材料科學(xué)與技術(shù)課件

材料的熱膨脹1、熱膨脹系數(shù)所有材料都有熱脹冷縮性平均線熱膨脹系數(shù)：熱膨脹系數(shù)溫度T1

時(shí)的試樣長度；溫度T2

時(shí)的試樣長度平均體熱膨脹系數(shù)：溫度T1

時(shí)的試樣體積；溫度T2

時(shí)的試樣體積熱膨脹系數(shù)一般是溫度的函數(shù)線熱膨脹系數(shù)和體熱膨脹系數(shù)2、熱膨脹的起因溫度T時(shí)的線熱膨脹系數(shù)：溫度T時(shí)的體熱膨脹系數(shù)：熱膨脹系數(shù)是工程上重要的物理參數(shù)之一：許多材料的線熱膨脹系數(shù)是各相異性各向同性材料（立方系）：材料間的封接，真空系統(tǒng)中要求材料的熱膨脹系數(shù)相近、否則易漏氣；多晶、多相的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的材料中，各相、各方向膨脹系數(shù)的不同會(huì)引起熱應(yīng)力熱膨脹的本質(zhì)：原子平均距離隨溫度的增大起因于：原子間作用力隨距離非線性變化、原子的振動(dòng)是非簡諧振動(dòng)距離力引力斥力合力平衡位置(合力為零)的兩側(cè)合力曲線的斜率不等0原子相互作用勢能曲線勢能曲線關(guān)于處的虛線不對(duì)稱原子間作用力作用力和勢能曲線的斜率較大；作用力和勢能曲線的斜率較?。?3、影響熱膨脹因素0原子振動(dòng)時(shí)的平均距離：溫度越高、振幅越大，原子在平衡位置兩側(cè)受力的不對(duì)稱越顯著，新平衡位置右移越多、越大，晶體膨脹越大。溫度T、平均位置原子振動(dòng)能量原子平均間距隨溫度的變化：熱膨脹與結(jié)構(gòu)有關(guān)：非晶材料屬液相結(jié)構(gòu)，材料的熱膨脹除起因于原子間距的增大外、還與材料中的自由體積（未被原子占據(jù)的空位）的膨脹有關(guān)材料的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵熱膨脹與原子結(jié)合鍵有關(guān)：結(jié)合鍵強(qiáng)、熱膨脹小離子鍵、共價(jià)鍵結(jié)合的材料：熱膨脹?。灰怨矁r(jià)鍵和范德瓦爾斯結(jié)合的聚合物：熱膨脹系數(shù)最大金屬鍵：具有中等的熱膨脹系數(shù)；

材料陶瓷金屬聚合物三、材料的導(dǎo)熱性1、傅里葉導(dǎo)熱定律材料溫度不均勻時(shí)，或兩溫度不同的物體相接觸時(shí)，熱量自動(dòng)從高溫區(qū)向低溫區(qū)傳遞熱傳導(dǎo)：均勻金屬棒的兩端分別與兩恒溫?zé)嵩唇佑|熱平衡時(shí)各處的溫度不隨時(shí)間變化穩(wěn)態(tài)熱流密度：單位時(shí)間內(nèi)通過與熱傳導(dǎo)方向垂直的單位面積的熱能通過金屬棒的熱流密度：負(fù)號(hào)：熱能從高溫向低溫傳遞熱導(dǎo)率，單位：熱導(dǎo)率反映材料的導(dǎo)熱能力、不同材料的導(dǎo)熱能力差異很大絕緣材料：金屬：合金：非金屬：2、熱傳導(dǎo)機(jī)理（微觀機(jī)制）固體的組成質(zhì)點(diǎn)只能在平衡位置附近作微小振動(dòng)，不能像氣體依靠分子碰撞傳遞熱量固體導(dǎo)熱機(jī)制：聲子（晶格振動(dòng)的晶格波）和自由電子固體熱導(dǎo)率：聲子熱導(dǎo)率電子熱導(dǎo)率非金屬和絕緣材料：以聲子導(dǎo)熱為主純金屬：以電子導(dǎo)熱為主合金：電子和聲子共同起作用a、金屬的熱導(dǎo)率金屬主要熱載流子

—自由電子（電載流子）熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率間的聯(lián)系：不太低的溫度下（Wiedemann–Franz首先發(fā)現(xiàn)）金屬熱導(dǎo)率與電導(dǎo)率之比正比于溫度洛侖茲系數(shù)(Lorentznumber)理論值：b、合金的熱導(dǎo)率如同合金的電導(dǎo)率比純金屬的電導(dǎo)率，合金金屬原因：合金中的自由電子受合金晶格、雜質(zhì)、非均勻相的散射強(qiáng)烈10203040組成，熱導(dǎo)率Cu–Zn合金熱導(dǎo)率隨Zn含量的變化Zn含量增加、熱導(dǎo)率下降c、非金屬（陶瓷）、聚合物的熱導(dǎo)率傳遞熱量的熱載流子主要是聲子陶瓷的組成和結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比金屬復(fù)雜：除晶相、還包括玻璃相及一定的空隙聲子在傳播時(shí)受原子排列高度無序的不均勻相的強(qiáng)烈地散射熱的不良導(dǎo)體、熱導(dǎo)率遠(yuǎn)小于金屬陶瓷中的空隙對(duì)熱導(dǎo)率影響最大，空隙率高、導(dǎo)熱率低多孔陶瓷、多孔聚合物絕熱材料四、材料的熱應(yīng)力材料熱脹或冷縮引起的內(nèi)應(yīng)力熱應(yīng)力：引起材料塑性變形、特性變化、甚至斷裂熱應(yīng)力主要來源下列三個(gè)方面：1、熱脹冷縮受到限制產(chǎn)生的熱應(yīng)力均質(zhì)、各向同性的棒，受到均勻加熱或冷卻、棒內(nèi)不存在溫度梯度若棒兩端未被夾持：棒能自由膨脹或收縮、內(nèi)部無熱應(yīng)力若棒兩端被剛性固定：溫度：熱應(yīng)力：彈性模量；應(yīng)變、線性相對(duì)變化量加熱時(shí)棒受壓縮應(yīng)力作用；冷卻時(shí)棒受拉伸應(yīng)力作用2、溫度梯度產(chǎn)生的熱應(yīng)力材料受熱或冷卻時(shí)，內(nèi)部溫度分布與其形狀、大小及熱導(dǎo)率，和溫度變化率有關(guān)3、多相復(fù)合材料中各相膨脹系數(shù)不同引起的熱應(yīng)力材料中若有溫度梯度，引起熱應(yīng)力例：材料被從外部迅速加熱或冷卻：加熱：表面比內(nèi)部溫度高、表面膨脹比內(nèi)部大，相鄰的內(nèi)部限制表面的自由膨脹，冷卻：表面受拉應(yīng)力、相鄰內(nèi)部受壓應(yīng)力與情況2類似不是機(jī)械力的約束、而是各相間膨脹、收縮的相互制約引起表面受到壓應(yīng)力、相鄰內(nèi)部受到拉應(yīng)力第四節(jié)材料的光學(xué)性質(zhì)光在高科技的地位不斷提高，電子器件和光子器件融合

－

光集成器件是重要的研究方向一、光的屬性、光與物質(zhì)的作用1、光的屬性回顧光的波動(dòng)性與粒子性有些情況波動(dòng)性占主導(dǎo)地位；有些情況粒子性占主導(dǎo)地位波動(dòng)性與粒子性的聯(lián)系方程：光子能量通常意義的光—可見光：電磁破光（電磁）波—橫波，兩個(gè)振動(dòng)矢量：電場強(qiáng)度傳播方向磁場強(qiáng)度電磁波在真空中傳播速度：電磁波在介質(zhì)中傳播速度：介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)和相對(duì)磁導(dǎo)率2、光與物質(zhì)的作用從一種介質(zhì)（空氣）入射另一種介質(zhì)的光成為四部分：反射、透射、散射、吸收部分入射光束強(qiáng)度，反射強(qiáng)度，透射強(qiáng)度，散射強(qiáng)度，吸收強(qiáng)度反射率、透射率、散射率、吸收率金屬對(duì)可見光不透明入射光反射吸收b、電子能態(tài)轉(zhuǎn)變光與物質(zhì)間作用的實(shí)質(zhì)光子與物質(zhì)中的原子、離子、電子間的相互作用兩種主要作用：電子極化和電子能態(tài)變化a、電子極化光波中電場分量對(duì)物質(zhì)的作用遠(yuǎn)大于磁場分量的作用光波的交變電場引起的電子位移極化電子極化:電子極化吸收部分光能、引起光速減小、導(dǎo)致光的折射光子的吸收或散射一般涉及電子能態(tài)的轉(zhuǎn)變光子因被吸收或被散射而消失或改變方向和能量；電子因吸收光子的能量而被激發(fā)到高能態(tài)孤立原子吸收光子的情況：頻率為的入射光子能量E2

能級(jí)上的電子只有吸收能量為的光子，才能到達(dá)E4

能級(jí)孤立原子能級(jí)是分立能級(jí)，電子對(duì)吸收光子的能量有嚴(yán)格的要求電子能級(jí)晶體吸收光子的情況：晶體中、原來孤立原子的分立能級(jí)被準(zhǔn)連續(xù)的能帶所取代孤立原子晶體易于實(shí)現(xiàn)躍遷條件躍遷輻射：激發(fā)的逆過程電子在激發(fā)態(tài)停留時(shí)間很短，由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)、產(chǎn)生電磁輻射，過程可是直接、也可是間接二、金屬的光學(xué)特性入射光子能量費(fèi)米能級(jí)滿態(tài)空態(tài)金屬的光學(xué)性質(zhì)與金屬的能帶密切有關(guān)費(fèi)米能級(jí)以上為準(zhǔn)連續(xù)的空能級(jí)；以下為充滿電子的準(zhǔn)連續(xù)的能級(jí)（絕對(duì)零度下）除高頻電磁輻射—射線、射線外，幾乎所有的低頻輻射光子（無線電波—紫外），都能被吸收

