最新41硅无机非金属材料汇总

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41硅无机非金属材料

第四章材料家族中的元素

第一节硅无机非金属材料

一、硅

1.地壳前五名元素:氧硅铝铁钙

※自然界中没有单质硅

2.物理性质:单质硅分为晶体硅和无定形硅两种。

晶体硅:灰黑色,金属光泽,硬而脆,熔点高,半导体

3.化学性质:不活泼(常温下只与氟、氢氟酸、强碱反应)

1)常温下 2)高温、加热条件下

4.工业制硅:

1)制取粗硅:

※1.该反应为置换反应,碳把硅从二氧化硅中置换出。产物中的硅为粗硅

2.反应实质:二氧化硅有弱氧化性,只能把碳氧化成二价的一氧化碳。

2)粗硅提纯:

※四氯化硅为气体,最终产物硅为纯硅,反应条件也可为“△”

5.用途:应用于晶体管,集成电路,整流器,太阳能电池。

二、二氧化硅

1.存在与结构:

存在:广泛存在与自然界中,熔点高,硬度大。

结构:二氧化硅是原子结构,通过共价键向空间无限延伸。

※自然界中二氧化硅常见的有沙子和石英,具有色彩的石英为玛瑙,无色透明的石英为水晶)

2.物理性质:熔点高,硬度大,不溶于水的固体。

3.化学性质:

1)酸性氧化物:

反应原理:强酸制弱酸。酸性:碳酸>硅酸

2)弱氧化性:

3)高温下,与某些盐反应

※1.原料的碳酸钠碳酸钙均为固体。上述反应用于制玻璃。玻

璃的主要成分:硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅。制取玻璃时

二氧化硅过量。

2.该反应违背强酸制弱酸原理是由于该原理适用于溶液中

的反应。

4.特殊反应:

※1.该反应用于雕刻玻璃。

2.氢氟酸的制取要在铅皿中进行,因为能与玻璃反应。

三、硅酸

1.分类:

原硅酸(又叫正硅酸),化学式:转化:

偏硅酸(通常指的硅酸),化学式:

※1.原硅酸与硅酸之间的关系类似于正酸与偏酸的关系,元素化合价不变。

2.正酸按照物质的量1:1分子内脱水得到偏酸。如 (磷酸)→ (偏磷酸)

2.特殊性质:

3.硅酸的制备:利用弱氧化性

新型无机非金属材料有哪些

新型无机非金属材料有哪些 新材料全球交易网 新型无机非金属材料有哪些?“新材料全球交易网”收集整理最全新型无机非金属材料知识点。更多增值服务,请关注“新材料全球交易网”。 一、重要概念 1、新型无机非金属材料 (1)是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。 (2)包括以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。 2、陶瓷 (1)从制备上开看,陶瓷是由粉状原料成型后在高温作用下硬化而形成的制品。 (2)从组分上来看,陶瓷是多晶、多相(晶相、玻璃相和气相)的聚集体。 3、玻璃 (1)狭义:熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机非金属物质。 (2)一般:若某种材料显示出典型的经典玻璃所具有的各种特征性质,则不管其组成如何都可称为玻璃(具有玻璃转变温度 Tg)。 玻璃转变温度:玻璃态物质在玻璃态和高弹态之间相互转化的温度。 具有Tg的非晶态新型无机非金属材料都是玻璃。 4、水泥 凡细磨成粉末状,加入适量水后,可成为塑性浆体,能在空气或水中硬化,并能将砂、石、钢筋等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料,通称为水泥。 5、耐火材料 耐火度不低于1580℃的新型无机非金属材料 6、复合材料 由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。 通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联,从而获得更优秀的性能。 二、陶瓷知识点 1、陶瓷制备的工艺步骤 原材料的制备→坯料的成型→坯料的干燥→制品的烧成或烧结 2、陶瓷的天然原料 (1)可塑性原料:黏土质陶瓷成瓷的基础(高岭石、伊利石、蒙脱石) (2)弱塑性原料:叶蜡石、滑石 (3)非塑性原料:减塑剂——石英;助熔剂——长石 3、坯料的成型的目的

高分子材料与无机非金属、金属材料的区别

高分子材料与无机非金属材料、金属材料的区别有机高分子化合物简称高分子化合物或高分子,又称高聚物,与无机非金属材料、高分子材料并称三大材料。高分子材料一般具有以下特点: (1)力学性能:比强度高,韧性高,耐疲劳性好,但易应力松弛和蠕变; (2)反应性:大多数是惰性的,耐腐蚀,但粘连时要表面处理,加聚合物共混时需要表面处理,另外,有的高分子材料容易吸收紫外线或红外线及可见光发生降解; (3)物理性能:密度小,很高的电阻率,熔点相比金属较低,限制了使用领域高分子化合物的一般具有特殊的结构,使它表现出了非同凡响的特性。例如,高分子主链有一定内旋自由度,可以弯曲,使高分子链具有柔性;高分子结构单元间的作用力及分子链间的交联结构,直接影响它的聚集态结构,从而决定高分子材料的主要性能。 此外高分子材料可用纤维增强(复合材料)制成高性能的新型材料,可设极性大,部分性能超过金属。当前,高分子材料正趋向功能化,合金化发展,比传统材料有更大的发展空间和更广阔使用的领域。 高分子化合物固、液、气三种存在状态的变化一般并不很明显。固体高分子化合物的存在状态主要有玻璃态、橡胶态和纤维态。固体状态的高分子化合物多是硬而有刚性的物体。无定形的透明固体高分子化合物很像玻璃,故称它为玻璃态。在橡胶态下,高分子链处于自然无规则和卷曲状态,在应力作用下被拉伸,去掉应力又恢复卷曲,表现出弹性。纤维是由高分子化合物构成的长度对直径比大很多倍的纤细材料。 通常使用的高分子材料,常是由高分子化合物加入各种添加剂所形成,其基本性能取决于所含高分子化合物的性质,各种不同添加剂的作用在于更好地发挥、保持、改进高分子化合物的性能,满足不同的要求,用在更多的方面。 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮

