现代功能材料

1、功能材料概念、特点、分类。

概念：具有优良电学、磁学、热学、声学、力学、化学、和生物学功能及相互转换的功能，被用于非结构目的的高科技材料。

特点：

①综合运用现代先进科学技术成就，多学科交叉，知识密集；

②品种较多，生产规模较小，更新换代快，技术保密性强；

③需要投入大量资金及时间，存在相当大风险，但一旦研发成功，则成为高技术，高性能高产值，高效益的产业。

分类：

①按材料的化学键、化学成分分类：金属、无机非金属、有机、复合功能材料。

②按物理性质、功能分类：电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、（功能材料）、生物技术和生物医学工程材料。

③按材料使用领域分：信息、电子、电工、电讯、计算机、传感、能源、航空航天材料。

2、描述电子在核外空间运动轨道的四个量子数及含义。

①主量子数n：四个量子数中最重要的一个，是确定电子离原子核远近和能级高低的主要参数。n=1,2,3,4,…..n代表电子处于原子核周围的第几壳层。

②次量子数l：在由主量子数n确定的同一壳层上的电子，依据次量子数又可分成若干个能量水平不同的亚壳层，表示电子轨道的形状（球，哑铃，花瓣），即各轨道在原子核周围的角度分布不同。l= 0，1，2，3….

③磁量子数m：表示电子云在空间伸展方向的量子数，可确定轨道的空间去向。m=0，±1，±2，±3…

④自旋量子数m s：原子中的电子一方面看做是绕核旋转、另一方面看做是绕自己的轴旋转。自旋量子数m s表示在每个状态下可以存在自旋方向相反的两个电子，这两个电子也只是在磁场下才有略为不同的能量。

3、极化的概念及机制。

概念：在外电场作用下，材料沿外电场方向产生电偶极矩或电偶极矩的改变。

机制：介质中的电荷在外电场作用下作用下再分布的结果。在外电场作用下，靠近正极的介质表面产生净负电荷，靠近负极的介质表面产生净正电荷，结果使介质出现净的电偶极偶极矩。分为：电子极化、离子极化和转向极化，电子极化是因电介质镇南关的原子核外电子云畸变所产生，离子极化是由电介质分子中的正、负离子相对位移所造成，转向极化是极性电介质分子的固有电矩在外电场作用下转动所导致。

4、光电效应的概念及种类。

概念：物质在受到光照后引发其某些电学性质变化的现象。

种类：

①光电导效应：光照使物质电导率发生变化的现象。

②光生伏特效应：用光照射半导体的P-N结，则在P-N结两端会出现电势差，P 区为正极，N区为负极。

③光电子发射效应：当金属或半导体收到光照时，其表面和体内的电子因吸收光子能量而被激发，如果被激发的电子具有足够的能量足以克服表面势垒而从表面

离开，即产生了光电子发射效应。

5、磁光效应概念及种类。

概念：光与磁场中的物质或光与具有自发磁化特性的物质发生相互作用后引发光学性质变化的现象。

种类：

①法拉第效应：平面偏振光通过带磁性的物体时，其偏振光面将发生偏转的现象。

②克尔效应：照射到强磁性介质表面上的直线偏振光在反射时，其偏振面也会随磁场强度变化而发生偏转的现象。

③科顿—蒙顿效应：在强磁场作用下，一些各项同性的透明磁介质会呈现双折射现象。

6、磁性材料概念，磁性材料性能的参量，软硬磁性材料概念、区别和种类，磁信息材料概念。

磁性材料概念：磁性材料是应用物质的磁性和各种磁效应，以满足电工设备、电子仪器、电子计算机等各方面技术要求的金属、合金及铁氧体化合物材料。

磁性材料性能参量：起始磁导率、最大磁导率、矫顽力、剩余磁感应强度、最大

7、磁记录模式与原理：

记录模式：纵向记录模式、垂直记录模式、礠光记录模式。

原理：利用磁体在磁头缝隙产生足够强的磁场，利用磁极与磁极的相互作用，磁场对带电物体或粒子或载电流导体的相互作用来做功，实现能量、信息的转换。

8、光储存材料概念、种类。

概念：借助光束作用写入、读出信息的材料。

种类：只读储存光盘材料、一次写入光盘材料、可擦重写光盘材料。

9、热电效应概念、种类及热电材料。

概念：在用不同导体构成的闭合回路中，若在结合部出现温差则在闭合回路中将有电流通过，或产生热电势的现象称为热电效应。

种类：

①赛贝克效应：由两种不同导体构成闭合回路，如果两接点存在温差，则回路将产生电动势。

②珀尔贴效应：在热电回路中，当通电时，则会在一接点处产生热量，另一接点处吸收热量。

③汤姆逊效应：在由同一种导体组成的回路中，如果存在温度梯度，则当有电流通过时，导体产生可逆的热效应。

热电材料：金属及合金热电材料，半导体热电材料，氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物等。

10、储氢材料原理、性能要求（条件）、分类、特点、制备及改善性能的方法。

原理：在一定温度和压力下，氢一旦与储氢合金接触，即在其表面分解成H原子，H原子扩散进入合金内部直至与合金发生反应而生成金属氢化物，氢即以原子态储存在金属结晶点内（四面体与八面体间隙位置）。在一定温度和氢压强条件下，