金屬對(duì)可見光不透明：入射光反射吸收第四節(jié)材料的光學(xué)性質(zhì)一、光的屬性、光與物質(zhì)的作用任意光子總能找到一個(gè)空能級(jí)E、滿足躍遷條件：以下的占有電子能級(jí)金屬不透明，厚的金箔幾乎可吸收全部入射光子滿態(tài)空態(tài)發(fā)射光子反射光：光激發(fā)的電子的躍遷輻射光大多數(shù)金屬的反射系數(shù)：入射光中僅一小部分在金屬表面層內(nèi)以熱的形式損耗掉金屬的顏色：不是由吸收光的波長決定、而是由反射光的波長決定日光照射下大多金屬呈現(xiàn)銀灰色有色金屬：反射光中該顏色波長的可見光成分多三、非金屬的光學(xué)性質(zhì)1、折射對(duì)可見光可能透明或不透明；存在反射、折射、吸收、散射折射：光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)方向改變的現(xiàn)象折射率：光在介質(zhì)中的傳播速度與光波波長有關(guān)：棱鏡的色散介質(zhì)中的光速度：組成原子或離子越大，電子極化愈高、折射率越大大多數(shù)非金屬測折射率相對(duì)介電常數(shù)：光電場（高頻）下:介質(zhì)極化由電子位移極化決定，離子極化、偶極取向極化幾乎不起作用介質(zhì)的介電性、光速在介質(zhì)中的減小主要由電子位移極化引起介質(zhì)折射率與組成原子或離子的大小有關(guān)：普通玻璃：摻Ba或Pb離子玻璃:材料結(jié)構(gòu)的各相異性導(dǎo)致光學(xué)性質(zhì)的各相異性，立方晶體各向同性反射率：反射強(qiáng)度與入射強(qiáng)度之比2、反射光從一種介質(zhì)入射到折射率不同的另一種介質(zhì)時(shí)，兩介質(zhì)的界面上產(chǎn)生反射反射定律、能量守恒定律垂直入射、反射率真空或空氣：反射率與波長有關(guān)折射率與波長有關(guān)3、吸收（1）電子位移極化對(duì)所有材料都存在、只有在色散區(qū)非金屬材料光吸收三種機(jī)理：才有顯著的吸收—共振吸收

高分子聚合物材料一、聚合物的分子結(jié)構(gòu)與分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（一）高分子（二）聚合物的合成（三）聚合物分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)1、鏈接方式2、支鏈和交聯(lián)3、高分子鏈的立體構(gòu)型3、高分子的立體構(gòu)型因排列不同、形成不同的構(gòu)型：旋光異構(gòu)體和幾何異構(gòu)體立體構(gòu)型:

高分子中的原子或基團(tuán)在空間的排列（1）旋光異構(gòu)體對(duì)映異構(gòu)原子在空間排列、形成的兩種異構(gòu)體互為實(shí)物和鏡象左、右手關(guān)系、但不能重迭COOHC*CH3HOHCOOHC*CH3OHH乳酸分子的旋光異構(gòu)不同點(diǎn)：一種使偏振光左旋；另一種使偏振光右旋旋光異構(gòu)？兩種對(duì)映異構(gòu)體的物理和化學(xué)性能基本相同左旋體（L構(gòu)型）右旋體（D構(gòu)型）不對(duì)稱碳原子或手性碳原子：與4個(gè)不相同的原子或基團(tuán)相連的碳原子COOHC*CH3HOH手性碳原子由旋光異構(gòu)性結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的高分子，存在三種構(gòu)型：CRHCHHCRHCHHCRHCHHCRHCHHCRHCRHCHHCRHCHHCRHCHHCRHCHHCRHCRHCHHCRHCHHCRHCHHCRHCHHCRH①全同立構(gòu)②間同立構(gòu)③無規(guī)立構(gòu)分子鏈全部由一種旋光異構(gòu)單元組成：分子鏈被拉直時(shí)所有的取代基都位于主鏈的同一側(cè)分子鏈由兩種旋光異構(gòu)單元交替構(gòu)成：取代基交替出現(xiàn)在主鏈平面的兩側(cè)兩種旋光異構(gòu)單元無規(guī)地鏈接：取代基無規(guī)地分布在主鏈平面的兩側(cè)（2）幾何異構(gòu)烯烴中的雙鍵不能自由旋轉(zhuǎn)，當(dāng)雙鍵上兩個(gè)碳原子分別連有兩個(gè)不同的原子或基團(tuán)時(shí)，原子或基團(tuán)在空間不同的排列方式產(chǎn)生兩種異構(gòu)體：順反異構(gòu)烯烴具有的一種異構(gòu)現(xiàn)象CC=HHCH3CH3CC=HHCH3CH3例：2—丁烯的順、反異構(gòu)：順式反式順式：相同原子或基團(tuán)處于雙鍵同側(cè)；反式：處于雙鍵兩側(cè)例：聚丁二烯（1、4）:丁二烯單體1、4加聚形成雙丁烯1、4分子：聚丁二烯（1、4）構(gòu)型：全順式、全反式、順反兼有式CC=HHCH2CH2CC=HHCH2CH2全順式CC=HHCH2CH2CH2CC=HHCH2兩種表示法等價(jià)完全規(guī)整困難有規(guī)立構(gòu)的百分比、幾何異構(gòu)：全順、全反，規(guī)整度：旋光異構(gòu)：全同、間同表征高分子立構(gòu)的規(guī)整程度高分子鏈的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的空間立構(gòu)規(guī)整有規(guī)立構(gòu)高分子：CC=HHCH2CH2CC=HHCH2CH2全反式規(guī)整度對(duì)聚合物的結(jié)晶能力影響大4、共聚物的鏈結(jié)構(gòu)共聚物：兩種或兩種以上單體的聚合物例：丁苯橡膠：丁二烯和苯乙烯的二元共聚物ABS塑料：丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三元聚合物氟化乙丙烯共聚物(FEP)：四氟乙烯和六氟丙烯的二元共聚物四氟乙烯(TFE)六氟丙烯(HFP)二元共聚物可形成四類基本的共聚物：無規(guī)交替嵌段接枝聚合條件和單體比例的不同共聚對(duì)聚合物性能影響顯著第二種單體的引入，改變了結(jié)構(gòu)單元間及分子間的相互作用、共聚物的性能可能與均聚物有很大差別聚乙烯聚丙烯塑料二元共聚物橡膠性能差別較大的兩種單體的接枝共聚物和嵌段共聚物：往往是非均相體系，各相基本保持單體均聚物的特點(diǎn)，整個(gè)體系可能具有良好的綜合性能一、聚合物的分子結(jié)構(gòu)與分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（一）高分子（二）聚合物的合成（三）聚合物分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)（四）聚合物分子大小與形狀（四）聚合物分子大小與形狀1、聚合物分子量結(jié)構(gòu)單元高分子不意味所有高分子的聚合度相同聚合物中的高分子是一系列分子量不同的高分子，聚合物分子的分子量是分散的聚合物分子量的表征：（1）分子量的分布；（2）平均分子量聚合物的總質(zhì)量：；聚合物的總分子數(shù)：；分子量的分質(zhì)量：分子量的分子數(shù):分子量的分布質(zhì)量分布：數(shù)量分布：兩種表示法平均分子量聚合物的數(shù)量平均分子量：聚合物的質(zhì)量平均分子量：分子量：2、高分子的形狀（1）形狀：通常細(xì)長鏈狀，直徑：幾?、長度：

?分子鏈的始、末端間的距離遠(yuǎn)小于分子鏈的長度：未受力拉伸時(shí)，如纖細(xì)的鋼絲、易卷曲成團(tuán)（2）高分子柔性的根源高分子中的化學(xué)鍵：單鍵和雙鍵單鍵：雙鍵：

鍵

鍵和鍵

鍵:Sp雜化軌道S態(tài)：1個(gè)軌道P態(tài)：3個(gè)軌道Sp雜化（sp3,sp2,sp）軌道間形成的對(duì)頭鍵鍵：鍵未與S雜化的P軌道間形成的鍵如：C—C,C—O,C—N等特點(diǎn)：電子云分布軸對(duì)稱、相連的原子或基團(tuán)間可繞鍵軸相對(duì)旋轉(zhuǎn)烷烴中的碳與碳間鍵單鍵可旋轉(zhuǎn)分別沿x,y,z方向鍵特點(diǎn)：

不可旋轉(zhuǎn)炔烴的三鍵：1個(gè)鍵、2個(gè)鍵雙鍵不可旋轉(zhuǎn)柔性高分子的主鏈主要由單鍵構(gòu)成C1C2C3C4C5C6高分子主鏈：N個(gè)C—C構(gòu)成主鏈C—C鍵的鍵角：相對(duì)可處的位置：頂角為的圓錐面鍵軸在錐面上的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)位置數(shù)：（取決于非鍵合原子間的作用）分子的熱運(yùn)動(dòng)引起高分子鏈的構(gòu)象不停變化主鏈由N個(gè)單鍵組成的高分子可能呈現(xiàn)的幾何構(gòu)象:N:非常大更大分子鏈呈直鋸齒狀構(gòu)象的幾率：高分子柔性、易彎曲（3）高分子柔性與結(jié)構(gòu)的關(guān)系①主鏈結(jié)構(gòu)A、主鏈完全由C—C單鍵組成的高分子、柔性較大聚乙烯:聚丙烯：(PP)(PE)B、雙鍵不能旋轉(zhuǎn)，與雙鍵相鄰的單鍵更易旋轉(zhuǎn)，具有的柔性聚丁二烯：聚異戊丁二烯：C、主鏈有共軛雙鍵或苯環(huán)，分子的剛性較大；若整個(gè)高分子鏈?zhǔn)且粋€(gè)大共軛雙鍵、分子鏈猶鋼棒苯環(huán)苯環(huán)上下形成環(huán)狀共軛共軛雙鍵不是局域在一個(gè)位置如、聚乙炔：聚對(duì)苯：雙鍵并非局域在這些位置、而是在整個(gè)分子鏈上形成共軛D、雜鏈分子中C—O、C—N單鏈及元素高分子中Si—O單鏈，比C—C單鍵更易旋轉(zhuǎn)聚酯：聚酰胺：聚二甲基硅氧烷：良好的柔性②取代基的影響取代基：極性取代基和非極性取代基

