功能材料的研究进展
摘要
功能材料作为现代技术的标志，引起了各国的关注，已经成为材料科学中的一个分支学科，并在不同程度上推动或加速了各种现代技术的进一步发展。本篇综述简单介绍了功能材料的基本性能、特点及其发展现状。为了满足这些现代技术对材料的需求，世界各国都非常重视功能材料的研究和开发。
关键词功能材料性能特点发展现状
引言
功能材料的概念是美国 Morton J A于1965年首先提出来的。功能材料是指具有一种或几种特定功能的材料，如磁性材料、光学材料等，它具有优良的物理、化学和生物功能，在物件中起着“功能”的作用[1]。20世纪60年代以来，各种现代技术的兴起，强烈刺激了功能材料的发展。同时，由于固体物理、固体化学、量子理论、结构化学、生物物理和生物化学等学科的飞速发展以及各种制备功能材料的新技术和现代分析测试技术在功能材料研究和生产中的实际应用，许多新功能材料不仅已经在实验室中研制出来，而且已经批量生产和得到应用，并在不同程度上推动或加速了各种现代技术的进一步发展。因此，功能材料学科已经成为材料科学中的一个分支学科。
一、功能高分子材料的简介
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。它是上世纪60年代发展起来的新兴领域，是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。近年来，功能高分子材料的年增长率一般都在10％以上，其中高分子分离膜和生物医用高分子的增长率高达50％所谓功能性高分子材料，一般是指具有某种特别的功能或者是能在某种特殊环境下使用的高分子材料，但这是相对于一般用途的通用高分子材料而言。这一定义只是一个概括，不一定很确切，较多的人认为所谓功能性高分子材料是指具有物质能量和信息的传递、转换和贮存作用的高分子材料及其复合材料。如有光电、热电、压电、声电、化学转换等功能的一些高分子化合物。可以看出，这是一类范围相当大、用途相当广、品种相当多，而又是在生活、生产活动中经常遇见的一类高分子材料。功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能[2]。
二、功能材料的基本性能
功能材料是以物理性能为主的工程材料的统称,即指在电、磁、声、光、热等方面具有特殊性质,或在其作用下表现出特殊功能的材
功能材料按其显示功能的过程可分为一次功能和二次功能。一次功能是当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于同种形式时,材料起能量传送部件作用,又称载体材料。主要有:(1) 力学功能如惯性、粘性、流动性、润滑性、成型性、超塑性、高弹性、恒弹性、振动性和防震性;(2) 声功能如吸音性、隔音性;(3) 热功能如隔热性、传热性、吸热性和蓄热性;(4) 电功能如导电性、超导性、绝缘性和电阻;(5) 磁功能如软磁性、硬磁性、半硬磁性;(6) 光功能如透光性、遮光性、反射光性、折射光性、吸收光性、偏振性、聚光性、分光性;(7) 化学功能如催化作用、吸附作用、生物化学反应、酶反应、气体吸收;(8) 其它功能如电磁波特性(常与隐身相联系)、放射性。二次功能[3]是当向材料输入的能量和输出的能量属于不同形式时,材料起能量转换部件作用,又称高次功能,主要有:(1) 光能与其它形式能量的转换, 如光化反应、光致抗蚀、光合成反应、光分解反应、化学发光、感光反应、光致伸缩、光生伏特效应、光导电效应;(2) 电能与其它形式能量的转换,如电磁效应、电阻发热效应、热电效应、光电效应,场致发光效应、电光效应和电化学效应;(3) 磁能与其它形式能量的转换, 如热磁效应,磁冷冻效应、光磁效应和磁性转变;(4) 机械能与其它形式能量的转换,如压电效应、磁致伸缩、电致伸缩、光压效应、声光效应、光弹性效应、机械化学效应、形状记忆效应和热弹性效应[3]。
三、功能材料的特征
功能材料是指具有优良的物理、化学和生物或其相互转化的功
能，用于非承载目的的材料。迄今为止，功能材料尚无统一的和严格的定义。但一结构材料相比，有以下主要特征{4}:
（1）功能材料的功能对应于材料的微观结构和微观物体的运动，这是最本质的特征。