上述吸、放氢反应如下式：。金属

与氢的反应是一个可逆过程，温度和压力条件可使反应按正向、逆向反复进行，实现材料的吸放氢功能。

性能要求：

①易活化，储氢量大，能量密度高。

②吸收和释放氢的速度快，氢扩散速度大，可逆性好。

③有较平坦较宽的平衡平台压区，平衡分解压适中。

④氢化物生成热，做储氢或电池材料时应该小，做蓄热材料则应大。

⑤氢吸收、分解时平衡压差，即滞后要小。

⑥寿命长，在反复吸放氢的循环过程中，合金的粉化小，性能稳定性好。

⑦对杂质名感性小，抗中毒能力强。

⑧有效热导率大，电催化活性高。

⑨价格低廉，不污染环境，易制造。

分类：①AB5型稀土系及钙系储氢合金；②AB2型Laves相钛、锆系储氢合金；③AB型钛系储氢合金；④A2B型镁系储氢合金；⑤体心立方固溶体钒系储氢合金。特点：

制备方法：感应熔炼法、机械合金化法、燃烧合成法、电弧熔炼法、粉末烧结法、还原扩散法、共沉淀还原法、置换扩散法等。

改善性能方法：

11、金属智能材料、形状记忆效应概念、分类、形状记忆合金条件。金属智能材料：指具有自检知、自诊断和自行行动功能，并且能够对变形、振动

和损伤等进行适当控制的金属材料。

金属智能材料的分类:

①按功能来分：光导纤维、形状记忆合金、压电、电流变体和电(磁)致伸缩材料等；

②若从智能材料的自感知、自判断和自结论、自执行的角度出发，可以将智能材料分为：自感知智能材料(传感器)、自判断智能材料(信息处理器)和自执行智能材料(驱动器)等；

③按照组成智能材料的基材不同：将其分为金属系智能材料、无机非金属系智能材料和高分子。

形状记忆效应：具有一定形状的固体材料，在某一低温状态下经过塑形变形后，通过加热到这一材料固有的某一温度以上时，材料恢复到初始形状的现象。

分类：单程、双程、全程形状记忆效应。

形状记忆合金条件：1）马氏体相变是热弹性的；2）马氏体点阵的不变切变为孪变，亚结构为孪晶或层错；3）母相和马氏体均为有序点阵结构；4）相变时在晶体学上具有完全可逆性。

12、研究最广的TI-NI合金相及有关相变。P264

13、费米分布函数及费米能的概念。

费米分布函数：代表在一定温度下电子占有能量为E的状态的几率。

费米能：使费米分布函数为1的电子能。

14、梯度功能材料概念、分类、特点、热防护梯度功能材料及评价。梯度功能材料：由两种或多种材料经复合而成，结构和组分呈连续梯度变化的新型复合材料。

分类：

①结合方式分：金属—陶瓷、金属—非金属、陶瓷—陶瓷、陶瓷—非金属

②组成变化分：梯度功能整体型、涂覆型、连接型。

特点：

①材料组分及结构呈连续梯度变化。

②材料内部没有明显界线。

③材料性质也相应呈连续梯度变化。

热防护梯度功能材料：在极限环境（超高温，大温度落差）下能反复正常工作的材料。

评价：局部热应力评价、热屏蔽性能评价、破坏强度评价。

15、生物医用材料概念、分类、性能要求。

概念：以医疗为目的，用于与生命系统接触和发生相互作用，并能对其细胞、组织、器官进行诊断治疗，替换修复人体组织器官或增进其功能的天然或人工合成材料。

分类：

①按照材料物质属性分为：医用金属、生物陶瓷、医用高分子、医用复合材料。

②可按用途分为：口腔医用材料、硬组织修复与替换材料、软组织修复与替换材料、医疗器械材料。

③按作用效果分为：生物相容性材料，硬组织材料，血液净化材料，药用（高分子）材料。

性能要求：①无毒，生物相容性好；②可显示其医用效果的功能。

16、功能薄膜材料概念、分类、制备方法。

概念：具有电学、磁学、光学、吸附的物理性能和催化、反应等化学性能的薄膜。分类：按性能分类：导电、磁性、光学、分离、催化、气敏功能膜。

制备方法：物理气相沉积、化学气相沉积，溶胶—凝胶技术。

17、环境材料概念及研究内容。

概念：与生态环境相容或协调的材料。

研究内容：包括材料的环境性能评价和环境性能数据库，降低材料环境负担的工艺和技术；如资源的有效利用，废物再循环利用，开发环境相容性新材料和绿色产品材料和绿色产品、发展发展环境降解新材料境降解新材料及治理环境污染的高效环境污染的高效环境工程材料等方面。

18、纳米材料概念、特性。

概念：又称超微结构材料，由纳米粒子组成。

特性：有较强的表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应、永保效应，较大的原子扩散行为，良好的催化、储氢性能。

19、计算题。P14例1、2 P17例1、3