8-功能材料
材料的热学性能
当r=r0时，位能最小，动能最大。
当r=a或r=b时，位能最大，动能为零。a,b是振动的极 限位置。a,b不对称于r0. a,b的几何中心r1在的r0右侧位 置，即原子间距增大了。同理，在T2时，平均原子间距为 r2。温度越高，原子间距位移越大。在宏观上体现出体积 或者长度的变化。
第三节
膨胀系数与其他物理量的关系
二、示差热分析法
如图3-15、3-16、3-17 P81。
当试样与标样温度相同时，两对热电偶中无电流通过；
当试样与标样温度不同时，有热电势出现，有电流流过。可以 测得两条曲线： 温差—时间曲线； 温度—时间曲线。
第六节
热学性能分析的应用
一、测定钢的临界点 图3-18，P82为对共析钢测定的例子。图中abc峰为 珠光体向A氏体转变的吸热造成。同理，在冷却时有一 个负峰a1,b1,c1。 二、测定钢的转变曲线（自学） 图3-20，P83： 1为试样； 2为标样； 3为热电偶丝； 4为热电偶丝； 5为耐热管。 冷却时以冷却介质使冷却速度变化。
T
)
讨论：（1）、高温时，T>> E ， E exp( E ) 1 E ,C =3R. 则 T 1 ， V T T 说明：在高温时与杜隆—柏替定律相一致。 （2）、低温时，T<< E ，则 E 1 ，将上式中1忽略， T 得： E 2 E CV 3R( ) exp( ) T T 子振动频率的差别。
材料物理性能
绪
论
作为一门学科，材料科学与工程的形成是金属 材料、无机材料、有机高分子材料各学科发展 过程的殊途同归。如果说以往机械工业的发展 长期来追求材料的高强度、高韧性、耐高温、 抗腐蚀等主要后材料结构抗力的话，在人类进 入“信息社会”的今天，许多新兴企业正在替 代原有的传统工业，音像市场已渗透到社会生 活的各个角落，电子计算机和机器人正在努力 实现智能化，人类对太空、海洋和人体自身的 探索日益深入，这一切对材料提出的则是更高 的功能性指标。
浅谈：功能高分子材料分类与性能应用
浅谈：功能高分子材料分类与性能应用功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。
通常，人们对特种和功能高分子的划分普遍采用按其性质、功能或实际用途划分的方法，可以将其分为八种类型。
1、反应性高分子材料包括高分子试剂、高分子催化剂、高分子染料，特别是高分子固相合成试剂和固定化酶试剂等。
2、光敏性高分子材料包括各种光稳定剂、光刻胶、感光材料、非线性光学材料、光电材料及光致变色材料等。
3、电性能高分子材料包括导电聚合物、能量转换型聚合物、电致发光和电致变色材料及其他电敏感性材料。
4、高分子分离材料包括各种分离膜、缓释膜和其他半透明膜材料、离子交换树脂、高分子絮凝剂、高分子螯合剂等。
5、高分子吸附材料包括高分子吸附树脂、吸水性高分子等。
6、高分子智能材料包括高分子记忆材料、信息存储材料和光、磁、pH值、压力感应材料等。
7、医用高分子材料包括医用高分子材料、药用高分子材料和医用辅助材料等。
8、高性能工程材料如高分子液晶材料、耐高温高分子材料、高强度高模量高分子材料、阻燃性高分子材料、生物可降解高分子和功能纤维材料等。
常见的几种功能高分子材料离子交换树脂它是最早工业化的功能高分子材料。
经过各种官能化的聚苯乙烯树脂，含有H 离子结构，能交换各种阳离子的称为阳离子交换树脂，含有OH-离子结构能交换各种阴离子的称为阴离子交换树脂。
它们主要用于水的处理。
离子交换膜还可以用于饮用水处理、海水炎化、废水处理、甘露醇、柠檬酸糖液的钝化、牛奶和酱油的脱盐、酸的回收以及作为电解隔膜和电池隔膜。