（2）功能材料的聚集态和形态非常多样化，除了晶态外，还有气态、液态、液晶态、非晶态、准晶态、混合态和等离子态等。除了三维体相材料外，还有二维、一维和零维材料。除了平衡态，还有非平衡态。（3）结构材料常以材料形式为最终产品，而功能材料有相当一部分是以元件形式为最终产品，即材料元件一体化。
（4）功能材料是利用现代科学技术、多学科交叉的知识密集型产物。（5）功能材料的制备技术不同于结构材料用的传统技术，而是采用许多先进的新工艺和新技术，如急冷、超净、超微、超纯、薄膜化、集成化、微型化、密积化、智能化已经精细控制和检测技术。
目前，现代技术对物理功能材料的需求最多，因此，物理功能材料发展最快，品种多，功能新，商品化和实用率高，在已使用的功能材料中占了绝大部分。
四、国内功能材料发展的现状和差距
功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业[5]。功能材料不仅对高新技术的发展
起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。
我国非常重视功能材料的发展，在国家攻关、“863”、“973”、国家自然科学基金等计划中，功能材料都占有很大比例。在“九五”“十五”国防计划中还将特种功能材料列为“国防尖端”材料。这些科技行动的实施，使我国在功能材料领域取得了丰硕的成果。在“863”计划支持下，开辟了超导材料、平板显示材料、稀土功能材料、生物医用材料、储氢等新能源材料，金刚石薄膜，高性能固体推进剂材料，红外隐身材料，材料设计与性能预测等功能材料新领域，取得了一批接近或达到国际先进水平的研究成果，在国际上占有了一席之地。镍氢电池、锂离子电池的主要性能指标和生产工艺技术均达到了国外的先进水平，推动了镍氢电池的产业化；功能陶瓷材料的研究开发取得了显著进展，以片式电子组件为目标，我国在高性能瓷料的研究上取得了突破，并在低烧瓷料和贱金属电极上形成了自己的特色并实现了产业化，使片式电容材料及其组件进入了世界先进行列；高档钕铁硼产品的研究开发和产业化取得显著进展，在某些成分配方和相关技术上取得了自主知识产权；功能材料还在“两弹一星”、“四大装备四颗星”等国防工程中做出了举足轻重的贡献[6]。
目前世界各国功能材料的研究极为活跃，充满了机遇和挑战，新技术、新专利层出不穷。发达国家企图通过知识产权的形式在特种功能材料领域形成技术垄断，并试图占领中国广阔的市场，这种态势已引起我国的高度重视。近年来，我国在新型稀土永磁、生物医用、生
态环境材料、催化材料与技术等领域加强了专利保护。但是，我们应该看到，我国目前功能材料的创新性研究不够，申报的专利数，尤其是具有原创性的国际专利数与我国的地位远不相称。我国功能材料在系统集成方面也存在不足，有待改进和发展。
结束语
随着经济的迅速发展，人们对材料的需求日益增加。为了满足这些现代技术对材料的需求，世界各国都非常重视功能材料的研究和开发。功能材料作为现代技术的标志，引起了各国的关注，已经成为材料科学中的一个分支学科，并在不同程度上推动或加速了各种现代技术的进一步发展。材料是现代科技和国民经济的物质基础。一个国家生产材料的品种、数量和质量是衡量其科技和经济发展水平的重要标志。随着新技术将更迅猛地发展，我们对功能材料的需求也日益迫切。因此，我们要加强对功能材料的研制和开发应用，把新成果应用于劳动生产。
参考文献
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河南理工大学万方科技学院创新实验设计与训练报告
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料
系别：能源系
班级：材料08-1班
姓名：尚建勋
学号：0828200035
指导老师：郭晖