无机非金属材料的应用现状与发展趋势

非金属材料的应用现状与发展趋势 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。无机非金属材料工程是材料学中的一个专业。无机非金属材料工程是为了培养具备无机非金属材料及其复合材料科学与工程方面的知识,能在无机非金属材料结构研究与分析、材料的制备、材料成型与加工等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才。 本专业学生主要学习无机非金属材料及复合材料的生产过程、工艺及设备的基础理论、组成、结构、性能及生产条件间的关系,具有材料测试、生产过程设计、材料改性及研究开发新产品、新技术和设备及技术管理的能力。我国无机非金属材料工业的发展中存在很多问题,特别是传统的无机非金属材料与国外先进水平有非常大的差距,主要有: (1) 产品等级低 在传统无机非金属材料中,无论是水泥、玻璃还是陶瓷的产品等级普遍偏低。例如:发达国家的水泥熟料强度一般都在70MPa以上,而我国平均强度仅为50 MPa。我国高等级水泥(ISO≥)仅占18%,大量生产的是中、低等级水泥(ISO≤),而很多发达国家的高等级水泥占90%以上。 (2) 资源消耗高 在资源的消耗方面,水泥和陶瓷工业更为突出。由于大量的无序开采,未能充分利用有限资源,造成了极大浪费。例如:生产水泥熟料的主要原料是相对优质的石灰石,其化学成份须满足CaO含量不低于45%、MgO不高于3%等要求。我国符合水泥生产要求,可以使用的量仅约250亿吨。目前每年生产水泥消耗的优质石灰石约亿吨,因此该储量仅可生产水泥熟料约200亿吨,仅能提供约40年的水泥生产

第四节 无机非金属材料的结构

首页 >> 网络课程 >> 第二章 >> 第四节 绪论 第一章第一章 工程材料的分工程材料的分类类及性能 第二章第二章 材料的材料的结结构 第三章第三章 材料制材料制备备的基本知的基本知识识 第四章第四章 二元相二元相图图及应用 第五章第五章 材料的材料的变变形 第六章第六章 钢的热处热处理理 第七章第七章 工业用钢 第八章第八章 铸铁 第九章第九章 有色金有色金属属及其合金 第十章第十章 常用非金常用非金属属材料 第十一章第十一章 工程材料的工程材料的选选用 第四节 无机非金属材料的结构 一、陶瓷材料的结构特点 对工程师来说,陶瓷包括种类繁多的物质,例如玻璃、砖、石头、混凝土、磨料、搪瓷、介 磁性材料、高温耐火材料和许多其它材料。所有这些材料的共同特征是:它们是金属和非金 合物由离子键和共价键结合在一起。陶瓷材料的显微组织由晶体相、玻璃相和气相组成,而且很大,分布也不够均匀。 与金属相比,陶瓷相的晶体结构比较复杂。由于这种复杂性以及其原子结合键强度较大,所以 例如,正常冷却速率的玻璃没有充分时间使其重排为复杂的晶体结构,所以它在室温下可长 二、陶瓷晶体 1. AX型陶瓷晶体 AX型陶瓷晶体是最简单的陶瓷化合物,它们具有数量相等的金属原子和非金属原子。它们可以 如MgO,其中两个电子从金属原子转移到非金属原子,而形成阳离子(Mg3+)和阴离子(O2-)是共价型,价电子在很大程度上是共用的。硫化锌(ZnS)是这类化合物的一个例子。 AX化合物的特征是:A原子只被作为直接邻居的X原子所配位,且X原子也只有A原子作为第一或离子是高度有序的,在形成AX 化合物时,有三种主要的方法能使两种原子数目相等,且有如 位。属于这类结构的有: (1)CsCl型 这种化合物的结构见图2-25。A原子(或离子)位于8个X原子的中心,X原子(或离子)也处但应该注意的是,这种结构并不是体心立方的。确切的说,它是简单立方的,它相当于把简单 子晶格相对平移a/2,到达彼此的中心位置而形成。 重庆大学精品课程-工程材料

硅-无机非金属材料教案

硅无机非金属材料教案 一、教学目标 1. 了解硅、二氧化硅的主要性质。 2. 认识硅、二氧化硅在生产、信息技术、材料科学等领域的应用。 3、认识物之间既有相似性,又有各自的特性 4、初步培养学生自主查阅资料的能力和阅读能力 二、教学重点、难点 重点:二氧化硅的结构、性质和用途;硅单质的用途 难点:二氧化硅的结构和化学性质 三、教学方法 1、自主学习,培养学生自学的能力。 2、设疑引导、变疑为导、变教为导的思路教学法 四、教学过程 新课导入:材料是人类生活必不可少的物质基础。没有感光材料,我们就没法留下美好的回忆;没有高纯的单晶硅就没有今天的电脑;没有特殊的新型材料,火箭就没法上天,人类的登月计划也无法实现,因此说材料的发展对我们的生活至关重要。从化学的角度来说,任何物质都是由元素组成,那元素与这些材料之间又有什么样的关系呢?接下来我们就来学习一下元素与材料之间的关系。 板书:硅无机非金属材料 学生活动:阅读教材思考一下问题 1、无机非金属材料包括哪些? 2、这类材料的特点有哪些? 讲解: 1、无机非金属材料包括陶瓷、玻璃、无机非金属涂层等 2、这类材料的特点是耐高温、硬度高、抗腐蚀,有些材料还有独特的光电性质。 一、半导体材料与单质硅 学生活动:阅读教材思考一下问题 1、什么是半导体材料? 2、最早使用的半导体材料是什么?为什么能广泛使用? 3、现在广泛使用的半导体材料是什么?为什么能广泛使用? 讲解:1、半导体材料是指导电能力介于导体与绝缘体之间的一类材料;