極性取代基的引入：使分子內(nèi)及分子間的相互作用增加、剛性增強(qiáng)；取代基極性越強(qiáng)、密度越高，分子鏈的柔性越差聚乙烯（PE）聚丙烯（PP）聚氯乙烯（PVC）聚丙烯腈取代基極性增加柔性減?。?）高分子柔性與結(jié)構(gòu)的關(guān)系①主鏈結(jié)構(gòu)聚偏氯乙烯柔性較好：對(duì)稱分布的極性取代基高分子的柔性比非對(duì)稱分布的極性取代基高聚氯乙烯聚偏氯乙烯非極性取代基的引入：一方面：增大主鏈單鍵旋轉(zhuǎn)的空間位阻、使高分子柔性下降另一方面：有利高分子材料柔性的提高兩種競爭效應(yīng)增加分子鏈間的距離、削弱聚合物中分子間的相互作用、取代基本身剛性較大：體積增大、柔性減小聚乙烯（PE）聚丙烯（PP）聚苯乙烯聚乙烯基咔唑柔性減小取代基具有柔性：隨其長度增加、分子的柔性增加柔性增大③氫鍵的影響②取代基的影響（3）高分子柔性與結(jié)構(gòu)的關(guān)系①主鏈結(jié)構(gòu)

纖維素：H鍵的作用呈剛性高分子內(nèi)或分子間形成的H鍵，會(huì)使分子鏈或形成的聚合物剛性提高OHOCH2OHOOHOHOCH2HOOHOOHOCH2OHOOHO④交鏈高分子鏈間存在化學(xué)交聯(lián)時(shí)，交聯(lián)點(diǎn)附近單鍵的旋轉(zhuǎn)受阻、高分子聚合物的剛性上升；交聯(lián)密度的增加、剛性迅速增大橡膠未硫化前柔性好、硫化后剛性增加

高分子壓電材料（一）聚偏氟乙烯（Poly(vinylideneFluoride),PVDForPVF2）1944年：美國杜邦公司研制1960年：美國龐沃特（Pennwalt）公司首先實(shí)現(xiàn)商品化和PTFE相比，PVDF更類似于乙烯—四氟乙烯共聚物E—TFE

和乙烯三氟氯乙烯共聚物E—CTFE綜合特性：良好的機(jī)械強(qiáng)度、韌性、耐磨性和抗蠕變能力，長期使用溫度－40℃～150℃，突出的抗輻照、抗腐蝕及耐氣候能力化學(xué)惰性、介電性能及高溫性能比PTFE和FEP差加工成型工藝：利用通常的熱塑工藝應(yīng)用：電子、電氣工業(yè)中的電線包皮、印刷電路板、電容器介質(zhì)、各種換能器（傳感器）的芯片、兵器工業(yè)中的壓電引信、推進(jìn)劑和燃料密封裝置等1、PVDF的晶相偏氟乙烯單體的聚合物：聚合度：，分子量：25～100萬透明或半透明性的半晶態(tài)聚合物：結(jié)晶度：50～70%晶相由層晶（片晶）組成：晶片厚：，晶片長：層晶被鑲嵌在非晶相內(nèi)、非晶相具有過冷液體性質(zhì)，玻璃相變溫度：室溫下是高彈性態(tài)、具有相當(dāng)?shù)牟Ａ郟VDF的五種晶型：晶型Ⅳ（Ⅱp,型）、晶型（型）晶型Ⅰ（型）、晶型Ⅱ（型）、晶型Ⅲ（型）、F原子C原子H原子忽略PVDF的四種主要晶型投影到垂直于分子軸平面上的示意圖分子具有全反式構(gòu)象(all-trans,tt)、平面鋸齒形結(jié)構(gòu)晶型晶胞中分子偶極子同向排列、形成非中心對(duì)稱體，具有沿b軸方向的自發(fā)偶極矩全反式構(gòu)象：分子中相繼的CF2的2自發(fā)偶極矩方向可被外電場轉(zhuǎn)向，具有鐵電性、是鐵電性最強(qiáng)的一種晶型個(gè)F原子位于b軸的兩側(cè)晶型C原子H原子忽略F原子由熔融聚合物冷卻形成，室溫下是PVDF的最穩(wěn)定相分子構(gòu)象近似是反式—偏轉(zhuǎn)—反式—偏轉(zhuǎn)反式—偏轉(zhuǎn)：鏈節(jié)相對(duì)偏轉(zhuǎn)了單元胞中分子鏈的排列中心對(duì)稱、導(dǎo)致彼此間的極性相互抵消、對(duì)外不顯極性C原子F原子H原子忽略仍是極性分子晶體的反式構(gòu)象晶型

型單元晶胞中的一個(gè)碳鏈繞其軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°而得，形成非中心對(duì)稱的單元胞，具有自發(fā)極化和鐵電性了解甚少、也是一種非中心對(duì)稱的具有自發(fā)極化的鐵電性晶型F原子C原子H原子忽略晶型分子具有構(gòu)象，類似型、含tt構(gòu)象分子鏈以非中心對(duì)稱立構(gòu)彼此平行地排列，具有自發(fā)極化和鐵電性晶型2、PVDF的晶型間的轉(zhuǎn)變及PVDF的極化（1）晶型間的轉(zhuǎn)變各晶型間可通過拉伸、退火、極化等處理實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化晶型室溫下最穩(wěn)定、PVDF商品膜通常都是型I()型拉伸高溫退火III()型溶液熔體緩冷高壓淬火II()型在丙酮內(nèi)鑄塑IIP型極化極化拉伸退火高溫退火DMA澆注六甲基磷酸三酰胺澆注PVDF各晶型間相互轉(zhuǎn)化示意圖型拉伸、退火可轉(zhuǎn)化為型；控制熔體的冷卻或成型條件等直接生產(chǎn)出型等型極化、轉(zhuǎn)化為型；（2）PVDF的極化型薄膜極化前的處理為使商品膜具有強(qiáng)壓電性，首先應(yīng)將其由型轉(zhuǎn)化為鐵電性最強(qiáng)的型傳統(tǒng)的工藝：

膜在60～65℃下沿單軸拉伸到原長的3～5倍，樣品在120℃下夾住退火、釋放內(nèi)應(yīng)力樣品的極化目的：使型膜中各電疇的自發(fā)極化方向沿電場方向取向一致，使非晶相中的極性分子的偶極矩沿電場取向極化方法：A、熱極化型樣品雙面鍍電極，極化溫度：90～110℃下，極化場強(qiáng)：50～80MV/m，強(qiáng)電場持續(xù)作用時(shí)間：～1小時(shí)電暈充電使電荷沉積于樣品內(nèi)，空間電荷的自身電場使樣品內(nèi)的在一定溫度下已松動(dòng)的偶極子沿自身場方向排列，從而實(shí)現(xiàn)極化極化過程中松動(dòng)的偶極子沿電場方向取向，維持電場下冷卻試樣到室溫，取向偶極子“凍結(jié)”，實(shí)現(xiàn)永久極化B、電暈極化3、PVDF的基本性能PVDF的最大極化強(qiáng)度可達(dá)：拉伸、極化后的幾種高分子聚合物中PVDF具有最大壓電應(yīng)變常數(shù)尼龍-11聚偏氟乙烯聚氟乙烯聚氯乙烯聚合物聚合物聚丙烯腈聚碳酸酯d31/C.N-1d31/C.N-1室溫下高分子駐極體的壓電常數(shù)二、高分子壓電材料（一）聚偏氟乙烯（Poly(vinylideneFluoride),PVDForPVF2）1、PVDF的晶相2、PVDF的晶型間的轉(zhuǎn)變及PVDF的極化K%材料名稱PVDF鋯鈦酸鉛鈦酸鋇硫酸三甘肽密度介電常數(shù)壓電常數(shù)10-12C/N10-3Vm/N熱釋電系數(shù)10–9C/cm2kg/cm3d31g31P耦合系數(shù)PVDF和無機(jī)壓電材料性能比較PVDF壓電應(yīng)變常數(shù)和熱釋電常數(shù)較小介電常數(shù)也較小很高的壓電電壓常數(shù)密度：為無機(jī)材料的1/4、彈性柔順系數(shù)：比陶瓷大30倍較大的機(jī)電耦合系數(shù)柔韌性、耐沖擊、易加工、可彎曲、低成本等與壓電陶瓷材料形成鮮明的對(duì)比可制作超大面積換能器4、PVDF的壓電和熱釋電的根源不僅引起鐵電疇及偶極分子的取向，同時(shí)還引起電荷的注入及材料內(nèi)原有空間電荷的分離、極化，注入的電荷及體內(nèi)原有空間電荷、在非晶相中運(yùn)動(dòng)并被陷阱俘獲在片晶表面上具有鐵電疇、具有偶極分子PVDF具有壓電效應(yīng)的結(jié)構(gòu)根源：晶區(qū)與非晶區(qū)的介電常數(shù)對(duì)應(yīng)變具有不同的依賴關(guān)系因彈性常數(shù)不同、晶區(qū)與非晶區(qū)的應(yīng)變不同晶區(qū)與非晶區(qū)—具有不同的力學(xué)性能（彈性）和介電性能PVDF具有壓電效應(yīng)的電性根源：極化過程：具有與水相匹配的低聲阻抗、特別適用于水下?lián)Q能器的應(yīng)用缺點(diǎn)：電穩(wěn)定性較差、使用溫度較低：壓電應(yīng)變常數(shù)與熱釋電常數(shù)的比值：應(yīng)力作用于極化了的PVDF時(shí)、引起其極化狀態(tài)的變化、從而產(chǎn)生壓電效應(yīng)PVDF的熱釋電性與壓電性具有相同的根源熱釋電性：由溫度變化引起壓電性：由應(yīng)變引起5、PVDF的鐵電性晶型轉(zhuǎn)型后的PVDF中有鐵電疇，在緩慢性變化的交變電場作用下存在電滯現(xiàn)象4080120-40-80-120Em

