01功能材料概述.课件.ppt

1、功能材料导论功能材料导论新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院授课教师简介授课教师简介n主讲人：游 常n院 系：土木工程学院材料教研室n电 话：13913592571nQQ: 6836313nEmail: 新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院课程简介新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院一、什么是材料一、什么是材料二、材料的分类二、材料的分类三、材料是人类文明发展的里程碑三、材料是人类文明发展的里程碑四、材料在国民经济中的地位四、材料在国民经济中的地位五、什么是功能材

2、料五、什么是功能材料六、功能材料的类型及应用六、功能材料的类型及应用新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院材料材料是有一定配比的若干相互作用的元素组是有一定配比的若干相互作用的元素组成、具有一定结构层次和确定性能，并能用成、具有一定结构层次和确定性能，并能用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的物质。的物质。 材料是物质，但不表示所有物质都可以称为材料是物质，但不表示所有物质都可以称为材料。材料。如燃料和化学原料、工业化学品、食如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物，一般不能算是材料。物和药物，一般不能算是材料。 一、什么是材料一、什么是材料？新生活

3、新生活功能材料功能材料苏州科技学院二、材料的分类二、材料的分类v习惯上把已有材料按物质属性（或化学键的性质）分为习惯上把已有材料按物质属性（或化学键的性质）分为金属、有机高分子、无机非金属材料、复合材料金属、有机高分子、无机非金属材料、复合材料。金属材料金属材料：钢铁、有色金属、合金：钢铁、有色金属、合金有机高分子材料有机高分子材料：合成纤维、合成塑料、合成橡：合成纤维、合成塑料、合成橡胶、涂料、粘合剂胶、涂料、粘合剂 无机非金属材料：无机非金属材料：（见下页）（见下页）复合材料复合材料：树脂基复合材料、金属基复合材料、：树脂基复合材料、金属基复合材料、 陶瓷基复合材料、碳陶瓷基复合材料、碳-

4、 -碳复合材料碳复合材料材材 料料新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院无机非金属材料是各种非金属无机物固体材料的统称。无机非金属材料是各种非金属无机物固体材料的统称。包括包括传统的硅酸盐材料传统的硅酸盐材料（玻璃、陶瓷、耐火材料和水泥（玻璃、陶瓷、耐火材料和水泥等），也包括一系列等），也包括一系列不含硅的氧化物、氮化物、非晶态不含硅的氧化物、氮化物、非晶态薄膜、碳硼纤维等无机新型结构和功能材料薄膜、碳硼纤维等无机新型结构和功能材料。结构材料结构材料主要用于产品或工程的结构部件，着重主要用于产品或工程的结构部件，着重于材料强度、韧性等于材料强度、韧性等力学性质力学性质的材料；的材料； 功能材

5、料功能材料利用材料所具有的电、磁、光、声、热利用材料所具有的电、磁、光、声、热等特性和效应以实现某种功能的材料。等特性和效应以实现某种功能的材料。所谓结构材料和功能材料是按所谓结构材料和功能材料是按使用性能使用性能划分的：划分的：新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院材料是材料是人类赖以生存和发展人类赖以生存和发展的重要物质基础的重要物质基础材料是一切材料是一切技术发展技术发展的物质基础的物质基础材料是材料是人类进化人类进化的重要里程碑的重要里程碑人类文明的发展也是以人类文明的发展也是以旧石器时代、新石器旧石器时代、新石器时代、青铜器时代、铁器时代时代、青铜器时代、铁器时代来划分的，即以来划

6、分的，即以材料进化为主要标志的材料进化为主要标志的三、材料是人类文明发展的里程碑三、材料是人类文明发展的里程碑新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院旧石器时代（旧石器时代（1 1万年前）万年前）1 1、蓝田人的尖状器、蓝田人的尖状器2 2、元谋人的刮削器、元谋人的刮削器3 3、贵州黔西县观音、贵州黔西县观音洞旧石器早期砍砸器洞旧石器早期砍砸器4 4、洛南盆地旧石器、洛南盆地旧石器地点群地点群 1997 1997 1234新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院新石器时代（距今新石器时代（距今1 1万万40004000年）年）金坛三星村新石器金坛三星村新石器 磨制石器磨制石器仰韶文化时仰韶文化

