纳米材料讲义
材料讲义第八章智能材料ppt课件
具有自修复、自适应、节能等功能的智能建筑材料，提高建筑物的 安全性和舒适性。
智能交通材料
应用于智能交通系统的智能材料，如智能交通信号灯、智能车辆识 别系统等，提高交通运行效率和安全性。
THANK YOU
智能传感器、智能驱动器、智能 结构等高端领域。
03
智能材料制备技术
纳米技术在智能材料中应用
纳米材料增强智能材料性能
01
利用纳米材料的特殊性质，如高比表面积、高反应活性等，增
强智能材料的力学、电学、热学等性能。
纳米传感器与智能材料集成
02
将纳米传感器嵌入智能材料中，实现对温度、压力、湿度等环
境参数的实时监测和响应。
材料讲义第八章智能材料 ppt课件
目录
• 智能材料概述 • 智能材料分类及功能 • 智能材料制备技术 • 智能材料性能表征与评价方法 • 智能材料发展趋势与挑战 • 案例分析：典型智能材料应用实例
01
智能材料概述
智能材料定义与特点
定义
智能材料是一种能感知外部刺激 ，按照预设方式选择和控制自身 响应，并具有自诊断、自适应、 自修复等功能的新型材料。
纳米技术在自修复智能材料中应用
03
利用纳米技术制备自修复智能材料，实现材料损伤后的自我修
复功能。
生物技术在智能材料中应用
1 2 3
生物启发式设计智能材料
借鉴生物体的结构和功能，设计具有类似特性的 智能材料，如仿生骨骼、仿生皮肤等。
生物分子在智能材料中应用
利用生物分子的特异性识别和结合能力，构建智 能材料表面的生物分子识别层，实现对特定物质 的检测和分离。
环境适应性评估
研究智能材料在不同环境下的性能表现，包括温度、湿度、光照 、辐射等环境因素的影响。
纳米材料比表面积测定
图 3 BET 比表面测试窗口举例
图 4 BET 比表面测试报告举例
更换样品进行新一次测量： 液氮杯降到底端后等待 5 分钟， 取消测试界面上所有阀门的对钩， 点击“重置” ，保证所有电磁阀都关闭。然后点击“充气”按钮。观察“当前气压”数值， 当整个气路为无真空状态时， 就可以更换样品玻璃管， 重复前面的步骤， 对新样品进行测量。
C
1 A E E RT Vm 1， 。 理论上 C 约等于 e 1 L ， 这里 E1 是第一层吸附气体的吸附热， A B B
E L 为液化热。BET 常数 C 表示了吸附剂（adsorbent，吸附测量气体的固态物质）和吸附质
（adsorbate，吸附剂表面上富集的吸附气体，一般采用氮气）之间的相互作用大小，是表征 纳米材料吸附特性的一个重要的物理量。采用氮气作为吸附气体时，直线的截距 B 相对斜 率 A 而言一般比较小，因此 C 1 。 通过单层吸附体积 Vm （单位为 ml）和每个氮气分子在一个完整的单层上所占有的平均 面积（分子横断面积）就可以计算出纳米材料的总表面积为：
p p0 C 1 p 1 V 1 p p0 VmC p0 VmC
(1)
1
这里， p 为气体气压， p0 为在液氮温度下氮气的饱和蒸气压， V 是所吸附的气单层气体分子层覆盖时所需要的吸附气体体积，又称单层
吸附体积， C 为 BET 常数。 对(1)式可以作如下简化，令 X
进行吸附实验：液氮杯上升完成后，在测试界面点“吸附”开始进行样品的比表面积测量。 此时控制软件会自动延时等待 5 分钟左右， 以保证样品的环境温度充分达到液氮温度(77K)。 5 分钟后比表面积及孔径分析仪会自动按照之前设定的吸附气压的参考点控制相关硬件设 备进行测量和计算。比表面测量大概需要 50 分钟。实验结束后，液氮杯自动下降。待液氮 杯降到底端后小心取下，用专用杯盖盖好，防止液氮大量挥发。点击 据。点击 图标，预览实验结果，如图 4 所示。 图标，保存测试数
