新材料设计1
1设计材料与加工工艺-概论
抗压、抗拉强度的计算式为
R=P／F
材料破坏时的最大载荷
材料的分类及特征
第一章
五、材料的分 类 六、材料的一 般性质 七、材料的工 艺特性 八、设计材料 的特性
7. 弹性与塑性Βιβλιοθήκη 在外力作用下材料产生变形，当外力除去后材料能 恢复原来形状的性能称为材料的弹性，这一变形称为弹 性变形。
在外力作用下材料产生变形，当外力除去后仍保持 变形后的形状和尺寸，但不产生裂缝，这一变形称为永 久变形，材料所能承受永久变形的能力称为材料的塑性。 材料的塑性通常用断面抗缩率和延伸率表示。
广义地说材料是指包括人们思想意识之外的所有物质。
狭义地讲材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器 或其他产品的那些物质。材料是物质，但不是所有物质 都可以称为材料。如燃料和化学原料、工业化学品、食 物和药物，一般都不算是材料。
四、材料设计
概念及重要性
第一章
一、材料的定 义 二、设计与材 料 三、材料及工 艺的重 要性
概念及重要性
第一章
一、材料的定 义 二、设计与材 料 三、材料及工 艺的重 要性 20世纪三四十年代以后， 由于合成树脂的迅速发 展和高频胶合技术的应 用，产生了一种新的椅 子形态——胶合板椅， 赋予椅子新的造型风格。 如芬兰设计师阿尔瓦· 阿 尔托(Alvar Aalto)设计的 弯曲胶合板椅。
块状材料——石材、铸铁、石膏。
材料的分类及特征
第一讲
五、材料的分 类 六、材料的一 般性质 七、材料的工 艺特性 八、设计材料 的特性
1. 密度
材料在绝对密室状态下单位体积的质量
2. 熔点
材料由固态转变为液态时的温度
3. 比热容
将1克质量的材料温度升高1℃所需要的热 量
化工新材料教案第一章课件
结构复合材料主要作为承力结构使用的材料，由能承受 载荷的增强体组元（如玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属、 天然纤维、织物、晶须、片材和颗粒等）与能联结增强体成 为整体材料同时又起传力作用的基体组元（如树脂、金属、 陶瓷、玻璃、碳和水泥等）构成。结构材料通常按基体的不 同分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材 料、碳基复合材料和水泥基复合材料等。
讲授内容
第一讲 化工新材料概论 第二讲 有机硅材料 第三讲 涂料与胶粘剂 第四讲 复合材料概论 第五讲 合成高分子 第六讲 功能材料概论 第七讲 储氢材料和磁性材料 第八讲 功能玻璃材料 第九讲 陶瓷材料 第十讲 智能材料 第十一讲 高分子膜与膜分离技术 第十二讲 纳米材料与纳米技术
课程要求
教材
本科程属专业限选课程
（5）生态环境材料
生态环境材料是在人类认识到生态环境保护的重要战略意 义和世界各国纷纷走可持续发展道路的背景下提出来的，是国 内外材料科学与工程研究发展的必然趋势。一般认为生态环境 材料是具有满意的使用性能同时又被赋予优异的环境协调性的 材料。
这类材料的特点是消耗的资源和能源少，对生态和环境污 染小，再生利用率高，而且从材料制造、使用、废弃直到再生 循环利用的整个寿命过程，都与生态环境相协调。主要包括： 环境相容材料，如纯天然材料（木材、石材等）、仿生物材料 （人工骨、人工器脏等）、绿色包装材料（绿色包装袋、包装 容器）、生态建材（无毒装饰材料等）；环境降解材料（生物 降解塑料等）；环境工程材料，如环境修复材料、环境净化材 料（分子筛、离子筛材料）、环境替代材料（无磷洗衣粉助剂） 等。