較小時(shí)：極化隨E的變化的相應(yīng)滯后很小、響應(yīng)準(zhǔn)線性Em增加：電滯回線隨之增大剩余極化幾乎與飽和極化相等紅外報(bào)警、火警傳感器、入侵探測、人流監(jiān)測系統(tǒng)的芯片、熱敏開關(guān)等6、PVDF的應(yīng)用最重要的有：壓電換能器、熱釋電和非線性光學(xué)器件主要應(yīng)用分為：①聲頻換能器：如話筒、電話、耳機(jī)、揚(yáng)聲器等②超聲水下?lián)Q能器：超聲發(fā)送器和接收器、脈沖形狀儀、體波換能器、血液粒子檢測、血栓沉積檢測、水下聲攝象、無損探傷等③機(jī)、電換能器件：電話、打字機(jī)、計(jì)算機(jī)的鍵盤、壓力分布傳感器等④熱釋電的光學(xué)器件：（二）偏氟乙烯與三氟乙烯共聚物(CopolymerofVinylideneFluorideTrifluoroethylene)P(VDF/TrFE)1、結(jié)構(gòu)及其相關(guān)性質(zhì)所有聚合物中、共聚物P(VDF/TrFE)具有最大的熱釋電系數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)及明顯的居里溫度1979年日本的八木(yagi)首次報(bào)道：P(VDF/TrFE)受到材料科學(xué)、高分子化學(xué)和傳感器工程界的廣泛關(guān)注P(VDF/TrFE)的形成：偏氟乙烯單體和三氟乙烯單體的共聚共聚物P(VDF/TrFE)中的F原子較PVDF中多：鐵電性、熱釋電性及壓電性隨兩種單體的不同配比而有所變化F原子的增多阻礙了相的形成、可直接形成類似于型PVDF的平面鋸齒形構(gòu)象、使原膜（商品膜）表現(xiàn)出鐵電性結(jié)構(gòu)分析結(jié)果：

P(VDF/TrFE)主要由三種晶相組成①呈全反構(gòu)象的鐵電相（類似于PVDF的相）②無序反式分子構(gòu)象③具有結(jié)構(gòu)、形成與PVDF的和相相關(guān)的順電和鐵電相VDF和TrFE的摩爾含量比及結(jié)晶條件決定P(VDF/TrFE)中各晶相的含量：VDF的摩爾含量：時(shí)，呈現(xiàn)明顯的鐵電效應(yīng)、具有強(qiáng)壓電性、機(jī)電耦合子數(shù)達(dá)0.3實(shí)驗(yàn)指出：居里溫度以上的退火是提高機(jī)電耦合子數(shù)的最有效工藝途徑，在退火過程中共聚物的結(jié)晶度激烈增加VDF與四氟乙烯（ETE）或三氟氯乙烯（CTFE）單體也可共聚、直接形成含有相結(jié)構(gòu)的鐵電性共聚物VDF的其它共聚物：這些共聚物除原膜就有鐵電性和表現(xiàn)出明顯的居里溫度外，其它物化性質(zhì)與PVDF大體相似主要晶型習(xí)性與型PVDF存在許多差別：存在雙重電滯回線、在居里點(diǎn)附近明顯的壓電效應(yīng)等2、P(VDF/TrFE)的幾點(diǎn)重要性質(zhì)①開關(guān)特性時(shí)間（秒）對(duì)數(shù)摩爾比為65/35時(shí)：共聚物在階躍電場作用下電位移隨時(shí)間急劇上升、表現(xiàn)出開關(guān)特性場強(qiáng)越強(qiáng)、電位量的上升時(shí)間（開關(guān)時(shí)間）越短②鐵電相與順電相的轉(zhuǎn)變溫度（居里溫度)可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換溫度低于熔點(diǎn)溫度、改變的摩爾比可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換溫度VDF/TrFE摩爾比為60/40：居里溫度：90℃；摩爾比為70/30時(shí)：除90℃附近存在鐵電相與順電相的轉(zhuǎn)變外，另一低溫附近還存在兩鐵電相的轉(zhuǎn)變；摩爾比為50/50時(shí)：鐵電相與順電相的轉(zhuǎn)變溫度為60℃③非線性特性在垂直于分子鏈方向上施力時(shí)，共聚物表現(xiàn)出非線性特征應(yīng)用：在紅外探測和超聲傳感器的研制方面顯示重要的應(yīng)用前景良好的動(dòng)態(tài)熱電響應(yīng)及柔韌性（大面積薄膜），可制成寬溫區(qū)、高性能的單元或多元熱釋電器件；聲阻抗與水、人體非常接近，可制成具有寬響應(yīng)頻率的超聲換能器（三）其它高分子壓電材料1、偏氰乙烯和醋酸乙烯酯的非晶態(tài)共聚物P(VDCN/VAC)（VinylideneCyanide,VDCN）（Vinylacetate,VAC）偏氰乙烯(VDCN)分子式：醋酸乙烯酯(VAC)分子式：P(VDCN/VAC)的化學(xué)結(jié)構(gòu)：1980年：Miyata等首次報(bào)道有良好透明度的非晶態(tài)鐵電性共聚物①具有良好的熱穩(wěn)定性、但在潮濕環(huán)境中易降解，特點(diǎn)：具有高的玻璃相變溫度：170～180℃氰基乙烯CH2CHCN丙烯腈具有良好應(yīng)用前景的新型有機(jī)電介質(zhì)功能材料、可作為超聲探傷檢測器的芯片用材②基團(tuán)的偶極矩大，呈現(xiàn)與PVDF相媲美的壓電性③在玻璃相變溫度以上的介電弛豫強(qiáng)度異常高：使它具有良好的開關(guān)特性光頻相對(duì)電容率靜態(tài)相對(duì)電容率應(yīng)用：2、聚偏氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的復(fù)合物（PVDF/PMMA）聚甲基丙烯酸甲酯結(jié)構(gòu)式：甲基丙烯酸甲酯分子式：（PVDF）（PMMA）將一比例的PVDF和PMMA溶于二甲基氯仿中后成膜170℃下拉伸4倍、形成和的共混型在成膜時(shí)加入一定量的摻雜劑，會(huì)導(dǎo)致復(fù)合物熱釋電系數(shù)的明顯上升：摻雜劑的濃度為0.4w%時(shí)，熱釋電系數(shù)最大PVDF和PMMA的配比變化影響其鐵電性:PMMA的含量為4～5%時(shí)：鐵電性好PMMA的配比提高到7～10%：介電損耗銳增復(fù)合物的鐵電性由其中的PVDF晶相決定、非晶相的PMMA影響復(fù)合物的介電性能極性的PMMA可因PVDF內(nèi)的偶極矩的感應(yīng)而取向排列，從而影響復(fù)合體的壓電性能復(fù)合物的制備方法：3、聚脲(Polyurea)1990年：Fukada（深田）首次報(bào)道芳香族聚脲和脂肪族聚脲具有壓電性聚脲7的化學(xué)結(jié)構(gòu)：壓電性起因于取向的脲鍵：具有強(qiáng)偶極矩制備方法：二異氰酸酯和二元胺單體經(jīng)真空蒸發(fā)、加成聚合而成可制成各種形狀、任意面積、一定厚度的單層或多層交替膜聚脲膜特性：具有良好的壓電性和柔性，尤其具有優(yōu)異的熱釋電性和寬溫區(qū)性能（p在－150～200℃內(nèi)保持穩(wěn)定）室溫、10Hz下測得參量：極化強(qiáng)度：壓電應(yīng)變常數(shù)：彈性常數(shù)：熱釋電系數(shù)：介電常數(shù)：介電損耗：綜合了聚合物的優(yōu)異力學(xué)性能和鐵電陶瓷的良好的溫度特性，是一種有潛在應(yīng)用前景的重要新型有機(jī)壓電材料4、奇數(shù)尼龍1981年：Newman等首次報(bào)道經(jīng)70～90℃下極化的尼龍11具有壓電性奇數(shù)尼龍的構(gòu)成：鏈段由偶數(shù)個(gè)亞甲基及一個(gè)酰胺基團(tuán)構(gòu)成尼龍7：尼龍7：酰胺基團(tuán)：具有強(qiáng)偶極矩，酰胺基團(tuán)的取向排列隨著亞甲基數(shù)目的減少、聚合物中偶極子密度增加、尼龍的剩余極化增強(qiáng)產(chǎn)生垂直于分子鏈方向的強(qiáng)電偶極矩如、尼龍11的剩余極化：尼龍5：分子鏈間氫鍵數(shù)目的增加引起尼龍熔點(diǎn)增高：尼龍11的熔點(diǎn)：180℃尼龍5的熔點(diǎn)：250℃奇數(shù)尼龍適于在高溫（～200℃）下的壓電應(yīng)用室溫下極化的奇數(shù)尼龍呈現(xiàn)較弱的壓電性；在Tg(70℃)以上極化，壓電系數(shù)增加至可與PVDF相比，加熱至熔點(diǎn)、壓電性不衰減（四）復(fù)合材料壓電陶瓷：壓電、熱釋電系數(shù)極高，質(zhì)脆易碎、加工難、成本高有機(jī)聚合物：質(zhì)輕、柔韌性、易加工、成本低二者的結(jié)合能揚(yáng)長避短、成為一種既具有優(yōu)異的鐵電性又具有柔韌性的復(fù)合材料1、硫酸三甘肽和聚偏氟乙烯復(fù)合材料TGSPVDF（TGS/PVDF）克服了TGS低劣的機(jī)械性能和高成本,使共混膜具有優(yōu)異的綜合性能，該共混膜已用來制作紅外傳感器TGS:

