01功能材料概述課件

功能材料導(dǎo)論功能材料導(dǎo)論1授課教師簡介主講人：游常院系：土木工程學(xué)院材料教研室電話Q:6836313Email:youchang@授課教師簡介主講人：游常2課程簡介課程簡介301功能材料概述課件401功能材料概述課件501功能材料概述課件6一、什么是材料二、材料的分類三、材料是人類文明發(fā)展的里程碑四、材料在國民經(jīng)濟(jì)中的地位五、什么是功能材料六、功能材料的類型及應(yīng)用一、什么是材料7材料是有一定配比的若干相互作用的元素組成、具有一定結(jié)構(gòu)層次和確定性能，并能用于制造物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器或其他產(chǎn)品的物質(zhì)。材料是物質(zhì)，但不表示所有物質(zhì)都可以稱為材料。如燃料和化學(xué)原料、工業(yè)化學(xué)品、食物和藥物，一般不能算是材料。

一、什么是材料？材料是有一定配比的若干相互作用的元素組成、具有一定結(jié)構(gòu)層次和8二、材料的分類習(xí)慣上把已有材料按物質(zhì)屬性（或化學(xué)鍵的性質(zhì)）分為金屬、有機(jī)高分子、無機(jī)非金屬材料、復(fù)合材料。金屬材料：鋼鐵、有色金屬、合金有機(jī)高分子材料：合成纖維、合成塑料、合成橡膠、涂料、粘合劑

無機(jī)非金屬材料：（見下頁）復(fù)合材料：樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、碳-碳復(fù)合材料材料二、材料的分類習(xí)慣上把已有材料按物質(zhì)屬性（或化學(xué)鍵的性質(zhì)）分9無機(jī)非金屬材料是各種非金屬無機(jī)物固體材料的統(tǒng)稱。包括傳統(tǒng)的硅酸鹽材料（玻璃、陶瓷、耐火材料和水泥等），也包括一系列不含硅的氧化物、氮化物、非晶態(tài)薄膜、碳硼纖維等無機(jī)新型結(jié)構(gòu)和功能材料。結(jié)構(gòu)材料——主要用于產(chǎn)品或工程的結(jié)構(gòu)部件，著重于材料強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性質(zhì)的材料；

功能材料——利用材料所具有的電、磁、光、聲、熱等特性和效應(yīng)以實現(xiàn)某種功能的材料。所謂結(jié)構(gòu)材料和功能材料是按使用性能劃分的：無機(jī)非金屬材料是各種非金屬無機(jī)物固體材料的統(tǒng)稱。包括傳統(tǒng)的硅10材料是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)材料是一切技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)材料是人類進(jìn)化的重要里程碑人類文明的發(fā)展也是以舊石器時代、新石器時代、青銅器時代、鐵器時代來劃分的，即以材料進(jìn)化為主要標(biāo)志的三、材料是人類文明發(fā)展的里程碑材料是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)三、材料是人類文明發(fā)展11舊石器時代（1萬年前）1、藍(lán)田人的尖狀器2、元謀人的刮削器3、貴州黔西縣觀音洞舊石器早期砍砸器4、洛南盆地舊石器地點群19971234舊石器時代（1萬年前）1、藍(lán)田人的尖狀器123412新石器時代（距今1萬～4000年）金壇三星村新石器磨制石器仰韶文化時期陶器堆積，多為彩陶新石器時代（距今1萬～4000年）金壇三星村新石器磨制石器13青銅器時代（距今4000年～1200年）四羊方尊商后期青銅器時代（距今4000年～1200年）四羊方尊商后期14鐵器時代1990甘肅三門峽出土玉柄鐵劍，西周1957甘肅靈臺縣出土鐵劍，春秋早期1957年河南陜縣出土鐵劍，春秋早期公元前1200年左右，人類進(jìn)入了鐵器時代鐵器時代19915四、材料在國民經(jīng)濟(jì)中的地位當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)的騰飛和高科技的崛起是以信息科學(xué)、生命科學(xué)和材料科學(xué)為三大支柱。新型材料、生物工程和信息產(chǎn)業(yè)被作為產(chǎn)業(yè)革命的重要標(biāo)志。

材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是工業(yè)革命的先導(dǎo)，關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展和國家安全，是國家綜合實力的重要標(biāo)志。人類進(jìn)入新世紀(jì)后，對材料提出了更高要求。功能材料的研發(fā)是我國高科技研究發(fā)展的七個重要領(lǐng)域之一。四、材料在國民經(jīng)濟(jì)中的地位當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)的騰飛和高科技的崛起是16功能材料指新近發(fā)展或已在發(fā)展中具有比傳統(tǒng)材料更為優(yōu)異性能的一類材料特點：知識與技術(shù)密集度高；與新工藝和新技術(shù)關(guān)系密切；更新?lián)Q代快；品種式樣變化多多學(xué)科相互交叉和滲透的結(jié)果，合成、制造與許多極端條件技術(shù)相關(guān)；表現(xiàn)出綜合性和復(fù)雜性；表征和評價技術(shù)須采用多種基于最新科學(xué)技術(shù)成就的精密儀器和裝置來進(jìn)行。五、功能材料及其特點功能材料指新近發(fā)展或已在發(fā)展中具有比傳統(tǒng)材料更為優(yōu)異性能的一17功能材料新型金屬材料合金、稀有金屬高分子合成材料合成橡膠、塑料化學(xué)纖維新型無機(jī)非金屬材料工業(yè)陶瓷、光導(dǎo)纖維半導(dǎo)體材料復(fù)合材料納米材料光電子材料六、功能材料的類型功能材料新型金屬材料高分子合成材料新型無機(jī)非金屬材料復(fù)合材料18（一）、新型金屬材料非晶態(tài)金屬：又稱為“金屬玻璃”，由沸騰的鋼液經(jīng)每秒100萬度的速度冷卻而成,其內(nèi)在結(jié)構(gòu)發(fā)生了質(zhì)變，原子從有序排列變成了無序排列,具有極優(yōu)異的物理磁性能、化學(xué)耐腐蝕性能和力學(xué)耐磨性能,傳統(tǒng)的車鉗銑刨和強(qiáng)酸溶液對它們無可奈何,可以在通信、交通、電子、家電、防盜等很多領(lǐng)域大顯身手。

外表輕薄如紙、優(yōu)雅華麗、用手可輕易撕斷的帶形金屬玻璃“終結(jié)者”的材料變現(xiàn)實

（一）、新型金屬材料非晶態(tài)金屬：又稱為“金屬玻璃”，由沸騰19（一）、新型金屬材料合金材料：新型合金材料包括許多種類，它們性能各異，用途各不相同，鋁合金、鎂合金、鈦合金、鐵鎳鉻及高溫合金、稀貴金屬合金等等形狀記憶合金：能夠使溫度值變化時人為造成的形狀變化，在溫度恢復(fù)到特定值時，形狀也自動絲毫不差地恢復(fù)到原來的狀態(tài)，堅韌性極強(qiáng)，可反復(fù)變形和復(fù)原500萬次而不產(chǎn)生疲勞斷裂，其廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星、飛船和空間站的大型天線、飛機(jī)部件接頭以及骨科整形等方面。其他新型金屬功能材料如貯氫合金等殲-11機(jī)體制造中使用大量鈦合金材料

鎳鈦記憶合金“花瓣”在相應(yīng)的溫度下慢慢綻放形狀記憶合金在太空自然恢復(fù)原狀（一）、新型金屬材料合金材料：新型合金材料包括許多種類，它們20（一）、新型金屬材料超導(dǎo)金屬材料：在特定條件下，電阻完全消失，產(chǎn)生超導(dǎo)電性的材料。具有零電阻、完全抗磁性和載流能力強(qiáng)三個基本特征。超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用：制造磁性極強(qiáng)的超導(dǎo)磁鐵，用于磁約束核聚變反應(yīng)、大容量儲能設(shè)備、高能加速器、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、電力工業(yè)輸電和交通運輸工具等。如美國實現(xiàn)超導(dǎo)輸電，每年可以節(jié)省100億美元的電力；制造超高速計算機(jī)和高靈敏度的探測設(shè)備、通信設(shè)備、航天系統(tǒng)等。如1989年日本研制出世界第一臺超導(dǎo)電子計算機(jī)，其全部采用約瑟夫森超導(dǎo)器件，運算速度達(dá)每秒10億次，功耗6.2毫瓦，僅為常規(guī)電子計算機(jī)功耗的千分之一