有机功能材料讲义讲稿
有机功能材料讲义讲稿有机功能材料是一类由有机分子构成的材料，具有特殊的物理、化学和电学特性，广泛应用于电子、光电、传感、荧光和生物等领域。
本文将介绍有机功能材料的种类分类、制备方法和应用。
一、种类分类。
根据有机分子的结构和性质，可以将有机功能材料分为以下几类：1. 共轭聚合物材料：由含有共轭芳香环的单体聚合而成，具有良好的导电性、光电响应性和非线性光学性质，是制备有机光电器件的重要材料。
2. 钙钛矿材料：一类结构类似钙钛矿的有机无机杂化材料，具有很强的光吸收和电荷传输能力，被广泛应用于太阳能电池、光催化和传感等领域。
3. 荧光材料：一类能够发射特定波长的光的有机材料，具有很好的应用前景，如荧光探针、生物成像、LED灯等。
4. 聚合物凝胶材料：由聚电解质、有机小分子和水等组成，具有良好的水凝胶状态和可逆性质，被广泛应用于生物医学、药物传输和纳米粒子制备等领域。
5. 纳米复合材料：由有机分子与无机或有机纳米材料复合而成，具有优异的电磁学、光学和力学性能，是研究纳米科技的前沿领域。
二、制备方法。
1. 化学合成法：包括聚合法、配位化学法和有机无机杂化法等方法，能够在分子层面精确构建有机分子结构，实现定向功能设计。
2. 自组装法：通过分子自组装的方式，构建具有特殊结构和性能的有机材料，如纳米管、纳米线和纳米粒子等。
3. 模板法：利用模板辅助作用，实现有机分子的定向组装和排列，制备具有特殊形态和性质的有机材料，如光子晶体、多孔材料和纳米阵列等。
三、应用领域1. 电子：有机功能材料能够制备出具有良好导电性和光电性能的有机薄膜，应用于有机光电器件、有机场效应晶体管和柔性电子器件等领域。
2. 光电：有机功能材料具有良好光电响应性和光学性能，可应用于光电传感、太阳能电池、有机光发光器件等领域。
3. 生物：有机功能材料具有良好的生物相容性和荧光性质，可应用于生物传感、荧光成像、药物传输等领域。
4. 其他领域：有机功能材料也被广泛应用于催化、分离、纳米粒子制备、材料改性等领域。
《新材料简介》 讲义
《新材料简介》讲义一、引言在当今科技飞速发展的时代，新材料的出现和应用正以前所未有的速度改变着我们的生活和社会。
从航空航天到医疗保健，从电子通讯到能源环保，新材料的身影无处不在。
那么，究竟什么是新材料？它们又具有哪些独特的性能和应用呢？接下来，让我们一起走进新材料的世界，去探索它们的奥秘。
二、新材料的定义与分类（一）定义新材料是指那些新出现或正在发展中的、具有优异性能和特殊功能的材料。
与传统材料相比，新材料通常在组成、结构、性能或应用等方面具有创新性和独特性。
（二）分类1、金属材料如钛合金、铝合金等，具有高强度、高韧性和良好的耐腐蚀性，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
2、无机非金属材料包括陶瓷、玻璃、碳纤维等。
陶瓷材料具有耐高温、耐磨等性能；碳纤维则具有高强度、低密度的特点，常用于高端体育用品和航空航天领域。
3、高分子材料例如聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺等。
它们具有良好的可塑性、绝缘性和耐腐蚀性，在塑料制品、纤维、涂料等方面应用广泛。
4、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方法复合而成，如碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料等，兼具各组成材料的优点，性能优异。