2、最早使用的半导体材料是锗,由于其含量很低,提炼工艺复杂,价格昂贵,所以没能广泛使用。 3、现在广泛使用的半导体材料低硅,由于其储量丰富,仅次于氧,常温下化学性质稳定,所以能广泛使用。 过渡:硅除了作为半导体材料被广泛使用外,还具有什么其他的性质和用途呢? 硅的性质与用途 1、物理性质:灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体,是一种良好的半导体材料。 硅的同素异形体:晶体硅和无定形硅 2、预测物质的化学性质(分类思想) 硅属于非金属单质应该和C、P、S等非金属单质具有类似的性质 1、C、P、S等非金属单质常温下性质比较稳定 硅的性质在常温也比较稳定 2、C、P、S等非金属单质在一定条件下可以和氧气反应 硅也在一定条件下和氧气反应 学生活动:画出C、Si的原子结构简图,并由此分析:硅的化学性质活不活泼,为什么?硅的化合价主要是多少? 讲解:Si原子最外层有四个电子,既不易失电子,也不易得电子,所以,硅的化学性质不活泼。主要形成四价的化合物。硅是一种亲氧元素,在自然界它总是与氧相互化合。所以在氧化气氛包围的地球上,硅主要以熔点很高的氧化物及硅酸盐的形式存在。 化学性质:(常温下比较稳定) Si+O2△SiO2(条件:研碎的硅、加热) 过渡:硅的性质比较稳定,长温下除了可以和F2、HF及强碱反应外,很难和其他物质反应 学生活动:根据硅的化合价分别写出硅与F2、HF及强碱的化学反应方程式: Si+2F2=SiF4 Si+4HF=SiF4+2H2↑ Si+2NaOH+H2O=NaSiO3+2H2↑ 过渡:高纯度的单质硅作为半导体材料而被广泛应用于电子、计算机领域,但在自然界中并没有游离态的硅存在,大多以SiO2、硅酸盐的形式存在,这就需要我们通过化学方法制取单质硅。

无机非金属材料工程专业介绍及就业前景

无机非金属材料工程专业介绍及就业前景 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。 成分结构 在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂,并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。 硅酸盐材料是无机非金属材料的主要分支之一,硅酸盐材料是陶瓷的主要组成物质。 应用领域 无机非金属材料品种和名目极其繁多,用途各异,因此,还没有一个统一而完善的分类方法。通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。如水泥是一种重要的建筑材料;耐火材料与高温技术,尤其与钢铁工业的发展关系密切;各种规格的平板玻璃、仪器玻璃和普通的光学玻璃以及日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和电瓷等与人们的生产、生活休戚相关。它们产量大,用途广。其他产品,如搪瓷、磨料(碳化硅、氧化铝)、铸石(辉绿岩、玄武岩等)、碳素材料、非金属矿(石棉、云母、大理石等)也都属于传统的无机非金属材料。新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的,具有特殊性能和用途的材料。它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。主要有先进陶瓷(advanced ceramics)、非晶态材料(noncrystal material〉、人工晶体〈artificial crys-tal〉、无机涂层(inorganic coating)、无机纤维(inorganic fibre〉等。 传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的比较传统无机非金属材料新型无机非金属材料具有性质稳定,抗腐蚀耐高温等优点,但质脆,经不起热冲击。除具有传统无机非金属材料的优点外,还有某些特征如:强度高、具有电学、光学特性和生物功能等。 业务培养目标: 本专业培养具备无机非金属材料及其复合材料科学与工程方面的知识,能在

硅与无机非金属材料

第四章第1节硅与无机非金属材料 【教学目标】 1.知识技能目标: 掌握硅、二氧化硅的物理化学性质,粗硅的制法。认识硅、二氧化硅作为无机非金属材料的特性及其用途。 2.方法与过程目标: 学习从不同的角度出发对常见材料进行分类的方法,能根据同一类别不同物质的性质归纳出该类物质的通性,并能运用通性简单预测其他物质的性质。 3.情感态度与价值观目标: 通过对作为计算机、光通信等高科技关键材料的硅、二氧化硅等无机非金属材料的学习,利用学生对高科技的浓烈兴趣,激发学生对化学的兴趣。 【重点、难点】 硅、二氧化硅的主要性质 【预习提纲】 一、单质硅和半导体材料 1、无机非金属材料主要包括:、、等,、 、属于传统非金属材料。 2、半导体材料指导电能力介于和之间的一类材料。 最早使用的半导体材料是,现已成为应用广泛的半导体材料。 3、硅的物理性质 单质硅有和两种。 晶体硅是色,有光泽、硬而脆的固体。 4、硅的化学性质: 常温下: 加热条件下: 5、硅的用途 硅用于制造,此外硅合金可用于制造。

二、二氧化硅与光导纤维 1、二氧化硅广泛存在于自然界中,、的主要成分就是二氧化硅。 2、二氧化硅的组成和性质 (1)二氧化硅晶体由和构成,晶体中硅原子和氧原子的个数之比是______,它的高,大,透明二氧化硅晶体俗称水晶,水晶常用来制造和等。光导纤维的主要成分: (2)化学性质: 酸性氧化物: 特性: 3、二氧化硅的用途: 【教学过程】 从现实生活中硅元素的存在引入课题 瓷器水晶太阳能电池板沙滩 一、单质硅和半导体材料 【方法介绍】:研究物质主要从存在、结构、性质、制备、用途等几个角度加以考虑。 【阅读】107、108页教材,了解硅的存在和物理性质: 1、硅的存在 自然界存在形态:,地壳当中元素含量居第位。 单质硅有和两种同素异形体。 (从组成的角度看,晶体硅和无定形硅之间是什么关系?还有哪些物质具有相同的关系?)