7、时期陶器堆积，期陶器堆积，多为彩陶多为彩陶 新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院青铜器时代（距今青铜器时代（距今40004000年年12001200年）年）四羊方尊四羊方尊商后期商后期新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院铁铁 器器 时时 代代19901990甘肃三门峡出土玉柄铁剑，西周甘肃三门峡出土玉柄铁剑，西周19571957甘肃灵台县出土铁剑，春秋早期甘肃灵台县出土铁剑，春秋早期19571957年河南陕县出土铁剑，春秋早期年河南陕县出土铁剑，春秋早期公元前公元前1200年左右，人类进入了铁器时代年左右，人类进入了铁器时代新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院四、材料在国民经济中的

8、地位四、材料在国民经济中的地位当今世界经济的腾飞和高科技的崛起是以当今世界经济的腾飞和高科技的崛起是以信息科学、生信息科学、生命科学和材料科学命科学和材料科学为三大支柱。为三大支柱。新型材料、生物工程和信新型材料、生物工程和信息产业被作为产业革命的重要标志。息产业被作为产业革命的重要标志。 材料是人类赖以生存和发展的物质基础，材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是工业革命的是工业革命的先导，关系到国民经济、社会发展和国家安全，是先导，关系到国民经济、社会发展和国家安全，是国家综国家综合实力的重要标志合实力的重要标志。人类进入新世纪后，对材料提出了更高要求。人类进入新世纪后，对材料提出了更高要求

9、。功能材料功能材料的研发是我国高科技研究发展的七个重要领域之一。的研发是我国高科技研究发展的七个重要领域之一。新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院功能材料指新近发展或已在发展中具有功能材料指新近发展或已在发展中具有比传比传统材料更为优异性能的一类材料统材料更为优异性能的一类材料特点：特点：知识与技术密集度高；与新工艺和新知识与技术密集度高；与新工艺和新技术关系密切；更新换代快；品种式样变化多技术关系密切；更新换代快；品种式样变化多多学科相互交叉和渗透多学科相互交叉和渗透的结果，合成、制造的结果，合成、制造与许多极端条件技术相关；表现出综合性和复与许多极端条件技术相关；表现出综合性和复杂性；

10、表征和评价技术须采用多种基于最新科杂性；表征和评价技术须采用多种基于最新科学技术成就的精密仪器和装置来进行。学技术成就的精密仪器和装置来进行。五、功能材料及其特点五、功能材料及其特点新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院功能材料功能材料新型金属材料新型金属材料合金、稀有金属合金、稀有金属高分子合成材料高分子合成材料合成橡胶、塑料合成橡胶、塑料化学纤维化学纤维新型无机非金属材料新型无机非金属材料工业陶瓷、光导纤维工业陶瓷、光导纤维半导体材料半导体材料复合材料复合材料纳米材料纳米材料光电子材料光电子材料六、功能材料的类型六、功能材料的类型新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院（一）、新型金属材

11、料n非晶态金属：非晶态金属：又称为又称为“金属玻金属玻璃璃” ” ，由沸腾的钢液经每秒，由沸腾的钢液经每秒100100万度的速度冷却而成万度的速度冷却而成, ,其内其内在结构发生了质变，原子从有在结构发生了质变，原子从有序排列变成了无序排列序排列变成了无序排列, ,具有具有极优异的物理磁性能、化学耐极优异的物理磁性能、化学耐腐蚀性能和力学耐磨性能腐蚀性能和力学耐磨性能, ,传传统的车钳铣刨和强酸溶液对它统的车钳铣刨和强酸溶液对它们无可奈何们无可奈何, ,可以在通信、交可以在通信、交通、电子、家电、防盗等很多通、电子、家电、防盗等很多领域大显身手。领域大显身手。外表轻薄如纸、优雅华丽、用外表轻薄

12、如纸、优雅华丽、用手可轻易撕断的带形金属玻璃手可轻易撕断的带形金属玻璃 “终结者终结者”的材料变现实的材料变现实 新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院（一）、新型金属材料n合金材料：合金材料：新型合金材料包括许多种新型合金材料包括许多种类，它们性能各异，用途各不相同，类，它们性能各异，用途各不相同，铝合金、镁合金、钛合金、铁镍铬及铝合金、镁合金、钛合金、铁镍铬及高温合金、稀贵金属合金等等高温合金、稀贵金属合金等等n形状记忆合金：形状记忆合金：能够使温度值变化时能够使温度值变化时人为造成的形状变化，在温度恢复到人为造成的形状变化，在温度恢复到特定值时，形状也自动丝毫不差地恢特定值时，形状也自