三、新材料的性能特点（一）高强度和高韧性许多新材料具有超越传统材料的强度和韧性，能够承受更苛刻的工作条件和更大的载荷。
（二）耐腐蚀性能够在恶劣的化学环境中保持稳定，延长使用寿命。
（三）高温性能一些新材料在高温下仍能保持良好的性能，适用于高温工作环境。
（四）导电性和磁性具有特殊的导电和磁性性能，为电子、电气等领域的发展提供了支持。
（五）生物相容性用于医疗领域的新材料需要具备良好的生物相容性，不会引起人体的排斥反应。
四、新材料的应用领域（一）航空航天高强度、轻质的新材料如钛合金、碳纤维复合材料等，用于制造飞机机身、发动机部件等，减轻重量，提高燃油效率和飞行性能。
（二）汽车工业新型的金属材料和复合材料用于汽车制造，以减轻车身重量，提高燃油经济性和安全性。
光催化降解有机污染物-实验三、光催化降解有机污染物(一)
实验三、光催化降解有机污染物（一） TiO2纳米光催化剂的制备（溶胶一凝胶法）学时：10一、背景材料治理污染、保护环境，是我国的一项基本国策，随着我国经济的快速发展，环境保护特别是污水处理的任务已经越来越严峻。
纳米结构光催化材料-TiO2胶体及浆料，用以光催化氧化降解有机污染物，能达到净化水质的目的。
目前纳米TiO2颗粒的制备方法有很多种，根据对所要求制备的性状、结构、尺寸、晶型、用途，采用不同的制备方法。
按照原料的不同大致分为两类:气相法和液相法。
气相法是直接利用气体或通过各种手段将物质变为气体，使之在气态下发生物理变化或化学变化，最后在冷却过程中凝聚成纳米粒子的方法。
气相法的特点是粉体纯度高、颗粒尺寸小、颗粒团聚少、组分更易控制。
主要有以下方法:低压气体蒸发法、溅射法和钛醇盐气相水解法。
气相法制备的纳米TiO2具有粒度好、化学活性高、粒子呈球形、凝聚粒子小、可见透光性好及吸收紫外线以外的光能力强等特点，但产率低，成本高，因此目前制备纳米TiO2光催化剂多采用液相法。
液相法是生产各种氧化物颗粒的主要方法。
它的基本原理是:选择一种或多种合适的可溶性金属盐，按所制备的材料组成计量配制溶液，再选择一种沉淀剂(或用蒸发、升华、水解等方法)使金属离子均匀沉淀(或结晶出来)。
液相制备纳米Ti02又可分为沉淀法、溶胶一凝胶法(Sol-Gel)、醇盐水解法等。
溶胶一凝胶法(Sol-Gel method，以下简称S-G法)是以金属醇盐M(OR)-(M=Ti, Na, Mg, Ba, Pb, V, Si等;R=-CH3、一C2H;、一C3H7, 一C4H9等)为原料，无水醇为有机溶剂，加入一定量的酸起抑制快速水解作用，诱导所得粒子间产生静电排斥力，阻止粒子间的碰撞，防止进一步产生大粒子，生成透明均匀的溶胶，经过一定的时间陈化，溶胶凝胶化，湿凝胶进行干燥，得到松散干凝胶粉末，此时十凝胶粉体为无定型结构。
干凝胶粉体再在马弗炉中进行热处理，即可得到Ti02粒子。
《功能高分子材料》 讲义
《功能高分子材料》讲义一、引言高分子材料在现代社会中扮演着至关重要的角色，从日常生活用品到高科技领域，其应用无处不在。
而功能高分子材料作为高分子材料的一个重要分支，更是具有独特的性能和广泛的应用前景。
二、功能高分子材料的定义与分类（一）定义功能高分子材料是指具有特定功能（如物理功能、化学功能、生物功能等）的高分子材料。
（二）分类1、物理功能高分子材料包括导电高分子材料、高分子液晶材料、高分子磁性材料等。
这些材料在电子、光学、磁学等领域有着重要的应用。
2、化学功能高分子材料如离子交换树脂、高分子催化剂、高分子试剂等。
它们在化学工业、环境保护等方面发挥着关键作用。
3、生物功能高分子材料例如生物医用高分子材料（人工器官、药物载体等）、生物降解高分子材料等。
在医疗健康和环境保护领域具有巨大的潜力。