无机非金属材料的现状与前景

无机非金属材料的现状与前景 【摘要】无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。在材料学飞速发展的今天,无机非金属材料有这广阔的应用前景和良好的就业形势。 【关键字】无机非金属材料方向前景智能 1. 无机非金属材料的特点及应用 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。 在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂,并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。 无机非金属材料品种和名目极其繁多,用途各异,因此,还没有一个统一而完善的分类方法。通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。 普通无机非金属材料的特点是:耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外,水泥在胶凝性能上,玻璃在光学性能上,陶瓷在耐蚀、介电性能上,耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性,为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比,它抗断强度低、缺少延展性,属于脆性材料。与高分子材料相比,密度较大,制造工艺较复杂。

无机非金属材料

无机非金属材料 以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物(包括硫化物、硒化物及碲化物)和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材料的泛称。包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料以及新型无机材料等。其中陶瓷一词,随着与陶瓷工艺相近的无机材料的不断出现,其概念的外延也不断扩大。最广义的陶瓷概念几乎与无机非金属材料的含意相同。无机非金属材料也和金属材料以及有机高分子材料等一样,是当代完整的材料体系中的一个重要组成部分。 普通无机非金属材料的特点是:耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外,水泥在胶凝性能上,玻璃在光学性能上,陶瓷在耐蚀、介电性能上,耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性,为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比,它抗断强度低、缺少延展性,属于脆性材料。与高分子材料相比,密度较大,制造工艺较复杂。特种无机非金属材料的特点是:①各具特色,例如:高温氧化物等的高温抗氧化特性;氧化铝、氧化铍陶瓷的高频绝缘特性;铁氧体的磁学性质;光导纤维的光传输性质;金刚石、立方氮化硼的超硬性质;导体材料的导电性质;快硬早强水泥的快凝、快硬性质等。②各种物理效应和微观现象,例如:光敏材料的光-电、热敏材料的热-电、压电材料的力-电、气敏材料的气体-电、湿敏材料的湿度-电等材料对物理和化学参数间的功能转换特性。③不同性质的材料经复合而构成复合材料,例如:金属陶瓷、高温无机涂层,以及用无机纤维、晶须等增强的材料。 沿革旧石器时代人们用来制作工具的天然石材是最早的无机非金属材料。在公元前6000~前5000年中国发明了原始陶器。中国商代(约公元前17世纪初~约前11世纪)有了原始瓷器,并出现了上釉陶器。以后为了满足宫廷观赏及民间日用、建筑的需要,陶瓷的生产技术不断发展。公元 200年(东汉时期)的青瓷是迄今发现的最早瓷器。陶器的出现促进了人类进入金属时代,中国夏代(约公元前22世纪末至约前21世纪初~约前17世纪初)炼铜用的陶质炼锅,是最早的耐火材料。铁的熔炼温度远高于铜,故铁器时代的耐火材料相应地也有很大发展。18世纪以后钢铁工业的兴起,促进耐火材料向多品种、耐高温、耐腐蚀方向发展。公元前3700年,埃及就开始有简单的玻璃珠作装饰品。公元前1000年前,中国也有了白色穿孔的玻璃珠。公元初期罗马已能生产多种形状的玻璃制品。1000~1200年间玻璃制造技术趋于成熟,意大利的威尼斯成为玻璃工业中心。1600年后玻璃工业已遍及世界各地区。公元前3000~前2000年已使用石灰和石膏等气硬性胶凝材料。随着建筑业的发展,胶凝材料也获得相应的发展。公元初期有了水硬性石灰,火山灰胶凝材料,1700年以后制成水硬性石灰和罗马水泥。1824年英国J.阿斯普丁发明波特兰水泥(见水泥)。上述陶瓷、耐火材料、玻璃、水泥等的主要成分均为硅酸盐,属于典型的硅酸盐材料。 18 世纪工业革命以后,随着建筑、机械、钢铁、运输等工业的兴起,无机非金属材料有了较快的发展,出现了电瓷、化工陶瓷、金属陶瓷、平板玻璃、化学仪器玻璃、光学玻璃、平炉和转炉用的耐火材料以及快硬早强等性能优异的水泥。同时,发展了研磨材料、碳素及石墨制品、铸石等。 20世纪以来,随着电子技术、航天、能源、计算机、通信、激光、红外、光电子学、生物医学和环境保护等新技术的兴起,对材料提出了更高的要求,促进了特种无机非金属材料的迅速发展。30~40年代出现了高频绝缘陶瓷、铁电陶瓷和压电陶瓷、铁氧体(又称磁性瓷)和热敏电阻陶瓷(见半导体陶瓷)等。50~60年代开发了碳化硅和氮化硅等高温结

无机非金属材料的分类

无机非金属材料的分类 (1)传统陶瓷(其中,瓷是在陶的基础上上一层釉) 陶瓷在我国有悠久的历史,是中华民族古老文明的象征。从西安地区出土的秦始皇陵中大批陶兵马俑,气势宏伟,形象逼真,被认为是世界文化奇迹,人类的文明宝库。唐代的唐三彩、明清景德镇的瓷器均久负盛名。 传统陶瓷材料的主要成分是硅酸盐,自然界存在大量天然的硅酸盐,如岩石、土壤等,还有许多矿物如云母、滑石、石棉、高岭石等,它们都属于天然的硅酸盐。此外,人们为了满足生产和生活的需要,生产了大量人造硅酸盐,主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。硅酸盐制品性质稳定,熔点较高,难溶于水,有很广泛的用途。 硅酸盐制品一般都是以黏土(高岭土)、石英和长石为原料经高温烧结而成。黏土的化学组成为Al?O3·2SiO?·2H?O,石英为SiO?,长石为K?O·Al?O3·6SiO?(钾长石)或Na2O·Al2O3·6SiO2(钠长石)。这些原料中都含有SiO2,因此在硅酸盐晶体结构中,硅与氧的结合是最重要也是最基本的。 硅酸盐材料是一种多相结构物质,其中含有晶态部分和非晶态部分,但以晶态为主。硅酸盐晶体中硅氧四面体[SiO4]是硅酸盐结构的基本单元。在硅氧四面体中,硅原子以sp杂化轨道与氧原子成键,Si—O键键长为162 pm,比起Si和O的离子半径之和有所缩短,故Si—O键的结合是比较强的。 (2)精细陶瓷 精细陶瓷的化学组成已远远超出了传统硅酸盐的范围。例如,透明的氧化铝陶瓷、耐高温的二氧化锆(ZrO2)陶瓷、高熔点的氮化硅(Si3N4)和碳化硅(SiC)陶瓷等,它们都是无机非金属材料,是传统陶瓷材料的发展。精细陶瓷是适应社会经济和科学技术发展而发展起来的,信息科学、能源技术、宇航技术、生物工程、超导技术、海洋技术等现代科学技术需要大量特殊性能的新材料,促使人们研制精细陶瓷,并在超硬陶瓷、高温结构陶瓷、电子陶瓷、磁性陶瓷、光学陶瓷、超导陶瓷和生物陶瓷等方面取得了很好的进展,下面选择一些实例做简要的介绍。 高温结构陶瓷汽车发动机一般用铸铁铸造,耐热性能有一定限度。由于需要用冷却水冷却,热能散失严重,热效率只有30%左右。如果用高温结构陶瓷制造陶瓷发动机,发动机的工作温度能稳定在1 300 ℃左右,由于燃料充分燃烧而又不需要水冷系统,使热效率大幅度提高。用陶瓷材料做发动机,还可减轻汽车的质量,这对航天航空事业更具吸引力,用高温陶瓷取代高温合金来制造飞机上的涡轮发动机效果会更好。 目前已有多个国家的大的汽车公司试制无冷却式陶瓷发动机汽车。我国也在1990年装配了一辆并完成了试车。陶瓷发动机的材料选用氮化硅,

