課題十了解工程前沿新材料的特點與應用

1、所謂新材料，指新出現(xiàn)的、具有特殊性能和特殊功能所謂新材料，指新出現(xiàn)的、具有特殊性能和特殊功能的材料。它是相對于傳統(tǒng)材料而言的，二者之間并沒的材料。它是相對于傳統(tǒng)材料而言的，二者之間并沒有嚴格的分界線。新材料的發(fā)展往往以傳統(tǒng)材料的組有嚴格的分界線。新材料的發(fā)展往往以傳統(tǒng)材料的組織結構和性能為基礎。傳統(tǒng)材料經(jīng)過進一步改良和發(fā)織結構和性能為基礎。傳統(tǒng)材料經(jīng)過進一步改良和發(fā)展也可以成為新材料。展也可以成為新材料。目前，各國都在加速新材料的研究和開發(fā)，新材料的目前，各國都在加速新材料的研究和開發(fā)，新材料的研究正朝著高性能化、功能化、復合化和專用化的方研究正朝著高性能化、功能化、復合化和專用化的方向發(fā)展。

2、傳統(tǒng)的金屬材料、有機材料、無機材料的界向發(fā)展。傳統(tǒng)的金屬材料、有機材料、無機材料的界限正在逐漸消失，新材料的分類也變得困難起來，材限正在逐漸消失，新材料的分類也變得困難起來，材料的屬性區(qū)分也變得越來越模糊。料的屬性區(qū)分也變得越來越模糊。課題十課題十 了解工程前沿新材料的特點與應用了解工程前沿新材料的特點與應用 學習目標學習目標知識目標：了解新型高溫材料知識目標：了解新型高溫材料能力目標：能對新型高溫材料作出初步選用能力目標：能對新型高溫材料作出初步選用 如果金屬構件的工作溫度超過如果金屬構件的工作溫度超過600600，就不能選擇普通，就不能選擇普通的耐熱鋼，而要選擇高溫材料或高溫合金。所謂高溫

3、的耐熱鋼，而要選擇高溫材料或高溫合金。所謂高溫材料，是指能在材料，是指能在600600以上，甚至在以上，甚至在10001000以上滿足以上滿足使用要求的材料。使用要求的材料。 高溫材料的應用范圍越來越廣，從鍋爐、蒸汽機、內(nèi)高溫材料的應用范圍越來越廣，從鍋爐、蒸汽機、內(nèi)燃機到石油、化工用的各種高溫物理化學反應裝置、燃機到石油、化工用的各種高溫物理化學反應裝置、原子反應堆的熱交換器、噴氣渦輪發(fā)動機和航天飛機原子反應堆的熱交換器、噴氣渦輪發(fā)動機和航天飛機的多種部件等，都有廣泛的應用。的多種部件等，都有廣泛的應用。任務一任務一 了解新型高溫材料的特點與應用了解新型高溫材料的特點與應用（1 1）高溫合金

4、的分類）高溫合金的分類 按高溫合金基本組成元素分類，高溫合金分為鐵基高按高溫合金基本組成元素分類，高溫合金分為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金等；按高溫合溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金等；按高溫合金的生產(chǎn)方法分類，高溫合金分為變形高溫合金和鑄金的生產(chǎn)方法分類，高溫合金分為變形高溫合金和鑄造高溫合金。造高溫合金。任務一任務一 了解新型高溫材料的特點與應用了解新型高溫材料的特點與應用 變形高溫合金的牌號以變形高溫合金的牌號以“GHGH合金類別號順序號合金類別號順序號”表示，其中表示，其中“GH”GH”表示表示“高合高合” 鑄造高溫合金的牌號以鑄造高溫合金的牌號以“分類號順序號分類號順序

5、號”表示表示 用作焊絲的高溫合金在用作焊絲的高溫合金在“GH”GH”前加前加“H”H”，即，即“HGH”HGH” 采用粉末冶金方法生產(chǎn)的高溫合金以采用粉末冶金方法生產(chǎn)的高溫合金以“FGH”FGH”表示。表示。任務一任務一 了解新型高溫材料的特點與應用了解新型高溫材料的特點與應用（2 2）鐵基高溫合金和鎳基高溫合金）鐵基高溫合金和鎳基高溫合金 1 1）鐵基高溫合金）鐵基高溫合金 2 2）鎳基高溫合金）鎳基高溫合金（3 3）高溫合金的發(fā)展趨勢）高溫合金的發(fā)展趨勢2. 2. 了解高溫陶瓷材料的性能與應用了解高溫陶瓷材料的性能與應用任務一任務一 了解新型高溫材料的特點與應用了解新型高溫材料的特點與應用

6、氮化硅陶瓷已成為制造氮化硅陶瓷已成為制造新型陶瓷發(fā)動機的重要新型陶瓷發(fā)動機的重要材料；碳化物基金屬陶材料；碳化物基金屬陶瓷已經(jīng)應用于航空、航瓷已經(jīng)應用于航空、航天工業(yè)的部分耐熱構件，天工業(yè)的部分耐熱構件，如制造渦輪噴氣發(fā)動機如制造渦輪噴氣發(fā)動機中的燃燒室、渦輪葉片、中的燃燒室、渦輪葉片、渦輪盤渦輪盤 學習目標學習目標知識目標：了解形狀記憶材料知識目標：了解形狀記憶材料能力目標：能對形狀記憶材料作出初步選用能力目標：能對形狀記憶材料作出初步選用 形狀記憶材料是指具有形狀記憶效應（形狀記憶材料是指具有形狀記憶效應（SMESME，Shape Shape Memory EffectMemory Eff