超導(dǎo)磁懸浮列車原理（一）、新型金屬材料超導(dǎo)金屬材料：在特定條件下，電阻完全消失21（二）、高分子合成材料高分子是由碳、氫、氧、氮、硅、硫等元素組成的分子量足夠高的有機(jī)化合物。常用高分子材料的分子量在幾百至幾百萬之間，有的可高達(dá)上千萬。高分子材料主要包括塑料、纖維、橡膠、薄膜、膠粘劑和涂料等，其中合成塑料、合成纖維、合成橡膠被稱為現(xiàn)代高分子三大合成材料。高分子材料特點：重量輕、高彈性、強(qiáng)度低、韌性好、粘彈性、耐摩性、絕緣性好，低導(dǎo)熱性、耐熱性、耐蝕性好、易老化（二）、高分子合成材料高分子是由碳、氫、氧、氮、硅、硫等元素22（二）、高分子合成材料合成塑料：聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯四大品種是日常生活中最常見的塑料材料，全球總產(chǎn)量在1億噸左右。透光性好的有機(jī)玻璃（亞克力,Acrylic）

“塑料王”的耐腐蝕塑料聚四氟乙烯作為工程塑料的聚碳酸脂、聚甲醛、聚酰亞胺和常用做泡沫塑料的聚胺脂等（二）、高分子合成材料合成塑料：聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、23（二）、高分子合成材料合成纖維：滌綸、錦綸、晴綸、維綸、丙綸、氯綸等“六大綸”可做宇航服、耐超熱超冷的芳綸1313；可做飛機(jī)機(jī)翼、高強(qiáng)纜索的芳綸1414；可耐400℃高溫和負(fù)273℃超低溫的聚酰亞胺纖維；可做人造血管、軟骨等人體器件的氟綸纖維；可做新式偽裝服的多色纖維；可做合成紙、合成革、高效除塵器的高縮纖維、復(fù)合纖維、有色纖維、網(wǎng)絡(luò)絲、完全變形紗、吸濕纖維和離子交換纖維等。芳綸1313莫代爾滌綸晴綸高分子人造血管合成革復(fù)合纖維棉內(nèi)膽（二）、高分子合成材料合成纖維：滌綸、錦綸、晴綸、維綸、丙綸24（二）、高分子合成材料合成橡膠：將天然乳膠經(jīng)過硫化處理變成能成型、富有彈力的材料，填補(bǔ)天然橡膠的不足；發(fā)展極快。順丁橡膠、異戊橡膠、乙丙橡膠等發(fā)展前途看好硅橡膠、氟橡膠能在零下50度不變形，又可耐250度高溫，用于制造火箭、導(dǎo)彈、飛機(jī)的某些零件。氟橡膠零件硅橡膠手鐲（二）、高分子合成材料合成橡膠：將天然乳膠經(jīng)過硫化處理變成25（三）、新型無機(jī)非金屬材料陶瓷材料：新型陶瓷的強(qiáng)度、硬度、耐磨損、耐高溫、耐腐蝕等性能都比傳統(tǒng)陶瓷有很大提高，特別是在克服傳統(tǒng)陶瓷的致命弱點脆性問題上取得重大突破。新型結(jié)構(gòu)陶瓷：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷、硼化物陶瓷、砷化物陶瓷、氰化物陶瓷等新型功能陶瓷：裝置陶瓷、電容器陶瓷、壓電陶瓷、電致伸縮陶瓷、熱釋電陶瓷、磁性陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷、導(dǎo)電與超導(dǎo)陶瓷、光學(xué)陶瓷和敏感陶瓷等。

新型陶瓷制成的人造骨等陶瓷零件（三）、新型無機(jī)非金屬材料陶瓷材料：新型陶瓷的強(qiáng)度、硬度、耐26玻璃材料：改變了傳統(tǒng)玻璃材料易碎、易傳熱的特性，研制出具有“特異功能”的新品種，如玻璃鋼、記憶玻璃、化學(xué)敏感性玻璃、超韌性增強(qiáng)玻璃、激光玻璃、防彈玻璃、防輻射玻璃等。光導(dǎo)纖維：純度極高的玻璃纖維制成使現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)生了革命性的轉(zhuǎn)變，并且在醫(yī)療、遙感、遙測等領(lǐng)域也得到越來越廣泛的應(yīng)用。光纖通信具有傳輸距離遠(yuǎn)、保密性好、抗干擾等優(yōu)點，一條電纜就可以傳輸幾百萬路電話；可傳輸高強(qiáng)度的激光；制作光纖傳感器（三）、新型無機(jī)非金屬材料防彈玻璃防輻射高鉛玻璃

由光導(dǎo)纖維構(gòu)成的光纜

光導(dǎo)纖維工藝品

玻璃材料：改變了傳統(tǒng)玻璃材料易碎、易傳熱的特性，研制出具有“27（三）、新型無機(jī)非金屬材料半導(dǎo)體材料：20世紀(jì)40年代發(fā)展起來的重要信息材料，通過近幾十年來的研究工作，半導(dǎo)體材料種類不斷更新，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，成為信息技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。鍺材料不需要加熱、功耗低、可靠性高、轉(zhuǎn)換速度快、功能多樣和體積小，取代電子管硅材料機(jī)械強(qiáng)度高、結(jié)晶性強(qiáng)、在自然中儲量豐富、成本低，并且可以拉制出大尺寸的完整單晶，使之成為目前電子信息工業(yè)領(lǐng)域的主要半導(dǎo)體材料砷化鎵由于電子運動速度快、電子激發(fā)后釋放能量以發(fā)光形式進(jìn)行等特點，很可能成為繼硅之后第二種最重要的半導(dǎo)體電子材料，制成的晶體管可以制造出速度更快、功能更強(qiáng)的計算機(jī)（10倍）第一臺晶體管收音機(jī)僅包含4只鍺晶體管半導(dǎo)體器件（三）、新型無機(jī)非金屬材料半導(dǎo)體材料：20世紀(jì)40年代發(fā)展起28玻璃制品玻璃制品29石英玻璃微晶玻璃石英玻璃微晶玻璃30耐火材料耐火材料31生活陶瓷生活陶瓷32保健陶瓷保健陶瓷33建筑衛(wèi)生陶瓷建筑衛(wèi)生陶瓷34耐高溫陶瓷刀具耐高溫陶瓷刀具35高溫結(jié)構(gòu)陶瓷零部件耐酸陶瓷風(fēng)機(jī)適用于輸送或抽吸各種腐蝕性氣體高溫結(jié)構(gòu)陶瓷零部件耐酸陶瓷風(fēng)機(jī)適用于輸送或抽吸各種腐蝕性氣體36陶瓷裝甲車陶瓷裝甲車37氧化鋁陶瓷氮化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷氮化鋁陶瓷38多孔陶瓷多孔陶瓷3901功能材料概述課件40（四）、復(fù)合材料現(xiàn)代科技的發(fā)展，對材料的性能提出高標(biāo)準(zhǔn)、多樣化，甚至是相互矛盾的要求，因此，任何一種單一的材料都難以滿足上述需要，于是各種高性能的復(fù)合材料便應(yīng)運而生。復(fù)合材料是由基體材料和增強(qiáng)材料兩部分組成，根據(jù)基體材料和增強(qiáng)材料的特點，復(fù)合材料可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料兩大類復(fù)合材料在高度輕量化直升機(jī)上的用量已達(dá)結(jié)構(gòu)重量的70%-80%，在先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)上的用量大約是結(jié)構(gòu)重量的30%-40%。