三、功能高分子材料的性能特点（一）独特的物理性能如导电高分子材料的电导率可以在很大范围内调节，高分子液晶材料具有独特的光学性能。
（二）优异的化学稳定性能够在各种化学环境中保持性能稳定，从而适应不同的应用需求。
（三）良好的生物相容性生物功能高分子材料与生物体组织和细胞相容性好，降低了排异反应的风险。
（四）可设计性强通过分子结构的设计和合成，可以赋予材料特定的功能。
四、功能高分子材料的制备方法（一）化学合成法通过化学反应将单体聚合形成高分子材料，并在合成过程中引入特定的功能基团。
（二）物理改性法如共混、填充等方法，将具有特定功能的小分子或纳米材料与高分子基体混合，赋予材料新的功能。
（三）生物合成法利用生物发酵、酶催化等生物技术手段制备具有特定功能的高分子材料。
五、功能高分子材料的应用领域（一）电子信息领域导电高分子材料用于制造柔性电子器件、传感器等；高分子液晶材料用于显示器件。
（二）能源领域用于电池的电极材料、储能材料等，提高能源的存储和转化效率。
（三）环境保护领域离子交换树脂用于废水处理；生物降解高分子材料用于减少塑料污染。
【材料课件】工程材料教案
《工程材料》教案前言“学校是培养人才的重要园地，教育是崇高的社会公益事业”。
“教育是一个系统工程，要不断提高教学质量和教育水平……”。
“学校的根本任务是培养人才，培养社会主义的建设者和接班人，而教学工作是人才培养的中心环节之一。
因此，教学工作是学校的中心工作”。
作为大学教师如何落实党和国家交给我们培养四有人才的伟大使命，这是每一个燕山大学教师值得深思的问题。
教学质量是高等学校的生命线，而教学及教学研究、课程建设则是每个教师重要的日常工作，加强课程建设积极开展教学研究迅速提高教学质量则是直接关系到能否培养出合格的社会主义的建设者和接班人的大问题，在倡导“加强基础，拓宽专业，提高能力，素质教育”的今天，课程建设及教学研究显得尤其重要。
《工程材料》是我校材料工程学院金属材料系为全校机械类冷、热加工各专业共计30多个班开设的校级必修课，也是机械类冷、热加工各专业重要的技术基础课。
本课程的任务是从机械工程材料的应用角度出发，阐明工程材料的基础理论，了解材料的化学成分、加工工艺、组织结构与性能之间的关系；介绍常用工程材料及其应用等基本知识。
本课程的目的是使学生们通过课堂教学和实验教学，掌握工程材料的基本理论及基本知识和实验技能，具备根据机械零件使用条件和性能要求，对结构零件进行合理的选材及制定零件加工工艺路线的初步能力。
纵观工程材料所含内容可知，该课程内容较为庞杂。
具有三多一少的特点；即所谓内容头绪多（含材料结构、钢的热处理原理及工艺、非金属材料、金属材料等等）、原理规律多（涉及原理、规律几十个）、概念定义多、以及理论计算少（除相图计算外，基本没有计算的内容）。
由于该课程具有上述特点，加之有些微观结构看不见、摸不到，而且课程内容枯燥、乏味，因此，教师感到难教，学生感到难学。
为搞好燕山大学“工程材料”课程建设，以利于提高“工程材料”今后教学质量及课程建设，特撰写本教案。
第一部分总纲一、课程性质及教学目的：工程材料是机械制造、机械设计、机械电子等机械类和近机类各专业的技术基础课。
《分子的大小》 讲义
《分子的大小》讲义在我们生活的这个世界里，物质由各种各样的分子组成。
从我们呼吸的氧气，到喝的水，再到构成身体的蛋白质，无一不是由分子构成的。
那么，分子到底有多大呢？这是一个既有趣又充满奥秘的问题。
要理解分子的大小，首先我们得明白分子是什么。
分子是保持物质化学性质的最小粒子。
不同的物质由不同的分子组成，比如水是由水分子（H₂O）构成，氧气是由氧分子（O₂）构成。