7、ect）的材料。形狀記憶效應是指將材料）的材料。形狀記憶效應是指將材料在一定條件下進行一定限度以內(nèi)的變形后，在對材料在一定條件下進行一定限度以內(nèi)的變形后，在對材料施加適當?shù)耐饨鐥l件（如加熱）時，材料的變形會隨施加適當?shù)耐饨鐥l件（如加熱）時，材料的變形會隨之消失，并回復到變形前形狀的現(xiàn)象。之消失，并回復到變形前形狀的現(xiàn)象。 形狀記憶合金的應用范圍涉及機械、電子、化工、宇形狀記憶合金的應用范圍涉及機械、電子、化工、宇航、能源和醫(yī)療等許多領域。航、能源和醫(yī)療等許多領域。2020世紀世紀8080年代，科學家年代，科學家在一些陶瓷和高分子材料中也發(fā)現(xiàn)了形狀記憶效應現(xiàn)在一些陶瓷和高分子材料中也發(fā)現(xiàn)了形狀記

8、憶效應現(xiàn)象，并將其作為研究和開發(fā)的重點對象。象，并將其作為研究和開發(fā)的重點對象。任務二任務二 了解形狀記憶材料的特點與應用了解形狀記憶材料的特點與應用 1. 1. 了解形狀記憶合金的性能了解形狀記憶合金的性能目前已開發(fā)成功的形狀記憶合金有目前已開發(fā)成功的形狀記憶合金有TiTiNiNi系、系、CuCu系、系、FeFe系形狀記憶合金等。系形狀記憶合金等。 典型的形狀記憶合金的應用例子是制造月面天線。半典型的形狀記憶合金的應用例子是制造月面天線。半球形的月面天線全部展開后，其直徑達數(shù)米，用登月球形的月面天線全部展開后，其直徑達數(shù)米，用登月艙難以將其運載進人太空。利用艙難以將其運載進人太空。利用TiT

9、iNiNi合金的形狀記合金的形狀記憶效應，首先將處于一定狀態(tài)下的合金絲制成半球形憶效應，首先將處于一定狀態(tài)下的合金絲制成半球形的天線，然后壓成小卷團狀，使它的體積縮小到原來的天線，然后壓成小卷團狀，使它的體積縮小到原來的千分之幾，然后用火箭送上月球，放置在月球上。的千分之幾，然后用火箭送上月球，放置在月球上。小卷團狀天線被陽光曬熱后，逐步恢復成原狀，即可小卷團狀天線被陽光曬熱后，逐步恢復成原狀，即可成功地進行通信。成功地進行通信。任務二任務二 了解形狀記憶材料的特點與應用了解形狀記憶材料的特點與應用 2. 2. 了解形狀記憶陶瓷的特性了解形狀記憶陶瓷的特性2020世紀世紀6060年代，人們發(fā)現(xiàn)

10、在年代，人們發(fā)現(xiàn)在ZrO2ZrO2陶瓷中也存在形狀記陶瓷中也存在形狀記憶效應。憶效應。3 3了解形狀記憶高分子材料性能了解形狀記憶高分子材料性能高分子材料的形狀記憶機理與形狀記憶合金和形狀記高分子材料的形狀記憶機理與形狀記憶合金和形狀記憶陶瓷不同。形狀記憶高分子材料可以是光敏（通過憶陶瓷不同。形狀記憶高分子材料可以是光敏（通過光照條件的變化實現(xiàn)形狀記憶效應）、熱敏、電敏等光照條件的變化實現(xiàn)形狀記憶效應）、熱敏、電敏等不同類型。不同類型。任務二任務二 了解形狀記憶材料的特點與應用了解形狀記憶材料的特點與應用 4 4了解形狀記憶合金的應用了解形狀記憶合金的應用（1 1）在汽車制造方面的應用。制造后

11、霧燈罩、手動變速）在汽車制造方面的應用。制造后霧燈罩、手動變速器的防噪聲裝置、燃料蒸發(fā)氣體排出控制閥、防止發(fā)器的防噪聲裝置、燃料蒸發(fā)氣體排出控制閥、防止發(fā)動機過熱用的風扇離合器、防滑輪胎等。動機過熱用的風扇離合器、防滑輪胎等。（2 2）在電子設備制造方面的應用。制造各種不需電力的）在電子設備制造方面的應用。制造各種不需電力的溫度控制儀器（如溫室窗戶的自動開閉裝置、電磁調(diào)溫度控制儀器（如溫室窗戶的自動開閉裝置、電磁調(diào)理器、過熱感知器、咖啡牛奶沸騰感知器、溫泉浴池理器、過熱感知器、咖啡牛奶沸騰感知器、溫泉浴池調(diào)理器等），電路的連接，自控系統(tǒng)的驅(qū)動器，電子調(diào)理器等），電路的連接，自控系統(tǒng)的驅(qū)動器，電