國產(chǎn)重點型號戰(zhàn)機(jī)將用復(fù)合材料水平尾翼

復(fù)合材料井蓋（四）、復(fù)合材料現(xiàn)代科技的發(fā)展，對材料的性能提出高標(biāo)準(zhǔn)、多樣41F117隱形戰(zhàn)斗機(jī)用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料做成骨架和外面蒙皮，沒有金屬表面，也無金屬鉚釘反射雷達(dá)波F117隱形戰(zhàn)斗機(jī)用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料做成骨架和外面蒙皮，沒42“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機(jī)腹部的絕熱瓦“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機(jī)“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機(jī)腹部的絕熱瓦“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機(jī)43（四）、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料作為承力結(jié)構(gòu)使用的材料，它由能承受載荷的增強(qiáng)體與能連接增強(qiáng)體成為整體材料同時又起傳遞力作用的基體構(gòu)成；可以根據(jù)材料在使用中受力的要求進(jìn)行選材設(shè)計及復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計增強(qiáng)體包括各種玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金屬、天然纖維、織物、晶體等；基體包括高聚體（樹脂）基、金屬基、陶瓷基、碳基等樹脂基復(fù)合材料用于建筑、造船、車輛、化工容器、生活用品等金屬基復(fù)合材料是宇航、航空技術(shù)的理想材料樹脂基復(fù)合材料耐磨陶瓷復(fù)合材料膨脹節(jié)碳基復(fù)合材料（四）、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料作為承力結(jié)構(gòu)使用的材料，它由能承44（四）、復(fù)合材料功能復(fù)合材料一般由功能體和基體組成，基體不僅起到構(gòu)成整體的作用，而且能產(chǎn)生協(xié)同或加強(qiáng)功能的作用，利用材料的電學(xué)、化學(xué)等性能。現(xiàn)已有壓電型功能復(fù)合材料、吸波、屏蔽性功能復(fù)合材料（隱身材料）、導(dǎo)電功能復(fù)合材料等，有廣闊的發(fā)展前景科學(xué)家研制出功能材料隱身斗篷將成現(xiàn)實隱身衣真的來了？（四）、復(fù)合材料功能復(fù)合材料一般由功能體和基體組成，基體不僅45（五）、生物材料生物材料也稱為生物工程材料或生物醫(yī)學(xué)材料，是生物體器官缺損、病變或衰竭的替代材料，也就是人類器官再造材料。生物活性陶瓷已實現(xiàn)與骨相結(jié)合，并與軟組織相結(jié)生物化學(xué)水泥在骨骼缺損修補(bǔ)、骨骼植入材料的固定和牙齒的修復(fù)等過程使用人工器官已制造出人工心臟、人工肝臟、人工腎、人工喉、人工眼球、人工骨、人工皮、人造血漿和血液等

預(yù)期研制出具有主動誘導(dǎo)、能促進(jìn)人體自身組織和器官再生作用的生物復(fù)合材料

（五）、生物材料生物材料也稱為生物工程材料或生物醫(yī)學(xué)材料，是46人造器官的設(shè)計制造人造器官的設(shè)計制造47生物陶瓷生物陶瓷48（六）、光電子材料光電子工業(yè)異軍突起，它包括光通信、光計算、激光加工、激光醫(yī)療、激光印刷、激光影視、激光儀器、激光受控?zé)岷朔磻?yīng)、激光分離同位素、激光制導(dǎo)等許多方面。探索與發(fā)展新型光電子材料，制作高性能、小型化、集成化的光電子器件，已經(jīng)成為整個光電子科技領(lǐng)域的前沿。光電子信息材料是整個光電子技術(shù)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。包括淘汰和信息獲取材料、信息傳輸材料、信息存儲材料以及信息處理和運算材料等，其中主要是各類光電子半導(dǎo)體材料、各種光纖和薄膜材料、各種液晶顯示（LCD）材料等。LED發(fā)光產(chǎn)品

藍(lán)寶石晶體

（六）、光電子材料光電子工業(yè)異軍突起，它包括光通信、光計算、49電子紙全球第二大液晶顯示器生產(chǎn)商：ＬＧ飛利浦公司宣布，該公司已研發(fā)出世界首款４０９６色“電子紙”。

“電子紙”是一種超薄、超輕的顯示器。ＬＧ飛利浦開發(fā)的這款１４英寸彩色顯示器薄如紙張，并且可以隨意折疊彎曲。這款“電子紙”的電路板由金屬制成，而非傳統(tǒng)使用的玻璃，從而可以提高產(chǎn)品的靈活性。電子紙”技術(shù)與現(xiàn)有的液晶技術(shù)有所不同。“電子紙”沒有目前其他顯示設(shè)備無法避免的強(qiáng)烈反光，畫面分辨率較高，顯示效果與視覺效果同普通書寫紙幾乎完全相同。電子紙全球第二大液晶顯示器生產(chǎn)商：ＬＧ飛利浦公司宣布，該公司50（七）、納米材料納米材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子組成。納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1～100nm間的粒子，是處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域從通常的關(guān)于微觀和宏觀的觀點看，這樣的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型人介觀系統(tǒng)，它具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。原子排成的“原子”字樣1nm=1/10億米，10個氫原子緊密排列，20nm是頭發(fā)絲直徑的3000分之一（七）、納米材料納米材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子組成。517.1納米材料的特性1.表面效應(yīng)2.小尺寸效應(yīng)3.量子尺寸效應(yīng)4.宏觀量子隧道效應(yīng)7.1納米材料的特性1.表面效應(yīng)521.表面效應(yīng)1.表面效應(yīng)532.小尺寸效應(yīng)隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質(zhì)的質(zhì)變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對超微顆粒而言，尺寸變小，同時其比表面積亦顯著增加，從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì)。

（1）特殊的光學(xué)性質(zhì)

（2）特殊的熱學(xué)性質(zhì)

（3）特殊的磁學(xué)性質(zhì)

（4）特殊的力學(xué)性質(zhì)

超微顆粒的小尺寸效應(yīng)還表現(xiàn)在超導(dǎo)電性、介電性能、聲學(xué)特性以及化學(xué)性能等方面。

2.小尺寸效應(yīng)隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質(zhì)543.量子尺寸效應(yīng)微粒尺寸下降到一定值時，費米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)能級變?yōu)榉至⒛芗?，吸收光譜闕值向短波方向移動，這種現(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)。3.量子尺寸效應(yīng)微粒尺寸下降到一定值時，費米能級附近的電子能554.宏觀量子隧道效應(yīng)隧道效應(yīng)是基本的量子現(xiàn)象之一，即當(dāng)微觀粒子的總能量小于勢壘高度時，該粒子仍能穿越這一勢壘。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量如微顆粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁通量及電荷也具有隧道效應(yīng)，他們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢阱而產(chǎn)生變化，故稱之為宏觀量子隧道效應(yīng)。4.宏觀量子隧道效應(yīng)隧道效應(yīng)是基本的量子現(xiàn)象之一，即當(dāng)微觀粒56幾種典型的納米材料納米顆粒型材料納米固體材料納米膜材料納米磁性液體材料碳納米管納米算盤C60每10個一組，在銅表面形成世界上最小的算盤。納米皇冠幾種典型的納米材料納米顆粒型材料納米算盤納米皇冠57納米顆粒型材料：也稱納米粉末，一般指粒度在100nm以下的粉末或顆粒。由于尺寸小，比表面大和量子尺寸效應(yīng)等原因，它具有不同于常規(guī)固體的新特性。納米固體材料通常指由尺寸小于15納米的超微顆粒在高壓力下壓制成型，或再經(jīng)一定熱處理工序后所生成的致密型固體材料。氧化鋅晶體納米顆粒型材料：也稱納米粉末，一般指粒度在100nm以下的粉58納米磁性液體材料：磁性液體是由超細(xì)微粒包覆一層長鍵的有機(jī)表面活性劑，高度彌散于一定基液中，而構(gòu)成穩(wěn)定的具有磁性的液體。它可以在外磁場作用下整體地運動，因此具有其它液體所沒有的磁控特性。試管中磁性液體舞蹈磁性液體尖峰狀態(tài)納米磁性液體材料：磁性液體是由超細(xì)微粒包覆一層長鍵的有機(jī)表面59