高分子催化剂催化生物体内多种化学反应的生物酶属于高分子催化剂。
它具有魔法般的催化性能，反应在常温、常压下进行，催化活性极高，几乎不产生副产物。
近十年来，国内外多有研究用人工合成的方法模拟酶，将金属化合物结合在高分子配体上，开发高活性、高选择性的高效催化剂，这种高分子催化剂称为高分子金属催化剂。
功能复合材料-3-压电复合材料
3.3.2 压电功能复合材料的理论研究
理论研究非常活跃。 理论研究非常活跃。如，对含有空间定向埋 入相的压电复合材料的有效电弹性性能进行了分 析，提出了一个微观力学模型来估计压电功能复 合材料的的电、热和弹性性能， 合材料的的电、热和弹性性能，并将其用于研究 微观结构和性能的关系。 微观结构和性能的关系。
2011-2-16
功能复合材料
16
3.2.3 其它类型的压电功能复合材料
1. 3-0型压电功能复合材料 型压电功能复合材料 压电相是在三维方向上连通的，而基体相互之间不连通。 压电相是在三维方向上连通的，而基体相互之间不连通。 2. 3-1型和 型压电功能复合材料 型和3-2型压电功能复合材料 型和 压电相是三维连通的，而聚合物基体则仅在一维或两 压电相是三维连通的， 维连通。 维连通。 3. 3-3型压电功能复合材料 型压电功能复合材料 两相在三维方向都是自连通的，且可分为珊瑚复合 两相在三维方向都是自连通的， 有机烧去型、夹心型、梯形格式及烛光造孔型。 型、有机烧去型、夹心型、梯形格式及烛光造孔型。
2011-2-16 功能复合材料 14
降低聚合物泊松比， 降低聚合物泊松比，增强复合材料压电性能 的途径： 的途径： 发泡剂或玻璃球引入气孔， （1）向聚合物相加入发泡剂或玻璃球引入气孔， ）向聚合物相加入发泡剂或玻璃球引入气孔 可使制得的复合材料的水声性能有所改善； 可使制得的复合材料的水声性能有所改善； （2）使压电陶瓷柱和周围聚合物相不直接接触， ）使压电陶瓷柱和周围聚合物相不直接接触， 应力传输通过兼做电极的两块金属板实现。 应力传输通过兼做电极的两块金属板实现。 （3）通过横向增强的方法增加应力放大系数， ）通过横向增强的方法增加应力放大系数， 起到减小g 而不影响g 的作用， 起到减小 31而不影响 33的作用，从而使材料的 静水压压电系数得以提高。 静水压压电系数得以提高。
功能晶体材料
功能晶体材料
功能晶体材料是一类具有特殊功能的晶体材料，它们在电子、光学、声学、磁
学等领域具有广泛的应用。
功能晶体材料的研究和开发已经成为当前材料科学领域的热点之一。
首先，功能晶体材料在电子领域具有重要的应用。
例如，铁电晶体材料是一类
具有铁电性质的晶体材料，它们可以在外加电场的作用下产生极化现象，因此在电子器件中具有重要的应用前景。
另外，半导体晶体材料也是电子领域的重要材料，它们在集成电路、光电器件等方面有着广泛的应用。
其次，功能晶体材料在光学领域也具有重要的应用。
光学晶体材料是一类具有
特殊光学性质的晶体材料，它们可以用于制备光学器件、激光器件等。
此外，光学晶体材料还可以用于制备光学通信器件、光学传感器等，具有广泛的应用前景。
另外，功能晶体材料在声学领域也有着重要的应用价值。
声学晶体材料是一类
具有特殊声学性质的晶体材料，它们可以用于制备声学滤波器、声学隔离器等器件。
此外，声学晶体材料还可以用于制备声学传感器、声学换能器等，具有广泛的应用前景。
最后，功能晶体材料在磁学领域也有着重要的应用。
磁性晶体材料是一类具有
特殊磁性性质的晶体材料，它们可以用于制备磁存储器件、磁传感器器件等。
此外，磁性晶体材料还可以用于制备磁记录材料、磁传感器等，具有广泛的应用前景。