12、子爐灶換氣門的開閉器，空調(diào)風向自動調(diào)節(jié)器，電飯鍋爐灶換氣門的開閉器，空調(diào)風向自動調(diào)節(jié)器，電飯鍋壓力調(diào)節(jié)器等。壓力調(diào)節(jié)器等。（3 3）在安全器具制造方面的應用。利用形狀記憶合金可）在安全器具制造方面的應用。利用形狀記憶合金可以制造過熱報警器、火災報警器、自動滅火噴頭、煙以制造過熱報警器、火災報警器、自動滅火噴頭、煙灰缸滅火栓等?；腋诇缁鹚ǖ?。任務二任務二 了解形狀記憶材料的特點與應用了解形狀記憶材料的特點與應用 （4 4）在醫(yī)學領域方面的應用。由于形狀記憶合金與）在醫(yī)學領域方面的應用。由于形狀記憶合金與生物體的相容性好、耐蝕性好，因些，形狀記憶合生物體的相容性好、耐蝕性好，因些，形狀記憶合金在醫(yī)

13、學領域方面也獲得了廣泛的應用，如制成脊金在醫(yī)學領域方面也獲得了廣泛的應用，如制成脊柱矯形棒、牙齒矯形唇弓絲、人工關節(jié)、人造骨骼柱矯形棒、牙齒矯形唇弓絲、人工關節(jié)、人造骨骼、骨折部位的固定板、人造心臟、血栓過濾器等。、骨折部位的固定板、人造心臟、血栓過濾器等。任務二任務二 了解形狀記憶材料的特點與應用了解形狀記憶材料的特點與應用血栓過濾器的工作原理血栓過濾器的工作原理任務二任務二 了解形狀記憶材料的特點與應用了解形狀記憶材料的特點與應用（5 5）在能源開發(fā)方面的應用。制造小型固體熱機，用作）在能源開發(fā)方面的應用。制造小型固體熱機，用作熱機能量轉(zhuǎn)換材料。熱機能量轉(zhuǎn)換材料。（6 6）在日常生活方面的

14、應用。制作家庭換氣門開閉器、）在日常生活方面的應用。制作家庭換氣門開閉器、記憶密碼鎖、防火擋板、凈水器熱水防止閥、恒溫箱記憶密碼鎖、防火擋板、凈水器熱水防止閥、恒溫箱混合水栓溫度調(diào)節(jié)閥、眼鏡固定件、眼鏡框架、釣魚混合水栓溫度調(diào)節(jié)閥、眼鏡固定件、眼鏡框架、釣魚線、便攜電話天線、裝飾品等。線、便攜電話天線、裝飾品等。（7 7）在工件連接方面的應用。用于特殊要求場合（如軍）在工件連接方面的應用。用于特殊要求場合（如軍用飛機、化工管道、化工容器、深底管道等）下制作用飛機、化工管道、化工容器、深底管道等）下制作各種管接頭和鉚釘，實現(xiàn)各種管道及容器的連接等各種管接頭和鉚釘，實現(xiàn)各種管道及容器的連接等（8

15、8）作為智能材料。）作為智能材料。TiTiNiNi形狀記憶合金是目前研究最形狀記憶合金是目前研究最充分的智能材料。利用形狀記憶合金的形狀記憶效應充分的智能材料。利用形狀記憶合金的形狀記憶效應和超彈性等特征可開發(fā)出大量集感知、判斷與動作為和超彈性等特征可開發(fā)出大量集感知、判斷與動作為一體的小型智能零部件或產(chǎn)品。一體的小型智能零部件或產(chǎn)品。任務二任務二 了解形狀記憶材料的特點與應用了解形狀記憶材料的特點與應用 學習目標學習目標知識目標：了解非晶態(tài)合金材料知識目標：了解非晶態(tài)合金材料能力目標：能對非晶態(tài)合金材料作出初步選用能力目標：能對非晶態(tài)合金材料作出初步選用 非晶態(tài)合金是六十年代問世的新金屬材料

16、，它利用超非晶態(tài)合金是六十年代問世的新金屬材料，它利用超急冷技術即急冷技術即1010的的6 6次方次方/ /秒的冷卻速度使液態(tài)金屬快速秒的冷卻速度使液態(tài)金屬快速凝固直接成材而制成非晶態(tài)軟磁合金。它具有高導磁凝固直接成材而制成非晶態(tài)軟磁合金。它具有高導磁率、高電阻率、高磁感、耐蝕等優(yōu)異特性，是傳統(tǒng)金率、高電阻率、高磁感、耐蝕等優(yōu)異特性，是傳統(tǒng)金屬無可比擬的。屬無可比擬的。任務三任務三 了解非晶態(tài)合金材料的特點與應用了解非晶態(tài)合金材料的特點與應用 非晶態(tài)合金是一種沒有原子三維周期性排列的固體合非晶態(tài)合金是一種沒有原子三維周期性排列的固體合金。非晶態(tài)是相對晶態(tài)而言的，在非晶態(tài)材料中，原金。非晶態(tài)是相

17、對晶態(tài)而言的，在非晶態(tài)材料中，原子在微觀排列方面不存在有規(guī)律的周期性；在宏觀上子在微觀排列方面不存在有規(guī)律的周期性；在宏觀上具有各向同性和無規(guī)則的外形。具有各向同性和無規(guī)則的外形。 非晶態(tài)材料有傳統(tǒng)的硅酸鹽玻璃、非晶態(tài)聚合物、非非晶態(tài)材料有傳統(tǒng)的硅酸鹽玻璃、非晶態(tài)聚合物、非晶態(tài)半導體、非晶態(tài)超導體、非晶態(tài)離子導體等。晶態(tài)半導體、非晶態(tài)超導體、非晶態(tài)離子導體等。 非晶態(tài)合金可采用液相急冷法、氣相沉積法、注人法非晶態(tài)合金可采用液相急冷法、氣相沉積法、注人法等工藝制取。等工藝制取。任務三任務三 了解非晶態(tài)合金材料的特點與應用了解非晶態(tài)合金材料的特點與應用 與普通晶態(tài)金屬或合金相比，非晶態(tài)合金在力學、