13、动丝毫不差地恢复到原来的状态，坚韧性极强，可反复到原来的状态，坚韧性极强，可反复变形和复原复变形和复原500500万次而不产生疲劳断万次而不产生疲劳断裂，其广泛应用于卫星、飞船和空间裂，其广泛应用于卫星、飞船和空间站的大型天线、飞机部件接头以及骨站的大型天线、飞机部件接头以及骨科整形等方面。科整形等方面。n其他新型金属功能材料如其他新型金属功能材料如贮氢合金等贮氢合金等歼歼-11-11机体制造中使用大量钛合金材机体制造中使用大量钛合金材料料 镍钛记忆合金镍钛记忆合金“花瓣花瓣”在在相应的温度下慢慢绽放相应的温度下慢慢绽放形状记忆合金在太空自然恢复原状形状记忆合金在太空自然恢复原状新生活新生活功

14、能材料功能材料苏州科技学院（一）、新型金属材料n超导金属材料：超导金属材料：在特定条件下，在特定条件下，电阻完全消失，产生超导电性电阻完全消失，产生超导电性的材料。具有零电阻、完全抗的材料。具有零电阻、完全抗磁性和载流能力强三个基本特磁性和载流能力强三个基本特征。征。n超导技术的应用：超导技术的应用：制造磁性极制造磁性极强的超导磁铁强的超导磁铁，用于磁约束核，用于磁约束核聚变反应、大容量储能设备、聚变反应、大容量储能设备、高能加速器、超导发电机、电高能加速器、超导发电机、电力工业输电和交通运输工具等。力工业输电和交通运输工具等。如美国实现超导输电，每年可如美国实现超导输电，每年可以节省以节省1

15、00100亿美元的电力；亿美元的电力；制造制造超高速计算机和高灵敏度的探超高速计算机和高灵敏度的探测设备、通信设备、航天系统测设备、通信设备、航天系统等等。如。如19891989年日本研制出世界年日本研制出世界第一台超导电子计算机，其全第一台超导电子计算机，其全部采用约瑟夫森超导器件，运部采用约瑟夫森超导器件，运算速度达每秒算速度达每秒 1010亿次，功耗亿次，功耗 6.26.2毫瓦，仅为常规电子计算机毫瓦，仅为常规电子计算机功耗的千分之一功耗的千分之一超导磁悬浮列车原理超导磁悬浮列车原理新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院（二）、高分子合成材料n高分子是由碳、氢、氧、氮、硅、硫等元素组高

16、分子是由碳、氢、氧、氮、硅、硫等元素组成的分子量足够高的有机化合物。常用高分子成的分子量足够高的有机化合物。常用高分子材料的分子量在几百至几百万之间，有的可高材料的分子量在几百至几百万之间，有的可高达上千万。达上千万。n高分子材料主要包括塑料、纤维、橡胶、薄膜、高分子材料主要包括塑料、纤维、橡胶、薄膜、胶粘剂和涂料等，其中胶粘剂和涂料等，其中合成塑料、合成纤维、合成塑料、合成纤维、合成橡胶合成橡胶被称为现代高分子三大合成材料。被称为现代高分子三大合成材料。n高分子材料特点：重量轻、高弹性、强度低、高分子材料特点：重量轻、高弹性、强度低、韧性好、粘弹性、耐摩性、绝缘性好，低导热韧性好、粘弹性、耐

17、摩性、绝缘性好，低导热性、耐热性、耐蚀性好、易老化性、耐热性、耐蚀性好、易老化新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院（二）、高分子合成材料n合成塑料：合成塑料：聚乙烯、聚苯乙烯、聚聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯四大品种是日常生氯乙烯、聚丙烯四大品种是日常生活中最常见的塑料材料，全球总产活中最常见的塑料材料，全球总产量在量在1 1亿吨左右。亿吨左右。n透光性好的有机玻璃透光性好的有机玻璃（亚克力,Acrylic） n“塑料王塑料王”的耐腐蚀塑料聚四氟乙的耐腐蚀塑料聚四氟乙烯烯 n作为工程塑料的聚碳酸脂、聚甲醛、作为工程塑料的聚碳酸脂、聚甲醛、聚酰亚胺和常用做泡沫塑料的聚胺聚酰亚胺和常用做泡

18、沫塑料的聚胺脂等脂等 新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院（二）、高分子合成材料n合成纤维：合成纤维：涤纶、锦纶、晴纶、涤纶、锦纶、晴纶、维纶、丙纶、氯纶等维纶、丙纶、氯纶等“六大纶六大纶”n可做宇航服、耐超热超冷的芳可做宇航服、耐超热超冷的芳纶纶13131313；可做飞机机翼、高强；可做飞机机翼、高强缆索的芳纶缆索的芳纶14141414；可耐；可耐400400高高温和负温和负273273超低温的聚酰亚胺超低温的聚酰亚胺纤维；纤维；n可做人造血管、软骨等人体器可做人造血管、软骨等人体器件的氟纶纤维；件的氟纶纤维；n可做新式伪装服的多色纤维；可做新式伪装服的多色纤维；n可做合成纸、合成革、高