磁性液體的應(yīng)用：磁性液體靜態(tài)密封裝置（安全閥）

磁性液體在揚聲器上的應(yīng)用，顯著改善散熱性能，提高功率一倍以上，使音圈自動定位，改善頻率響應(yīng)，減少失真。磁性液體阻尼器磁性液體離心開關(guān)

磁性液體的應(yīng)用：磁性液體在揚聲器上的應(yīng)用，顯著改善散熱性能60碳納米管：碳材料家族中的新成員，為黑色粉末狀，是由類似石墨的碳原子六邊形網(wǎng)格所組成的管狀物，它一般為多層，直徑為幾納米至幾十納米，長度可達(dá)數(shù)微米甚至數(shù)毫米。

碳納米管本身有非常完美的結(jié)構(gòu)，尺寸只有頭發(fā)絲的十萬分之一，但導(dǎo)電率是銅的1萬倍，強(qiáng)度是鋼的100倍而重量只有鋼的七分之一。它像金剛石那樣硬，卻有柔韌性，可以拉伸。它的熔點是已知材料中最高的。

碳納米管：碳材料家族中的新成員，為黑色粉末狀，是由類似石墨的61如果用碳納米管做繩索，是唯一可以從月球掛到地球表面，而不被自身重量所拉斷的繩索。如果用它做成地球-月球乘人的電梯，人們在月球定居就很容易了。納米碳管的細(xì)尖極易發(fā)射電子。用于做電子槍，可做成幾厘米厚的壁掛式電視屏，這是電視制造業(yè)的發(fā)展方向。超高的成本使國際市場90％高純度的碳納米管價格高達(dá)1000－2000美元／克，一般純度的碳納米管價格也在60美元／克，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出黃金的價格。把碳納米管用作轉(zhuǎn)子的納米馬達(dá)

如果用碳納米管做繩索，是唯一可以從月球掛到地球表面，而不被自62納米材料的應(yīng)用由于納米微粒的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等使得它們在磁、光、電、敏感性等方面呈現(xiàn)常規(guī)材料不具備的特性。因此納米微粒在磁性材料、電子材料、光學(xué)材料、高致密度材料的燒結(jié)、催化、傳感、陶瓷增韌等方面有廣闊的應(yīng)用前景。陶瓷增韌：由納米粒子壓制成的納米陶瓷材料有很好的韌性。因為納米材料具有較大的界面，界面的原子排列是相當(dāng)混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與延展性。納米陶瓷納米材料的應(yīng)用由于納米微粒的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效63光學(xué)方面的應(yīng)用：納米微粒由于小尺寸效應(yīng)使它具有常規(guī)大塊材料不具備的光學(xué)特性，如光學(xué)非線性、光吸收、光反射、光傳輸過程中的能量損耗等。利用納米微粒的特殊的光學(xué)特性制成的各種光學(xué)材料將在日常生活和高技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前關(guān)于這方面研究還處在實驗室階段，有的得到了推廣應(yīng)用。光學(xué)方面的應(yīng)用：納米微粒由于小尺寸效應(yīng)使它具有常規(guī)大塊材料不64隱身材料應(yīng)用：由于納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長，因此納米微粒材料對這種波的透過率比常規(guī)材料要強(qiáng)得多，這就大大減少波的反射率，使得紅外探測器和雷達(dá)接收到的反射信號變得很微弱，從而達(dá)到隱身的作用；另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大3～4個數(shù)量級，對紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多，這就使得紅外探測器及雷達(dá)得到的反射信號強(qiáng)度大大降低，因此很難發(fā)現(xiàn)被探測目標(biāo)，起到了隱身作用。美國F117隱形轟炸機(jī)機(jī)美國B2隱形轟炸機(jī)隱身材料應(yīng)用：由于納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長，因此納65催化領(lǐng)域的應(yīng)用：催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗進(jìn)行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費，使經(jīng)濟(jì)效益難以提高，而且對環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，甚至使原來不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10～15倍。催化領(lǐng)域的應(yīng)用：催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用66環(huán)境保護(hù)方面的作用：隨著納米技術(shù)的悄然崛起，納米環(huán)保也會迅速來臨，拓展人類利用資源和保護(hù)環(huán)境的能力，為徹底改善環(huán)境和從源頭上控制新的污染源產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。治理有害氣體：納米技術(shù)可以制成非常好的催化劑，經(jīng)它催化的石油中硫的含量小于0.01％。在燃煤中可加入納米級助燒催化劑，以幫助煤充分燃燒，提高能源的利用率，防治有害氣體的產(chǎn)生。納米級催化劑用于汽車尾氣催化，有極強(qiáng)的氧化還原性能，使汽油燃燒時不再產(chǎn)生一氧化硫和氮氧化物，根本無需進(jìn)行尾氣凈化處理。污水處理：污水中的貴金屬是對人體極其有害的物質(zhì)。它從污水中流失，也是資源的浪費。新的一種納米技術(shù)可以將污水中的貴金屬如金、釕、鈀、鉑等完全提煉出來，變害為寶。一種新型的納米級凈水劑具有很強(qiáng)的吸附能力。它的吸附能力和絮凝能力是普通凈水劑三氯化鋁的10-20倍。環(huán)境保護(hù)方面的作用：隨著納米技術(shù)的悄然崛起，納米環(huán)保也會迅速67光催化劑可以很好地降解對室內(nèi)主要的氣體污染物甲醛、甲笨等，其中納米TiO2（鈦白粉、二氧化鈦)

的降解效率最好，達(dá)到近100％。其降解機(jī)理是在光照條件下將這些有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和有機(jī)酸。納米TiO2的光催化劑也可用于石油、化工等產(chǎn)業(yè)的工業(yè)廢氣處理，改善廠區(qū)周圍空氣質(zhì)量。用納米TiO2可以加速城市生活垃圾的降解，其速度是大顆粒TiO2的10倍以上，從而解決大量生活垃圾給城市環(huán)境帶來的壓力。用納米TiO2催化降解技術(shù)來處理毛紡染整廢水，具有省資、高效、節(jié)能，最終能使有機(jī)物完全礦化、不存在二次污染等特點。光催化劑可以很好地降解對室內(nèi)主要的氣體污染物甲醛、甲笨等，其68自潔作用：納米TiO2由于其表面具有超親水性和超親油性，因此其表面具有自清潔效應(yīng)，即其表面具有防污、防霧、易洗、易干等特點。我國新近研制成功一種具備自動清潔功能，可以自動消除異味、殺菌消毒的“納米自潔凈玻璃”?！凹{米自潔凈玻璃”是應(yīng)用高科技納米技術(shù)在平板玻璃的兩面鍍制一層納米薄膜，薄膜在紫外線的作用下可分解沉積在玻璃上的污物，氧化室內(nèi)有害氣體，殺滅空氣中的各種細(xì)菌和病毒。這種玻璃與普通玻璃的價格比預(yù)計為1.5：1。納米材料“絕水”雨傘

納米TIO2臺式空氣清凈機(jī)

自潔作用：納米TiO2由于其表面具有超親水性和超親油性，因此69納米護(hù)腿、護(hù)膝、鞋墊

采用納米遠(yuǎn)紅外材料，具有遠(yuǎn)紅外保健功能；采用納米磁性材料，兼具磁療功能；采用納米永磁材料，沒有磁硬塊，穿著舒適，洗滌方便；有效激活細(xì)胞的代謝能力，增強(qiáng)肌體免疫力；舒筋活絡(luò)、改善局部血液循環(huán)，對關(guān)節(jié)疼痛止痛迅速；對貼近的肌膚起全方位的按摩及刺激作用；納米鞋墊采用多種納米粉體精制而成，除臭效果極佳。尤其適用于運動量較大，有腳氣、腳癬的朋友們，不必清洗，置于日光曬數(shù)分鐘效果更好。止癢抗菌功能吸濕能力較強(qiáng)，產(chǎn)品中的無機(jī)抗菌材料，可長效抑菌，抑制鞋內(nèi)真菌繁衍、防治腳氣、腳癬等疾病