18、電與普通晶態(tài)金屬或合金相比，非晶態(tài)合金在力學、電學、磁學和化學性能諸方面均有獨特之處。非晶態(tài)合學、磁學和化學性能諸方面均有獨特之處。非晶態(tài)合金具有很高的強度和硬度。金具有很高的強度和硬度。 非晶態(tài)合金非晶態(tài)合金( (非晶納米晶材料非晶納米晶材料) )具有飽和磁感高、磁導具有飽和磁感高、磁導率高、損耗低等優(yōu)異特性，廣泛應用于通訊、電子、率高、損耗低等優(yōu)異特性，廣泛應用于通訊、電子、電力等工業(yè)，能替代傳統(tǒng)坡莫合金及鐵氧體等材料，電力等工業(yè)，能替代傳統(tǒng)坡莫合金及鐵氧體等材料，被稱為被稱為“二十一世紀綠色電子材料二十一世紀綠色電子材料”，在電子、信息，在電子、信息領域的應用將會越來越廣，前景廣闊。領域

19、的應用將會越來越廣，前景廣闊。任務三任務三 了解非晶態(tài)合金材料的特點與應用了解非晶態(tài)合金材料的特點與應用 非晶態(tài)合金材料應用非晶態(tài)合金材料應用任務三任務三 了解非晶態(tài)合金材料的特點與應用了解非晶態(tài)合金材料的特點與應用 學習目標學習目標知識目標：了解超導材料知識目標：了解超導材料能力目標：能對超導材料作出初步選用能力目標：能對超導材料作出初步選用 超導材料是指在一定溫度下材料的電阻變?yōu)榱?，并且超導材料是指在一定溫度下材料的電阻變?yōu)榱?，并且磁力線不能進人其內(nèi)部，材料呈現(xiàn)完全抗磁性的材料磁力線不能進人其內(nèi)部，材料呈現(xiàn)完全抗磁性的材料任務四任務四 了解超導材料的特點與應用了解超導材料的特點與應用 1.

20、 1. 了解超導材料分類了解超導材料分類超導材料：超導合金、超導陶瓷和超導聚合物三類超導材料：超導合金、超導陶瓷和超導聚合物三類（1 1）超導合金）超導合金超導合金是超導材料中機械強度最高、應力應變小、超導合金是超導材料中機械強度最高、應力應變小、磁場強度低的超導體，是早期具有實用價值的超導材磁場強度低的超導體，是早期具有實用價值的超導材料。廣泛使用的是料。廣泛使用的是NbNbZrZr系和系和TiTiNbNb系超導合金。系超導合金。（2 2）超導陶瓷）超導陶瓷 19861986年隨著超導陶瓷的出現(xiàn)，使超導體的年隨著超導陶瓷的出現(xiàn)，使超導體的TcTc獲得重大獲得重大突破。突破。TcTc高于高于1

21、20K120K的的TiTiBaBaCaCaCuCuO O材料就屬于材料就屬于超導陶瓷材料。超導陶瓷材料。（3 3）超導聚合物）超導聚合物與超導合金相比，超導聚合物材料的發(fā)展比較緩慢，與超導合金相比，超導聚合物材料的發(fā)展比較緩慢，目前最高臨界溫度只達到目前最高臨界溫度只達到10K10K左右。左右。任務三任務三 了解非晶態(tài)合金材料的特點與應用了解非晶態(tài)合金材料的特點與應用 2. 2. 了解超導材料的應用了解超導材料的應用（1 1）超導材料在電力系統(tǒng)方面的應用）超導材料在電力系統(tǒng)方面的應用采用的傳統(tǒng)銅導線或鋁導線的輸電方式，約有采用的傳統(tǒng)銅導線或鋁導線的輸電方式，約有1515的的電能要損耗在輸電線路

22、上，僅在我國造成的損耗每年電能要損耗在輸電線路上，僅在我國造成的損耗每年就達就達10001000多億度。如果利用超導材料輸電，電力損耗多億度。如果利用超導材料輸電，電力損耗則幾乎為零，可節(jié)省大量的電能。則幾乎為零，可節(jié)省大量的電能。將超導線圈用于發(fā)電機，可大大提高電機中的磁感應將超導線圈用于發(fā)電機，可大大提高電機中的磁感應強度，提高發(fā)電機的輸出功率，使發(fā)電效率提高約強度，提高發(fā)電機的輸出功率，使發(fā)電效率提高約5050。利用超導體可將熱核反應堆中的超高溫等離子體包圍利用超導體可將熱核反應堆中的超高溫等離子體包圍和約束起來，然后慢慢地釋放能量，從而使受控核聚和約束起來，然后慢慢地釋放能量，從而使受