高一化学人教版必修第二册 第五章 第三节 无机非金属材料

无机非金属材料 核心知识点一: 一、硅酸盐材料 硅酸盐是由盐、氧和金属组成的化合物的总称,在自然界分布极广。硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质,大多不溶于水,化学性质很稳定。 1. 硅酸 (1)物理性质 不溶于水、无色透明、胶状(硅胶)。 硅胶多孔,吸附水分能力强,常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂,也可以用催化剂的载体。 (2)化学性质 ①弱酸性:所以在与碱反应时只能与强碱反应

H2SiO3 + 2NaOH=Na2SiO3 + H2O H2SiO3 + 2OH-=SiO32-+ 2H2O 比碳酸酸性弱:Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+ H2SiO3 ②硅酸的热稳定性较弱,受热易分解为SiO2和水:H2SiO3H2O+SiO2 (3)制备方法 由于SiO2不溶于水,所以硅酸只能用间接的方法制取,一般用可溶性硅酸盐+酸制得。 Na2SiO3 + 2HCl=2NaCl + H2SiO3 ↓ SiO32-+ 2H+=H2SiO3 ↓ 【注意】①硅酸不溶于水,不能用SiO2与水反应制取硅酸 ②硅酸的酸性比碳酸的酸性还弱,所以往可溶性硅酸盐溶液中通入CO2也可以制取硅酸: Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3 ↓ SiO32-+CO2+H2O=CO32-+H2SiO3 ↓ ③如前所述, SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑,该反应在高温条件下进行,有利于CO2从体系中挥发出来,而SiO2为高熔点固体,不能挥发,所以反应可以进行,符合难挥发性酸酐制取易挥发性酸酐的原理;而上述反应“Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+ H2SiO3↓”可以进行,是因为该反应是在溶液中进行的,符合复分解反应的原理,两者反应原理不矛盾【想一想】碳酸和硅酸的酸性比较 2. 硅酸钠 (1)物理性质:最简单的硅酸盐是硅酸钠(Na2SiO3),可溶于水,其水溶液俗称水玻璃,是制备硅胶和木材防火剂等的原料。 【注意】①硅酸钠溶液可用玻璃瓶盛装,但是不能用玻璃塞,应用橡胶塞或木塞。 ②玻璃中含有二氧化硅,盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。 (2)化学性质

无机非金属材料中的常见结构类型

无机非金属材料中的常见结构类型
尹从岭
(北京大学化学与分子工程学院)
摘要:本文综述了无机非金属材料中的常见结构类型,介绍了它们之间的联系与区别。 关键词:钙钛矿;钨青铜;尖晶石;六方密堆积;立方密堆积 无机化合物的结构型式复杂多样,本文选择一些简单而重要的结构型式加以讨论。 1. MX 型化合物的结构 1. NaCl 型的晶体结构 在 NaCl 的晶体中,Na+和 Cl-交替排列,具有正八面体配位,晶体属于面心立方点阵 Oh 点群。 NaCl 晶体结构可看作 Cl-作立方最密堆积, 在这堆积的每个八面体空隙中填入 Na+。 晶体结构示于图 1 中。属于 NaCl 型结构的化合物有离子键型的 碱金属卤化物和氢化物,碱土金属的氧化物和硫化物;有过渡 键型的金属氧化物、硫化物以及间隙型的碳化物和氮化物。 LiVO2 是与 NaCl 结构相关的化合物。LiVO2 结构中氧离子 构成立方密堆积,金属离子沿体对角线方向交替占据八面体空 隙,形成锂原子层和钒原子层。图 2 Li+ 给出了 LiVO2 的晶体结构。LiVO2 可 以看作是有序的 NaCl 结构,具有三 图 1 NaCl 的结构 2O 方对成行,空间群为 R32/m。在较高 的温度下,LiVO2 结构中的两种阳离子趋于无序分布,LiVO2 转 变成典型的 NaCl 立方结构。 3+ NbO 是另外一个与 NaCl 结构相关的化合物。 NbO 结构中, 在 V 有 1/4 的铌和氧格位未被占据, 因而可以看作 NaCl 的有序缺陷结 构。 NbO 结构中, 是平面四方配位。 在 Nb NbO 结构也可以看作是由八面体金属原 子簇 Nb6 共用顶点而形成的骨架结构。 NbO 的结构如图 3 所示。 CaC2 是另外一个与 NaCl 结构相关的 图2. LiVO2的结构 化合物。CaC2 有多种晶型,四方晶系的 图 3. NbO 的结构 22+ CaC2 由 Ca 和 C2 组成,Ca2+和 C22-的分布和 NaCl 相似,但由于 C22-离子是哑铃状,而不是球形,使结构沿 c 轴方向拉长成四方晶系。结构的图形示于图 4。 2.CsCl 型的晶体结构 在 CsCl 的晶体结构中,Cl-作简单立方堆积,Cs+填入 立方体空隙中,正、负离子的配位数均为 8,其结构示于 图 5。 CsCl 型结构属于简单立方点 阵,Oh 点群。属于 CsCl 型的例子 化合物有 CsCl, CsBr, CsI, RbCl, ThCl, TlCl, TlBr, 4Cl, 4Br, NH NH
图 5. CsCl 的结构
C2
Ca2
图 4. CaC2 的结构

