材料化學新型功能材料

1、材料化學新型功能材料第1頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四1.1 功能材料的概念與分類 1.1.1 功能材料的概念1 功能材料概述 材料科學與工程學院通過光、電、磁、熱、化學、生化等作用后具有特定功能的材料第2頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院Example常將這類材料稱為 功能材料、 特種材料 或精細材料Functional Materials Speciality Materials Fine Materials第3頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院4 Periodic tabl

2、e1.1.2 功能材料的分類（1）力學性能 （2）化學功能 （3）物理化學功能 （4）生物化學材料 分離功能材料 反應(yīng)功能材料 生物功能材料 電學功能材料 光學功能材料 能量轉(zhuǎn)換材料 醫(yī)用功能材料 功能性藥物 生物降解材料第4頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四1.2 功能設(shè)計的原理和方法 材料科學與工程學院（1）一次功能材料 當向材料輸入的能量和從材料輸出的能量屬于同一種形式時，材料起到能量傳輸部件的作用，材料的這種功能稱為一次功能，以一次功能為使用目的的材料又稱為載體材料。 第5頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院4.1.2

3、Classification（2）二次功能材料 當向材料輸入的能量和從材料輸出能量屬于不同形式時，材料起著能量的轉(zhuǎn)換部件作用，材料的這種功能稱為二次功能或高級功能。 第6頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院4.1.3 Approach 賦予材料以一次功能或二次功能特性的科學方法，根據(jù)所要求的性能而定，材料設(shè)計可以從電子、光子出發(fā)，也可以從原子、原子集團出發(fā)，可以從微觀到宏觀。功能設(shè)計第7頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院金屬功能材料設(shè)計尋找具有特定功能的金屬材料稀土功能材料 的 制備和應(yīng)用稀土永磁材料 稀土儲

4、氫材料 信息顯示材料 催化材料 超磁致伸縮材料 巨磁電阻材料第8頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院奧氏體和馬氏體納米材料 大塊非晶材料 真空快淬材料 磁性形狀記憶合金利用各種金屬材料的特性，制備符合使用要求的合金第9頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院(2) 無機非金屬功能材料設(shè)計 功能玻璃 功能陶瓷 第10頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院根據(jù)功能的要求設(shè)計配方 根據(jù)功能的要求 設(shè)計合適的加工工藝 微晶玻璃 激光玻璃 光色玻璃 生物玻璃 半導體玻璃 第11頁，共1

5、15頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院1.2.3 高分子功能材料設(shè)計 （1）通過分子設(shè)計合成新功能（2）通過特殊的加工賦予材料以功能特性（3）通過兩種或兩種以上的具有不同 功能或性能的材料進行復合獲得新功能（4）通過對材料進行各種表面處理 以獲得新功能第12頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院雙程CuZnAl記憶合金花 雙程CuZnAl記憶合金彈簧 2 形狀記憶合金第13頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四TiNi 記憶合金眼鏡架超彈性 耐腐蝕性 重量輕 材料科學與工程學院第14頁，共115頁，20

6、22年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院2.1 形狀記憶合金特征 材料在某一溫度下受外力而變形，當外力去除后，仍保持其變形后的形狀，但當溫度上升到某數(shù)值，材料會自動恢復到變形前原有的形狀，似乎對以前的形狀保持記憶。Shape Memory Alloy，SMA第15頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院一次記憶 材料加熱回復原形狀后，再改變溫度，物體不再改變形狀，此為一次記憶能力?？赡嬗洃?物體不但能記憶高溫的形狀，而且能記憶低溫的形狀，當溫度在高低溫之間反復變化時，物體的形狀也自動反應(yīng)在兩種形狀間變化。全方位記憶 除具有可逆記憶特點外，

7、當溫度比較低時，物體的形狀向與高溫形狀相反的方向變化。一般加熱時的回復力比冷卻時回復力大很多。 第16頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院2.2 形狀記憶效應(yīng)機理 形狀記憶合金和熱彈性馬氏體相變示意圖a 母相奧氏體 b 孿晶馬氏體 c 形變馬氏體第17頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院馬氏體與母相的平衡溫度第18頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院2.3 形狀記憶合金材料 表1 形狀記憶合金材料及其轉(zhuǎn)變溫度第19頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期