（11）先进陶瓷材料
先进陶瓷材料是指采用精制的高纯、超细的无机化合物 为原料及先进的制备工艺技术制造出的性能优异的产品。根 据工程技术对产品使用性能的要求，制造的产品可以分别具 有压电、铁电、导电、半导体、磁性等或具有高强、高韧、 高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、高热导、绝热或良好生物相 容性等优异性能。
新材料的设计和开发
新材料的设计和开发在当今世界发展的浪潮下，新材料的设计和开发正在成为科技领域热门的话题。
新材料被认为是推动人类社会不断进步的基石之一，因为其具有优异的性能和多样化的应用。
本文将从新材料的概念及其应用开始，探讨新材料的设计和开发的理论与实践，并对新材料的未来发展进行展望。
一、新材料的概念及其应用新材料是近年来被引入科技领域的一个新概念。
它是指应用现代先进科学技术手段，在材料的物理、化学和微观结构等方面进行改善和创新，以提高材料的性能，开发出新的、有特殊功能的材料。
新材料在科学技术领域中广泛应用，例如铝合金、碳纤维、陶瓷材料、半导体材料、高分子材料等。
新材料的出现带来了很多的优点，而最重要的是它们能够满足特定的需求，比如耐腐蚀、耐高温、高强度等方面。
二、新材料的设计和开发的理论与实践新材料的设计和开发是一个循序渐进的过程。
首先需要明确新材料的需求，然后对材料的物理、化学和微观结构等方面进行研究分析，确定材料的组成和制造工艺，最后进行实验验证和应用评估。
在新材料的设计和开发过程中，理论的支撑和创新是关键。
理论方面包括材料的物理、化学和微观结构等方面的基础研究和材料的计算模拟等。
其中，材料的计算模拟是新材料设计和开发的重要手段。
材料的计算模拟能够评估材料的性能、优化材料的结构和组成，最大限度地减小试错成本。
近年来，随着计算机技术的快速发展，材料计算模拟正在成为新材料设计和开发的热门领域。
实践方面，新材料的设计和开发需要利用先进的制造技术，如3D打印、激光切割等技术，以及精密的测试仪器，如纳米压痕仪、电子显微镜等。
这些技术和仪器的配合能够展现新材料的性能和特性，验证实验结果，并提供调整材料结构和制造工艺的数据参考。
三、新材料的未来发展随着科技的进步和社会的发展，新材料的未来前景将更加广阔。
在未来，新材料的设计和开发将趋向多层次和广泛化。
有一些新材料会以更高的成本换来更高的性能。
同样，在新材料开发中加入人工智能的方法将取得更好的效果。
新技术和新材料在建筑设计中的应用
新技术和新材料在建筑设计中的应用摘要：随着我国科学技术水平的不断提高，在社会发展的过程中，出现了许多新型建筑技术和材料。
通过运用这些新技术及材料不仅可以进一步优化建筑方案设计，同时还能有效地减少建筑实际项目施工过程中的资源消耗，对社会发展有着非常重要的意义。
从事建筑设计活动的设计人员在开展建筑设计的过程中，应当在建筑设计方案当中灵活地运用各种新技术和新材料。
关键词：新技术；新材料；建筑设计一、新技术和新材料在建筑设计中的应用价值从当前我国社会发展的实际情况来看，我国的建筑业在发展的过程中所消耗的能源数量非常大。
而随着我国社会发展模式的不断创新升级，现阶段我国社会发展的过程中更加强调绿色及可持续发展。
这就要求未来建筑业发展的过程中，应当尽可能地朝着节能减排的方向进行改革创新。
而当前出现的新技术和新材料，不仅具备较高的使用价值，同时也能够更好地满足节能减排的实际需要。
