功能材料概論

功能材料概論2021/3/11/*第一頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日課程教材：《功能材料概論》

殷景華等主編

哈爾濱工業(yè)大學出版社課程安排：4~8周詳情見教學日歷2023/6/17第二頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日第一部分引言與概論1986年，我國制定了《高技術(shù)發(fā)展計劃綱要》七大技術(shù)群生物技術(shù)信息技術(shù)激光技術(shù)航天技術(shù)自動化技術(shù)新能源技術(shù)新材料技術(shù)2023/6/17第三頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日新材料有晶須材料、非晶材料、超塑性合金、形狀記憶材料、功能陶瓷、功能有機材料、超導材料、碳纖維、能量轉(zhuǎn)換材料等。新材料的發(fā)展重點已經(jīng)從結(jié)構(gòu)材料轉(zhuǎn)向功能材料。功能材料被譽為21世紀人類文明的重要支柱2023/6/17第四頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日概論隨著時代的發(fā)展，人類將進入一個信息時代。為了解決生產(chǎn)高速發(fā)展以及由此所產(chǎn)生的能源、環(huán)境等一系列的問題，更需要用高科技的方法和手段來生產(chǎn)新型的、功能性的產(chǎn)品，以獲得各種優(yōu)良的綜合性能。近年來新型功能材料層出不窮，得到了突破性的進展。2023/6/17第五頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日

日本和歐美各國對新型功能材料的研究十分注意，這是因為功能材料是能源、計算機、通訊、電子、激光等現(xiàn)代科學的基礎(chǔ)，功能材料在未來的社會發(fā)展中具有重大戰(zhàn)略意義。2023/6/17第六頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日近10年來，功能材料成為材料科學和工程領(lǐng)域中最為活躍的部分。每年以5%以上的速度增長，相當于每年有1.25萬種新材料問世。未來世界需要更多的性能優(yōu)異的功能材料，功能材料正在滲透到現(xiàn)代生活的各個領(lǐng)域。2023/6/17第七頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日一、功能材料的概念功能材料是指通過光、電、磁、熱、化學、生化等作用后具有特定功能的材料。在國外，常將這類材料稱為功能材料（FunctionalMaterials）、特種材料（SpecialityMaterials）或精細材料（FineMaterials）2023/6/17第八頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日功能材料涉及面較廣，具體包括光、電功能，磁功能，分離功能，形狀記憶功能等。這類材料相對于通常的結(jié)構(gòu)材料而言，一般除了具有機械特性外，還具有其他的功能特性。2023/6/17第九頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日

材料的特定功能與材料的特定結(jié)構(gòu)是相聯(lián)系的。如：對于導電聚合物來說，它一般具有長鏈共軛雙鍵；金屬結(jié)構(gòu)中由于彈性馬氏體相變能產(chǎn)生形狀記憶效應(yīng)，因此出現(xiàn)了形狀記憶合金；壓電陶瓷晶體必須有極軸。2023/6/17第十頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日

功能材料是一門新的學科，目前對它進行嚴格的定義尚有一定的難度，就像許多化學變化中存在著物理現(xiàn)象、高級運動中總是伴隨著低級運動一樣，功能材料既遵循材料的一般特性和變化規(guī)律又具有其自身的特點。因此可以認為是傳統(tǒng)材料的更高級運動形式。2023/6/17第十一頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日二、功能材料的分類

隨著技術(shù)的發(fā)展和人類認識的擴展，新型的功能材料不斷被開發(fā)出來，因此對其也產(chǎn)生了不同的分類方式。從功能的不同考慮，可將功能材料分為以下四類。2023/6/17第十二頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日（1）力學功能主要是指強化功能材料和彈性功能材料，如高結(jié)晶材料、超高強材料等。2023/6/17第十三頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日（2）化學功能分離功能材料：分離膜、離子交換樹脂、高分子絡(luò)合物；反應(yīng)功能材料：高分子試劑、高分子催化劑；生物功能材料：如固定化菌、生物反應(yīng)器等。2023/6/17第十四頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日（3）物理化學功能電學功能材料：超導體、導電高分子光學功能材料：光導纖維、感光性高分子能量轉(zhuǎn)換材料：壓電材料、光電材料2023/6/17第十五頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日（4）生物化學功能醫(yī)用功能材料：人工臟器用材料如人工腎、人工心肺，可降解的醫(yī)用縫合線、骨釘、骨板等；功能性藥物：緩釋性高分子、藥物活性高分子、高分子農(nóng)藥等；生物降解材料2023/6/17第十六頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日三、功能材料的性能半導體電性導帶中的電子、價帶中的空穴。磁性能鐵磁性（磁化率106）、抗磁性（磁矩方向與外磁場相反，磁化率10-5）、順磁性