具有高熱釋電系數(shù)、是重要的紅外探測器的芯片材料TGS：PVDF共混膜:2、鋯鈦酸鉛（PZT）和聚偏氟乙烯（PVDF）復(fù)合材料該共混膜的極化強(qiáng)度隨極化溫度的提高而增加，極化溫度越高，極化效果越好PZT/PVDF復(fù)合材料：壓電應(yīng)變常數(shù)和介電常數(shù)比PZT低，壓電電壓常數(shù)(g)大幅度提高，重要的是使復(fù)合膜具有柔韌性可制成具有優(yōu)異熱釋電性能的、可彎曲的、大面積紅外傳感膜3、鈦酸鋇和PVDF復(fù)合材料BaTiO3（10～90%）精細(xì)粉末加入，導(dǎo)致PVDF中的晶相減少、相和相明顯增加，PVDF本身的的熱釋電性加強(qiáng)紅外譜分析結(jié)果表明：復(fù)合材料的矯頑電場比PVDF下降了2～3倍復(fù)合體中BaTiO3含量為30%時(shí)，改性最明顯PVDFBaTiO3PZTPZT:PVDFBaTiO3:PVDF材料介電常數(shù)拉伸未拉伸壓電常數(shù)10-12C/N10-3Vm/Nd31g31極化溫度極化電場剩余極化10-6C/cm2E0kV/cmTc

oCPr

PVDF和BaTiO3,PZT及其復(fù)合材料的鐵電和壓電特性參數(shù)復(fù)合膜具有PVDF的可彎曲等力學(xué)特性、且呈現(xiàn)高介電和壓電常數(shù)，在駐極體傳感器領(lǐng)域成為具有實(shí)用價(jià)值的新型功能材料壓電陶瓷PCM具有極高的介電常數(shù)和壓電常數(shù):（但質(zhì)脆易碎）PVDF的100倍壓電應(yīng)變常數(shù):PVDF的40～50倍四、共混物

功能材料第一節(jié)絕緣陶瓷（材料）主要兩個(gè)使用方面：屬于一般電介質(zhì)材料在電力工程上：電絕緣、絕緣支撐件（如絕緣子）要求不僅電絕緣性好、導(dǎo)熱性或傳熱性也好在微電子領(lǐng)域：電路極板和電子元器件的封裝或一般電容器中的介質(zhì)功能電介質(zhì)在電子工程、機(jī)電轉(zhuǎn)換、光學(xué)、紅外探測等中發(fā)揮獨(dú)特的作用特殊性質(zhì)：強(qiáng)介電性、壓電性、鐵電性或熱釋電性等具有特殊性質(zhì)的陶瓷電介質(zhì)材料：真正意義上的功能電介質(zhì)將要學(xué)習(xí)的陶瓷材料在具體介紹這些材料之前，為了使大家一開始就對(duì)它們的區(qū)別與聯(lián)系有清醒的認(rèn)識(shí)，我們首先來回顧和補(bǔ)充材料的介電、鐵電、壓電性，然后再介紹材料的熱釋電性，最后給出它們的區(qū)別與聯(lián)系第二節(jié)介電、鐵電、壓電、熱釋電性概述第二節(jié)介電、鐵電、壓電、熱釋電性概述一、材料的介電性回顧材料在電場作用下表現(xiàn)出的對(duì)靜電能的儲(chǔ)存和損耗的性質(zhì)平行板電容器電場的能量：(1)材料具有的部分（或全部）隔斷電場的性質(zhì)平行板電容器中場強(qiáng)：真空：電介質(zhì)：(2)什么是材料的介電性？金屬在外電場中達(dá)到靜電平衡時(shí)，其內(nèi)部場強(qiáng)為零－完全阻斷電場金屬的介電性最強(qiáng)：金屬的介電性是來源于自由電子在電場作用下的位移或極化所引起的屏蔽效應(yīng)基本上不涉及束縛電荷，不把金屬的介電性列入電介質(zhì)物理研究的范疇電介質(zhì)：絕緣材料極化后只能部分減弱其內(nèi)的電場正負(fù)電荷在電場作用下的分極電介質(zhì)介電性或極化的本質(zhì)？電介質(zhì)極化幾種機(jī)制：偶極分子的取向極化（1）分子極化：電子位移極化、離子位移極化、（2）電子或離子弛豫極化（3）空間電荷極化電子位移極化：所有由分子或原子組成的物質(zhì)離子位移極化：由離子鍵結(jié)合的物質(zhì)偶極分子的取向極化：有極分子電介質(zhì)電子或離子弛豫極化：內(nèi)部含有弱束縛的電子或離子的電介質(zhì)空間電荷極化：內(nèi)部含有過剩電荷的電介質(zhì)各種極化機(jī)制的對(duì)象？明確點(diǎn)：（1）極化是過程、需要時(shí)間、需克服阻力（耗能）（2）不同機(jī)制極化的極化建立時(shí)間不同介質(zhì)頻散(色散)和介質(zhì)損耗二、材料鐵電性回顧與補(bǔ)充具有很強(qiáng)電偶極矩的小區(qū)，小區(qū)內(nèi)各晶胞的具有固有電偶極矩、且方向相同各電疇電偶極矩取向不同、任意體積元內(nèi)的所有電疇電矩的矢量和為零即使是鐵電晶體材料通常也不是單電疇晶體鐵電陶瓷：鐵電晶粒及非晶相組成未受電極化時(shí)更不可能具有電性1、回顧電疇是什么－由什么組成鐵電性的根源是材料中含有電疇？？未受電極化的鐵電材料為什么不顯電性？鐵電材料（鐵電疇）的重要特征：外電場中的疇轉(zhuǎn)向－趨向于外電場的方向疇壁移動(dòng)、轉(zhuǎn)向、新疇的形成的過程，需要時(shí)間、需要克服內(nèi)摩擦電滯現(xiàn)象（1）單電疇鐵電晶體為什么不容易形成？2、補(bǔ)充說明單電疇晶體晶體兩端面有正負(fù)束縛電荷單電疇晶體儲(chǔ)有靜電能是高能、不穩(wěn)定態(tài)晶體生長受機(jī)械約束、整個(gè)單晶體分成多個(gè)電偶極矩方向不同的小區(qū)域—電疇（2）鐵電晶體的電疇類型－相鄰電疇電偶極矩間的夾角絕大部分鐵電晶體屬鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)CaTiO3不同的溫度范圍內(nèi)有不同的晶相四方晶系：結(jié)構(gòu)畸變沿在一個(gè)軸向發(fā)生（c軸伸長或縮短）正交晶系：畸變沿兩個(gè)軸向發(fā)生斜方或三方：畸變沿體對(duì)角線[111]方向發(fā)生畸變使一些鈣鈦礦晶體的晶胞的正、負(fù)電荷中心不重合、具有偶極矩不同化合物的轉(zhuǎn)變溫度往往是不同的溫度：高低晶相：立方四方或正交斜方或三方相鄰電疇極化方向可能相差90℃或180℃90°疇、180°疇電疇壁電疇壁相應(yīng)的疇壁：90°疇壁、180°疇壁鐵電晶體的電疇類型自發(fā)極化方向可沿三個(gè)相互垂直晶軸的正、負(fù)方向四方晶相和正交晶相鐵電晶體：斜方晶系：自發(fā)極化方向沿原立方相的面對(duì)角線除90°疇和180°疇外，還可能存在60°疇和120°疇三方晶系：自發(fā)極化沿原立方體的體對(duì)角方向除180°疇外，還可能存在60°疇和120°疇或71°疇和109°疇典型鈦礦型鐵電晶體BaTiO3的幾種晶相：T＞120℃立方晶系不存在自發(fā)極化無鐵電性0℃～120℃四方晶系自發(fā)極化沿原立方相的C軸T＜－90℃三方晶系自發(fā)極化沿原立方體的體對(duì)角方向－90℃～0℃斜方晶系自發(fā)極化沿原立方相的面對(duì)角線T＞1460℃、由立方晶系轉(zhuǎn)為六方非鐵電相晶系側(cè)視圖立體圖四方鐵電相由鐵電疇組成、是離子或含離子基團(tuán)的分子組成的無對(duì)稱中心體系鐵電晶體：三、材料壓電性回顧一個(gè)古老而又充滿活力的課題1880：Piere.CurieandJacques.Curie發(fā)現(xiàn)壓電今天：電介質(zhì)領(lǐng)域最熱門的研究課題電介質(zhì)物理會(huì)議功能材料會(huì)議壓電效應(yīng)？負(fù)或逆壓電效應(yīng)或電致伸縮正壓電效應(yīng)是否所有東西都能壓出電？只有壓電體壓電性的本質(zhì)：具有壓電性的條件－壓電體是什么？（2）結(jié)構(gòu)上：無對(duì)稱中心（必要條件）（1）組成上：有離子或離子團(tuán)（必要條件）充分必要作用力材料應(yīng)變（離子間相對(duì)位置改變）使原來重合正負(fù)離子中心變?yōu)椴辉僦睾?、產(chǎn)生電偶極矩或改變了原來正負(fù)離子中心不重合的狀態(tài)、產(chǎn)生附加電偶極矩必須是無對(duì)稱中心的離子晶體或含離子團(tuán)的分子晶體壓電晶體不僅是無對(duì)稱中心的離子晶體或含離子團(tuán)的分子晶體，由鐵電疇組成鐵電晶體：（2）非鐵電性壓電晶體、壓電性較弱（1）鐵電晶體必是強(qiáng)壓電晶體；但壓電晶體未必具有鐵電性－未必是鐵電晶體總結(jié)非鐵電性壓電晶粒組成的陶瓷有無壓電性？無壓電性、晶粒取向混亂壓電陶瓷是什么？鐵電性、由鐵電晶粒及非晶相的組成極化、電疇取向強(qiáng)壓電性四、熱釋電效應(yīng)及熱釋電材料具有自發(fā)極化的材料：（1）極化后鐵電晶體與鐵電陶瓷極化后各電疇沿電場取向、具有自發(fā)極化（2）另一類晶體－被稱為熱釋電晶體只能沿唯一的方向產(chǎn)生自發(fā)極化－又被稱為單軸鐵電體具有自發(fā)極化、電場不能改變其自發(fā)極化的方向與自發(fā)極化方向垂直的材料兩個(gè)端面上存在束縛電荷自發(fā)極化溫度變化引起材料自發(fā)極化變化.自發(fā)極化溫度升高自發(fā)極化減小熱釋電效應(yīng)的定義（1）材料中自發(fā)極化強(qiáng)度隨溫度的變化而變化的效應(yīng).（2）溫度變化引起材料中自發(fā)極化改變、表面產(chǎn)生凈電荷的現(xiàn)象（3）材料中自發(fā)極化隨溫度變化而釋放表面吸附的部分電荷自發(fā)極化溫度升高浮游電荷其性質(zhì)稱為熱釋電性（4）具有自發(fā)極化材料溫度發(fā)生變化時(shí)會(huì)在外部電路產(chǎn)生電流自發(fā)極化溫度升高自發(fā)極化減小AAI電流熱釋電材料：具有熱釋電性的材料－具有自發(fā)極化的材料晶體和鐵電陶瓷晶體：鐵電晶體、熱釋電晶體鐵電晶體：電疇的自發(fā)極化方向不同，但經(jīng)外電場極化處理后、具有沿外場方向的極化電偶極矩如：硫酸三甘肽等多軸鐵電體熱釋電晶體：自發(fā)極化方向唯一、且不能被外電場轉(zhuǎn)向如：等單軸鐵電體鐵電陶瓷：經(jīng)外電場極化處理、具有剩余極化、象極化了的鐵電晶體一樣、具有熱釋電性具有唯一的自發(fā)極化方向（極軸）熱釋電晶體：無對(duì)稱中心的離子晶體或含離子基團(tuán)的分子晶體五、介電性、壓電性、熱釋電性、鐵電性的關(guān)系介電性：所有電介質(zhì)都具有的性質(zhì)，對(duì)其組成和結(jié)構(gòu)無特殊要求不同電介質(zhì)具有不同的介電性壓電性：壓電體：組成上必需是離子或含離子基團(tuán)的分子結(jié)構(gòu)上必需無對(duì)稱中心（1）一般壓電晶體（無自發(fā)極化）具有壓電性（2）鐵電晶體或鐵電陶瓷具有強(qiáng)壓電性（3）熱釋電晶體具有強(qiáng)壓電性（自發(fā)極化方向唯一、無需極化取向、也不能極化）（有自發(fā)極化、需極化取向）熱釋電性：熱釋電體所具有的性質(zhì)熱釋電體:熱釋電晶體、（極化了的）鐵電晶體和陶瓷一般壓電晶體（無自發(fā)極化）無熱釋電性？壓電效應(yīng)：機(jī)械應(yīng)力引起正負(fù)電荷產(chǎn)生相對(duì)位移、不同方向上的離子的位移不同、出現(xiàn)凈電偶矩晶體受熱膨脹：在各個(gè)方向上的同時(shí)發(fā)生，并且在對(duì)稱方向上有相等的膨脹系數(shù)、引起的電荷相對(duì)位移相等正負(fù)電荷重心相對(duì)位置不會(huì)因溫度變化而改變石英不產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)例：鐵電性：鐵電體（晶體和陶瓷）所具有的性質(zhì)有多個(gè)自發(fā)極化（鐵電疇）方向，且自發(fā)極化可沿電場取向電場極化電滯回線一般電介質(zhì)一般壓電晶體熱釋電晶體鐵電體電場極化電場極化電場極化無對(duì)稱中心無對(duì)稱中心無對(duì)稱中心自發(fā)極化自發(fā)極化極軸唯一多個(gè)極軸電介質(zhì)、壓電晶體、熱釋電晶體、鐵電體特性總結(jié)鐵電性熱釋電性壓電性介電性介電性、壓電性、熱釋性、鐵電性關(guān)系總結(jié)六、晶體電性能與結(jié)晶點(diǎn)群的關(guān)系結(jié)晶學(xué)點(diǎn)群總數(shù)：32種中心對(duì)稱的：11種－無壓電性11種中心對(duì)稱點(diǎn)群：