納米護(hù)腿、護(hù)膝、鞋墊

70醫(yī)學(xué)應(yīng)用：將藥物儲存在碳納米管中，并通過一定的機(jī)制來激發(fā)藥劑的釋放，則可控藥劑有希望變?yōu)楝F(xiàn)實。納米材料粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便，用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體后可主動搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織。使用納米技術(shù)的新型診斷儀器只需檢測少量血液，就能通過其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病。采用納米大分子“生物部件”與小分子無機(jī)物晶體結(jié)構(gòu)組合，采用納米電子學(xué)控制裝配成納米機(jī)器人，將會給人類醫(yī)學(xué)科技帶來深刻的革命，使現(xiàn)在許多的疑難病癥得到解決。硅材料新型納米生物傳感器

納米機(jī)器人醫(yī)學(xué)應(yīng)用：將藥物儲存在碳納米管中，并通過一定的機(jī)制來激發(fā)藥劑71科學(xué)家們正在研制一種人工耳：納米耳，它的敏銳度甚至能夠把細(xì)胞所發(fā)出的躁聲分辨出來。實驗已證明，這種納米耳靈敏度大大超過人耳纖毛的潛力。耳朵里的纖毛直徑為100納米左右，長度是一兩個微米，而現(xiàn)在制造的納米耳直徑只有幾納米，長度卻有60微米。它的這個長度使其靈敏度增高許多。也許有一天，這種人工耳可置于人體血液循環(huán)中，作為流動的納米聽診器，專門監(jiān)聽細(xì)胞功能失調(diào)，甚至可以聽到癌細(xì)胞所發(fā)出的清晰聲音。這種納米耳完全生產(chǎn)并投入使用大概在10年之內(nèi)。

科學(xué)家們正在研制一種人工耳：納米耳，它的敏銳度甚至能夠把細(xì)胞72家電：用納米材料制成的納米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外線等作用，可用處作電冰箱、空調(diào)外殼里的抗菌除味塑料。計算機(jī)和電子工業(yè)：可以從閱讀硬盤上讀卡機(jī)以及存儲容量為目前芯片上千倍的納米材料級存儲器芯片都已投入生產(chǎn)。計算機(jī)在普遍采用納米材料后，可以縮小成為“掌上電腦”。

納米存儲器，存儲密度可達(dá)每平方厘米10萬億字節(jié)家電：用納米材料制成的納米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防73紡織工業(yè)：在合成纖維樹脂中添加納米SiO2、納米ZnO、納米SiO2復(fù)配粉體材料，經(jīng)抽絲、織布，可制成殺菌、防霉、除臭和抗紫外線輻射的內(nèi)衣和服裝，可用于制造抗菌內(nèi)衣、用品，可制得滿足國防工業(yè)要求的抗紫外線輻射的功能纖維。美國借納米技術(shù)開發(fā)出新型液體防彈衣機(jī)械工業(yè)：采用納米材料技術(shù)對機(jī)械關(guān)鍵零部件進(jìn)行金屬表面納米粉涂層處理，可以提高機(jī)械設(shè)備的耐磨性、硬度和使用壽命。

紡織工業(yè)：在合成纖維樹脂中添加納米SiO2、納米ZnO、納米7421世紀(jì)初的主要任務(wù)是依據(jù)納米材料各種新穎的物理和化學(xué)特性，設(shè)計出各種新型的材料和器件。通過納米材料科學(xué)技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)品的改性，增加其高科技含量以及發(fā)展納米結(jié)構(gòu)的新型產(chǎn)品。納米材料將成為材料科學(xué)領(lǐng)域一個大放異彩的明星展現(xiàn)在功能材料、能源、信息等各個領(lǐng)域，發(fā)揮舉足輕重的作用。隨著其制備和改性技術(shù)的不斷發(fā)展，納米材料在精細(xì)化工和醫(yī)藥生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域會得到日益廣泛的應(yīng)用。全面理解納米科技內(nèi)涵，促進(jìn)納米科技在我國的健康發(fā)展21世紀(jì)初的主要任務(wù)是依據(jù)納米材料各種新穎的物理和化學(xué)特性，75功能材料導(dǎo)論功能材料導(dǎo)論76授課教師簡介主講人：游常院系：土木工程學(xué)院材料教研室電話Q:6836313Email:youchang@授課教師簡介主講人：游常77課程簡介課程簡介7801功能材料概述課件7901功能材料概述課件8001功能材料概述課件81一、什么是材料二、材料的分類三、材料是人類文明發(fā)展的里程碑四、材料在國民經(jīng)濟(jì)中的地位五、什么是功能材料六、功能材料的類型及應(yīng)用一、什么是材料82材料是有一定配比的若干相互作用的元素組成、具有一定結(jié)構(gòu)層次和確定性能，并能用于制造物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器或其他產(chǎn)品的物質(zhì)。材料是物質(zhì)，但不表示所有物質(zhì)都可以稱為材料。如燃料和化學(xué)原料、工業(yè)化學(xué)品、食物和藥物，一般不能算是材料。

一、什么是材料？材料是有一定配比的若干相互作用的元素組成、具有一定結(jié)構(gòu)層次和83二、材料的分類習(xí)慣上把已有材料按物質(zhì)屬性（或化學(xué)鍵的性質(zhì)）分為金屬、有機(jī)高分子、無機(jī)非金屬材料、復(fù)合材料。金屬材料：鋼鐵、有色金屬、合金有機(jī)高分子材料：合成纖維、合成塑料、合成橡膠、涂料、粘合劑

無機(jī)非金屬材料：（見下頁）復(fù)合材料：樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、碳-碳復(fù)合材料材料二、材料的分類習(xí)慣上把已有材料按物質(zhì)屬性（或化學(xué)鍵的性質(zhì)）分84無機(jī)非金屬材料是各種非金屬無機(jī)物固體材料的統(tǒng)稱。包括傳統(tǒng)的硅酸鹽材料（玻璃、陶瓷、耐火材料和水泥等），也包括一系列不含硅的氧化物、氮化物、非晶態(tài)薄膜、碳硼纖維等無機(jī)新型結(jié)構(gòu)和功能材料。結(jié)構(gòu)材料——主要用于產(chǎn)品或工程的結(jié)構(gòu)部件，著重于材料強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性質(zhì)的材料；

功能材料——利用材料所具有的電、磁、光、聲、熱等特性和效應(yīng)以實現(xiàn)某種功能的材料。所謂結(jié)構(gòu)材料和功能材料是按使用性能劃分的：無機(jī)非金屬材料是各種非金屬無機(jī)物固體材料的統(tǒng)稱。包括傳統(tǒng)的硅85材料是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)材料是一切技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)材料是人類進(jìn)化的重要里程碑人類文明的發(fā)展也是以舊石器時代、新石器時代、青銅器時代、鐵器時代來劃分的，即以材料進(jìn)化為主要標(biāo)志的三、材料是人類文明發(fā)展的里程碑材料是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)三、材料是人類文明發(fā)展86舊石器時代（1萬年前）1、藍(lán)田人的尖狀器2、元謀人的刮削器3、貴州黔西縣觀音洞舊石器早期砍砸器4、洛南盆地舊石器地點群19971234舊石器時代（1萬年前）1、藍(lán)田人的尖狀器123487新石器時代（距今1萬～4000年）金壇三星村新石器磨制石器仰韶文化時期陶器堆積，多為彩陶新石器時代（距今1萬～4000年）金壇三星村新石器磨制石器88青銅器時代（距今4000年～1200年）四羊方尊商后期青銅器時代（距今4000年～1200年）四羊方尊商后期89鐵器時代1990甘肅三門峽出土玉柄鐵劍，西周1957甘肅靈臺縣出土鐵劍，春秋早期1957年河南陜縣出土鐵劍，春秋早期公元前1200年左右，人類進(jìn)入了鐵器時代鐵器時代19990四、材料在國民經(jīng)濟(jì)中的地位當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)的騰飛和高科技的崛起是以信息科學(xué)、生命科學(xué)和材料科學(xué)為三大支柱。新型材料、生物工程和信息產(chǎn)業(yè)被作為產(chǎn)業(yè)革命的重要標(biāo)志。