8、四 材料科學與工程學院20 4.2 超低溫合金（1）在軍事和航天工業(yè)方面的應(yīng)用 月面天線略圖 2.4 形狀記憶合金的應(yīng)用 第20頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四4.2.2 Research 材料科學與工程學院（2）在工程方面的應(yīng)用 插頭和插座連接器的原理第21頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院形狀記憶合金作緊固件、連接件的優(yōu)勢： 夾緊力大，接觸密封可靠避免了由于焊接而產(chǎn)生的冶金缺陷； 適于不易焊接的接頭； 金屬與塑料等不同材料可以通過這種連接件連成一體； 安裝時不需要熟練的技術(shù)。 第22頁，共115頁，2022年，5月20日

9、，22點7分，星期四 材料科學與工程學院自控元件原理第23頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院記憶型NiTi牙弓絲 （3）在醫(yī)療方面的應(yīng)用 第24頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院形狀記憶合金套管連接的鋁合金假肢形狀記憶合金制成的血液過濾器第25頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院26 4.3 超塑合金形狀記憶用于熱發(fā)動機的原理第26頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四4.3.1 超塑性現(xiàn)象 材料科學與工程學院鎳鈦諾爾熱機的結(jié)構(gòu)第27頁，共115

10、頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四Examples 材料科學與工程學院3 貯氫合金3.1 貯氫合金的特殊功能 在一定的溫度和氫氣壓力下，可以多次吸收、貯存 和釋放氫氣的材料第28頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院3.2 貯氫原理 金屬貯氫的原理在于這類材料中一個金屬原子能與兩個、三個甚至更多的氫原子結(jié)合，生成穩(wěn)定的金屬氫化物，同時放出熱量。等將其稍稍加熱，氫化物又會發(fā)生分解，將吸收的氫釋放出來，同時吸收熱量。 第29頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四4.3.2 Application 材料科學與工程學院M-H系統(tǒng)p

11、CT平衡圖第30頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院4.6 非晶態(tài)金屬材料各種貯氫合金平衡分解壓-溫度關(guān)系曲線第31頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四Performance & use 材料科學與工程學院3.3 貯氫合金的開發(fā) 容易活化； 貯氣容量高； 吸放氫速度快； 反復吸放氫循環(huán)時不易粉化，性能不退化； 有合適的吸放氫平臺壓力； 吸放氫過程中的平衡氫壓差小，即滯后現(xiàn)象弱； 有確定的化學穩(wěn)定性； 對雜質(zhì)敏感程度低； 原料資源豐富，價格低廉； 用作電極材料時具有良好的耐腐蝕性。 稀土合金第32頁，共115頁，2022年，5月20

12、日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院3.4 貯氫材料的應(yīng)用 貯氫容器 氫以金屬氫化物形式存在于貯氫合金之中，密度比相同濕度、壓力條件下的氣態(tài)氫大1000倍 重量輕、體積小； 用貯氫合金貯氫，無需高壓及貯存液氫的極低溫設(shè)備和絕熱措施 節(jié)省能量，安全可靠。 第33頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四Examples 材料科學與工程學院在高壓容器中裝入貯氫合金的“混合貯氫容器” 第34頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院 H2的回收與純化 用鈾回收氘的捕集器第35頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學

13、與工程學院7.1 Summarize 氫化物電極 Ni、MHx電池充放電過程示意圖第36頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四Matrix and reinforcement 材料科學與工程學院(1)比能量為NiCd電池的1.5-2倍； (2)無重金屬Cd對人體的危害； (3)良好的耐過充、放電性能； (4)無記憶效應(yīng)； (5)主要特性與NiCd電池相近，可以互換使用。 優(yōu)點第37頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院 功能材料 功能轉(zhuǎn)換機制 第38頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四Classification

14、 材料科學與工程學院存在問題 貯氫能力低； 對氣體雜質(zhì)的高度敏感性； 初始活化困難； 氫化物在空氣中自燃； 反復吸釋氫時氫化物產(chǎn)生歧化。第39頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四4 超導材料超導狀態(tài)的T-H-J臨界面 材料科學與工程學院第40頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四Meissner效應(yīng)磁體可以 懸浮在 超導體 上面零電阻現(xiàn)象 溫度 / K 電阻 / 材料科學與工程學院第41頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四4.1超導材料的發(fā)展1911年 荷蘭發(fā)明家H。K。Onnes偶然發(fā)現(xiàn)，在液氦4.2K下，汞的電阻突然消失。19