分子的大小通常用纳米（nm）作为单位来衡量。
纳米是一个非常小的长度单位，一纳米等于十亿分之一米。
想象一下，一根头发的直径大约是 50000 到 80000 纳米，而分子的大小则通常在 01 到 10 纳米之间，这就可以让我们直观地感受到分子的微小。
我们以一些常见的分子为例来具体感受一下它们的大小。
比如水分子，它的直径大约是 027 纳米。
再比如氧气分子，其直径约为 0346 纳米。
而相对较大的蛋白质分子，其大小可能会达到几个甚至几十个纳米。
那么，科学家们是如何测量分子大小的呢？这可不是一件容易的事情。
其中一种常用的方法是 X 射线衍射技术。
当 X 射线照射到晶体中的分子时，会发生衍射现象。
通过分析衍射图案，科学家可以计算出分子中原子之间的距离和排列方式，从而推断出分子的大小和形状。
另一种方法是扫描隧道显微镜（STM）技术。
这种神奇的仪器能够让我们直接“看到”单个原子和分子。
它的原理是利用一个极其尖锐的探针在样品表面扫描，当探针靠近样品表面时，会产生隧道电流。
通过检测和分析隧道电流的变化，就能够获得样品表面原子和分子的图像，进而测量出分子的大小。
了解分子的大小对于许多领域都具有重要意义。
在化学领域，它有助于我们理解化学反应的机制。
因为化学反应的本质是分子之间的相互作用和重新组合，而分子的大小和形状会影响它们之间的碰撞和结合方式。
在生物学中，分子大小的知识对于研究生物大分子的结构和功能至关重要。
例如，了解蛋白质分子的大小和形状，可以帮助我们揭示其在生命活动中的作用，为疾病的诊断和治疗提供依据。
《物质结构的微观模型》 讲义
《物质结构的微观模型》讲义在我们日常生活中，所接触到的各种物质，无论是固体、液体还是气体，都有其独特的性质和表现。
而要深入理解这些性质，就需要探究物质结构的微观模型。
物质是由极其微小的粒子组成的，这些粒子包括原子、分子和离子等。
原子是化学变化中的最小单位，它由原子核和核外电子构成。
原子核位于原子的中心，由质子和中子组成，而电子则在原子核外的特定轨道上运动。
让我们先来了解一下原子的结构。
质子带有正电荷，中子呈电中性，电子带有负电荷。
质子数决定了元素的种类，同一元素的原子质子数相同，但中子数可能不同，这种现象被称为同位素。
原子的质量主要集中在原子核上，因为质子和中子的质量远远大于电子。
分子是由原子通过一定的化学键结合而成的。
共价键是常见的一种化学键类型，原子间通过共用电子对形成共价键，从而构成分子。
例如，氧气分子（O₂）就是由两个氧原子通过共价键结合而成的。
还有离子键，它是由阴阳离子之间的静电作用形成的。
比如氯化钠（NaCl），就是由钠离子（Na⁺）和氯离子（Cl⁻）通过离子键结合而成的晶体。
物质的状态与粒子之间的排列和运动方式密切相关。
在固体中，粒子排列紧密有序，只能在固定的位置上振动；液体中粒子的排列较为松散，能够在一定范围内自由移动；而气体中粒子间距很大，能够自由地运动，并充满整个容器。
晶体是具有规则几何外形和固定熔点的固体。
常见的晶体有离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体。
离子晶体如氯化钠，具有较高的熔点和硬度；原子晶体如金刚石，硬度极高；分子晶体如冰，熔点相对较低；金属晶体具有良好的导电性、导热性和延展性。
了解物质结构的微观模型对于我们理解物质的性质和变化具有重要意义。
例如，为什么金属能够导电？这是因为金属晶体中存在自由电子，能够在外加电场的作用下定向移动形成电流。
为什么有些物质容易溶解于水，而有些则难以溶解？这与物质的分子结构以及溶剂分子的性质有关。
再来说说纳米材料，这是一种具有特殊性能的新型材料。