为了最大限度地发挥出新技术和新材料的价值，就应当将新技术和新材料充分地融入到建筑工程项目的设计方案中来。
使得当前设计的建筑工程项目方案更加的科学合理，在有效降低建筑工程项目施工成本的同时，更好地实现节能减排的目标。
除此以外，在当前时期出现的很多新技术和新材料相较于传统技术和传统的材料其成本更低。
所以如果能够更好将这些新技术和新材料融入到建筑工程项目的设计方案中，便可以有效地降低建筑工程项目整体造价。
二、建筑设计过程中的原则1.满足建筑物使用功能在设计建筑工程项目中具体方案时，最为重要的就是确保设计出来的建筑能够满足在后续实际使用过程中所提出的各项功能性要求。
因为不同类型的建筑在实际使用过程中，其功能也是多样的。
这就要求了设计人员必须结合建筑的实际使用方向，灵活地运用各种新技术以及新材料进行建筑创作，确保设计出来的建筑能够满足实际使用要求。
1.具有足够的经济效果在建筑工程项目设计完成后，施工单位就需要严格地遵循项目的设计方案，开展后续的施工活动。
第一章 材料设计学
专家系统还可以连接(或包括)数据库、模 式识别、人工神经网络以及各种运算模块。
这些模块的综合运用可以有效地解决设计 中的有关问题。 最理想的专家系统是从基本理论出发，通 过计算和逻辑推理，预测未知材料的性能和制 备方法，但由于制约材料结构和性能的因素极 其复杂，在可以预见的将来，这种完全演绎式 的专家系统还难以实现。 目前的专家系统是以经验知识和理论知识 相结合(即归纳与演绎相结合)为基础的。
材料设计学
第 1 章 材料设计综述
1. 1 什么是材料设计
• 材料设计(materials design)，是指通过理论与 计算预报新材料的组分、结构与性能，或者说， 通过理论设计来“订做”具有特定性能的新材 料。 • 这当然说的是人们所追求的长远目标，并非目 前就能充分实现的。 • 尽管如此，由于凝聚态物理学、量子化学等相 关基础学科的深入发展，以及计算机能力的空 前提高，使得材料研制过程中理论和计算的作 用越来越大，直至变得不可缺少。
(5) 以原子、分子为起始物进行材 料合成，并在微观尺度上控制其结构， 是现代先进材料合成技术的重要发展方 向，例如分子束外延、纳米粒子组合、 胶体化学方法等。 对于这类研究对象，材料微观设计 显然是不可缺少的并且是大有用武之地 的。
1.2.2 当前面临的挑战
•
1969年江崎和朱兆祥提出了由两种不同 半导体薄层构成超晶格、量子阱的概念。后 来借助分子束外延等制备技术代以来 凝聚态物理学和材料科学中最有价值的概念 之一，它开辟了人工设计低维材料并对其能 带结构进行人工剪裁的先例。 • 20年来，从量子阱到量子线、量子点的 研究，一直是最富有生命力的前沿领域之一。
前面已提到1995年美国NRC(国家科学 研究委员会)发表了专门报告，他们专门对 需要从原子水平上进行材料研究的13个领 域进行了调查。提出了材料科学中理论和 计算工作所面临的挑战与机遇。他们认为， 如果说70年代以前还做不到对实际材料的 性能作出理论预言的话，那么，今天由于 理论和计算能力的进步，已经可能实现从 理论上预测新材料。
二年级科学下册教案 第1单元《3.神奇的新材料》 苏教版
《神奇的新材料》教学设计教材分析本节课选自苏教版小学科学第一单元《它们是用什么做的》的第三课《神奇的新材料》，本节课是本单元的第三课。
第一节课学习了常见的材料，第二节课认识不同材料做成的杯子，并在活动中确定不同材料杯子的不同特点。
本节课延续前两节课的内容，学习一些新材料的制作原理和方法。
