功能材料

1、功能材料的定义

具有特定的优异的光、电、磁、声、热、湿、气、生物等特性功能的各类材料的总称。

2、功能材料的分类

1）按照功能分类：磁、电、光、热、摩擦、阻尼、防弹、辐射等功能分类

2）按基体材料分类（等同于结构复合材料）：陶瓷基、水泥基、碳基、无机金属基、树脂基等复合材料。

3、功能材料的基本性质（磁、电、光、声、热）

各种功能特性通常对许多因素是很敏感的，如微量元素、缺陷、表面状态等

1）半导体电性

半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由导带中的电子或价带顶部的空穴才能参与导电。它们之间由禁带分开。

本征半导体：

具有本征电导特性的半导体

能带结构通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，他们之间由禁带分开。其价带VB上电子被激发越过禁带进入导带CB，同时在价带上产生相应的空穴。

杂质对半导体的导电性影响很大。

2）磁性

铁磁性：有些金属在外磁场的作用下产生很强的磁化强度，外磁场除去后仍能保持相当大的永久磁性的特性。

过渡金属铁、钴、镍和一些稀土金属都具有铁磁性，磁化率可达106。

3）超导性

超导态：零电阻为特征。超导转变温度即“超导态”时的温度。

麦斯纳效应：“超导态”下超导体内的磁感应强度恒等于零的现象。

超导体的基本特征：电性质和磁性质均为零。

4）光谱性质

吸收光谱：物质在光谱范围里的吸收系数按光频率分布的总体。

发射光谱：发光物质发射光子的能量按频率或波长分布的总体。

表征：发光中心组成与结构关系、周围环境影响。

4、功能复合材料的定义

是一种多相复合体系，它可以通过不同物质的组成、不同相的结构、不同含量及不同方式的复合而制备出来，以满足各种途径的需要。

百度：功能复合材料是指除机械性能以外而提供其他物理性能的复合材料。如:导电、超导、半导、磁性、压电、阻尼、吸波、透波、摩擦、屏蔽、阻燃、防热、吸声、隔热等凸显某一功能。统称为功能复合材料。（功能复合材料主要由功能体和增强体及基体组成。功能体可由一种或以上功能材料组成。多元功能体的复合材料可以具有多种功能。同时，还有可能由于复合效应而产生新的功能。多功能复合材料是功能复合材料的发展方向。）

5、纳米复合材料的基本概念

由两种或者两种以上的固相至少在一维纳米级大小复合而成的复合材料。当复合材料中的一相晶粒至少有一维尺寸处于纳米级的复合材料。

6、纳米材料的表面、体积、量子尺寸效应

表面效应：指的是纳米材料的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后引起的性质上的变化。

体积效应：由于纳米材料体积极小，所包含的原子数很少，相应的质量极小，有很高的化学活性。

量子尺寸效应：当微粒尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级出现由准连续变为离散的现象。当能级间距大于热能、磁能、电能或超导态的凝聚能时，纳米微粒会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子尺寸效应。

7、本征电导的概念

导带电子或者价带空穴同时存在的情况

8、超导的概念

材料的电阻随温度降低而减少，当温度低于某一临界温度是出现零电阻的现象

9、聚合物基纳米复合材料的功能

增加而不减少的延伸性、冲击韧性、热稳定性、阻燃、阻气、抗磨收缩和残余应力的减少、电气及光学性能的改善

对于聚合物基纳米复合材料，不仅基本性能有明显改善，还可以发现某些特殊性能。（如强化地板、用MF改性UF）

10、陶瓷基纳米复合材料的功能

纳米陶瓷（Al2O3/SiC，MgO/ SiC）SiC纳米颗粒加入，以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性。

具有电气性能，磁性机能，光学机能和生物机能。

11、金属基纳米复合材料功能

由Fe，Co等强磁性与SiO2、Al2O3等绝缘相构成，具有强磁性金属相导致的软磁性和由绝缘效果导致的高电阻特性。

12、磁性机能纳米复合材料功能

具有特别的磁学性质：磁记录、磁单畴尺寸，超顺磁性临界尺寸；具有十分特别的磁学性质，纳米颗粒具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，其尺寸效应和与其机体的高浓度界面及机体的绝缘性，使得纳米磁性复合材料表现出许多优异的物理和化学性能，用它制成的磁性记录材料不仅音质、图像和信噪比较好，而且记录密度比y-Fe2O3高几十倍，在高密度信息存储、磁制冷等领域有着重要的应用价值。

纳米复合材料磁石

烧结Nd钕磁石在电动机、通信、音响被广泛使用，为制作强磁铁需要提供高的自磁化和保磁化。

稀土类磁铁兼有自磁化和保磁力

13、光触媒

是光与触媒的合成词，是一类具有光催化功能，促进有机物分解能力的半导体材料的总称。

光触媒是一种催化剂，特性：1、可以降低化学反应能量，促使化学反应；2、加快其反应速度；3、但本身不因化学反应而产生变化或不破坏本体结构。

光触媒被太阳或灯光（紫外线）照射下可产生游离电子及空穴。空穴具有强大的氧化能力，电子亦具有超强还原能力。

光触媒可氧化分解各种有机化合物和部分无机化合物，氧化能力强，可破坏细胞的细胞膜，捕捉杀除空气中的浮游细菌，具有极强的防污杀菌和除臭功能。

14、纳米光催化技术应用原理

半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，他们之间由禁带分开。当用能量大于等于禁带宽度的紫外光照射半导体时，其价带上的电子被激发，越过禁带进入导带，同时在价带上产生相应的空穴。

电子与空穴分离并且迁移至粒子的表面的不同位置，与相应组分进行氧化还原反应，迁移到表面的电子和空穴能参与和加速光催化反应，同时也存在电子和空穴复合的可能性。

生产空穴具有极强的得电子能力，而具有强的氧化能力，将其表面吸附的水分子氧化或OH-自由基是光催化反应的主要活性物质，利用其强氧化性可以将有机物氧化，并最终降解