19、效除可做合成纸、合成革、高效除尘器的高缩纤维、复合纤维、尘器的高缩纤维、复合纤维、有色纤维、网络丝、完全变形有色纤维、网络丝、完全变形纱、吸湿纤维和离子交换纤维纱、吸湿纤维和离子交换纤维等。等。芳纶芳纶1313莫代尔莫代尔涤纶涤纶晴纶晴纶高分子人造血管高分子人造血管合成革合成革复合纤维棉内复合纤维棉内胆胆新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院（二）、高分子合成材料n合成橡胶合成橡胶 ：将天然乳胶经过将天然乳胶经过硫化处理变成能成型、富有弹硫化处理变成能成型、富有弹力的材料，填补天然橡胶的不力的材料，填补天然橡胶的不足；发展极快足；发展极快 。n顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡顺丁橡胶、异戊橡胶、乙

20、丙橡胶等发展前途看好胶等发展前途看好n硅橡胶、氟橡胶能在零下硅橡胶、氟橡胶能在零下5050度度不变形，又可耐不变形，又可耐250250度高温，度高温，用于制造火箭、导弹、飞机的用于制造火箭、导弹、飞机的某些零件。某些零件。氟橡胶零件氟橡胶零件硅橡胶手镯硅橡胶手镯新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院（三）、新型无机非金属材料n陶瓷材料：陶瓷材料：新型陶瓷的强度、新型陶瓷的强度、硬度、耐磨损、耐高温、耐腐硬度、耐磨损、耐高温、耐腐蚀等性能都比传统陶瓷有很大蚀等性能都比传统陶瓷有很大提高，特别是在克服传统陶瓷提高，特别是在克服传统陶瓷的致命弱点脆性问题上取得重的致命弱点脆性问题上取得重大突破。大

21、突破。n新型结构陶瓷新型结构陶瓷：氧化物陶瓷、：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷、硼化物陶瓷、砷化化物陶瓷、硼化物陶瓷、砷化物陶瓷、氰化物陶瓷等物陶瓷、氰化物陶瓷等n新型功能陶瓷新型功能陶瓷：装置陶瓷、电：装置陶瓷、电容器陶瓷、压电陶瓷、电致伸容器陶瓷、压电陶瓷、电致伸缩陶瓷、热释电陶瓷、磁性陶缩陶瓷、热释电陶瓷、磁性陶瓷、半导体陶瓷、导电与超导瓷、半导体陶瓷、导电与超导陶瓷、光学陶瓷和敏感陶瓷等。陶瓷、光学陶瓷和敏感陶瓷等。 新型陶瓷制成的人造骨等新型陶瓷制成的人造骨等 陶瓷零件陶瓷零件 新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院n玻璃材料：玻璃材料：改

22、变了传统玻璃材料改变了传统玻璃材料易碎、易传热的特性，研制出具易碎、易传热的特性，研制出具有有“特异功能特异功能”的新品种，如玻的新品种，如玻璃钢、记忆玻璃、化学敏感性玻璃钢、记忆玻璃、化学敏感性玻璃、超韧性增强玻璃、激光玻璃、璃、超韧性增强玻璃、激光玻璃、防弹玻璃、防辐射玻璃等。防弹玻璃、防辐射玻璃等。n光导纤维：光导纤维：纯度极高的玻璃纤维纯度极高的玻璃纤维制成使现代通信技术发生了革命制成使现代通信技术发生了革命性的转变，并且在医疗、遥感、性的转变，并且在医疗、遥感、遥测等领域也得到越来越广泛的遥测等领域也得到越来越广泛的应用。应用。n光纤通信具有传输距离远、保密光纤通信具有传输距离远、保

23、密性好、抗干扰等优点，一条电缆性好、抗干扰等优点，一条电缆就可以传输几百万路电话；可传就可以传输几百万路电话；可传输高强度的激光输高强度的激光 ；制作光纤传；制作光纤传感器感器（三）、新型无机非金属材料防弹玻璃防弹玻璃 防辐射高铅玻璃防辐射高铅玻璃 由光导纤维构成的光缆由光导纤维构成的光缆 光导纤维工艺品光导纤维工艺品 新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院（三）、新型无机非金属材料n半导体材料：半导体材料：2020世纪世纪4040年代发展起年代发展起来的重要信息材料，通过近几十年来的重要信息材料，通过近几十年来的研究工作，半导体材料种类不来的研究工作，半导体材料种类不断更新，应用领域不断扩