15、50年代后期，超導臨界溫度提高，銀和釩的合金。1973年，發(fā)現(xiàn)Tc=23.2K的超導材料Nb3Ge。1986年，IBM發(fā)現(xiàn)Ba-La-Cu-O系氧化物材料，在30K出現(xiàn)超導轉(zhuǎn)變。1980年代末，中科院發(fā)布Ba-Y-Cu-O體系，Tc=93K，中國科技大學研制出Bi-Pb-Sb-Sr-Ca-Cu-O超導體，Tc=132K。 材料科學與工程學院第42頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四4.2 MxC60超導體1984年，Harold W. Kroto （研究星際分子問題）和Richard E. Smalley（研究原子簇性質(zhì)） 用激光超聲波原子束射線測試儀中的短脈沖高功率激光

16、轟擊石墨，發(fā)現(xiàn)C60 此之前就已經(jīng)有人探測到C60等球狀分子的存在，但由于沒有敏銳地意識到而失之交臂.這些不太幸運的科學家就是霍夫曼以及羅爾芬（）等人. 材料科學與工程學院第43頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院第44頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 這種具有足球形狀的C60分子表面由12個五邊形和20個六邊形組成，其穩(wěn)定性可采用巴克明斯特富勒發(fā)明的短程線圓頂結(jié)構(gòu)予以解釋，因此克羅托建議將這種分子命名為巴克明斯特富勒烯（Buckminster fullerene 材料科學與工程學院第45頁，共115頁，2022年，5月20日

17、，22點7分，星期四1985年11月，克羅托、希思、奧布賴恩、柯爾和斯莫利聯(lián)名在英國自然雜志上發(fā)表了題目為“C60：巴克明斯特富勒烯”.這篇文章堪稱C60領(lǐng)域的傳世之作，其意義可與氧化物高溫超導體的發(fā)現(xiàn)者貝德諾爾茨和米勒于1986年發(fā)表的那篇經(jīng)典之作相比擬. 材料科學與工程學院第46頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四摻雜C60的超導體：將堿金屬（K、Rb等）摻入C60中形成的M3C60化合物具有超導電性，其中M+處于C60的面心立方晶格間隙中。 材料科學與工程學院第47頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四下表列出了不同堿金屬摻雜C60的超導性質(zhì)：K

18、3C60Rb3C60Cs3C60Tc/K18193033(-240) 材料科學與工程學院第48頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 有人曾經(jīng)預測過，當C原子數(shù)達到540時，就可獲得室溫超導。 當兩個C60結(jié)合時，可以丟失4個碳原子形成C116（雙聚C60）。下面幾張圖表示了C116的超導電性、結(jié)構(gòu)示意圖。 C60二聚物C116的超導電性C60的二聚物C116 材料科學與工程學院第49頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四4.3 超導材料的應(yīng)用 材料科學與工程學院第50頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四超導磁懸浮列車原理示意圖 材

19、料科學與工程學院第51頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四5 光導纖維5.1 光導纖維及光導原理 光導纖維是一種由折射率較大的纖芯和折射率較小的包層構(gòu)成的可以自由彎曲的導光材料。 光纖的作用是將始端的入射光線傳輸?shù)浇K端，利用光來傳輸信息和圖像。1871年，英國物理學家丁達爾作的演講實驗 材料科學與工程學院第52頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四光導纖維的特性 傳輸損耗小 引起損耗的主要原因是光的吸收與散射 傳輸頻帶寬 機械性能好 光纖極細且很長，要求它具有很高的強度和抗疲勞能力 材料科學與工程學院第53頁，共115頁，2022年，5月20日，22點

20、7分，星期四分類一類是芯皮型結(jié)構(gòu)光導纖維。中央有一根芯，直徑只有幾十微米，芯的四周是一圈包覆層。芯是用折射率高的透明玻璃材料做成的，包覆層則是用折射率低的玻璃或塑料做成的。另一類光導纖維叫目聚焦纖維，這類光導纖維好像是由許多微型透鏡組成的，能迫使入射光線逐漸自動地向纖維的中心軸方向靠攏，進行聚焦，由此保證入射光線不會從纖維材料中漏出去。 材料科學與工程學院第54頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四光纖橫截面結(jié)構(gòu)示意圖 材料科學與工程學院第55頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四光在光導纖維中的傳播 在光纖中，光的傳送利用光的全反射原理， 當入射進光纖