学情分析通过前两节课的学习，学生已经能够辨认生活中常见的各种材料，同时也能够说出不同材料的特性和优缺点，在认知、观察比较、动手探究等方面都为本节课认识神奇的新材料打下来基础。
学生对新材料感到新奇和神秘。
为突破这一点，本节课选取荷叶滴水滴这一自然现象和在蜡烛黑灰上滚水滴这一实验帮助学生更好地理解新材料的发明原理和过程。
教学目标1、能观察并描述荷叶表面的特点，发现荷叶表面不容易沾水滴或尘埃颗粒。
2、做蜡烛黑上滚水滴的实验，发现蜡烛黑不沾水、不沾灰的神奇特点，了解水滴在荷叶上和蜡烛黑上滚动时的相同之处。
3、通过观察视频，了解各种新材料极其在生产生活中的应用，激发学生对现代科技的兴趣与热爱。
4、愿意与同学合作观察，互相合作交流。
教学重点：通过实验探究，了解荷叶和蜡烛黑不沾水不沾灰的神奇特点。
教学难点：引导学生完成在荷叶和蜡烛黑上滚水滴的实验并得出结论。
教学准备：教材、学生活动手册、教学课件、实验记录单、荷叶、粉笔、水、滴管、蜡烛、纸杯。
教学过程一、视频导入1、同学们，老师请你们观看一段视频，说说你从视频中发现了什么？2、在我们衣服上滴上墨水会有什么现象发生？3、墨水、黑水倒在衣服上，衣服会变黑，可是视频中的蓝色布料却非常干净，这是什么原因呢？它有哪些神奇的地方吗？这节课我们就去《神奇的新材料》里寻找答案吧！二、实验观察荷叶的神奇特点1、（师出示纸巾）同学们请看，这是张纸巾。
老师将水滴滴在纸巾上，水滴会有什么变化呢？2、老师为每个小组准备了荷叶，请同学们小组分工合作，小组长负责安排工作，全程监督。
安排一位同学滴水、一位同学拿荷叶、一位同学负责记录，现在请同学们给荷叶滴水试一试，仔细观察水珠在荷叶上呈什么形状？有什么变化？（荷叶表面不沾水）3、现在我们再往荷叶上撒点粉笔灰试一试，让水滴在粉笔灰上滚来滚去，看看会有什么现象发生？（荷叶表面不沾灰）4、同学们真棒，都能通过实验观察到荷叶神奇的特点。
材料的性能和选择课件 高中通用技术 必修《技术与设计1》
材料:人类社会发展历程的主要标 志
石器时代
青铜器时代
铁器时代
材料是人类用以制成生活和生产中的物品、器 件、构件、机器和其他产品的物质。
人类不断的在自然界中发现材料，加工材料，创造新材料。
常见材料的分类:
金属材料 无机非金属材料 有机高分子材料 复合材料
常见材料的分类: 金属材料
金 铜 铝 钢
常见材料的分类: 无机非金属材料
玻璃
瓷
活性炭
泥土
常见材料的分类: 有机高分子材料
塑 料 制 品
橡胶轮胎
常见材料的分类: 复合材料 复合材料：需要由两种或两种以上的材料复合在一起，组成 另一种能满足人们要求的材料
玻璃钢
生活中常见 的材料
金属 木材 纸 塑料
常见材料的性能：木材
实木 人造板材
材料的选择
1.材料的性能是否能实现产品的使用功能，是否满足产品 的使用环境； 2.材料是否有良好的加工性能，是否有相应的加工设备； 3.考虑材料的价格。
材料的规划
1.料尽其用,优材不劣用,大材不小用,长材不短用； 2.先排大料，后排小料，两个构件不能共线，留出锯割、
刨削操作的余量； 3.木材的纹理趋向（顺纹锯割便于加工）； 4.要做好标记； 5.外用料要选择材质好、纹理美观，涂饰性能好的材料。
涂饰、隔热与绝缘
木材的优点：较好的强度性能、优良的加工性能
木材的缺点：暴露在空气中时，容易受温度和湿度的影响，发
生尺寸、形状的变化，导致变形、开裂、扭曲和 翘曲等现象
实木 木材
人造板材
密度板 刨花板 胶合板 细木工板
三聚氰胺板