第八单元 金属和金属材料专题训练 专题一 金属活动性顺序及其应用 题型一 依据现象对几种金属活动性顺序的判断 1．X 、Y 都能与稀硫酸反应放出氢气而Z 不能；Y 能从X 的盐溶液中置换出X 。则他们的金属活动性顺序为（ ） A ．X>Y>(H)>Z B ．Y>X>(H)>Z C ．X>Z>(H)>Y D ．Y>(H)>X>Z 2．将甲、乙两种金属片分别放入硫酸铜溶液中，甲表面析出铜，乙没明显现象，据此判断，三种金属活动性顺序是 A ．甲>铜>乙 B ．乙>铜>甲 C ．铜>甲>乙 D ．甲>乙>铜 3．金属Ni 、Mn 分别放入其他三种金属X 、Y 、Z 的盐溶液中，反应的结果和有无金属析出的情况如下表所示，他们的金属活动性由强到弱的顺序为（ ） A ．X Mn Y Ni Z B ．Z Ni Y Mn X C ．Z Mn Y Ni X D ．X Mn Ni Y Z 4．X 、Y 、Z 、W 是四种不同的金属，为比较金属活动性强弱，某同学利用这四种金属单质、盐酸、Z 的硝酸盐、W 的硝酸盐进行有关实验。结果如下表（能发生置换反应的记为“√”不能反应的记为“—”无标记的表示未作实验）。这四种金属的活动性顺序为（ ） A ．X>W>Y>Z B ．X>Y>W>Z C ．W>X>Y>Z D ．Y>W>Z>X 题型二 根据金属活动性顺序判断金属与化合物溶液反应后滤渣滤液的成分 5．在氧化铜和铁粉的混合物中加入一定量的稀硫酸，反应完全后滤出不溶物，再向滤液中加入一块薄铁，足够时间后，铁片上无任何变化。据此，你认为下列实验结论不正确的是（ ） A ．滤液中一定含有硫酸亚铁，不可能含有硫酸铜和硫酸 B ．滤出的不溶物中有铜，也可能有铁 C ．滤出的不溶物中一定有铜，但不可能有铁 D ．如果滤出的不溶物有铁，则一定有铜 6．在氯化铜和氯化亚铁的混合溶液中加入一定量的镁粉，充分反应后过滤，向滤出的固体中滴加稀盐酸，没有气泡产生。下列判断正确的是（ ） A ．滤出的固体中一定含有铜，可能含有铁和镁 B ．滤出的固体中一定含有铜，一定不含铁和镁 C ．滤液中一定含有氯化镁和氯化亚铁，可能含有氯化铜 D ．滤液中一定含有氯化镁、氯化亚铁、氯化铜 7．往AgNO 3和ZnSO 4的混合溶液中加入过量的铁粉，充分反应后过滤，则滤渣中一定存在的金属是（ ） A ．Ag 和Fe B ．Ag C ．Ag 、Fe 和Zn D ．Ag 和Zn 8．化学兴趣小组对金牌中金属成分提出猜想。甲同学认为是由金银合金制成；乙同学认为是由黄铜（铜锌合金）制成。为了验证他们的猜想哪个可能正确，进行如下实验：取制造这种金牌的材料粉末少量，加入试剂X ，则X 不可以是下列试剂中的（ ） A ．硫酸锌溶液 B ．盐酸 C ．硫酸铜溶液 D ．硝酸银溶液 9．已知铜铁均能与FeCl 3溶液反应，反应方程式分别为：Cu ＋2FeCl 3 2FeCl 2＋CuCl 2，Fe ＋ 2FeCl 33FeCl 2，现将一包铜、铁的混合粉末加入到盛有FeCl 3溶液的烧杯中，充分反应后烧杯中仍有少量固体，关于烧杯中物质组成的说法正确的是（ ） A ．溶液中一定含FeCl 3，固体一定是铁和铜 B ．溶液中一定含FeCl 2，固体一定含铜 C ．溶液中一定含FeCl 2、CuCl 2，固体一定含铜 D ．溶液中一定含FeCl 2，固体一定是铁和铜 10．在Cu(NO 3)2、AgNO 3和Zn(NO 3)2的混合溶液中加入一定量的铁粉，充分反应后过滤，向滤出的固体中滴加稀硫酸，有气泡产生，则滤出的固体中一定含有 ，滤液中一定含有的溶质的化学式为 ，上述过程中所发生的有关反应的化学方程式为 （写出一个即可） 题型三 设计实验判断或验证金属活动性顺序 11．只用一种试剂就能一次判断金属锌、铜、银的活动性顺序，这种试剂是（ ） A ．氯化镁溶液 B ．稀硫酸 C ．硫酸铜溶液 D ．硝酸银溶液 12．（1）早在西汉时期我们劳动人民就发明了“湿法炼铜”，请用化学方程式表示冶炼原理。 ；青铜器是一种合金，它属于 （填“混合物”或“纯净物”）
固体氧化物燃料电池阴极材料的研究进展 化学化工与材料学院 贲舜格 20080154
摘要: 固体氧化物燃料电池具有高温运行直接分解燃料气体，化学和热稳定性好, 不存在电解质失效及使用液体电解质带来的密封等问题，综合效率高,热利 用率可达80%以上特点成为近年来燃料电池方面的重点研究方向。固体氧化物燃料电池的阴极材料要求具有较高的电子电导率和离子电导率，高的催化活性以及良好的相容性。就目前的研究所发现的阴极材料主要有金属、金属陶瓷复合阴极材料和钙钛矿结构的氧化物材料等。 正文：燃料电池可以把燃料的化学能直接转化为电能。阴极的电子电导率越高,电子传输过程中的电阻损失就越低,足够的氧离子电导率则会提高表面反应和离子扩散能力，阴极材料起着催化剂的作用,它要将氧分子的共价键打开,因此必须具有足够高的氧还原催化活性,这与阴极材料的化学组成和阴极微结构有关。