综上所述，功能晶体材料在电子、光学、声学、磁学等领域具有广泛的应用前景，它们的研究和开发对于推动材料科学领域的发展具有重要的意义。
相信随着科学技术的不断进步，功能晶体材料将会在更多的领域展现出其独特的魅力，为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
第八章 陶瓷的导电
14
利用电阻非线性制造敏感元件
15
三、功能陶瓷的发展趋势
(1) 表面组装技术(SMT)推动功能陶瓷元件片式化 • 功能陶瓷是新型电子元器件的基础－－多层陶瓷技术 • 功能陶瓷复合器件是采用多层陶瓷共烧技术，将多种
功能陶瓷材料，如介电陶瓷、磁性材料或电阻材料， 与金属内电极，按一定电路模式集成共烧形成一体化
47
• 高温超导薄膜的制备方法： • 磁控溅射法
YBCO薄膜, Tc ＝ 90K，Jc = 5~6 MA/cm2
• 脉冲激光沉积法
在STO单晶基片上原位外延YBCO薄膜，Tc = 92~93K, Jc = 6 MA/cm2
• 分பைடு நூலகம்束外延（MBE）法 • 化学气相沉积（CVD）
48
二、超导体的宏观性质和研究动态
• 另外绝缘性还受显微组织的影响，晶粒 和气孔影响不大，主要晶界相。
31
三、 常用绝缘陶瓷材料及其性能
• 绝缘陶瓷材料的分类方法很多，若按化学组成 分类测可分为氧化物系和非氧化物系两大类。 氧化物系绝缘陶瓷已得到广泛应用，而非氧化 物系绝缘陶瓷是70年代才发展起来的，目前应 用的主要有氮化物陶瓷，如Si3N4、BN、A1N 等。
输入
输出
输入
接地
外形尺寸： 25mm X 9mm，输入电压 220VAC，输出电压 510V
输入
发生器
发生器
输出
输入
12
新型压电驱动器及超声波电机
摇头压电电机 中空压电电机 二维微动台 超声电机驱动系统 微型压电电机
行波压电电机 直线压电驱动器 中空压电电机
单向压电电13机
透明铁电陶瓷的极化反转特性在电光 方面的应用
功能梯度材料(FGM)
t ij t ui
Jt J J
1
aux
I
1
aux ij ij aux ( K I K Iaux )r 2 fijI ( ) ( K II K II )r 2 fijII ( )
Piecewise-exponential model (PE 模型 )
o a h c b
FGMs with arbitrary properties
y
x
边界条件:
PE 模型——分段指数模型
o
0
hn2
hM h
hn1
hn1 1
h2 h1
…
E0
y
…
a
… …
b
… …
M
x
EM
Schematic of the layers in the PE Model
功能梯度材料（ FGM ）特点：实现材料的两侧具有不 同的功能，同时克服 两种材料结合部位的性能不匹配。
陶瓷/非金属
陶瓷/金属系 梯度功能材料
发展
陶瓷/陶瓷
金属/非金属 非金属/塑料
功能梯度材料— 一种典型的非均匀材料 一种复合材料
功能梯度材料
FGM作为一种可设 计的新型材料，被 认为是在高温环境 下最有应用前景的 复合材料之一，而 且在其它更广泛领 域内的应用也显示 出巨大的潜力！
一． 功能梯度材料的应用与研究背景
二． 任意属性功能梯度材料的断裂力学解析模型
三． 任意属性功能梯度材料的断裂力学数值模拟模 型
任意属性非均匀材料裂纹问题的数值模拟方法
—— 相互作用积分方法与扩展有限元法的结合
功能高分子材料复习提要
功能高分子材料复习提要（答案仅供参考）一．名词解释：1．功能高分子材料：指与常规聚合物相比，除了具有一定的力学性能之外，还具有特定功能(如导电性、光敏性、催化性、化学活性和生物活性等)的高分子材料。