24、展，成为断更新，应用领域不断扩展，成为信息技术发展的基础。信息技术发展的基础。n锗材料锗材料不需要加热、功耗低、可靠不需要加热、功耗低、可靠性高、转换速度快、功能多样和体性高、转换速度快、功能多样和体积小，取代电子管积小，取代电子管n硅材料硅材料机械强度高、结晶性强、在机械强度高、结晶性强、在自然中储量丰富、成本低，并且可自然中储量丰富、成本低，并且可以拉制出大尺寸的完整单晶，使之以拉制出大尺寸的完整单晶，使之成为目前电子信息工业领域的主要成为目前电子信息工业领域的主要半导体材料半导体材料n砷化镓砷化镓由于电子运动速度快、电子由于电子运动速度快、电子激发后释放能量以发光形式进行等激发后释放能量

25、以发光形式进行等特点，很可能成为继硅之后第二种特点，很可能成为继硅之后第二种最重要的半导体电子材料，制成的最重要的半导体电子材料，制成的晶体管可以制造出速度更快、功能晶体管可以制造出速度更快、功能更强的计算机（更强的计算机（1010倍）倍）第一台晶体管收音机第一台晶体管收音机仅包含仅包含4只锗晶体管只锗晶体管 半导体器件半导体器件 新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院玻玻 璃璃 制制 品品新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院石石 英英 玻玻 璃璃微微 晶晶 玻玻 璃璃新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院耐耐 火火 材材 料料新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院生生 活活 陶陶

26、瓷瓷新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院保保 健健 陶陶 瓷瓷 新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院建建 筑筑 卫卫 生生 陶陶 瓷瓷新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院耐耐 高高 温温 陶陶 瓷瓷 刀刀 具具新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院高温结构陶瓷零部件高温结构陶瓷零部件耐酸陶瓷风机耐酸陶瓷风机适用于输送或抽吸各种腐蚀性气体适用于输送或抽吸各种腐蚀性气体 新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院陶陶 瓷瓷 装装 甲甲 车车新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷氮化铝陶瓷氮化铝陶瓷新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院多孔陶瓷多孔陶瓷新生活新生活

27、功能材料功能材料苏州科技学院新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院（四）、复合材料n现代科技的发展，对材料的性能提出高标准、多样化，甚现代科技的发展，对材料的性能提出高标准、多样化，甚至是相互矛盾的要求，因此，任何一种单一的材料都难以至是相互矛盾的要求，因此，任何一种单一的材料都难以满足上述需要，于是各种高性能的复合材料便应运而生。满足上述需要，于是各种高性能的复合材料便应运而生。n复合材料是由基体材料和增强材料两部分组成，根据基体复合材料是由基体材料和增强材料两部分组成，根据基体材料和增强材料的特点，复合材料可分为结构复合材料和材料和增强材料的特点，复合材料可分为结构复合材料和功能复合材料

28、两大类功能复合材料两大类n复合材料在高度轻量化直升机上的用量已达结构重量的复合材料在高度轻量化直升机上的用量已达结构重量的70%-80%70%-80%，在先进战斗机上的用量大约是结构重量的，在先进战斗机上的用量大约是结构重量的30%-30%-40%40%。 国产重点型号战机将用复合材料水平尾翼国产重点型号战机将用复合材料水平尾翼 复合材料井盖复合材料井盖新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院F117F117隐形战斗机用碳纤维增强复合隐形战斗机用碳纤维增强复合材料做成骨架和外面蒙皮，没有金材料做成骨架和外面蒙皮，没有金属表面，也无金属铆钉反射雷达波属表面，也无金属铆钉反射雷达波新生活新生活功能

29、材料功能材料苏州科技学院“发现号发现号”航天飞机腹部的绝热瓦航天飞机腹部的绝热瓦“发现号发现号”航天飞机航天飞机新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院（四）、复合材料n结构复合材料结构复合材料作为承力结构使用作为承力结构使用的材料，它由能承受载荷的增强的材料，它由能承受载荷的增强体与能连接增强体成为整体材料体与能连接增强体成为整体材料同时又起传递力作用的基体构成；同时又起传递力作用的基体构成；可以根据材料在使用中受力的要可以根据材料在使用中受力的要求进行选材设计及复合结构设计求进行选材设计及复合结构设计n增强体增强体包括各种玻璃、陶瓷、碳包括各种玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属、天然纤维、素、