材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是工業(yè)革命的先導(dǎo)，關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展和國家安全，是國家綜合實力的重要標(biāo)志。人類進(jìn)入新世紀(jì)后，對材料提出了更高要求。功能材料的研發(fā)是我國高科技研究發(fā)展的七個重要領(lǐng)域之一。四、材料在國民經(jīng)濟(jì)中的地位當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)的騰飛和高科技的崛起是91功能材料指新近發(fā)展或已在發(fā)展中具有比傳統(tǒng)材料更為優(yōu)異性能的一類材料特點：知識與技術(shù)密集度高；與新工藝和新技術(shù)關(guān)系密切；更新?lián)Q代快；品種式樣變化多多學(xué)科相互交叉和滲透的結(jié)果，合成、制造與許多極端條件技術(shù)相關(guān)；表現(xiàn)出綜合性和復(fù)雜性；表征和評價技術(shù)須采用多種基于最新科學(xué)技術(shù)成就的精密儀器和裝置來進(jìn)行。五、功能材料及其特點功能材料指新近發(fā)展或已在發(fā)展中具有比傳統(tǒng)材料更為優(yōu)異性能的一92功能材料新型金屬材料合金、稀有金屬高分子合成材料合成橡膠、塑料化學(xué)纖維新型無機(jī)非金屬材料工業(yè)陶瓷、光導(dǎo)纖維半導(dǎo)體材料復(fù)合材料納米材料光電子材料六、功能材料的類型功能材料新型金屬材料高分子合成材料新型無機(jī)非金屬材料復(fù)合材料93（一）、新型金屬材料非晶態(tài)金屬：又稱為“金屬玻璃”，由沸騰的鋼液經(jīng)每秒100萬度的速度冷卻而成,其內(nèi)在結(jié)構(gòu)發(fā)生了質(zhì)變，原子從有序排列變成了無序排列,具有極優(yōu)異的物理磁性能、化學(xué)耐腐蝕性能和力學(xué)耐磨性能,傳統(tǒng)的車鉗銑刨和強(qiáng)酸溶液對它們無可奈何,可以在通信、交通、電子、家電、防盜等很多領(lǐng)域大顯身手。

外表輕薄如紙、優(yōu)雅華麗、用手可輕易撕斷的帶形金屬玻璃“終結(jié)者”的材料變現(xiàn)實

（一）、新型金屬材料非晶態(tài)金屬：又稱為“金屬玻璃”，由沸騰94（一）、新型金屬材料合金材料：新型合金材料包括許多種類，它們性能各異，用途各不相同，鋁合金、鎂合金、鈦合金、鐵鎳鉻及高溫合金、稀貴金屬合金等等形狀記憶合金：能夠使溫度值變化時人為造成的形狀變化，在溫度恢復(fù)到特定值時，形狀也自動絲毫不差地恢復(fù)到原來的狀態(tài)，堅韌性極強(qiáng)，可反復(fù)變形和復(fù)原500萬次而不產(chǎn)生疲勞斷裂，其廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星、飛船和空間站的大型天線、飛機(jī)部件接頭以及骨科整形等方面。其他新型金屬功能材料如貯氫合金等殲-11機(jī)體制造中使用大量鈦合金材料

鎳鈦記憶合金“花瓣”在相應(yīng)的溫度下慢慢綻放形狀記憶合金在太空自然恢復(fù)原狀（一）、新型金屬材料合金材料：新型合金材料包括許多種類，它們95（一）、新型金屬材料超導(dǎo)金屬材料：在特定條件下，電阻完全消失，產(chǎn)生超導(dǎo)電性的材料。具有零電阻、完全抗磁性和載流能力強(qiáng)三個基本特征。超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用：制造磁性極強(qiáng)的超導(dǎo)磁鐵，用于磁約束核聚變反應(yīng)、大容量儲能設(shè)備、高能加速器、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、電力工業(yè)輸電和交通運輸工具等。如美國實現(xiàn)超導(dǎo)輸電，每年可以節(jié)省100億美元的電力；制造超高速計算機(jī)和高靈敏度的探測設(shè)備、通信設(shè)備、航天系統(tǒng)等。如1989年日本研制出世界第一臺超導(dǎo)電子計算機(jī)，其全部采用約瑟夫森超導(dǎo)器件，運算速度達(dá)每秒10億次，功耗6.2毫瓦，僅為常規(guī)電子計算機(jī)功耗的千分之一

超導(dǎo)磁懸浮列車原理（一）、新型金屬材料超導(dǎo)金屬材料：在特定條件下，電阻完全消失96（二）、高分子合成材料高分子是由碳、氫、氧、氮、硅、硫等元素組成的分子量足夠高的有機(jī)化合物。常用高分子材料的分子量在幾百至幾百萬之間，有的可高達(dá)上千萬。高分子材料主要包括塑料、纖維、橡膠、薄膜、膠粘劑和涂料等，其中合成塑料、合成纖維、合成橡膠被稱為現(xiàn)代高分子三大合成材料。高分子材料特點：重量輕、高彈性、強(qiáng)度低、韌性好、粘彈性、耐摩性、絕緣性好，低導(dǎo)熱性、耐熱性、耐蝕性好、易老化（二）、高分子合成材料高分子是由碳、氫、氧、氮、硅、硫等元素97（二）、高分子合成材料合成塑料：聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯四大品種是日常生活中最常見的塑料材料，全球總產(chǎn)量在1億噸左右。透光性好的有機(jī)玻璃（亞克力,Acrylic）

“塑料王”的耐腐蝕塑料聚四氟乙烯作為工程塑料的聚碳酸脂、聚甲醛、聚酰亞胺和常用做泡沫塑料的聚胺脂等（二）、高分子合成材料合成塑料：聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、98（二）、高分子合成材料合成纖維：滌綸、錦綸、晴綸、維綸、丙綸、氯綸等“六大綸”可做宇航服、耐超熱超冷的芳綸1313；可做飛機(jī)機(jī)翼、高強(qiáng)纜索的芳綸1414；可耐400℃高溫和負(fù)273℃超低溫的聚酰亞胺纖維；可做人造血管、軟骨等人體器件的氟綸纖維；可做新式偽裝服的多色纖維；可做合成紙、合成革、高效除塵器的高縮纖維、復(fù)合纖維、有色纖維、網(wǎng)絡(luò)絲、完全變形紗、吸濕纖維和離子交換纖維等。芳綸1313莫代爾滌綸晴綸高分子人造血管合成革復(fù)合纖維棉內(nèi)膽（二）、高分子合成材料合成纖維：滌綸、錦綸、晴綸、維綸、丙綸99（二）、高分子合成材料合成橡膠：將天然乳膠經(jīng)過硫化處理變成能成型、富有彈力的材料，填補(bǔ)天然橡膠的不足；發(fā)展極快。順丁橡膠、異戊橡膠、乙丙橡膠等發(fā)展前途看好硅橡膠、氟橡膠能在零下50度不變形，又可耐250度高溫，用于制造火箭、導(dǎo)彈、飛機(jī)的某些零件。氟橡膠零件硅橡膠手鐲（二）、高分子合成材料合成橡膠：將天然乳膠經(jīng)過硫化處理變成100（三）、新型無機(jī)非金屬材料陶瓷材料：新型陶瓷的強(qiáng)度、硬度、耐磨損、耐高溫、耐腐蝕等性能都比傳統(tǒng)陶瓷有很大提高，特別是在克服傳統(tǒng)陶瓷的致命弱點脆性問題上取得重大突破。新型結(jié)構(gòu)陶瓷：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷、硼化物陶瓷、砷化物陶瓷、氰化物陶瓷等新型功能陶瓷：裝置陶瓷、電容器陶瓷、壓電陶瓷、電致伸縮陶瓷、熱釋電陶瓷、磁性陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷、導(dǎo)電與超導(dǎo)陶瓷、光學(xué)陶瓷和敏感陶瓷等。

