功能材料概論

功能材料概論2021/3/11/*第1頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月課程教材：《功能材料概論》

殷景華等主編

哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社課程安排：4~8周詳情見教學(xué)日歷2023/7/31第2頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月第一部分引言與概論1986年，我國制定了《高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃綱要》七大技術(shù)群生物技術(shù)信息技術(shù)激光技術(shù)航天技術(shù)自動化技術(shù)新能源技術(shù)新材料技術(shù)2023/7/31第3頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月新材料有晶須材料、非晶材料、超塑性合金、形狀記憶材料、功能陶瓷、功能有機(jī)材料、超導(dǎo)材料、碳纖維、能量轉(zhuǎn)換材料等。新材料的發(fā)展重點(diǎn)已經(jīng)從結(jié)構(gòu)材料轉(zhuǎn)向功能材料。功能材料被譽(yù)為21世紀(jì)人類文明的重要支柱2023/7/31第4頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月概論隨著時代的發(fā)展，人類將進(jìn)入一個信息時代。為了解決生產(chǎn)高速發(fā)展以及由此所產(chǎn)生的能源、環(huán)境等一系列的問題，更需要用高科技的方法和手段來生產(chǎn)新型的、功能性的產(chǎn)品，以獲得各種優(yōu)良的綜合性能。近年來新型功能材料層出不窮，得到了突破性的進(jìn)展。2023/7/31第5頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月

日本和歐美各國對新型功能材料的研究十分注意，這是因?yàn)楣δ懿牧鲜悄茉?、?jì)算機(jī)、通訊、電子、激光等現(xiàn)代科學(xué)的基礎(chǔ)，功能材料在未來的社會發(fā)展中具有重大戰(zhàn)略意義。2023/7/31第6頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月近10年來，功能材料成為材料科學(xué)和工程領(lǐng)域中最為活躍的部分。每年以5%以上的速度增長，相當(dāng)于每年有1.25萬種新材料問世。未來世界需要更多的性能優(yōu)異的功能材料，功能材料正在滲透到現(xiàn)代生活的各個領(lǐng)域。2023/7/31第7頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月一、功能材料的概念功能材料是指通過光、電、磁、熱、化學(xué)、生化等作用后具有特定功能的材料。在國外，常將這類材料稱為功能材料（FunctionalMaterials）、特種材料（SpecialityMaterials）或精細(xì)材料（FineMaterials）2023/7/31第8頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月功能材料涉及面較廣，具體包括光、電功能，磁功能，分離功能，形狀記憶功能等。這類材料相對于通常的結(jié)構(gòu)材料而言，一般除了具有機(jī)械特性外，還具有其他的功能特性。2023/7/31第9頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月

材料的特定功能與材料的特定結(jié)構(gòu)是相聯(lián)系的。如：對于導(dǎo)電聚合物來說，它一般具有長鏈共軛雙鍵；金屬結(jié)構(gòu)中由于彈性馬氏體相變能產(chǎn)生形狀記憶效應(yīng)，因此出現(xiàn)了形狀記憶合金；壓電陶瓷晶體必須有極軸。2023/7/31第10頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月

功能材料是一門新的學(xué)科，目前對它進(jìn)行嚴(yán)格的定義尚有一定的難度，就像許多化學(xué)變化中存在著物理現(xiàn)象、高級運(yùn)動中總是伴隨著低級運(yùn)動一樣，功能材料既遵循材料的一般特性和變化規(guī)律又具有其自身的特點(diǎn)。因此可以認(rèn)為是傳統(tǒng)材料的更高級運(yùn)動形式。2023/7/31第11頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月二、功能材料的分類

隨著技術(shù)的發(fā)展和人類認(rèn)識的擴(kuò)展，新型的功能材料不斷被開發(fā)出來，因此對其也產(chǎn)生了不同的分類方式。從功能的不同考慮，可將功能材料分為以下四類。2023/7/31第12頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）力學(xué)功能主要是指強(qiáng)化功能材料和彈性功能材料，如高結(jié)晶材料、超高強(qiáng)材料等。2023/7/31第13頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）化學(xué)功能分離功能材料：分離膜、離子交換樹脂、高分子絡(luò)合物；反應(yīng)功能材料：高分子試劑、高分子催化劑；生物功能材料：如固定化菌、生物反應(yīng)器等。2023/7/31第14頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）物理化學(xué)功能電學(xué)功能材料：超導(dǎo)體、導(dǎo)電高分子光學(xué)功能材料：光導(dǎo)纖維、感光性高分子能量轉(zhuǎn)換材料：壓電材料、光電材料2023/7/31第15頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）生物化學(xué)功能醫(yī)用功能材料：人工臟器用材料如人工腎、人工心肺，可降解的醫(yī)用縫合線、骨釘、骨板等；功能性藥物：緩釋性高分子、藥物活性高分子、高分子農(nóng)藥等；生物降解材料2023/7/31第16頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月三、功能材料的性能半導(dǎo)體電性導(dǎo)帶中的電子、價帶中的空穴。磁性能鐵磁性（磁化率106）、抗磁性（磁矩方向與外磁場相反，磁化率10-5）、順磁性