30、高聚物、金属、天然纤维、织物、晶体等；织物、晶体等；基体基体包括高聚体包括高聚体（树脂）基、金属基、陶瓷基、（树脂）基、金属基、陶瓷基、碳基等碳基等n树脂基复合材料用于建筑、造船、树脂基复合材料用于建筑、造船、车辆、化工容器、生活用品等车辆、化工容器、生活用品等n金属基复合材料是宇航、航空技金属基复合材料是宇航、航空技术的理想材料术的理想材料树脂基复合材料树脂基复合材料耐磨陶瓷复合材料膨胀节耐磨陶瓷复合材料膨胀节碳基复合材料碳基复合材料新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院（四）、复合材料n功能复合材料一般由功能体和基体组成，基体不功能复合材料一般由功能体和基体组成，基体不仅起到构成整体的作

31、用，而且能产生协同或加强仅起到构成整体的作用，而且能产生协同或加强功能的作用，利用材料的电学、化学等性能。功能的作用，利用材料的电学、化学等性能。n现已有压电型功能复合材料、吸波、屏蔽性功能现已有压电型功能复合材料、吸波、屏蔽性功能复合材料（隐身材料）、导电功能复合材料等，复合材料（隐身材料）、导电功能复合材料等，有广阔的发展前景有广阔的发展前景n科学家研制出功能材料科学家研制出功能材料 隐身斗篷将成现实隐身斗篷将成现实n隐身衣真的来了隐身衣真的来了？新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院（五）、生物材料n生物材料也称为生物工程材料或生物医学材料，是生物生物材料也称为生物工程材料或生物医学材

32、料，是生物体器官缺损、病变或衰竭的替代材料，也就是人类器官体器官缺损、病变或衰竭的替代材料，也就是人类器官再造材料再造材料。n生物活性陶瓷生物活性陶瓷已实现与骨相结合，并与软组织相结已实现与骨相结合，并与软组织相结n生物化学水泥生物化学水泥在骨骼缺损修补、骨骼植入材料的固定和在骨骼缺损修补、骨骼植入材料的固定和牙齿的修复等过程使用牙齿的修复等过程使用n人工器官人工器官已制造出人工心脏、人工肝脏、人工肾、人工已制造出人工心脏、人工肝脏、人工肾、人工喉、人工眼球、人工骨、人工皮、人造血浆和血液等喉、人工眼球、人工骨、人工皮、人造血浆和血液等 n预期研制出具有主动诱导、能促进人体自身组织和器官预期研

33、制出具有主动诱导、能促进人体自身组织和器官再生作用的生物复合材料再生作用的生物复合材料 新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院人造器官的设计制造新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院生生 物物 陶陶 瓷瓷新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院（六）、光电子材料n光电子工业异军突起，它包括光光电子工业异军突起，它包括光通信、光计算、激光加工、激光通信、光计算、激光加工、激光医疗、激光印刷、激光影视、激医疗、激光印刷、激光影视、激光仪器、激光受控热核反应、激光仪器、激光受控热核反应、激光分离同位素、激光制导等许多光分离同位素、激光制导等许多方面。方面。n探索与发展新型光电子材料，制探索与发展

34、新型光电子材料，制作高性能、小型化、集成化的光作高性能、小型化、集成化的光电子器件，已经成为整个光电子电子器件，已经成为整个光电子科技领域的前沿。科技领域的前沿。n光电子信息材料是整个光电子技光电子信息材料是整个光电子技术的基础和先导。包括淘汰和信术的基础和先导。包括淘汰和信息获取材料、信息传输材料、信息获取材料、信息传输材料、信息存储材料以及信息处理和运算息存储材料以及信息处理和运算材料等，其中主要是各类光电子材料等，其中主要是各类光电子半导体材料、各种光纤和薄膜材半导体材料、各种光纤和薄膜材料、各种液晶显示（料、各种液晶显示（LCDLCD）材料等。）材料等。 LED发光产品发光产品 蓝宝石