23、控核聚變能源成為人類取之不盡的新能源變能源成為人類取之不盡的新能源。任務三任務三 了解非晶態(tài)合金材料的特點與應用了解非晶態(tài)合金材料的特點與應用 超導超導材料材料的應的應用用任務三任務三 了解非晶態(tài)合金材料的特點與應用了解非晶態(tài)合金材料的特點與應用（2 2）超導材料在運輸方面的應用）超導材料在運輸方面的應用利用超導材料的抗磁性，將超導材料放在一塊永久磁利用超導材料的抗磁性，將超導材料放在一塊永久磁體上方，由于永久磁體的磁力線不能穿過超導體，磁體上方，由于永久磁體的磁力線不能穿過超導體，磁體和超導體之間就會產(chǎn)生排斥力，使超導體懸浮在永體和超導體之間就會產(chǎn)生排斥力，使超導體懸浮在永久磁體上方。久磁體

24、上方。磁懸浮列車運行時，鋁環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的磁場與超導體相互磁懸浮列車運行時，鋁環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的磁場與超導體相互作用，產(chǎn)生的浮力便使列車浮起。磁懸浮列車速度越作用，產(chǎn)生的浮力便使列車浮起。磁懸浮列車速度越高，浮力越大。目前，超導磁懸浮列車的運行速度可高，浮力越大。目前，超導磁懸浮列車的運行速度可達達550km550kmh h 任務三任務三 了解非晶態(tài)合金材料的特點與應用了解非晶態(tài)合金材料的特點與應用（3 3）超導材料在電子信息方面的應用）超導材料在電子信息方面的應用利用超導材料的隧道效應，可解決計算機器件的散熱利用超導材料的隧道效應，可解決計算機器件的散熱難題，制造運算速度極快的超導計算機等；超導材料難題，

25、制造運算速度極快的超導計算機等；超導材料還可用于制作各種高靈敏度的超導電磁測量裝置，用還可用于制作各種高靈敏度的超導電磁測量裝置，用于測量微弱的電磁信號，實現(xiàn)高精度測量和對比于測量微弱的電磁信號，實現(xiàn)高精度測量和對比（4 4）超導材料在軍事方面的應用）超導材料在軍事方面的應用利用超導材料具有高載流能力和零電阻的特點，可長利用超導材料具有高載流能力和零電阻的特點，可長時間無損耗地儲存大量電能，需要時即可將儲存的能時間無損耗地儲存大量電能，需要時即可將儲存的能量連續(xù)地釋放出來。量連續(xù)地釋放出來。利用超導材料制作超導粒子武器、自由電子激光器、利用超導材料制作超導粒子武器、自由電子激光器、超導電磁炮、

26、超導電磁推進系統(tǒng)和超導陀螺儀等。超導電磁炮、超導電磁推進系統(tǒng)和超導陀螺儀等。 學習目標學習目標知識目標：了解納米材料知識目標：了解納米材料能力目標：能對納米材料作出初步選用能力目標：能對納米材料作出初步選用 1. 1. 理解納米材料的定義及分類理解納米材料的定義及分類 納米是一種度量單位，納米是一種度量單位，1 1納米（納米（nmnm）等于）等于10109 9m m（1 1毫米毫米等于等于10103 3m m，1 1微米等于微米等于10106 6m m），即百萬分之一毫米），即百萬分之一毫米、十億分之一米。、十億分之一米。1nm1nm相當于頭發(fā)絲直徑的相當于頭發(fā)絲直徑的1010萬分之萬分之一。

27、一。廣義地說，納米材料是指微觀結構至少在一維方向上廣義地說，納米材料是指微觀結構至少在一維方向上受納米尺度（受納米尺度（1 1100nm100nm）調(diào)制的各種固體超細材料。）調(diào)制的各種固體超細材料。納米材料包括金屬、非金屬、有機、無機和生物等多納米材料包括金屬、非金屬、有機、無機和生物等多種粉末材料。種粉末材料。 任務五任務五 了解納米材料的特點與應用了解納米材料的特點與應用納米材料研究是目前材料科學研究的一個熱點，納米納米材料研究是目前材料科學研究的一個熱點，納米材料是納米技術應用的基礎，由其發(fā)展起來的納米技材料是納米技術應用的基礎，由其發(fā)展起來的納米技術被公認為是術被公認為是2121世紀最

28、具有前途的科研領域。所謂納世紀最具有前途的科研領域。所謂納米科學，是指研究納米尺寸范圍在米科學，是指研究納米尺寸范圍在0.10.1100nm100nm之內(nèi)的之內(nèi)的物質(zhì)所具有的物理、化學性質(zhì)和功能的科學。納米科物質(zhì)所具有的物理、化學性質(zhì)和功能的科學。納米科技大致涉及以下七個分支：納米材料學、納米電子學技大致涉及以下七個分支：納米材料學、納米電子學、納米生物學、納米物理學、納米化學、納米機械學、納米生物學、納米物理學、納米化學、納米機械學（制造工藝學）、納米加工及表征。（制造工藝學）、納米加工及表征。任務五任務五 了解納米材料的特點與應用了解納米材料的特點與應用 2. 2. 了解納米材料的結構與性

29、能了解納米材料的結構與性能納米固體中的原子排列既不同于長程有序的晶體，也納米固體中的原子排列既不同于長程有序的晶體，也不同于長程無序的不同于長程無序的“氣體狀氣體狀”固體結構，是一種介于固體結構，是一種介于固體和分子間的亞穩(wěn)中間態(tài)物質(zhì)。因此，一些研究人固體和分子間的亞穩(wěn)中間態(tài)物質(zhì)。因此，一些研究人員把納米材料稱為晶態(tài)、非晶態(tài)之外的員把納米材料稱為晶態(tài)、非晶態(tài)之外的“第三態(tài)晶體第三態(tài)晶體材料材料”。 納米材料特殊的物理性能：納米材料特殊的物理性能：1 1）具有高比熱、高電導率、高擴散率，對電磁波具）具有高比熱、高電導率、高擴散率，對電磁波具有強吸收特性，據(jù)此可制造出具有特定功能的產(chǎn)品，有強吸收特

