第八章 新材料简介

高温超导体 • 一些复杂的氧化物陶瓷具有高的临界转变温度，其Tc超过 了77K，可在液氮的温度下工作，称为高温超导体。首先 开发的是钇系氧化物超导体，随后是铋系氧化物超导体和 铊系氧化物超导体。
第三节
生物材料
• 生物医学材料是生物医学科学中的最新分支学科，是 生物、医学、化学和材料科学交叉形成的边缘学科。 具体涉及到化学、物理学、高分子化学、高分子物理 学、生物物理学、生物化学、生理学、药物学、基础 与临床医学等很多学科 。 • ISO定义，生物材料（Biomaterials）即生物医学材料 （Biomedical Materials），它是指“以医疗为目的，用 于与组织接触以形成功能的无生命的材料”。另有定 义是：具有天然器官组织的功能或天然器官部分功能 的材料。
–按生物材料的属性分类： • 天然生物材料—再生纤维、胶原、透明质酸、甲壳 素等。 • 合成高分子生物材料—硅橡胶、聚氨脂及其嵌段共 聚物、涤纶、尼龙、聚丙烯腈、聚烯烃 • 医用金属材料—不锈钢、钛及钛合金、钛镍记忆合 金等 • 无机生物医学材料—碳素材料、生物活性陶瓷、玻 璃材料 • 杂化生物材料—指来自活体的天然材料与合成材料 的杂化，如胶原与聚乙烯醇的交联杂化等 • 复合生物材料—用碳纤维增强的塑料，用碳纤维或 玻璃纤维增强的生物陶瓷、玻璃等
第二节
超导材料
• 超导合金或化合物在技术上有重要价值，它们大多是 第二类超导体，具有较高的临界温度和特别高的临界 磁场和临界电流密度，超导合金具有塑性好，易于大 量生产、成本低等优点。 • Nb-Ti合金是实用超导线材的主流，其Tc随成分变化， Ti含量增加，强磁场的特性提高。Nb-Ti合金价格低 廉，机械性能优良，易于加工，但不宜制成扁线，因 为Nb-Ti合金有显著的各项异性。
医用金属材料 • 在生物医学材料中，金属材料应用最早，已有数百年的历 史。唐代就用银汞合金（主要成份：汞、银、铜、锡、锌） 来补牙。 • 医用金属材料是指一类用作生物材料的金属或合金，又称 外科用金属材料。它是一类生物惰性材料，除具有较高的 机械强度和抗疲劳性能，具有良好的生物力学性能及相关 的物理性质外，还必须具有优良的抗生理腐蚀性、生物相 容性、无毒性和简易可行及确切的手术操作技术 。
第八章 新材料简介
• • • • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 纳米材料 超导材料 生物材料 智能材料 非晶态合金 形状记忆材料
第一节 纳米材料
纳米粒子的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法
1. 物理方法 (1)真空冷凝法 (2)物理粉碎法 (3)机械球磨法
• (1)真空冷凝法 • 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等 离子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可 控，但技术设备要求高。 • (2)物理粉碎法 • 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点 操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 • (3)机械球磨法 • 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素纳米粒子、合 金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成 本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。
(4)溶胶凝胶法
• 金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处 理而生成纳米粒子。其特点反应物种多，产物颗粒均一， 过程易控制，适于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物的制备。 • (5)微乳液法 • 两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液， 在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。 其特点粒子的单分散和界面性好，Ⅱ～Ⅵ族半导体纳米 粒子多用重要医疗技术的物质基 础，综观人工器官及医疗装臵的发展史，每一种新型生 物材料的发现都引起了人工器官及医疗技术的飞跃。 –生物惰性医用硅橡胶—人工耳、人工鼻、人工颌骨等 –血液相容性较好的各向同性碳被复材料—碟片式机械 心脏瓣膜 –血液亲和性及物理机械性能较好的聚氨酯嵌段共聚 物—促使人工心脏向临床应用跨越一大步 –可形成假生物内膜的编织涤纶管—人工血管向实用化 飞跃。
• Nb-Zr 合金的延展性好，抗拉强度高，制作线圈工艺 较简单，具有良好的 H － Jc 特性，高磁场下仍能承受 很大的超导临界电流密度，但覆铜较困难，由于NbTi 合金发展较快，在应用上 Nb-Zr 合金已逐渐被淘汰。 • 三元合金的超导性能明显优于二元合金，目前已商品 化的三元合金材料有Nb-Zr-Ti，Nb-Ti-Ta， Nb-Ti-Hf 等等。Nb-Zr-Ti合金的临界温度一般在10K附近，主 要受合金成分、含氧量、加工度和热处理等因素的影 响。
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2. 化学方法 • • • • • (1)气相沉积法 (2)沉淀法 (3)水热合成法 (4)溶胶凝胶法 (5)微乳液法
(1)气相沉积法 气相沉积法是利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材 料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。 (2)沉淀法 沉淀法把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得 到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大， 适合制备氧化物。 (3)水热合成法 水热合成法是高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成， 再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高，分散性好、 粒度易控制。
• 该材料是临床应用最广泛的承力植入材料，由于有较高的 强度和韧性，已成为骨和牙齿等硬组织修复和替换、心血 管和软组织修复以及人工器官制造的主要材料。 • 化学周期表中的大部分金属不符合生物材料的要求，仅有 小部分或经处理过的可用于临床。目前在临床使用的医用 金属材料主要有不锈钢、钴基合金和钛基合金三大类，另 外还有记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌和锆等。
• 超导化合物的超导参数都较高，在强磁场中性能良好，但 质 脆 ， 不 易 加 工 ， 需 采 用 特殊 的 加工方 法 。常见 的 有 Nb3Sn系统；V3Ga化合物材料；Nb3(Al,Ge)化合物等等。 • 表13－1是一些典型的合金及化合物的临界温度(最大值)。， 具有超导电性的合金及化合物有很多，但能够实际应用的 并不多。