35、晶体蓝宝石晶体 新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院电子纸电子纸n全球第二大液晶显示器生产商：全球第二大液晶显示器生产商：飞利浦公司宣布，该公司已研发出世界飞利浦公司宣布，该公司已研发出世界首款色首款色“电子纸电子纸”。n “电子纸电子纸”是一种超薄、超轻的显示是一种超薄、超轻的显示器。飞利浦开发的这款英寸彩器。飞利浦开发的这款英寸彩色显示器薄如纸张，并且可以随意折叠色显示器薄如纸张，并且可以随意折叠弯曲。这款弯曲。这款“电子纸电子纸”的电路板由金属的电路板由金属制成，而非传统使用的玻璃，从而可以制成，而非传统使用的玻璃，从而可以提高产品的灵活性。提高产品的灵活性。n电子纸电子纸”技术与现

36、有的液晶技术有所技术与现有的液晶技术有所不同。不同。“电子纸电子纸”没有目前其他显示设没有目前其他显示设备无法避免的强烈反光，画面分辨率较备无法避免的强烈反光，画面分辨率较高，显示效果与视觉效果同普通书写纸高，显示效果与视觉效果同普通书写纸几乎完全相同几乎完全相同新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院（七）、纳米材料n纳米材料又称为超微颗粒材料，纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在叫超微颗粒，一般是指尺寸在1 1100nm100nm间的粒子，是处在原间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区子簇和宏观物体交界的过渡区域域

37、n从通常的关于微观和宏观的观从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型人介观系统，它具是一种典型人介观系统，它具有有表面效应、小尺寸效应和宏表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。观量子隧道效应。原子排成的原子排成的“原子原子”字样字样1nm=1/101nm=1/10亿米，亿米，1010个氢原个氢原子紧密排列，子紧密排列，20nm20nm是头发是头发丝直径的丝直径的30003000分之一分之一新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院7.1 纳米材料的特性1.表面效应表面效应 2.小尺寸效应小尺

38、寸效应 3.量子尺寸效应量子尺寸效应 4.宏观量子隧道效应宏观量子隧道效应新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院1.表面效应表面效应 100 80 60 40 20 0 比例（%） 表面原子数相对总原子数 0 10 20 30 40 50 新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院2.小尺寸效应n随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产尺寸

39、变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。生如下一系列新奇的性质。（1 1） 特殊的光学性质特殊的光学性质（2 2） 特殊的热学性质特殊的热学性质（3 3） 特殊的磁学性质特殊的磁学性质（4 4）特殊的力学性质）特殊的力学性质超微颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电超微颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面。性能、声学特性以及化学性能等方面。新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院3.量子尺寸效应n微粒尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级由准连续能级变为分立能级，吸收光谱阙值向短波方向移动，这种现象称为量子尺寸效应。新生活新生活功能材

40、料功能材料苏州科技学院4.宏观量子隧道效应隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。近年来，人们发现一些宏观量如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量及电荷也具有隧道效应，他们可以穿越宏观系统的势阱而产生变化，故称之为宏观量子隧道效应。新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院几种典型的纳米材料n纳米颗粒型材料纳米颗粒型材料n纳米固体材料纳米固体材料n纳米膜材料纳米膜材料n纳米磁性液体材料纳米磁性液体材料n碳纳米管碳纳米管纳米算盘纳米算盘C60C60每每1010个一个一组，在铜表组，在铜表面形成世界面形成世界上最小的算上最小的算盘。盘。纳米皇冠纳

41、米皇冠新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院n纳米颗粒型材料：纳米颗粒型材料：也称纳米粉末，一也称纳米粉末，一般指粒度在般指粒度在100nm100nm以下的粉末或颗粒。以下的粉末或颗粒。由于尺寸小，比表面大和量子尺寸效由于尺寸小，比表面大和量子尺寸效应等原因，它具有不同于常规固体的应等原因，它具有不同于常规固体的新特性。新特性。n纳米固体材料纳米固体材料通常指由尺寸小于通常指由尺寸小于1515纳纳米的超微颗粒在高压力下压制成型，米的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致或再经一定热处理工序后所生成的致密型固体材料。密型固体材料。氧化锌晶体氧化锌晶体新生活新生活功能材料功

42、能材料苏州科技学院n纳米磁性液体材料：纳米磁性液体材料：磁性液磁性液体是由超细微粒包覆一层长体是由超细微粒包覆一层长键的有机表面活性剂，高度键的有机表面活性剂，高度弥散于一定基液中，而构成弥散于一定基液中，而构成稳定的具有磁性的液体。它稳定的具有磁性的液体。它可以在外磁场作用下整体地可以在外磁场作用下整体地运动，因此具有其它液体所运动，因此具有其它液体所没有的磁控特性。没有的磁控特性。n试管中磁性液体舞蹈试管中磁性液体舞蹈 磁性液体尖峰状态磁性液体尖峰状态新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院磁性液体的应用磁性液体的应用：磁性液体静态密封装置（安全阀）磁性液体静态密封装置（安全阀） 磁性液体