常见材料的性能：金属
金属材料的特点：金属光泽、良好的导电导热、高延展性 1.强度：材料是否结实
材料与设计的关系1
材料与设计的关系材料是设计的物质基础，1919年成立的包豪斯学校就十分重视材料的研究和实际练习。
该校教师伊顿曾经写道：“当学生陆续发现可以利用多种材料时，他们就能制造出更具有独特材质感的作品。
”材料不但是产品设计的物质基础，而且在产品创新的过程中扮演着重要角色，因此材料设计是产品设计中的关键环节。
在设计中，对材料的选择也是一个非常重要的部分。
一个优秀的设计师，需要在用材上有着自己特有的看法，这是构成设计个人风格的重要组成部分，正如一个作家会有自己特有的用词风格一样。
能够带给人们创新、丰富人们的文化和充实人们自身的，并不是新材料的发现，而是科学家、设计师、建筑师解读新材料，找到新的用途和加工方法来转换它们的过程。
回顾现代设计史会发现，每一个设计风格或潮流的更迭总是伴随着新材料的应用，特别是经典的设计对材料的拿捏往往是恰如其分。
一、材料与设计的关系在设计中，材料及工艺和设计是密切相关的。
材料是产品设计的物质技术条件，是产品设计的基础和前提。
设计通过材料及工艺转化为实体产品，材料通过设计实现其自身的价值。
材料作为一个包括产品——人——环境的系统，以其自身的特性影响着产品设计，不仅保证了维护产品功能的形态，并通过材料自身的性能满足产品功能的要求，成为直接被产品使用者所视及的唯一对象。
任何一个产品设计，只有与运用材料的性能特点及其加工工艺性能相一致，才能实现设计的目的和要求。
二、材料的恰当运用从原始时代起，人类在使用材料时就注意到各种材料的基本特性，并经过无数次的失败和成功，积累和丰富了对材料的认识和加工技术，尽量针对不同的材料予以不同的形态设计。
科学技术的发展使现代新型材料不断出现和广泛应用，对工业造型设计有着极大的推动作用。
每一种新材料的发现和应用，都会产生不同的成形加工方法和工艺制作方法，从而导致产品结构的巨大变化，给产品造型设计带来新的飞跃，形成新的设计风格，同时也对产品造型设计提出更高的要求。
产品造型设计的过程实质上是对材料的理解和认识的过程，是“造物”与“创新”的过程，是应用的过程。
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其它
• 少量铀可作为电子管制造业 中的除氧剂，以及惰性气体的提 纯(除氧、氢)剂。 • 铀在核裂变时可产生200多 种放射性同位素，经分离之后广 泛用于国民经济的许多部门，比 如：农业上的辐照育种、工业上 的无损探伤、食品业上的保鲜灭 菌、医药上的放射治疗、还可用 于地质勘察和文物考古等。
铀裂变
科技前沿：新材料的 设计和发展动态
杨金文
铀
裂变核燃料：
金属铀燃料与其它氧化物 燃料相比，具有密度高的优势 。在装有金属燃料的反应堆中 ，燃料元件一般都在α-U相的温 度范围内运行。
火箭
核电站
核潜艇
核工程材料
贫铀弹
贫铀能用做中子增值堆的增 值材料与中子发射层，也可做核武 器的中子反射层材料，还可做放射 性物料的屏蔽容器。 凭借铀的高密度，可用于制 造杀伤力较大的各种贫铀弹和穿甲 弹。
穿甲弹
储氚材料
• 当核聚变装置运行时，需要对氘和氚 气实现安全洁净的回收、贮存和泵运。 • 金属铀能够在较低的温度下(100250℃)，直接与氢及其同位素发生化学反应 生成氢(氘和氚)化铀。而温度升高到400℃ 以上，氢化物又很容易离解释放出所吸收的 氢。 • 早期，金属铀已成为氚处理、贮存的 固体贮氚材料。 固体贮氚材料