新型陶瓷制成的人造骨等陶瓷零件（三）、新型無機(jī)非金屬材料陶瓷材料：新型陶瓷的強(qiáng)度、硬度、耐101玻璃材料：改變了傳統(tǒng)玻璃材料易碎、易傳熱的特性，研制出具有“特異功能”的新品種，如玻璃鋼、記憶玻璃、化學(xué)敏感性玻璃、超韌性增強(qiáng)玻璃、激光玻璃、防彈玻璃、防輻射玻璃等。光導(dǎo)纖維：純度極高的玻璃纖維制成使現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)生了革命性的轉(zhuǎn)變，并且在醫(yī)療、遙感、遙測等領(lǐng)域也得到越來越廣泛的應(yīng)用。光纖通信具有傳輸距離遠(yuǎn)、保密性好、抗干擾等優(yōu)點，一條電纜就可以傳輸幾百萬路電話；可傳輸高強(qiáng)度的激光；制作光纖傳感器（三）、新型無機(jī)非金屬材料防彈玻璃防輻射高鉛玻璃

由光導(dǎo)纖維構(gòu)成的光纜

光導(dǎo)纖維工藝品

玻璃材料：改變了傳統(tǒng)玻璃材料易碎、易傳熱的特性，研制出具有“102（三）、新型無機(jī)非金屬材料半導(dǎo)體材料：20世紀(jì)40年代發(fā)展起來的重要信息材料，通過近幾十年來的研究工作，半導(dǎo)體材料種類不斷更新，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，成為信息技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。鍺材料不需要加熱、功耗低、可靠性高、轉(zhuǎn)換速度快、功能多樣和體積小，取代電子管硅材料機(jī)械強(qiáng)度高、結(jié)晶性強(qiáng)、在自然中儲量豐富、成本低，并且可以拉制出大尺寸的完整單晶，使之成為目前電子信息工業(yè)領(lǐng)域的主要半導(dǎo)體材料砷化鎵由于電子運動速度快、電子激發(fā)后釋放能量以發(fā)光形式進(jìn)行等特點，很可能成為繼硅之后第二種最重要的半導(dǎo)體電子材料，制成的晶體管可以制造出速度更快、功能更強(qiáng)的計算機(jī)（10倍）第一臺晶體管收音機(jī)僅包含4只鍺晶體管半導(dǎo)體器件（三）、新型無機(jī)非金屬材料半導(dǎo)體材料：20世紀(jì)40年代發(fā)展起103玻璃制品玻璃制品104石英玻璃微晶玻璃石英玻璃微晶玻璃105耐火材料耐火材料106生活陶瓷生活陶瓷107保健陶瓷保健陶瓷108建筑衛(wèi)生陶瓷建筑衛(wèi)生陶瓷109耐高溫陶瓷刀具耐高溫陶瓷刀具110高溫結(jié)構(gòu)陶瓷零部件耐酸陶瓷風(fēng)機(jī)適用于輸送或抽吸各種腐蝕性氣體高溫結(jié)構(gòu)陶瓷零部件耐酸陶瓷風(fēng)機(jī)適用于輸送或抽吸各種腐蝕性氣體111陶瓷裝甲車陶瓷裝甲車112氧化鋁陶瓷氮化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷氮化鋁陶瓷113多孔陶瓷多孔陶瓷11401功能材料概述課件115（四）、復(fù)合材料現(xiàn)代科技的發(fā)展，對材料的性能提出高標(biāo)準(zhǔn)、多樣化，甚至是相互矛盾的要求，因此，任何一種單一的材料都難以滿足上述需要，于是各種高性能的復(fù)合材料便應(yīng)運而生。復(fù)合材料是由基體材料和增強(qiáng)材料兩部分組成，根據(jù)基體材料和增強(qiáng)材料的特點，復(fù)合材料可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料兩大類復(fù)合材料在高度輕量化直升機(jī)上的用量已達(dá)結(jié)構(gòu)重量的70%-80%，在先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)上的用量大約是結(jié)構(gòu)重量的30%-40%。

國產(chǎn)重點型號戰(zhàn)機(jī)將用復(fù)合材料水平尾翼

復(fù)合材料井蓋（四）、復(fù)合材料現(xiàn)代科技的發(fā)展，對材料的性能提出高標(biāo)準(zhǔn)、多樣116F117隱形戰(zhàn)斗機(jī)用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料做成骨架和外面蒙皮，沒有金屬表面，也無金屬鉚釘反射雷達(dá)波F117隱形戰(zhàn)斗機(jī)用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料做成骨架和外面蒙皮，沒117“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機(jī)腹部的絕熱瓦“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機(jī)“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機(jī)腹部的絕熱瓦“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機(jī)118（四）、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料作為承力結(jié)構(gòu)使用的材料，它由能承受載荷的增強(qiáng)體與能連接增強(qiáng)體成為整體材料同時又起傳遞力作用的基體構(gòu)成；可以根據(jù)材料在使用中受力的要求進(jìn)行選材設(shè)計及復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計增強(qiáng)體包括各種玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金屬、天然纖維、織物、晶體等；基體包括高聚體（樹脂）基、金屬基、陶瓷基、碳基等樹脂基復(fù)合材料用于建筑、造船、車輛、化工容器、生活用品等金屬基復(fù)合材料是宇航、航空技術(shù)的理想材料樹脂基復(fù)合材料耐磨陶瓷復(fù)合材料膨脹節(jié)碳基復(fù)合材料（四）、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料作為承力結(jié)構(gòu)使用的材料，它由能承119（四）、復(fù)合材料功能復(fù)合材料一般由功能體和基體組成，基體不僅起到構(gòu)成整體的作用，而且能產(chǎn)生協(xié)同或加強(qiáng)功能的作用，利用材料的電學(xué)、化學(xué)等性能?，F(xiàn)已有壓電型功能復(fù)合材料、吸波、屏蔽性功能復(fù)合材料（隱身材料）、導(dǎo)電功能復(fù)合材料等，有廣闊的發(fā)展前景科學(xué)家研制出功能材料隱身斗篷將成現(xiàn)實隱身衣真的來了？（四）、復(fù)合材料功能復(fù)合材料一般由功能體和基體組成，基體不僅120（五）、生物材料生物材料也稱為生物工程材料或生物醫(yī)學(xué)材料，是生物體器官缺損、病變或衰竭的替代材料，也就是人類器官再造材料。生物活性陶瓷已實現(xiàn)與骨相結(jié)合，并與軟組織相結(jié)生物化學(xué)水泥在骨骼缺損修補(bǔ)、骨骼植入材料的固定和牙齒的修復(fù)等過程使用人工器官已制造出人工心臟、人工肝臟、人工腎、人工喉、人工眼球、人工骨、人工皮、人造血漿和血液等

預(yù)期研制出具有主動誘導(dǎo)、能促進(jìn)人體自身組織和器官再生作用的生物復(fù)合材料

（五）、生物材料生物材料也稱為生物工程材料或生物醫(yī)學(xué)材料，是121人造器官的設(shè)計制造人造器官的設(shè)計制造122生物陶瓷生物陶瓷123（六）、光電子材料光電子工業(yè)異軍突起，它包括光通信、光計算、激光加工、激光醫(yī)療、激光印刷、激光影視、激光儀器、激光受控?zé)岷朔磻?yīng)、激光分離同位素、激光制導(dǎo)等許多方面。探索與發(fā)展新型光電子材料，制作高性能、小型化、集成化的光電子器件，已經(jīng)成為整個光電子科技領(lǐng)域的前沿。光電子信息材料是整個光電子技術(shù)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。包括淘汰和信息獲取材料、信息傳輸材料、信息存儲材料以及信息處理和運算材料等，其中主要是各類光電子半導(dǎo)體材料、各種光纖和薄膜材料、各種液晶顯示（LCD）材料等。LED發(fā)光產(chǎn)品

藍(lán)寶石晶體

（六）、光電子材料光電子工業(yè)異軍突起，它包括光通信、光計算、124電子紙全球第二大液晶顯示器生產(chǎn)商：ＬＧ飛利浦公司宣布，該公司已研發(fā)出世界首款４０９６色“電子紙”。