21、芯子中的光與光纖軸線的交角小于一定值時，光線在界面上發(fā)生全反射。這時，光將在光纖的芯子中沿鋸齒狀路徑曲折前進，但不會穿出包層，完全避免了光在傳輸過程中的 折射損耗。 材料科學與工程學院第56頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院 材料科學與工程學院第57頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院 材料科學與工程學院第58頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院第59頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四（2）多元氧化物光纖 5.2 光纖材料 （1）石英玻璃光纖

22、（3）非氧化物光纖 （4）晶體光纖 材料科學與工程學院第60頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四石英光纖母體材料的制備方法示意圖 材料科學與工程學院第61頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四化學氣相沉積法制石英光纖 材料科學與工程學院第62頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四2000左右 加熱熔化預型件拉絲過程最重要的是 控制纖維直徑的恒定。 為此必須嚴格穩(wěn)定 爐溫和控制氣氛的變化。拉絲裝置 材料科學與工程學院第63頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四5.3 光導纖維的應(yīng)用 材料科學與工程學院第64頁，共1

23、15頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四上圖為6芯光纜上圖為現(xiàn)代通信用的光纜，是光導纖維制作的左圖為48芯光纜的橫斷面 材料科學與工程學院第65頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四工業(yè)內(nèi)窺鏡 光學纖維變換器 醫(yī)學纖維鏡 電耦合器件連接器 交通信號指示燈 光學纖維板 傳感和傳能光纖用光導纖維制作的內(nèi)窺鏡，可以觀察人體的內(nèi)臟 材料科學與工程學院第66頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四6 液晶材料4,4-二甲氧基氧化偶氮苯 熔點116，形成渾濁液體；134時突變?yōu)橥该饕后w液晶物質(zhì)的相態(tài)變化 材料科學與工程學院第67頁，共115頁，2022年，5

24、月20日，22點7分，星期四液晶Liquid Crystal液晶小分子液晶高分子高分子量分子取向特 性高強度、高模量航天，航空 膨脹系數(shù)小光導纖維被覆 微波吸收系數(shù)小，耐熱性好微波爐具 鐵電性顯示器件 高流動 材料科學與工程學院第68頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四6.1 液晶的化學結(jié)構(gòu)液晶基元：高分子液晶中具有一定長徑比的結(jié)構(gòu)單元。液晶基元棒狀(或條狀) 長徑比大于4雙親性分子盤狀 軸比小于1/4 材料科學與工程學院第69頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四熱致型：依靠升高溫度，在某一溫度范圍內(nèi)形成 溶致型：依靠溶劑溶解，在一定的濃度范圍內(nèi)形成

25、早期的液晶大多是剛性棒狀的分子 中心橋鍵的結(jié)構(gòu)與液晶性能密切相關(guān) 苯六正烷基羧酸酯 無中心橋鍵，對光、電具有很高的穩(wěn)定性，粘度特別低 聚對苯二甲酰對苯二胺 高分子液晶6.2 分類 材料科學與工程學院第70頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四近晶型：分子排列方向一致，成層狀。分子層之間 可以相對滑動，分子在本層內(nèi)可以活動。各方向上 粘度都很大。 向列型：分子軸平行排列，棒狀分子很容易沿流動 方向取向而具有很好的流動性。 膽甾型：分子平行排列成層狀，各層的分子軸向依次規(guī)則地轉(zhuǎn)過一定的角度，形成螺旋結(jié)構(gòu)。根據(jù)液晶分子的排列形式與有序性 材料科學與工程學院第71頁，共115頁，2

26、022年，5月20日，22點7分，星期四近晶型 向列型 膽甾型 材料科學與工程學院第72頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四液晶的扭曲效應(yīng)6.3 應(yīng)用 材料科學與工程學院第73頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四液晶電子表 材料科學與工程學院第74頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四液晶顯示器垂直線性偏光器 玻璃薄片 透明X電極 校準層 液態(tài)晶體流 校準層 透明Y電極 玻璃薄片 水平線性偏光器DSTN（dual-scan twisted nematic，雙掃描交錯液晶顯示） ， 被動矩陣（無源矩陣） TFT（thin film