30、性，據(jù)此可制造出具有特定功能的產(chǎn)品，如電磁波屏蔽、隱形飛機涂料等。如電磁波屏蔽、隱形飛機涂料等。2 2）對光的反射能力非常低，低到僅為原非納米材料）對光的反射能力非常低，低到僅為原非納米材料的百分之一。的百分之一。任務五任務五 了解納米材料的特點與應用了解納米材料的特點與應用3 3）氣體在納米材料中的擴散速度比在普通材料中快幾千）氣體在納米材料中的擴散速度比在普通材料中快幾千倍。倍。4 4）力學性能成倍增加，具有高強度、高韌性及超塑性，）力學性能成倍增加，具有高強度、高韌性及超塑性，如納米鐵材料的斷裂應力比一般鐵材料高如納米鐵材料的斷裂應力比一般鐵材料高1212倍。倍。5 5）與生物細胞的結合

31、力較強，為人造骨質(zhì)的應用拓寬了）與生物細胞的結合力較強，為人造骨質(zhì)的應用拓寬了途徑。途徑。6 6）熔點大大降低，如純金熔點是）熔點大大降低，如純金熔點是10641064，但，但2nm2nm的金粉的金粉末熔點只有末熔點只有327327。7 7）具有特殊的磁性，如）具有特殊的磁性，如20nm20nm的鐵粉，其磁矯頑力可增加的鐵粉，其磁矯頑力可增加10001000倍。納米磁性材料的磁記錄密度可比普通的磁倍。納米磁性材料的磁記錄密度可比普通的磁性材料提高性材料提高1010倍。倍。任務五任務五 了解納米材料的特點與應用了解納米材料的特點與應用3. 3. 納米材料的應用納米材料的應用1 1）納米結構材料。

32、純金屬、合金、復合材料和結構陶瓷）納米結構材料。純金屬、合金、復合材料和結構陶瓷，具有十分優(yōu)異的力學及熱力性能，可使構件重量，具有十分優(yōu)異的力學及熱力性能，可使構件重量大大減輕。大大減輕。2 2）納米催化、敏感、儲氫材料。用于制造高效的異質(zhì)催）納米催化、敏感、儲氫材料。用于制造高效的異質(zhì)催化劑、氣體敏感器及氣體捕獲劑，用于汽車尾氣凈化劑、氣體敏感器及氣體捕獲劑，用于汽車尾氣凈化、環(huán)境保護、石油化工、新型潔凈能源等領域化、環(huán)境保護、石油化工、新型潔凈能源等領域。3 3）納米光學材料。用于制作多種具有獨特性能的光電子）納米光學材料。用于制作多種具有獨特性能的光電子器件，如藍光二極管、量子點激光器、

33、單電子晶體器件，如藍光二極管、量子點激光器、單電子晶體管等。管等。4 4）納米技術電子器件。納米技術制作的電子器件的性能）納米技術電子器件。納米技術制作的電子器件的性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)的電子器件。大大優(yōu)于傳統(tǒng)的電子器件。3 3）納米光學材料。用于制作多種具有獨特性能的光電子）納米光學材料。用于制作多種具有獨特性能的光電子器件，如藍光二極管、量子點激光器、單電子晶體器件，如藍光二極管、量子點激光器、單電子晶體管等。管等。4 4）納米技術電子器件。納米技術制作的電子器件的性能）納米技術電子器件。納米技術制作的電子器件的性能大大優(yōu)于傳統(tǒng)的電子器件。大大優(yōu)于傳統(tǒng)的電子器件。5 5）納米生物與醫(yī)學材料）納米

34、生物與醫(yī)學材料利用納米粒子研制成機器人，注入人體血管內(nèi)，對利用納米粒子研制成機器人，注入人體血管內(nèi)，對人體進行全身健康檢查，疏通腦血管中的血栓，清人體進行全身健康檢查，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動脈脂肪沉積物，甚至還能吞噬病毒、殺死除心臟動脈脂肪沉積物，甚至還能吞噬病毒、殺死癌細胞等。癌細胞等。6 6）在軍事方面。以昆蟲作平臺，利用先進的納米技術）在軍事方面。以昆蟲作平臺，利用先進的納米技術，可把納米機器人植人昆蟲的神經(jīng)系統(tǒng)中以控制昆，可把納米機器人植人昆蟲的神經(jīng)系統(tǒng)中以控制昆蟲，使昆蟲飛向敵方，收集情報，或使敵方的目標蟲，使昆蟲飛向敵方，收集情報，或使敵方的目標或設施喪失功能?；蛟O施喪失功