无机非金属材料的主角硅练习题及答案解析

(本栏目内容在学生用书中以活页形式分册装订!) 一、选择题 1.下列不是水玻璃用途的是() A.肥皂填料B.木材防火剂 C.纸板黏胶剂D.建筑装饰材料 解析:水玻璃是Na2SiO3溶液,是制备硅胶和木材防火剂等的原料。 答案: D 2.下列物质中,不含有硅酸盐的是() A.水玻璃B.硅芯片 C.黏土D.普通水泥 解析:水玻璃是Na2SiO3的水溶液,黏土和普通水泥的主要成分都是硅酸盐,硅芯片的主要成分是硅。 答案: B 3.SiO2属于酸性氧化物的理由主要是() A.硅是非金属元素 B.SiO2对应的水化物是可溶性弱酸 C.SiO2能与强碱反应生成盐和水 D.SiO2不能与酸反应 解析:依据酸性氧化物的概念进行判断——能与强碱反应生成盐和水的氧化物。 答案: C 4.下列说法错误的是() A.二氧化硅是光导纤维的主要原料 B.硅是信息技术的关键材料 C.陶瓷餐具所用材料为硅酸盐 D.水晶镜片所用原料为硅酸盐 解析:石英、水晶、光导纤维主要成分为SiO2。Si用于信息产业及硅光太阳能电池。传统硅酸盐材料是陶瓷、水泥、玻璃,新型无机非金属材料为光导纤维、生物陶瓷等。 答案: D 5.下列物品或设备:①水泥路桥②门窗玻璃③水晶镜片 ④石英钟表⑤玛瑙手镯⑥硅太阳能电池⑦光导纤维 ⑧计算机芯片。所用材料为SiO2或要用到SiO2的是() A.①②③④⑤⑦B.全部 C.⑥⑧D.①②⑦⑧ 解析:⑥、⑧用到的材料是Si而不是SiO2,其余都用到SiO2。 答案: A 6.下列反应的离子方程式中,正确的是(多选)() A.二氧化硅和氢氟酸反应:SiO2+4H+===Si4++2H2O B.二氧化硅和氢氧化钾溶液反应:SiO2+2OH-===SiO2-3+H2O C.水玻璃中滴入盐酸:SiO2-3+2H+===H2SiO3↓ D.碳酸钡滴加稀硝酸:CO2-3+2H+===H2O+CO2↑ 解析:A中氢氟酸是一种弱酸,不能拆写成离子的形式;D中碳酸钡是一种难溶性的物质,也不能拆写成离子的形式。 答案:BC 7.高岭土的组成可表示为Al2Si2O x(OH)y,其中x、y的数值分别是() A.7,2 B.5,4 C.6,3 D.3,6 解析:一般利用化合物中化合价代数和等于零的规则来列方程求解。已知化合价:Al为+3价,Si为+4价,O为-2价,(OH)为-1价。则2×(+3)+2×(+4)+x×(-2)+y×(-1)=0,化简得:2x +y=14,将各项代入,只有B项符合该方程。 答案: B

无机非金属材料结构知识点整理

一概述 1.材料是人类社会所能接受的、可经济地制造有用物品的物质。材料性能关系到材料的应用材料含义在于应用,材料的什么决定应用的概念和设计,决定了应用的基础——综合的性能决定最终产品的形态和应用…… 2.材料研究的核心问题:以材料的结构和性能为研究对象,并重点研究结构与材料性能之间的关系,为材料性能的改进和新材料的开发提供指导。 3材料结构层次:原子结构,晶体结构——功能材料密切相关;显微结构,微观组织——结构材料密切相关;宏观结构——复合材料相关;、 4材料的电子结构——指材料中的电子分布和状态,它不同于单个的分子和原子的电子结构,因为这两者不是长程的完整的材料。它是决定材料晶体结构的主要和本质原因。 5. 电子波动反映到原子中,为驻波。 6.现代材料结构和性能测量的重要原理和基础:X光衍射和电子显微技术——微观结构,磁性分布和能隙空间分布等等,其中大都以微观过程或性能直接体现了量子效应和作用…… 7.量子理论是解决电子结构的惟一工具。是以能量的量子化和波函数概念为核心的,可依照薛定额方程确定的第一性原理分析方法。 二、晶体结构 1晶体的特征:均匀性;各向异性;自发地形成多面体外形;晶体具有明显确定的熔点;晶体的对称性;晶体对X射线的衍射; 2晶体的宏观特性是由晶体内部结构的周期性决定的,即晶体的宏观特性是微观特性的反映。 3晶体结构即晶体的微观结构,是指晶体中实际质点(原子、离子或分子)的具体排列情况 4晶体与非晶体的最本质差别在于组成晶体的原子、离子、分子等质点是规则排列的(长程序),而非晶体中这些质点除与其最近邻外,基本上无规则地堆积在一起(短程序)。晶体与非晶体之间的主要差别在于它们是否有三维长程点阵结构。 5晶体――原子或原子团、离子或分子在空间按一定规律呈周期性地排列构成的固体 6固体分类(按结构)――晶体:长程有序;非晶体:不具有长程序的特点,短程有序;准晶体:有长程取向性,而没有长程的平移对称性。 7在晶体中适当选取某些原子作为一个基本结构单元,这个基本结构单元称为基元,基元是晶体结构中最小的重复单元,基元在空间周期性重复排列就形成晶体结构。晶格+基元=晶体结构 8晶体的内部结构可以概括为是由一些相同的点子在空间有规则地做周期性无限分布,通过这些点做三组不共面的平行直线族,形成一些网格,称为晶格(或者说这些点在空间周期性排列形成的骨架称为晶格)。9取一格点为顶点,由此点向近邻的三个格点作三个不共面的矢量,以此三个矢量为边作平行六面体即为固体物理学(简称原胞)。 10结晶学原胞(简称单胞)构造:使三个基矢的方向尽可能地沿着空间对称轴的方向,它具有明显的对称性和周期性。 11维格纳--塞茨原胞构造:以一个格点为原点,作原点与其它格点连接的中垂面(或中垂线),由这些中垂面(或中垂线)所围成的最小体积(或面积)即为W--S原胞。特点:它是晶体体积的最小重复单元,每个原胞只包含1个格点。其体积与固体物理学原胞体积相同。 12原胞与分类—7大晶系 晶系晶轴轴间夹角实例 立方 a = b = c α=β=γ= 900Cu, NaCl 四方 a = b ≠ c α=β=γ= 900Sn, SiO2 正交 a = ≠ b ≠ c α=β=γ= 900I2, BaCO3 三方 a = b = c α=β=γ≠ 900As, Al2O3 a = b ≠ c α=β= 900,γ = 1200 单斜 a ≠ b ≠ c α= γ= 900,β≠ 900KClO3 三斜 a ≠ b ≠ c α≠ β≠ γ≠ 900 K2CrO7 六方 a = b ≠ c α=β= 900,γ =1200 Mg,CuS