1，2/m,3,4/m,6/m，mmm，3m，4/mmm，6/mmm，m3，m3m非中心對(duì)稱的：21種，具有壓電性的20種一種432對(duì)稱性較高、幾乎無壓電性1，2，3，4，6，m，mm2，4mm，3m，6mm具有自發(fā)極化的10種：222，32，422，622，23，432，4，4m2，6，6m2，43m無自發(fā)極化的11種：一般壓電晶體（432幾乎無壓電性）鐵電和熱釋電晶體（其強(qiáng)壓電性）總數(shù)光軸晶系中心對(duì)稱點(diǎn)群無中心對(duì)稱點(diǎn)群極軸無極軸雙軸晶體三斜單斜正交單軸晶體四方三方六方光各向同性無無無立方一、電容器陶瓷用作介電目的（利用其介電性能）的陶瓷、主要用于電容器和微波元件中1、溫度補(bǔ)償電容器陶瓷溫度的變化會(huì)引起電路元件參數(shù)的變化電感和電容變化高頻振蕩電路諧振頻率穩(wěn)定乘積必須一定通常選擇合適的電容器陶瓷介質(zhì)乘積恒定

介電陶瓷電感和電容相反變化溫度補(bǔ)償電容器：補(bǔ)償溫度的變化引起的其它電路參數(shù)的變化、確保電路性能的穩(wěn)定溫度補(bǔ)償電容器陶瓷材料：介電常數(shù)（或電容）隨溫度線性變化、介電損耗低、介電常數(shù)低高頻振蕩電路中補(bǔ)償電容器陶瓷的介電溫度系數(shù)應(yīng)為負(fù)值、以補(bǔ)償線圈電感的正溫度系數(shù)，使諧振頻率穩(wěn)定溫度補(bǔ)償電容器陶瓷：介電陶瓷：非鐵電陶瓷、鐵電介電陶瓷非鐵電陶瓷：介電常數(shù)小、隨溫度變化線性溫度補(bǔ)償電容器陶瓷等及其復(fù)合材料保護(hù)漆顏色：藍(lán)色和灰色正溫度系數(shù)，其它顏色：負(fù)溫度系數(shù)黑色：溫度系數(shù)最??；淺綠色：溫度系數(shù)最大2、高介電常數(shù)電容器陶瓷主要是鐵電陶瓷材料：介電常數(shù)非常大、隨電場非線性變化制作：低頻或直流電容器、及敏感電容器用于：電視機(jī)、收音機(jī)等中高介電常數(shù)電容器陶瓷：以為基、添加其它成分制得等離子的置換離子多元復(fù)合化合物多元復(fù)合物陶瓷居里點(diǎn)：多元復(fù)合化合物介電常數(shù)：可增大至20000、溫度系數(shù)增大可降低介電常數(shù)及其溫度系數(shù)添加改變添加物的組成及含量可調(diào)節(jié)介電常數(shù)、溫度系數(shù)為合適的值3、高電壓電容器陶瓷使用在高壓下高介電常數(shù)、介電常數(shù)隨電壓變化較大（鐵電性）介電常數(shù)小、介電常數(shù)隨電壓變化較小、介電損耗小、絕緣性也好得多良好的高電壓電容器陶瓷材料系電容器陶瓷絕緣強(qiáng)度：廣泛應(yīng)用于：電視機(jī)、雷達(dá)高壓電路及避雷器、斷電器等二、微波介質(zhì)陶瓷通常使用的微波頻率范圍：

甚至更高微波頻率下具有高介電常數(shù)、低介電損耗、低膨脹系數(shù)和低介電常數(shù)溫度系數(shù)微波技術(shù)的發(fā)展使得微波器件小型化、集成化微波介質(zhì)陶瓷主要用于：微波介質(zhì)陶瓷的性能要求：微波介質(zhì)陶瓷：①系陶瓷最早應(yīng)用的微波介質(zhì)陶瓷微波諧振器、濾波器與振蕩器、波導(dǎo)介質(zhì)、介質(zhì)天線等，在移動(dòng)通訊等中有著不可替代的作用

制作工藝：原料：聚乙烯球磨機(jī)、加丙酮和磨球、球磨1200℃預(yù)燒干球磨常壓或熱壓、氧化氣氛燒結(jié)瓷體相對(duì)密度（致密性）越高、越大、介電溫度系數(shù)越小添加適量的等可促進(jìn)燒結(jié)、提高致密度：可制得：②鈣鈦礦型陶瓷等制作工藝：③瓷、瓷添加1-2%(mol)Mn低溫下可成致密體在氮?dú)庵?200℃退火也可成倍提高Q值加少量的NaF燒結(jié)溫度：良好的微波介質(zhì)陶瓷微波介質(zhì)陶瓷的電性能微波介質(zhì)陶瓷的電性能Ba2Ti9O20Ba(Zn1/3Ta2/3)O3Ba(Zn1/3Ta2/3)O3+1%Mn(摩爾分?jǐn)?shù))1%Mn(摩爾分?jǐn)?shù))Ba(Mg1/3Ta2/3)O3+(Zn,Sn)TiO3(Mg,Ca)TiO3—La2O3介質(zhì)諧振器的頻率溫度系數(shù)測定頻率陶瓷GHz第四節(jié)鐵電陶瓷一、低溫?zé)Y(jié)電容器陶瓷高介電常數(shù)鐵電陶瓷、或改良的鐵電陶瓷此外還有下面應(yīng)用疊層式—獨(dú)石結(jié)構(gòu)陶瓷電容器：陶瓷薄片坯體制（層間）電極疊合熱壓成陶瓷片燒結(jié)陶瓷片內(nèi)電極高溫?zé)Y(jié)陶瓷（）不能采用低熔點(diǎn)、低電阻率的Ag,Cu,Au作電極（高熔點(diǎn)金屬：昂貴、電阻率高）低溫?zé)Y(jié)鐵電陶瓷——必要