35、能。7 7）納米硬質(zhì)合金。納米硬質(zhì)合金的出現(xiàn)是硬質(zhì)合金制）納米硬質(zhì)合金。納米硬質(zhì)合金的出現(xiàn)是硬質(zhì)合金制造技術的飛躍。造技術的飛躍。任務五任務五 了解納米材料的特點與應用了解納米材料的特點與應用 學習目標學習目標知識目標：了解功能材料知識目標：了解功能材料能力目標：能對功能材料作出初步選用能力目標：能對功能材料作出初步選用 功能材料功能材料：具有優(yōu)良的電學：具有優(yōu)良的電學、磁學、光學、熱學、聲磁學、光學、熱學、聲學、力學、化學、生物醫(yī)學功能，具有特殊的物理、學、力學、化學、生物醫(yī)學功能，具有特殊的物理、化學、生物學效應，能完成功能相互轉(zhuǎn)化，主要用來化學、生物學效應，能完成功能相互轉(zhuǎn)化，主要用來制

36、造各種功能元器件而被廣泛應用于各類高科技領域制造各種功能元器件而被廣泛應用于各類高科技領域的高新技術材料的高新技術材料。任務六任務六 了解功能材料的特點與應用了解功能材料的特點與應用是世界各國高技術發(fā)展中戰(zhàn)略競爭的熱點。它涉及是世界各國高技術發(fā)展中戰(zhàn)略競爭的熱點。它涉及信息技術、生物工程技術、能源技術、納米技術、信息技術、生物工程技術、能源技術、納米技術、環(huán)保技術、空間技術、計算機技術、海洋工程技術環(huán)保技術、空間技術、計算機技術、海洋工程技術等現(xiàn)代高新技術及其產(chǎn)業(yè)，正在形成一個規(guī)模宏大等現(xiàn)代高新技術及其產(chǎn)業(yè)，正在形成一個規(guī)模宏大的高技術產(chǎn)業(yè)群，有著十分廣闊的市場前景和極為的高技術產(chǎn)業(yè)群，有著十

37、分廣闊的市場前景和極為重要的戰(zhàn)略意義重要的戰(zhàn)略意義。功能材料不僅對高新技術的發(fā)展起著重要的推動和功能材料不僅對高新技術的發(fā)展起著重要的推動和支撐作用，還對我國相關傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和升級，支撐作用，還對我國相關傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和升級，實現(xiàn)跨越式發(fā)展起著重要的促進作用實現(xiàn)跨越式發(fā)展起著重要的促進作用。在全球新材料研究領域中，功能材料約占在全球新材料研究領域中，功能材料約占8585。任務六任務六 了解功能材料的特點與應用了解功能材料的特點與應用1 1功能材料的分類功能材料的分類功能材料種類繁多，分類方法各異，主要有以下幾功能材料種類繁多，分類方法各異，主要有以下幾種分類方法：種分類方法：1 1）功能材料

38、按化學組成分類，金屬功能材料、無機非）功能材料按化學組成分類，金屬功能材料、無機非金屬功能材料、有機高分子功能材料和復合功能材金屬功能材料、有機高分子功能材料和復合功能材料。料。2 2）功能材料按聚集態(tài)分類。氣態(tài)功能材料、液態(tài)功能）功能材料按聚集態(tài)分類。氣態(tài)功能材料、液態(tài)功能材料、固態(tài)功能材料、液晶態(tài)功能材料和混合態(tài)功材料、固態(tài)功能材料、液晶態(tài)功能材料和混合態(tài)功能材料，其中固態(tài)功能材料又包括晶態(tài)功能材料、能材料，其中固態(tài)功能材料又包括晶態(tài)功能材料、準晶態(tài)功能材料和非晶態(tài)功能材料。準晶態(tài)功能材料和非晶態(tài)功能材料。任務六任務六 了解功能材料的特點與應用了解功能材料的特點與應用3 3）功能材料按功能

39、分類，物理功能材料（如光、電、）功能材料按功能分類，物理功能材料（如光、電、磁、聲、熱等）、化學功能材料（如感光、催化、磁、聲、熱等）、化學功能材料（如感光、催化、降解、交換等）、生物功能材料（如生物醫(yī)藥、生降解、交換等）、生物功能材料（如生物醫(yī)藥、生物模擬、仿生等）和核功能材料。物模擬、仿生等）和核功能材料。任務六任務六 了解功能材料的特點與應用了解功能材料的特點與應用2 2了解功能材料的性能特點和用途了解功能材料的性能特點和用途1 1）導電功能材料。它是指那些具有導電特性的物質(zhì)，包）導電功能材料。它是指那些具有導電特性的物質(zhì)，包括電阻材料、電熱與電光材料、導電與超導材料、括電阻材料、電熱與

40、電光材料、導電與超導材料、半導體材料、介電材料、離子導體和導電高分子材半導體材料、介電材料、離子導體和導電高分子材料等料等。任務六任務六 了解功能材料的特點與應用了解功能材料的特點與應用2 2）超塑性材料。長期以來，人們希望能夠很容易地對）超塑性材料。長期以來，人們希望能夠很容易地對高強度材料進行塑性加工成形，成形以后，又能像高強度材料進行塑性加工成形，成形以后，又能像鋼鐵一樣堅固耐用。鋼鐵一樣堅固耐用。任務六任務六 了解功能材料的特點與應用了解功能材料的特點與應用3 3）磁功能材料。磁性是物質(zhì)普遍存在的基本屬性。所）磁功能材料。磁性是物質(zhì)普遍存在的基本屬性。所謂磁性材料和非磁性材料，實際上是