无机非金属材料导论复习

第三章陶瓷 1 陶瓷是由粉状原料成型后在高温下作用硬化而成的制品,是多晶、多相的聚集体。 2 分为传统陶瓷和新型陶瓷。新型陶瓷根据功能分类包括:1力学功能陶瓷(叶片、转子)2热功能陶瓷(高温用坩埚、导弹)3电子功能陶瓷(大容量电容器、红外检测元件)4磁功能陶瓷(记忆运算元件、磁蕊)5光功能陶瓷(窗口材料、胃照相机)6化学功能陶瓷(传感器、催化剂)7放射性功能陶瓷(核燃料、减速剂)8吸声功能陶瓷(吸声板)9生物功能陶瓷(人造骨、生物陶瓷)。 3 陶瓷的制备工艺:1原料的制备(天然原料,合成原料);2胚料的成形和干燥(可塑成形,注浆成形,压制成形);3烧结或烧成。 烧结方法:粉末在室温下加压成形后再进行烧结的传统方法、热等静压、水热烧结、热挤压烧结、电火花烧结、爆炸烧结、等离子体烧结等。 自蔓延高温合成法:利用金属与硅、硼、碳、氮等相互作用的强烈放热效应,不采取外部加热源,而利用元素内部潜在的化学能将原始粉末在几秒到几十秒的极短时间内转化成化合物或致密烧结体。优点:不需要高温炉,过程简单,几乎不消耗电能,制得的产品纯净,能获得复杂相和亚稳相。缺点:不易获得高密度材料,不易严格控制制品的性能,易燃,有毒。 4 陶瓷的典型组织结构:晶相,玻璃相,气相。 晶相是陶瓷的主要组成成分,数量较大,对性能影响较大。它的结构、数量、形态和分布,决定了陶瓷的主要特点和应用。 玻璃相作用(1)将晶相颗粒粘结起来,填充晶相之间的空隙,提高材料的致密度;(2)降低烧成温度,加速烧成过程;(3)阻止晶体转变,抑制晶体长大;(4)获得一定程度的玻璃特性,如透光性及光泽等。玻璃相对陶瓷的机械强度、介电性能、耐火性等是不利的,因此不能成为陶瓷的主导组成成分,一般含量为20%-40%. 气相是指陶瓷组织内部残留下来未排除的气体,通常以气孔形式出现。根据气孔含量可将陶瓷分为致密陶瓷、无开孔陶瓷和多孔陶瓷。除多孔陶瓷外,气孔都是不利的,它降低了陶瓷的强度和导热性能,也常常是造成裂纹的根源。一般普通陶瓷气孔率5%-10% ,特种陶瓷5%以下,金属陶瓷0.5%以下。 经历低温(室温至300℃)中温(300-950℃)高温(950℃至烧成温度)冷却(烧成温度至室温)四个阶段 5 陶瓷的性能 力学性能【刚度硬度】决定于化学键的强度 【强度】实际强度比理论值低—1组织中存在晶界2陶瓷的实际强度受致密度、杂质和各种缺陷的影响很大。 【塑性】塑性变形是在剪切应力作用下由位错运动引起的密排原子面间的滑移变形。塑性开始的温度约为0.5Tm(Tm为熔点温度)。由于开始塑性变形的温度很高,所以陶瓷具有较高的高温强度。 【韧性或脆性】常温下陶瓷受载时都不发生塑性变形,就在较低的应力作用下断裂,因此,韧性极低或脆性很高。断裂包括裂纹的形成和扩展2个过程。脆性是陶瓷的最大缺点,是其作为结构材料被广泛应用的主要障碍。 热学性能【热膨胀】温度升高时物质原子振动振幅增加及原子间距增大所导致的体积增大现象。 【导热性】热传导主要依靠原子的热振动。几乎没有自由电子参与传热,导热性差,用作绝热材料。 【热稳定】即抗热震性,热稳定性低是陶瓷的另一个主要缺点 其他性能导电性耐火性化学稳定性(陶瓷的结构非常稳定)