“電子紙”是一種超薄、超輕的顯示器。ＬＧ飛利浦開發(fā)的這款１４英寸彩色顯示器薄如紙張，并且可以隨意折疊彎曲。這款“電子紙”的電路板由金屬制成，而非傳統(tǒng)使用的玻璃，從而可以提高產(chǎn)品的靈活性。電子紙”技術(shù)與現(xiàn)有的液晶技術(shù)有所不同?！半娮蛹垺睕]有目前其他顯示設(shè)備無法避免的強(qiáng)烈反光，畫面分辨率較高，顯示效果與視覺效果同普通書寫紙幾乎完全相同。電子紙全球第二大液晶顯示器生產(chǎn)商：ＬＧ飛利浦公司宣布，該公司125（七）、納米材料納米材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子組成。納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1～100nm間的粒子，是處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域從通常的關(guān)于微觀和宏觀的觀點看，這樣的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型人介觀系統(tǒng)，它具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。原子排成的“原子”字樣1nm=1/10億米，10個氫原子緊密排列，20nm是頭發(fā)絲直徑的3000分之一（七）、納米材料納米材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子組成。1267.1納米材料的特性1.表面效應(yīng)2.小尺寸效應(yīng)3.量子尺寸效應(yīng)4.宏觀量子隧道效應(yīng)7.1納米材料的特性1.表面效應(yīng)1271.表面效應(yīng)1.表面效應(yīng)1282.小尺寸效應(yīng)隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質(zhì)的質(zhì)變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對超微顆粒而言，尺寸變小，同時其比表面積亦顯著增加，從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì)。

（1）特殊的光學(xué)性質(zhì)

（2）特殊的熱學(xué)性質(zhì)

（3）特殊的磁學(xué)性質(zhì)

（4）特殊的力學(xué)性質(zhì)

超微顆粒的小尺寸效應(yīng)還表現(xiàn)在超導(dǎo)電性、介電性能、聲學(xué)特性以及化學(xué)性能等方面。

2.小尺寸效應(yīng)隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質(zhì)1293.量子尺寸效應(yīng)微粒尺寸下降到一定值時，費米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)能級變?yōu)榉至⒛芗?，吸收光譜闕值向短波方向移動，這種現(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)。3.量子尺寸效應(yīng)微粒尺寸下降到一定值時，費米能級附近的電子能1304.宏觀量子隧道效應(yīng)隧道效應(yīng)是基本的量子現(xiàn)象之一，即當(dāng)微觀粒子的總能量小于勢壘高度時，該粒子仍能穿越這一勢壘。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量如微顆粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁通量及電荷也具有隧道效應(yīng)，他們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢阱而產(chǎn)生變化，故稱之為宏觀量子隧道效應(yīng)。4.宏觀量子隧道效應(yīng)隧道效應(yīng)是基本的量子現(xiàn)象之一，即當(dāng)微觀粒131幾種典型的納米材料納米顆粒型材料納米固體材料納米膜材料納米磁性液體材料碳納米管納米算盤C60每10個一組，在銅表面形成世界上最小的算盤。納米皇冠幾種典型的納米材料納米顆粒型材料納米算盤納米皇冠132納米顆粒型材料：也稱納米粉末，一般指粒度在100nm以下的粉末或顆粒。由于尺寸小，比表面大和量子尺寸效應(yīng)等原因，它具有不同于常規(guī)固體的新特性。納米固體材料通常指由尺寸小于15納米的超微顆粒在高壓力下壓制成型，或再經(jīng)一定熱處理工序后所生成的致密型固體材料。氧化鋅晶體納米顆粒型材料：也稱納米粉末，一般指粒度在100nm以下的粉133納米磁性液體材料：磁性液體是由超細(xì)微粒包覆一層長鍵的有機(jī)表面活性劑，高度彌散于一定基液中，而構(gòu)成穩(wěn)定的具有磁性的液體。它可以在外磁場作用下整體地運動，因此具有其它液體所沒有的磁控特性。試管中磁性液體舞蹈磁性液體尖峰狀態(tài)納米磁性液體材料：磁性液體是由超細(xì)微粒包覆一層長鍵的有機(jī)表面134

磁性液體的應(yīng)用：磁性液體靜態(tài)密封裝置（安全閥）

磁性液體在揚聲器上的應(yīng)用，顯著改善散熱性能，提高功率一倍以上，使音圈自動定位，改善頻率響應(yīng)，減少失真。磁性液體阻尼器磁性液體離心開關(guān)

磁性液體的應(yīng)用：磁性液體在揚聲器上的應(yīng)用，顯著改善散熱性能135碳納米管：碳材料家族中的新成員，為黑色粉末狀，是由類似石墨的碳原子六邊形網(wǎng)格所組成的管狀物，它一般為多層，直徑為幾納米至幾十納米，長度可達(dá)數(shù)微米甚至數(shù)毫米。

碳納米管本身有非常完美的結(jié)構(gòu)，尺寸只有頭發(fā)絲的十萬分之一，但導(dǎo)電率是銅的1萬倍，強(qiáng)度是鋼的100倍而重量只有鋼的七分之一。它像金剛石那樣硬，卻有柔韌性，可以拉伸。它的熔點是已知材料中最高的。

碳納米管：碳材料家族中的新成員，為黑色粉末狀，是由類似石墨的136如果用碳納米管做繩索，是唯一可以從月球掛到地球表面，而不被自身重量所拉斷的繩索。如果用它做成地球-月球乘人的電梯，人們在月球定居就很容易了。納米碳管的細(xì)尖極易發(fā)射電子。用于做電子槍，可做成幾厘米厚的壁掛式電視屏，這是電視制造業(yè)的發(fā)展方向。超高的成本使國際市場90％高純度的碳納米管價格高達(dá)1000－2000美元／克，一般純度的碳納米管價格也在60美元／克，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出黃金的價格。把碳納米管用作轉(zhuǎn)子的納米馬達(dá)

如果用碳納米管做繩索，是唯一可以從月球掛到地球表面，而不被自137納米材料的應(yīng)用由于納米微粒的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等使得它們在磁、光、電、敏感性等方面呈現(xiàn)常規(guī)材料不具備的特性。因此納米微粒在磁性材料、電子材料、光學(xué)材料、高致密度材料的燒結(jié)、催化、傳感、陶瓷增韌等方面有廣闊的應(yīng)用前景。陶瓷增韌：由納米粒子壓制成的納米陶瓷材料有很好的韌性。因為納米材料具有較大的界面，界面的原子排列是相當(dāng)混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與延展性。納米陶瓷納米材料的應(yīng)用由于納米微粒的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效138光學(xué)方面的應(yīng)用：納米微粒由于小尺寸效應(yīng)使它具有常規(guī)大塊材料不具備的光學(xué)特性，如光學(xué)非線性、光吸收、光反射、光傳輸過程中的能量損耗等。利用納米微粒的特殊的光學(xué)特性制成的各種光學(xué)材料將在日常生活和高技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前關(guān)于這方面研究還處在實驗室階段，有的得到了推廣應(yīng)用。光學(xué)方面的應(yīng)用：納米微粒由于小尺寸效應(yīng)使它具有常規(guī)大塊材料不139隱身材料應(yīng)用：由于納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長，因此納米微粒材料對這種波的透過率比常規(guī)材料要強(qiáng)得多，這就大大減少波的反射率，使得紅外探測器和雷達(dá)接收到的反射信號變得很微弱，從而達(dá)到隱身的作用；另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大3～4個數(shù)量級，對紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多，這就使得紅外探測器及雷達(dá)得到的反射信號強(qiáng)度大大降低，因此很難發(fā)現(xiàn)被探測目標(biāo)，起到了隱身作用。美國F117隱形轟炸機(jī)機(jī)美國B2隱形轟炸機(jī)隱身材料應(yīng)用：由于納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長，因此納140催化領(lǐng)域的應(yīng)用：催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗進(jìn)行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費，使經(jīng)濟(jì)效益難以提高，而且對環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，甚至使原來不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10～15倍。催化領(lǐng)域的應(yīng)用：催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用141環(huán)境保護(hù)方面的作用：隨著納米技術(shù)的悄然崛起，納米環(huán)保也會迅速來臨，拓展人類利用資源和保護(hù)環(huán)境的能力，為徹底改善環(huán)境和從源頭上控制新的污染源產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。治理有害氣體：