43、在扬声器上的应磁性液体在扬声器上的应用，显著改善散热性能，用，显著改善散热性能，提高功率一倍以上，使音提高功率一倍以上，使音圈自动定位，改善频率响圈自动定位，改善频率响应，减少失真。应，减少失真。磁性液体阻尼器磁性液体阻尼器磁性液体离心开关磁性液体离心开关新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院碳纳米管：碳纳米管：碳材料家族中的新成员，为碳材料家族中的新成员，为黑色粉末状，是由类似石墨的碳原子六边黑色粉末状，是由类似石墨的碳原子六边形网格所组成的管状物，它一般为多层，形网格所组成的管状物，它一般为多层，直径为几纳米至几十纳米，长度可达数微直径为几纳米至几十纳米，长度可达数微米甚至数毫米。米甚至

44、数毫米。 碳纳米管本身有非常完美的结构，尺寸碳纳米管本身有非常完美的结构，尺寸只有头发丝的十万分之一，但导电率是铜只有头发丝的十万分之一，但导电率是铜的的1 1万倍，强度是钢的万倍，强度是钢的100100倍而重量只有钢倍而重量只有钢的七分之一。它像金刚石那样硬，却有柔的七分之一。它像金刚石那样硬，却有柔韧性，可以拉伸。它的熔点是已知材料中韧性，可以拉伸。它的熔点是已知材料中最高的。最高的。新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院如果用碳纳米管做绳索，是唯一可以从月如果用碳纳米管做绳索，是唯一可以从月球挂到地球表面，而不被自身重量所拉断球挂到地球表面，而不被自身重量所拉断的绳索。如果用它做成地球

45、的绳索。如果用它做成地球- -月球乘人的月球乘人的电梯，人们在月球定居就很容易了。电梯，人们在月球定居就很容易了。纳米碳管的细尖极易发射电子。用于做电纳米碳管的细尖极易发射电子。用于做电子枪，可做成几厘米厚的壁挂式电视屏，子枪，可做成几厘米厚的壁挂式电视屏，这是电视制造业的发展方向。这是电视制造业的发展方向。超高的成本使国际市场超高的成本使国际市场9090高纯度的碳纳高纯度的碳纳米管价格高达米管价格高达1000100020002000美元克，一般美元克，一般纯度的碳纳米管价格也在纯度的碳纳米管价格也在6060美元克，远美元克，远远高出黄金的价格。远高出黄金的价格。把碳纳米管用作转子的纳米马达把

46、碳纳米管用作转子的纳米马达 新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院纳米材料的应用n由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们在磁、光、电、敏感性等方面呈现常规材料在磁、光、电、敏感性等方面呈现常规材料不具备的特性。因此纳米微粒在磁性材料、不具备的特性。因此纳米微粒在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密度材料的烧结、电子材料、光学材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景。前景。n陶瓷增韧：陶瓷增韧：由纳米粒子压制成的纳米

47、由纳米粒子压制成的纳米陶瓷材料有很好的韧性。因为纳米材陶瓷材料有很好的韧性。因为纳米材料具有较大的界面，界面的原子排列料具有较大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与延展性。韧性与延展性。纳米陶瓷纳米陶瓷新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院n光学方面的应用：光学方面的应用：纳米微粒由于小尺寸效应使纳米微粒由于小尺寸效应使它具有常规大块材料不具备的光学特性，如光它具有常规大块材料不具备的光学特性，如光学非线性、光吸收、光反射、光传输过程中的学非线性、光吸收、光反射、光传输过程

48、中的能量损耗等。能量损耗等。n利用纳米微粒的特殊的光学特性制成的各种光利用纳米微粒的特殊的光学特性制成的各种光学材料将在日常生活和高技术领域得到广泛的学材料将在日常生活和高技术领域得到广泛的应用。目前关于这方面研究还处在实验室阶段，应用。目前关于这方面研究还处在实验室阶段，有的得到了推广应用。有的得到了推广应用。新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院n隐身材料应用：隐身材料应用：由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器

49、和雷达得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；n另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3 34 4个个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。美国美国F117隐形轰炸机隐形轰炸机机机美国美国B2隐形

50、轰炸机隐形轰炸机新生活新生活功能材料功能材料苏州科技学院n催化领域的应用：催化领域的应用：催化剂在许多化学化工领域中催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。高反应效率和反应速度。n大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。n纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了纳米粒子表面活性中心多，为它