高介電常數(shù)電容器陶瓷低溫?zé)Y(jié)鐵電陶瓷材料：系：添加燒結(jié)溫度比低兩者相近系：燒結(jié)溫度：內(nèi)電極可用：合金及其復(fù)合物低溫?zé)Y(jié)陶瓷材料二、透明鐵電陶瓷一般陶瓷材料：氣孔相、晶界、雜質(zhì)相的散射、及材料本身的吸收不透明適當(dāng)制作工藝（如、細(xì)粉的制備和熱壓），可控制其顯微結(jié)構(gòu)和晶界性質(zhì)，使材料成為透明陶瓷透明鐵電陶瓷陶瓷透光率隨組分的不同而變化：透光率最高理想介質(zhì)：極化強(qiáng)度與所加電場成線性關(guān)系：實(shí)際介質(zhì)：極化率（相對(duì)介電常數(shù)或折射率）與電場強(qiáng)度有關(guān)場強(qiáng)很強(qiáng)時(shí)、后面的項(xiàng)才顯著時(shí)、介質(zhì)的折射率；a、b：常數(shù)、通常很小電光效應(yīng)：外加電場引起介質(zhì)材料折射率變化的現(xiàn)象PLZT透明鐵電陶瓷具有顯著的電光效應(yīng)外電場誘發(fā)的雙折射的折射率差：一次電光系數(shù)（PLZT）組分的不同線性電光效應(yīng)或Pockels效應(yīng)二次電光效應(yīng)或kerr效應(yīng)與電場垂直方向的折射率一次電光系數(shù)比其他單晶材料還大鐵電相和順電相的相界附近、呈現(xiàn)擴(kuò)散型（二級(jí)）相變特征居里溫度被移動(dòng)室溫附近的PLZT：擴(kuò)散型相變二級(jí)相變一級(jí)相變對(duì)順電相施加電場鐵電相去除電場順電相、剩余極化幾乎為0陶瓷呈現(xiàn)光學(xué)各向同性居里點(diǎn)附近的PLZT具有二次電光效應(yīng)二次電光效應(yīng)誘發(fā)的雙折射的折射率差：電光克爾常數(shù)入射光波外加電場PLZT透明鐵電陶瓷工藝：常壓下通氧燒結(jié)、或熱壓通氧燒結(jié)通氧的作用：在燒結(jié)過程中加速氣孔的排除、促進(jìn)陶瓷的致密化、提高透光性能應(yīng)用：常用的電光器—電光開關(guān)、電光調(diào)制器、電光偏轉(zhuǎn)器等電光開關(guān)：利用脈沖電信號(hào)控制光信號(hào)的通和斷電光調(diào)制器：電光材料上施加交變調(diào)制信號(hào)、（電光效應(yīng)）使晶體的折射率隨調(diào)制電壓信號(hào)變化光波通過晶體時(shí)，使原來不帶信號(hào)的光波帶有調(diào)制信號(hào)的信息電光偏轉(zhuǎn)器：利用材料的電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)三、馳豫型鐵電陶瓷壓電材料在外電場中共有的特性電致伸縮效應(yīng)——逆壓電效應(yīng)一般的壓電材料在外電場作用下的伸縮效應(yīng)—馳豫效應(yīng)不顯著、不能實(shí)用具有擴(kuò)散相變（二級(jí)相變）特征的鐵電材料、在相界附近具有顯著的馳豫效應(yīng)二級(jí)相變一級(jí)相變結(jié)構(gòu)上是離子置換型固溶體馳豫型鐵電陶瓷：或半徑較小的置換B離子形成不同程度的無序結(jié)構(gòu)、在晶體內(nèi)造成較大的松動(dòng)空間外電場作用下，B離子很容易遷移，產(chǎn)生很強(qiáng)的極化，使材料具有很大的介電常數(shù)馳豫型鐵電陶瓷的應(yīng)變：與電場或極化強(qiáng)度的平方成正比電致伸縮系數(shù)或應(yīng)變或一般壓電體的應(yīng)變：與電場強(qiáng)度的一次方成正比材料的壓電系數(shù)固溶體系—馳豫型鐵電陶瓷性能優(yōu)良的實(shí)用材料居里溫度：室溫介電常數(shù)：馳豫型鐵電陶瓷的電致應(yīng)變遠(yuǎn)大于一般壓電體的應(yīng)變馳豫型鐵電陶瓷的電致伸縮遠(yuǎn)大于一般壓電材料一般壓電材料的應(yīng)變：馳豫型鐵電陶瓷的應(yīng)變：（比一般壓電材料大許多）馳豫型鐵電陶瓷的另一個(gè)特點(diǎn)：居里點(diǎn)附近的熱膨脹系數(shù)很小熱膨脹系數(shù)：適于制造微位移器外電極外電極內(nèi)電極陶瓷片微位移器通常采用多層結(jié)構(gòu)獲得較大的形變位移量伺服位移制動(dòng)器、高靈敏度干涉膨脹儀、雙穩(wěn)態(tài)光子馳豫型鐵電陶瓷的應(yīng)用：作為電致伸縮材料應(yīng)用于許多方面器件、應(yīng)變光柵、精密導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、錄像機(jī)磁頭調(diào)節(jié)等第五節(jié)壓電陶瓷一、壓電陶瓷材料的常用參數(shù)1、介電常數(shù)各向同性的理想的電介質(zhì)：介電常數(shù)與方向無關(guān)、與外場無關(guān)方向相同各向異性的實(shí)際的電介質(zhì)：D1不僅與E1有關(guān)、還可能與E2和E3

有關(guān)一般方向不同若仍用表達(dá)關(guān)系不再是標(biāo)量、而是二階張量簡記作：由于晶體或材料結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，介電常數(shù)的9個(gè)分量中最多只有6個(gè)是獨(dú)立的壓電（鐵電）陶瓷極化前：各向同性、無壓電性

極化后：在與“3”垂直的“1”、“2”（XY）平面內(nèi)是各向同性的沿Z軸極化的壓電陶瓷有兩個(gè)獨(dú)立的介電常數(shù):材料處于不同的機(jī)械條件時(shí)，測得介電常數(shù)不同不受應(yīng)力下的介電常數(shù)—自由介電常數(shù)受應(yīng)力下的介電常數(shù)—受夾介電常數(shù)（沿Z方向極化的）壓電陶瓷有四個(gè)介電常數(shù)：壓電陶瓷的介電常數(shù)可算得：電容極板間隔極板面積通常規(guī)定極化方向?yàn)閆軸的正向(方向3)2、介電損耗真實(shí)介質(zhì)電容器的電流包括三部分：②電容器介質(zhì)的極化電流③介質(zhì)的漏電流①理想電容的充電電流（位移電流、無功耗分量）與電壓位相相同、傳導(dǎo)電流、介質(zhì)損耗因子：介質(zhì)的損耗等效于在理想電容器上并聯(lián)損耗電阻：等效損耗電阻交流電壓的角頻率有功耗分量？電學(xué)品質(zhì)因數(shù)：

—損耗因子的倒數(shù)

已指出：介質(zhì)損耗除與介質(zhì)本身有關(guān)外，還與電場的頻率、強(qiáng)度、及溫度有關(guān)高溫、強(qiáng)場強(qiáng)介質(zhì)的電導(dǎo)率高、漏電流大、損耗大一般極性分子電介質(zhì)：極化引起的損失主要是偶極子轉(zhuǎn)向引起3、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)、機(jī)電耦合系數(shù)壓電振子：壓電片輸入電信號(hào)信號(hào)頻率等于壓電片的固有頻率逆壓電效應(yīng)（電致伸縮）、壓電片機(jī)械諧振（共振）正壓電效應(yīng)、電信號(hào)輸出壓電片的機(jī)械諧振濾波器、換能器和標(biāo)準(zhǔn)頻率器中的壓電器件都工作于諧振狀態(tài)壓電片振動(dòng)時(shí)要克服內(nèi)摩擦、引起能量損耗①機(jī)械品質(zhì)因數(shù)壓電振子的性能參數(shù)：反映壓電振子在諧振時(shí)能量損耗的程度定義：諧振時(shí)振子儲(chǔ)存的機(jī)械能諧振時(shí)振子在一個(gè)周期內(nèi)損耗的機(jī)械能壓電振子壓電振子等效電路動(dòng)態(tài)電容靜態(tài)電容動(dòng)態(tài)電感等效電阻①機(jī)械品質(zhì)因數(shù)②機(jī)電耦合系數(shù)K壓電振子動(dòng)態(tài)電容靜態(tài)電容等效電路中時(shí)：壓電振子的阻抗與頻率的關(guān)系：諧振頻率：阻抗無窮等效電路中時(shí)：阻抗的最小值不為零、最大值也不為無限大機(jī)械品質(zhì)因數(shù)壓電振子動(dòng)態(tài)電容靜態(tài)電容諧振時(shí)振子儲(chǔ)存的機(jī)械能諧振時(shí)振子在一個(gè)周期內(nèi)損耗的機(jī)械能②機(jī)電耦合系數(shù)K材料不同、工藝條件不同、壓電陶瓷振子的值不同PZT壓電陶瓷:反映壓電材料的機(jī)械能與電能之間的耦合效應(yīng)、壓電材料性能的重要參數(shù)定義：電能轉(zhuǎn)變的機(jī)械能輸入的電能機(jī)械能轉(zhuǎn)變的電能輸入的機(jī)械能或壓電振子的耦合系數(shù)與振子的形狀和振動(dòng)模式有關(guān)，不同模式有不同的值、不同的記號(hào)逆壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)極化方向電極面薄圓片徑向振動(dòng)平面機(jī)電耦合系數(shù)極化方向電極面長度伸縮（X方向）橫向機(jī)電耦合系數(shù)極化方向電極面長度伸縮（Z方向）縱向機(jī)電耦合系數(shù)位移極化方向厚度伸縮振動(dòng)，厚度機(jī)電耦合系數(shù)極化方向電極面厚度切變振動(dòng)，厚度機(jī)電耦合系數(shù)二、聚合物的成型