2．功能高分子材料化学：以功能高分子材料为研究对象，研究它们的结构和组成、物理化学性质、制备方法及其应用的科学，就称为功能高分子材料化学。
3．结构型功能高分子材料：是指在大分子链中具有特定功能基团的高分子材料，这种材料所表现的特定功能是由于高分子本身的结构因素决定的。
4．复合型功能高分子材料：是指以普通高分子材料为基体或载体，与具有某些特定功能(如导电、导磁等)的其它材料进行复合而制得的功能材料。
5．渗透系数：是指在单位时间、单位膜面积通过的被测物与单位膜厚度所施加的驱动力的比值。
6．高分子骨架的邻位效应：在功能高分子材料中，高分子骨架上邻近功能基团的一些结构和基团对功能基的性能具有明显的影响力，这种作用称为高分子的邻位效应。
7．高分子骨架的模板效应：模板效应是指利用高分子骨架的空间结构，包括构型和构象，在其周围建立起特殊的局部空间环境，在有机合成和其他应用场合提供一个类似于工业上浇铸过程中使用的模板的作用。
8．聚合物的半透性：指聚合物对某些气体或液体有一定透过性，而对另外一些物质没有透过性，或者透过性很小。
9．一次功能：指向材料输入的能量和从材料输出的能量同种形式时，即材料仅起能量传送作用时的这种功能称为一次功能。
10．二次功能：指向材料输入的能量和输出的能量不同形式时，即材料起能量转换作用时的这种功能称为二次功能。
11．功能高分子材料的多功能复合：将两种以上的功能高分子材料以某种方式结合，形成的新的功能材料具有任何单一功能高分子均不具备的性能，这一结合过程被称为功能高分子材料的多功能复合过程。
12．阳离子交换树脂：带有酸性基团(即可解离的反离子是H+或金属阳离子)，能与阳离子进行交换反应的称作阳离子交换树脂。
表面功能化材料设计与应用
表面功能化材料设计与应用表面功能化材料是一种具有特殊功能的材料，通过对材料表面进行改性等处理，使其具有特定的化学、物理、生物等性能。
这种材料的研究对于解决当前社会所面临的环境、能源等方面问题具有重要意义。
本文将从材料的设计、制备和应用三个方面，详细阐述表面功能化材料的发展与应用。
一、表面功能化材料设计表面功能化材料的设计是整个制备过程中的基础工作。
在设计时，需要根据所需的特定性能，选择适当的材料，并进行表面化学处理，使其具有所需的化学、物理、生物等性能。
1.材料的选择材料的选择是表面功能化材料设计的关键。
需要综合考虑材料的化学性质、物理性质、生物相容性等因素。
目前常用的表面功能化材料有金属材料、陶瓷材料、聚合物材料等。
其中金属材料具有优异的导电性和机械性能；陶瓷材料具有优异的耐高温和耐腐蚀性能；聚合物材料具有良好的生物相容性和可塑性等特点。
2.表面化学处理表面化学处理是表面功能化材料设计中的重要环节。
通常通过物理和化学方法对表面进行改性处理。
对材料表面进行氧化处理可增强材料表面的化学活性；对材料表面进行硫化处理可提高材料的耐腐蚀性能；对材料表面进行改性处理可增强材料的生物相容性等。
二、表面功能化材料制备表面功能化材料制备是表面功能化材料设计的具体实现。
制备工艺的合理设计和控制对于保证材料的性能具有重要意义。
目前常用的表面功能化材料制备方法有溶胶-凝胶法、电化学法、化学气相沉积法等。
1.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种简单有效的表面功能化材料制备方法。
该方法通过将溶解在溶剂中的金属盐或有机金属化合物与表面活性剂混合，在适当条件下得到所需的材料。
该方法具有制备简单、成本低等特点。
2.电化学法电化学法是一种利用电解液中的电流将物质电离、氧化或还原的方法。