41、指強磁性材料謂磁性材料和非磁性材料，實際上是指強磁性材料和弱磁性材料。早期的磁性材料是指軟鐵、硅鋼片和弱磁性材料。早期的磁性材料是指軟鐵、硅鋼片、鐵氧體等。、鐵氧體等。任務六任務六 了解功能材料的特點與應用了解功能材料的特點與應用4 4）電子信息材料。指那些用于集成電路的半導體材料）電子信息材料。指那些用于集成電路的半導體材料、電子元器件材料、人工晶體材料，以及通信技術、電子元器件材料、人工晶體材料，以及通信技術中使用的光導纖維等。它是新材料領域中最重要的中使用的光導纖維等。它是新材料領域中最重要的組成部分，已成為推動信息產(chǎn)業(yè)增長的主要動力。組成部分，已成為推動信息產(chǎn)業(yè)增長的主要動力。5 5）

42、智能材料。指能夠根據(jù)所處環(huán)境的變化，使自身功）智能材料。指能夠根據(jù)所處環(huán)境的變化，使自身功能處于最佳狀態(tài)的材料，如形狀記憶材料、電流變能處于最佳狀態(tài)的材料，如形狀記憶材料、電流變體材料、電致變色材料、微孔材料等都可列人智能體材料、電致變色材料、微孔材料等都可列人智能材料。材料。任務六任務六 了解功能材料的特點與應用了解功能材料的特點與應用6 6）熱功能材料。材料在受熱或溫度變化時，會出現(xiàn)性能）熱功能材料。材料在受熱或溫度變化時，會出現(xiàn)性能變化并產(chǎn)生一系列現(xiàn)象，如熱膨脹、熱傳導（或隔熱變化并產(chǎn)生一系列現(xiàn)象，如熱膨脹、熱傳導（或隔熱）、熱輻射等，凡具有此類現(xiàn)象的材料，就稱為熱功）、熱輻射等，凡具有

43、此類現(xiàn)象的材料，就稱為熱功能材料。根據(jù)熱性能變化的特性，熱功能材料可分為能材料。根據(jù)熱性能變化的特性，熱功能材料可分為膨脹材料、熱電材料、形狀記憶材料、熱釋電材料、膨脹材料、熱電材料、形狀記憶材料、熱釋電材料、隔熱材料等，它們廣泛用于儀器儀表、醫(yī)療器械、導隔熱材料等，它們廣泛用于儀器儀表、醫(yī)療器械、導彈武器、空間技術和能源開發(fā)等領域。彈武器、空間技術和能源開發(fā)等領域。任務六任務六 了解功能材料的特點與應用了解功能材料的特點與應用7 7）梯度功能材料。由兩種或多種材料復合成組分和結構）梯度功能材料。由兩種或多種材料復合成組分和結構呈現(xiàn)連續(xù)梯度變化的新型復合材料，稱為梯度功能材呈現(xiàn)連續(xù)梯度變化的新

44、型復合材料，稱為梯度功能材料。其主要特征是：材料的組分和結構呈現(xiàn)連續(xù)梯度料。其主要特征是：材料的組分和結構呈現(xiàn)連續(xù)梯度變化，材料內(nèi)部無明顯界面，材料的性質(zhì)呈現(xiàn)連續(xù)梯變化，材料內(nèi)部無明顯界面，材料的性質(zhì)呈現(xiàn)連續(xù)梯度變化。度變化。任務六任務六 了解功能材料的特點與應用了解功能材料的特點與應用8 8）能源轉(zhuǎn)化與儲存材料。地球上可再生的能源主要指太）能源轉(zhuǎn)化與儲存材料。地球上可再生的能源主要指太陽能、風能、地熱能、潮汐能等，這些能源在大多數(shù)陽能、風能、地熱能、潮汐能等，這些能源在大多數(shù)情況下不能直接使用，也不能儲存，因此，必須將它情況下不能直接使用，也不能儲存，因此，必須將它們轉(zhuǎn)換成可以使用的能源形式

45、，或?qū)⒅眠m當?shù)姆绞絺冝D(zhuǎn)換成可以使用的能源形式，或?qū)⒅眠m當?shù)姆绞絻Υ嫫饋?，再加以利用。能源轉(zhuǎn)化與儲存材料就是圍儲存起來，再加以利用。能源轉(zhuǎn)化與儲存材料就是圍繞可再生能源的利用這一目標而發(fā)展起來的新材料，繞可再生能源的利用這一目標而發(fā)展起來的新材料，如太陽能轉(zhuǎn)換材料（如光電轉(zhuǎn)換材料）、熱電轉(zhuǎn)換材如太陽能轉(zhuǎn)換材料（如光電轉(zhuǎn)換材料）、熱電轉(zhuǎn)換材料、儲氫材料（如鎂基儲氫材料）等料、儲氫材料（如鎂基儲氫材料）等。任務六任務六 了解功能材料的特點與應用了解功能材料的特點與應用9 9）阻尼材料。隨著工業(yè)和交通運輸業(yè)的飛速發(fā)展，噪聲）阻尼材料。隨著工業(yè)和交通運輸業(yè)的飛速發(fā)展，噪聲污染對人類的危害越來越大。因此，將噪聲降低到無污染對人類的危害越來越大。因此，將噪聲降低到無害的程度，是環(huán)境保護的一項重要任務。噪聲與振動害的程度，是環(huán)境保護的一項重要任務。噪聲與振動可以通過吸聲、隔音、消聲、阻尼減振技術等措施治可以通過吸聲、隔音、消聲、阻尼減振技術等措施治理。阻尼減振技術中所用的材