聚合物材料一、聚合物的分子結(jié)構(gòu)與分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（一）成型工藝（二）聚合物的添加劑添加劑賦予聚合物特殊的性能①顏料產(chǎn)生顏色，要求耐溫（壓）、與聚合物相容、化學(xué)穩(wěn)定②穩(wěn)定劑使聚合物不致因環(huán)境因素的影響而性能下降抗氧化劑、熱穩(wěn)定劑、抗紫外線照射劑及其鹽類可阻燃③抗靜電劑聚合物導(dǎo)電性差、表面易積累電荷抗靜電劑吸附空氣中水分子到聚合物表面、提高表面電導(dǎo)、減小火花放電④阻燃劑有機(jī)聚合物具有可燃性，⑤潤滑劑臘或硬脂酸鈣可降低聚合物熔體的黏度、改性成型特性⑥增塑劑小分子或小分子鏈，降低聚合物的玻璃相變溫度、改進(jìn)聚合物的性能和成型特性不同目的的填充劑：黏土等節(jié)省聚合物材料；橡膠中的炭⑦填充劑⑧發(fā)泡劑目的：形成中空的多孔材料聚合物含有發(fā)泡劑的固體小珠加熱、發(fā)泡劑分解成氣體膨脹塑料密度低、優(yōu)質(zhì)絕緣材料⑨增強(qiáng)劑加入玻璃、石墨或其它聚合物的纖維，提高聚合物強(qiáng)度和剛性⑩偶連劑聚合物與無機(jī)材料填充材料間的結(jié)合力黑提高輪胎的強(qiáng)度和耐磨性；短纖維提高橡膠力學(xué)性能三、聚合物材料的力學(xué)狀態(tài)柔性高分子的熱運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：（一）概述高分子鏈一般都具有柔性分子的一部分可相對(duì)其它部分作相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈段長度取決高分子鏈的柔性：鏈段愈短、柔性越好鏈段：高分子鏈中能夠相對(duì)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的最小單元鏈段長度：幾個(gè)～幾十個(gè)結(jié)構(gòu)單元柔性高分子的熱運(yùn)動(dòng)：鏈段運(yùn)動(dòng)、高分子鏈的整體運(yùn)動(dòng)（重心遷移）微布朗運(yùn)動(dòng)布郎運(yùn)動(dòng)（二）線形高分子非晶態(tài)聚合物的力學(xué)狀態(tài)溫度形變（1）（2）（3）（4）（5）五個(gè)區(qū)間：在恒定應(yīng)力作用下、等速率升溫形變—溫度曲線區(qū)域（1）剛性玻璃態(tài)：形變小、彈性模量大區(qū)域（3）高彈性態(tài)：柔軟、而有彈性，彈性模量小、形變可達(dá)原長的5～10倍區(qū)域（5）粘性態(tài)：聚合物可象粘性流體一樣流動(dòng)流動(dòng)溫度（切線法確定）溫度形變（1）（2）（3）（4）（5）區(qū)域（2）玻璃態(tài)和高彈性態(tài)的轉(zhuǎn)變區(qū)—玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)玻璃態(tài)高彈性態(tài)粘流態(tài)玻璃相變溫度（切線法確定）區(qū)域（4）高彈性態(tài)和粘流態(tài)的轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度線性非晶態(tài)高聚物、不同溫度下的三種力學(xué)狀態(tài)：（1）T＜Ｔg時(shí)、玻璃態(tài)：分子熱運(yùn)動(dòng)能量低，不足以引起主鏈上單鍵的旋轉(zhuǎn)，鏈段和整個(gè)分子被“凍結(jié)”普通形變（3）粘流態(tài)分子熱運(yùn)動(dòng)能量高、分子間發(fā)生整體相對(duì)遷移、產(chǎn)生不可回復(fù)的塑性形變常溫下使用的塑料制品最好處于玻璃態(tài)使用溫度：流動(dòng)形變（2）Tg<T＜Tf

時(shí)、高彈性態(tài)：熱運(yùn)動(dòng)足以克服主鏈上單鍵的旋轉(zhuǎn)勢壘、鏈鍛可運(yùn)動(dòng)，但不足以克服分子間的內(nèi)摩擦力、分子重心不動(dòng)，拉伸力使卷曲的高分子鏈沿外力方向伸展、呈現(xiàn)大形變、高彈性高彈性形變聚合物聚合物聚乙烯（高密度）聚氯乙烯（間同）聚四氟乙烯聚丙烯（全同）聚酯(PET)聚碳酸酯聚乙烯（低密度）尼龍66聚苯乙烯（全同）-100-7887126-141151372123271761005773150230265265265聚合物的和常溫下使用的橡膠高彈態(tài)使用溫度：粘流態(tài)對(duì)聚合物成型至關(guān)重要成型溫度：熱解聚溫度（三）聚合物的高彈性提高高彈性材料的抗蠕變能力及在寬溫區(qū)內(nèi)具有高彈性線形非晶態(tài)聚合物具有高彈性實(shí)際高彈性材料的線形高分子間存在輕微的交聯(lián)高彈性聚合物的基本特點(diǎn)：1、彈性應(yīng)變大、彈性模量低；2、彈性模量可能不隨溫度變化、也可能隨溫度的增加而增加（已指出）溫度增加分子鏈段的熱運(yùn)動(dòng)加劇、高分子卷曲構(gòu)象的傾向增大相同外力下的形變減小3、滯彈性：高彈態(tài)高分子聚合物形變對(duì)外力的響應(yīng)有滯后理想彈性體：應(yīng)力作用、立即產(chǎn)生應(yīng)變；應(yīng)力消除、應(yīng)變立即消除高分子鏈從一種構(gòu)象到另一種構(gòu)象需要時(shí)間實(shí)際彈性體：鏈段發(fā)生相對(duì)位移、需克服一定的內(nèi)摩擦力所有材料都有一定的響應(yīng)滯后、高彈性材料響應(yīng)滯后顯著恒定應(yīng)力T作用下應(yīng)變隨時(shí)間的變化：t時(shí)刻的應(yīng)變平衡應(yīng)變—最終應(yīng)變時(shí)間常數(shù)—延遲時(shí)間（四）聚合物的粘彈性非晶或多晶材料在較小的應(yīng)力作用同時(shí)表現(xiàn)出彈性和粘性理想彈性體：應(yīng)變與應(yīng)力成正比服從牛頓粘性定律：應(yīng)力正比于應(yīng)變的變化率理想粘性體：理想粘性液體模型應(yīng)力應(yīng)變速率粘度高分子材料的力學(xué)行為介于彈性材料和粘性材料之間應(yīng)力同時(shí)依賴于應(yīng)變和應(yīng)變速率高分子材料具有粘彈性材料的粘彈性模型：可用作為彈性元件的彈簧及作為粘性元件并聯(lián)組合Maxwell模型Voigt-Kelvin模型串聯(lián)組合（五）聚合物的蠕變物體在恒定應(yīng)力作用下形變隨時(shí)間逐漸增大的現(xiàn)象時(shí)間形變AB線形高聚物交聯(lián)高聚物的充滿粘性液體的活塞的適當(dāng)組合表征3、分子整體遷移引起的粘性流動(dòng)形變線形高聚物的蠕變是下面三種形變的線性疊加：1、鍵長、鍵角變化引起的普彈形變；2、鏈段運(yùn)動(dòng)引起的高彈形變；時(shí)間形變AB線形高聚物交聯(lián)高聚物第四節(jié)復(fù)合材料非同尋常的剛度、強(qiáng)度，耐熱、耐腐蝕性、傳導(dǎo)性或特殊功能等一、概述1、定義由兩種或兩種以上的材料結(jié)合而成、其中一種為基體具有單一材料所沒有的綜合性能：2、分類按基體：無機(jī)和有機(jī)復(fù)合材料按使用目的：結(jié)構(gòu)和功能復(fù)合材料按組分：金屬—金屬、金屬—陶瓷、金屬—聚合物、陶瓷—陶瓷、陶瓷—聚合物、聚合物—聚合物按參入基體中的物質(zhì)形狀：表現(xiàn)各向異性特征按參入基體中的物質(zhì)形狀：顆粒狀復(fù)合材料（如混凝土）若顆粒分布均勻、復(fù)合材料各同向性纖維狀復(fù)合材料（如玻璃鋼：玻璃纖維+

聚合物）性能上可能是各同向性、也可能是各同異性層狀復(fù)合材料（膠木板）ABC二、顆粒狀復(fù)合材料顆粒均勻地彌散在具有延展性的基體中、結(jié)構(gòu)上類似于雙相彌散強(qiáng)化合金1、小顆粒彌散強(qiáng)化復(fù)合材料強(qiáng)度比兩相合金低，但不存在合金的過時(shí)效、過回火、晶粒長大或彌散相粗化等問題，抗蠕變性能優(yōu)于合金特征：顆粒非常?。ㄖ睆剑?）特性：小顆粒能有效阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用彌散顆粒的選擇：①剛性、穩(wěn)定（如氧化物）、能有效阻止滑移②應(yīng)有最佳尺寸、形狀、分布、和數(shù)量③在基體中溶解度低、不應(yīng)與基體發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)④與基體有很好的結(jié)合力（與基質(zhì)的一定反應(yīng)性有利于產(chǎn)生牢固結(jié)合）2、大顆粒狀復(fù)合材料顆粒大、不能有效地阻礙滑移主要目的：不是為了提高強(qiáng)度、而是獲得其它綜合性能3、顆粒狀復(fù)合材料的應(yīng)用有許多應(yīng)用、生活中常見的有：（1）機(jī)械加工機(jī)加工車床上的鉆頭和刀具：堅(jiān)硬的陶瓷微粒彌散地分布于金屬基體中的硬合金如、鈷基碳化鎢復(fù)合材料碳化鎢顆粒質(zhì)地堅(jiān)硬、剛性大、耐高溫制作方法凝固成鋒利、抗沖擊的鈷基碳化鎢切削工具混合WC微粒與Co粉壓成坯體加熱、鈷熔化液態(tài)鈷包圍WC微粒磨削用的砂輪和切割用的砂輪盤：基體:

玻璃或聚合物陶瓷顆粒：金剛石（堅(jiān)硬、鋒利）（2）電接觸材料應(yīng)具有：耐磨、良好的導(dǎo)電性、抗氧化、抗燒蝕的綜合性能（開關(guān)、繼電器等）鎢增強(qiáng)銀具有較好綜合性能制作方法制作方法：銀有效地傳導(dǎo)電流、鎢賦予材料的耐磨性粉末冶金法、制備內(nèi)部連通性好的鎢多孔坯料真空滲透法、使液態(tài)銀填充鎢坯料的孔洞鎢和銀都是連續(xù)的復(fù)合材料（3）聚合物顆粒狀復(fù)合材料碳黑硫化橡膠：汽車輪胎、鞋底炭黑提高橡膠的強(qiáng)度、剛度、耐磨及耐熱性?提高SAN共聚物的抗沖擊性和成型性能復(fù)合聚合物ABS：基體：苯乙烯、丙烯腈增強(qiáng)顆粒：聚丁二烯粉末冶金法:

金屬粉末和增強(qiáng)顆?；旌?，經(jīng)過去氣、熱壓固結(jié)，然后軋制、擠壓或鍛造成所需形狀的復(fù)合材料的工藝的共聚物(SAN)聚乙烯（PE）+鉛粉末：聚合物+銅粉末：改善聚合物的導(dǎo)電性應(yīng)用于核工業(yè)中、鉛粉的加入為了吸收中子三、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料：綜合了兩