该方法具有制备工艺简单、时间短、成本低等特点。
通过对电解液的组成、电势、电流密度等条件的调整，可以得到具有不同表面性能的表面功能化材料。
3.化学气相沉积法化学气相沉积法是一种通过气态化合物在高温下反应生成所需的材料。
智能材料
智能材料-结构和概念
智能材料是一种集材料与结构、智然处理、执行系 统、控制系统和传感系统于一体的复杂的材料体系。它 的设计与合成几乎横跨所有的高技术学科领域。 今后的研究重点包括以下六个方面： 智能材料概念设计的仿生学理论研究； 材料智然内禀特性及智商评价体系的研究； 耗散结构理论应用于智能材料的研究； 机敏材料的复合-集成原理及设计理论； 智能结构集成的非线性理论 ； 仿人智能控制理论；
智能材料
智能材料-结构和概念
智能材料是1989年由日本高木俊宜教授在日本科学 技术厅航空、电子等技术评审会上提出的。它是将信息 科学融合于材料物性的一种材料新构思。 智能材料：目前还没有统一的定义，但是现有智能材料 的多种定义大同小异。大体来说，智能是指具有感知环 境(包括内环境和外环境)刺激，对之进行分析、处理、 判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材 料。智能材料必需具备感知、信息处理和执行功能。 智能材料来源于功能材料，功能材料是智能材料的 基础。
智能材料-结构和概念
智能材料按基材分类 金属系智能材料：主要指形状记忆合金材料(SMA)，是一 类重要的执行器材料，用其控制振动和结构变形。强度 比较大、耐热性好、耐腐蚀性能好，主要用于航空、航 天、原子能。工业上能够检测自身的损伤并将其抑制， 具有自修复功能。 无机非金属系智能材料：能够局部吸收外力以防材料整 体破坏。主要包括压电陶瓷、电致伸缩陶瓷,电(磁)流变 体等。 高分子系智能材料：多重亚稳态、多水平结构层次、较 弱的分子间作用力，侧链易引入各种官能团，利于感知 和判断环境，实现环境响应。
压电效应的表征 1、压电常数：压电体把机械能转变为电能或把电能转变 为机械能的转换系数。衡量材料压电效应强弱，直接关 系到压电输出灵敏度。相关参数有弹性系数(应变S和应力 T)、电位移D和电场强度E。
功能复合材料的主要类型及其应用
功能复合材料是指将不同类型的材料结合在一起，以发挥多种特定功能的材料。
以下是一些常见的功能复合材料类型及其应用：
1. 碳纤维复合材料（CFRP）：
-特点：高强度、轻质、耐腐蚀、高刚性。
-应用：航空航天、汽车工业、体育器材、建筑结构等领域。
2. 碳纳米管复合材料：
-特点：高强度、优异导电性、热导性、机械性能。
-应用：电子器件、传感器、导电涂料、储能装置等领域。
3. 陶瓷基复合材料：
-特点：高温稳定性、硬度高、耐磨损、耐腐蚀。
-应用：热障涂层、高温结构部件、耐磨材料等领域。
4. 纳米复合材料：
-特点：具有纳米尺度的特殊性能，如增强力、导电性、光学性能等。
-应用：电子器件、光电子器件、医疗设备、环境传感器等领域。
5. 高分子复合材料：
-特点：轻质、可塑性好、耐化学腐蚀。
-应用：航空航天、汽车工业、建筑材料、包装材料等领域。
6. 金属基复合材料：
-特点：高强度、高硬度、耐磨损、导热性能好。
-应用：航空航天、汽车工业、电子器件、机械零部件等领域。
7. 智能复合材料：
-特点：具有响应和自适应性能，在外界刺激下产生特定的响应。
-应用：智能结构、传感器、医疗器械、防护材料等领域。
这只是一些功能复合材料的常见类型及其应用领域，实际应用中还会有更多不同类型的功能复合材料出现。
功能复合材料的广泛应用为各个领域带来了新的解决方案，提高了产品的性能、效率和可持续性。