硅无机非金属材料

【同步教育信息】 一. 本周教学内容: 第4章第1节硅无机非金属材料 二. 教学目的 1、掌握硅及二氧化硅的重要性质,了解其应用。 2、体会物质的性质与材料性能的密切关系。 3、认识新材料的开发对人类生产、生活的重要影响。 三. 教学重点、难点 硅及二氧化硅的性质 四. 知识分析 (一)导体材料与单质硅 1、半导体材料 半导体材料特指导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料。最早使用的半导体材料是锗,但因其含量低,提炼工艺复杂,价格昂贵,而不适合广泛使用。目前广泛使用的半导体材料是硅元素,在地壳中含量居第二位,该元素全部以化合态存在于自然界中,储量丰富。常见的有晶体硅和无定形硅等形式存在。 2、单质硅 (1)物理性质:单质硅有晶体硅和无定形硅两种。晶体硅呈灰黑色,有金属光泽,硬而脆,熔点很高(1410℃),是良好的半导体材料。 (2)化学性质: 常温下不活泼,只与F2及HF 和强碱反应。在加热时纯硅与某些非金属单质发生反应。 Si + 2F2=SiF4 Si + 4HF =SiF4↑+ 2H2↑ Si+ 2NaOH + H2O =Na2SiO3 +2 H2 ↑ Si+ O2 ? SiO2 Si + 2Cl2 ? SiCl4 (3)硅的制备 由于自然界中没有单质硅的存在,因此我们使用的硅,都是从它的化合物中提取的。在工业上,用碳在高温下还原二氧化硅的方法可制得含有少量杂质的粗硅,将粗硅提纯后,可以得到半导体材料的高纯硅。 制粗硅:SiO2 + 2C 高温 Si + 2CO ↑ 制高纯硅:Si + 2Cl2 ? SiCl4 SiCl4 + 2H2 ? Si + 4HCl (4)硅的用途: 硅可用来制造集成电路,太阳能电池,硅整流器等。硅合金可用来制造变压器铁芯,耐酸设备等。 思考:判断下列说法是否正确: ①非金属单质不能与碱液反应放出氢气 ②非氧化性酸不能与非金属单质反应 ③自然界中含大量的硅单质,其含量仅次于氧 (解答:①×②×③×) (二)二氧化硅与光导纤维 1、二氧化硅的存在 二氧化硅广泛存在与自然界中,常见的有沙子石英和水晶,另外二氧化硅也是构成岩石的重要成分。 2、二氧化硅的物理性质 纯净的二氧化硅晶体呈无色,熔点高,硬度大,不溶于水,也不溶于其他一般的溶剂。 3、二氧化硅的化学性质 二氧化硅化学性质不活泼。是一种酸性氧化物。常温下与氢氟酸反应,与碱溶液缓慢反应,高温下与碱性氧化物反应。 Si O2+ 4HF =SiF4↑+ 2H2O SiO2+ 2NaOH =Na2SiO3 + H2 O

智能材料论文:智能无机非金属材料

智能材料论文: 智能无机非金属材料 摘要结构材料所处的环境极为复杂,材料损坏引起事故的危险性不断增加,研究与开发对损坏能自行诊断并具有自修复能力的结构材料是十分重要而急迫的任务。本文对智能材料的发展、构思、无机非金属智能材料进行了综述,对智能材料进一步研究进行了展望。 关键词智能;无机非金属;材料 智能材料是指对环境具有可感知、可响应并具有功能发现能力的新材料。日本高木俊宜教授[]将信息科学融于材料的物性和功能,于年提出了智能材料()概念。至此智能材料与结构的研究也开始由航空航天及军事部门[]逐渐扩展到土木工程[]、医药、体育和日常用品[]等其他领域。 同时,美国的··教授围绕具有传感和执行功能的材料提出了灵巧材料()概念,又有人称之为机敏材料。他将灵巧材料分为三类: 被动灵巧材料——仅能响应外界变化的材料; 主动灵巧材料——不仅能识别外界的变化,经执行线路能诱发反馈回路,而且响应环境变化的材料; 很灵巧材料——有感知、执行功能,并能响应环境变化,从而改变性能系数的材料。 ··的灵巧材料和高木俊宜的智能材料概念的共同之处是:材料对环境的响应性。 自年以来,先是在日本、美国,尔后是西欧,进而世界各国的材料界均开始研究智能材料。科学家们研究将必要的仿生()功能引入材料,使材料和系统达到更高的层次,成为具有自检测、自判断、自结论、自指令和执行功能的新材料。智能结构常常把高技术传感器或敏感元件与传统结构材料和功能材料结合在一起,赋予材料崭新的性能,使无生命的材料变得有了“感觉”和“知觉”,能适应环境的变化,不仅能发现问题,而且还能自行解决问题。 由于智能材料和系统的性能可随环境而变化,其应用前景十分广泛[]。例如飞机的机翼引入智能系统后,能响应空气压力和飞行速度而改变其形状;进入太空的灵巧结构上设置了消震系统,能补偿失重,防止金属疲劳;潜水艇能改变形状,消除湍流,使流动的噪声不易被测出而便于隐蔽;金属智能结构材料能自行检测损伤和抑制裂缝扩展,具有自修复功能,确保了结构物的可靠性;高技术汽车中采用了许多灵巧系统,如空气燃料氧传感器和压电雨滴传感器等,增加了使用功能。其它还有智能水净化装置可感知而且能除去有害污染物;电致变色灵巧窗可响应气候的变化和人的活动,调节热流和采光;智能卫生间能分析尿样,作出早期诊断;智能药物释放体系能响应血糖浓度,释放胰岛素,维持血糖浓度在正常水平。 国外对智能材料研究与开发的趋势是:把智能性材料发展为智能材料系统与结构。这是当前工程学科发展的国际前沿,将给工程材料与结构的发展带来一场革命。国外的城市基础建设中正构思如何应用智能材料构筑对环境变化能作出灵敏反应的楼层、桥梁和大厦等。这是一个系统综合过程,需将新的特性和功能引入现有的结构中。

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