27、transistor，薄膜晶體管顯示）， 積極矩陣（有源矩陣） 材料科學與工程學院第75頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四紅、綠、藍三色液晶混合，形成一個象素。 控制紅、綠、藍三個色點的電壓，讓不同濃度的三色混合，就形成所需的各種顏色。 整個TFT顯示器的屏冪就是由一格格的像素點構(gòu)成，每一個點都有一個晶體管控制。 材料科學與工程學院第76頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四7 分離膜分離膜：一種能有效選擇分離提取所需物質(zhì)的高功能膜。高的透過速率，高的分離系數(shù)，節(jié)能，環(huán)保。廣泛用于飲食、醫(yī)藥衛(wèi)生、生物技術(shù)、化工冶金、空氣分離、環(huán)境等領(lǐng)域。 材料科學與

28、工程學院第77頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四7.1 膜分離技術(shù)的發(fā)展簡史 其發(fā)展的歷史大致為：30年代微孔過濾，40年代透析；50年代電滲析；60年代反滲透；70年代超濾和液膜；80年代氣體分離；90年代滲透汽化。此外以膜為基礎(chǔ)的其它新型分離過程，以及膜分離與其它分離過程結(jié)合的集成過程(Integrated Membrane Process)也日益得到重視和發(fā)展。1950年W.Juda試制出選擇透過性能的離子交換膜，奠定了電滲析的實用化基礎(chǔ)。1960年洛布 (Loeb)和索里拉簡 (Souriringan)首次研制成世界上具有歷史意義的非對稱反滲透膜，這在膜分離技術(shù)

29、發(fā)展中是一個重要的突破，使膜分離技術(shù)進入了大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的時代。 材料科學與工程學院第78頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四7.2 膜的分類按孔徑大小分：致密膜、多孔膜、纖維質(zhì)膜。致密膜：聚合物填充成分子狀，孔徑0-1.5nm，適合于反滲透、滲析、電滲析等操作。多孔膜：孔徑5nm-1微米，孔大小既是膠體粒子的大小。適合超過濾、膜過濾等操作。纖維質(zhì)膜：孔徑2微米以上，相當于紙的二次結(jié)構(gòu)，用于大分散質(zhì)的過濾操作。 材料科學與工程學院第79頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四按結(jié)構(gòu)分類1. 對稱膜： 結(jié)構(gòu)與方向無關(guān)的膜，孔徑不規(guī)則或一定。2. 非對稱膜

30、： 分離層（活性膜）和多孔支持膜， 活性膜要朝向待濃縮的原液層， 兩層膜是同一種材料。3 復合膜： 活性膜層沉積于具有微孔的底膜（支撐層）表面上， 表層與底層是不同的材料， 膜的性能與活性膜和底層膜都有關(guān)系 材料科學與工程學院第80頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四4. 荷電膜（離子交換膜）： 含有溶脹膠載著固定的正電荷或負電荷。 陰離子交換膜：帶正電荷 陽離子交換膜：帶負電荷5. 微孔膜（0.0520m）6. 動態(tài)膜： 在多孔介質(zhì)上沉積一層顆粒物作為有選擇作用的膜， 沉積層與溶液處于動態(tài)平衡， 可在高溫下應(yīng)用，膜更新容易，不穩(wěn)定。 材料科學與工程學院第81頁，共115

31、頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四典型的非對稱膜結(jié)構(gòu) 材料科學與工程學院第82頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四7.3 膜的分離原理1 滲透（osmosis）和透（滲）析（dialysis） 滲透是一個擴散過程，在膜兩邊滲透壓差的作用下溶劑產(chǎn)生流動。 透析是利用多孔膜兩側(cè)溶液的濃度差使溶質(zhì)從濃度高的一側(cè)通過膜孔擴散到濃度低的一側(cè)從而得到分離的過程。 材料科學與工程學院第83頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四2. 反滲透（reverse osmosis） 在膜的兩邊造成一個壓力差，并使其大于 滲透壓，就會發(fā)生溶劑倒流，使?jié)舛容^高的溶液進

32、一步濃縮。3. 超濾（ultrafiltration） 應(yīng)用孔徑為10到200 的超過濾膜來過濾含有大分子或微細粒子的溶液，使大分子或微細粒子從溶液中分離。4. 微過濾（microfiltration） 利用孔徑大于0.02m直到l0m的多孔膜來過濾。應(yīng)用領(lǐng)域極其廣闊，目前的銷售額在各類膜中占據(jù)首位。 材料科學與工程學院第84頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四5. 電滲析（electrodialysis） 在電場中交替裝配的陰離子和陽離子交換膜，在電場中形成一個個隔室， 使溶液中的離子有選擇地分離或富集。目前主要用于水溶液中除去電解質(zhì)(如鹽水的淡化等)6. 氣體透過（g

