涂法(PS) 自蔓延高温合成法(SHS) 粉末冶金法 激光熔覆法 化学气相渗透法(CVI) 电解析出法等
竹子
竹节中纤维素含量变化 8
人体长骨结构示意图
9
• 人造梯度功能材料也不是新事物。越王勾践剑深埋地下 2400多年，1965年出土时依旧寒光逼人，锋利无比。
• 剑的主要成分是铜、锡及少量铝、铁、镍、硫。 • 剑的各部位铜和锡的比例不一，形成良好的成分梯度。
剑脊含铜较多，韧性好，不易折断；剑刃含锡高，硬度 大，非常锋利；护手花纹处含硫高，硫化铜可防锈蚀。
梯度材料
材料优点的相互 复合
化学键/物理键
特殊功能为目标
分子间力/化学键/物 理键
界面处非均质
均质/非均质
宏观组织
均质
非均质（连续变化）
功能
一致
梯度化
16
• 梯度功能材料主要通过连续控制材料的微观要素 (包括组成、结构)，使界面的成分和组织呈连续 性变化，主要特征有：
材料的组分和结构呈连续性梯度变化； 材料内部没有明显的界面； 材料的性质也呈连续性梯度变化。
3
• 许多结构件会遇到各种服役条 件，因此要求材料的性能应随 构件位置不同而不同。
刀具只需刃部坚硬，其它部位需 要具有高强度和韧性；
齿轮轮体必须有好的韧性，表面 必须坚硬和耐磨；
涡轮叶片的主体必须具有高强度 、高韧性和抗蠕变，而它的外表 面必须耐热和抗氧化。
• 诸如此类，工程应用的许多材 料都属于这个范畴。
• 竹子是一种典型的梯度功能材料，人类和动物身体中 的骨骼也是一种梯度材料，其特点是结构中的最强单 元承受最高的应力。
• 生物的梯度结构与人造梯度结构之间存在很大差异。 有生命的FGMs是“有智能的”，它们能感受所处环境 的变化(包括局部应力集中)，产生相应的结构修改，而 人造梯度材料至少在目前还缺乏这种功能。