33、as permeation） 氣體膜分離是利用氣體組分在膜內(nèi)溶解和擴散性能的不同，即滲透速率的不同來實現(xiàn)分離的技術(shù)，具有很大的發(fā)展前景。 材料科學與工程學院第85頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 7.4膜分離設(shè)備: 1) 板框式膜組件 板框式膜組件使用平板式膜，這類膜器件的結(jié)構(gòu)與常用的板框壓濾機類似，由導流板、膜、支承板交替重疊組成。 優(yōu)點: 組裝方便，膜的清洗更換比較容易，料液流通截面較 大，不易堵塞，同一設(shè)備可視生產(chǎn)需要而組裝不同數(shù)量的膜。 缺點: 需密封的邊界線長 材料科學與工程學院第86頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四2) 卷式膜組件

34、 卷式膜組件也是用平板膜制成的，其結(jié)構(gòu)與螺旋板式換熱器類似。 優(yōu)點: 目前卷式膜組件應(yīng)用比較廣泛、與板框式柱比、卷式贖組件的設(shè)備比較緊湊、單位體積內(nèi)的膜面積大。 缺點: 清洗不方便，膜有損壞，不易更換，尤其是易堵塞，因而限制了其發(fā)展。 材料科學與工程學院第87頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四3) 管式膜組件 管式膜組件由管式膜制成，它的結(jié)構(gòu)原理與管式換熱器類似，管內(nèi)與管外分別走料液與透過液，管式膜的排列形式有列管、排管或盤管等。管式膜分為外壓和內(nèi)壓兩種。 缺點: 管式膜組件的缺點是單位體積膜組件的膜面積少,除特殊場合外，一般不被使用。 材料科學與工程學院第88頁，共1

35、15頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四4) 中空纖維膜組件 中空纖維膜組件的結(jié)構(gòu)與管式膜類似，即將管式膜由中空纖維膜代替。 優(yōu)點:設(shè)備緊湊，單位設(shè)備體積內(nèi)的膜面積大 缺點:中空纖維內(nèi)徑小，阻力大，易堵塞，所以料液走管間，滲透液走管內(nèi)，透過液側(cè)流動損失大，壓降可達數(shù)個大氣壓，膜污染難除去，因此對料液處理要求高。 材料科學與工程學院第89頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四無機膜分離裝置 陶瓷膜分離設(shè)備 材料科學與工程學院第90頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 材料科學與工程學院第91頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星

36、期四微電子技術(shù)是新技術(shù)革命的主角 光敏高分子對微電子技術(shù)的發(fā)展起著重要作用 光刻與光刻膠（光致抗蝕劑）是微電子技術(shù)中的 關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵材料8光刻膠 材料科學與工程學院第92頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四集成電路的發(fā)展1943年，英國，第一臺電子計算機“巨人”； 1946年，美國，“恩尼亞克”，每秒千次計算； 1948年，發(fā)明了半導體晶體管； 1958年，半導體表面技術(shù)出現(xiàn)了突破，在半導體 表面可形成晶體管，硅即可是電子元件，又可成 為電流的通路； 1971年，Intel公司制成CPU芯片 集成電路的集成度每18個月翻一番的速度前進。 材料科學與工程學院第93頁，共1

37、15頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四 芯片密度遞增趨勢圖 材料科學與工程學院第94頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四芯片的制造微電子技術(shù)的關(guān)鍵 材料科學與工程學院第95頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四光刻與光刻膠集成電路制造的關(guān)鍵 材料科學與工程學院第96頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四光刻過程 材料科學與工程學院第97頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四How chips are made - IntroductionMany ingredients and dozens of s

38、teps are needed to make a microprocessor. Recipes for making microprocessors vary, depending on the intended use of the chip.Pentium Microprocessor 材料科學與工程學院第98頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四How chips are made - PreparationHow chips are made - Preparation 材料科學與工程學院第99頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四How c

39、hips are made - Fabrication 材料科學與工程學院第100頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四How chips are made - Layering 材料科學與工程學院第101頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四How chips are made - Etching 材料科學與工程學院第102頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四How chips are made - Layers 材料科學與工程學院第103頁，共115頁，2022年，5月20日，22點7分，星期四How chips are made - Ion Implantat