良好的相容性可以使得阴极在室温和电池操作及制备的温度范围内,与相邻组件(电解质、连接体等)之间应无化学反应、无明显的互扩散,并且有相近的热膨胀系数。目前所发现符合上述几点要求的阴极材料主要有金属、金属陶瓷复合阴极材料和钙钛矿结构的氧化物材料等。 1.金属、金属陶瓷复合材料 金属Pt是早期研究中使用的一种阴极材料,除Pt外,适合作阴极材料的贵金属还有Pd、Rh等。因为其价格关系，这些金属适合在实验室中使用，抗腐蚀，槽压稳定。 K·Sasaki等采用真空高能球磨法制备了陶瓷基材料金属Sc0.10Ce0.01Zr0.89O2 (SSZ) ,其中Pt、Pd、Rh和Ag及其合金被用作电子导电相。该材料与电解质Y2O3掺杂的ZrO2。(YSZ)配合使用,显示了较好的阴极活性。Pt—SSZ阴极材料在700 ℃下、Pt 含量为40 mg/ cm2时的界面电导率可达617S/ cm2。用一定质量比的Pt—Ag 合金取代Pt 所得的复合材料,性能有所提高,在700 ℃下的界面电导率为12 S/ cm2。合金(Pt—Ag、Pd—Ag) / SSZ材料的阴极反应活化能比Pt/ SSZ材料的小。人们对Ag复合材料进行了进一步的研究,发现用价格相对较低的Ag与Y2O3掺杂的Bi2O3( YDB)复合,可制得具有较好中低温性能的阴极材料;在Ag的含量达到约50 %时,极化电阻达到最小值1Ω·cm2。若能开发出匹配的其他材料,这也是一种有前途的阴极材
纳米材料的研究进展及其应用 姓名：李若木 学号：115104000462 学院：电光院
1、纳米材料 1.1纳米材料的概念 纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型人介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著不同。 1.2纳米材料的发展 自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段： 第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。 第三阶段（1994年至今）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。
2、纳米材料：石墨烯 2.1石墨烯的概念 石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。 石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。 另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。 石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体（monocrystalline silicon）高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。 作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
储氢材料的储氢原理与研究现状 氢能，即氢气中所含有的能量。具有环境友好、资源丰富、热值高、燃烧性能好、潜在经济效益高等特点。目前，能源危机和环境危机日益严重。许多国家都在加紧部署、实施氢能战略，如美国对运输机械的“FreedomCAR”计划和针对规模制氢的“FutureGen”计划，日本的“NewSunshine”计划及“We-NET”系统，欧洲的“Framework”计划中关于氢能科技的投人也呈现指数上升趋势。但是，氢能的使用至今未能商业化，主要的制约因素就是存储问题难以解决。因此，氢能的利用和研究成为是当今科学研究的热点之一。而寻找性能优越、安全性高、价格低廉、环保的储氢材料则成为氢能研究的关键。 目前，氢可以以高压气态液态、金属氢化物、有机氢化物和物理化学吸附等形式储存。高压气态液态储氢发展的历史较早，是比较传统而成熟的方法，无需任何材料做载体，只需耐压或绝热的容器就行，但是储氢效率很低，加压到15MPa时质量储氢密度不超过3%。而且存在很大的安全隐患，成本也很高。 金属氢化物储氢开始于1967年，Reilly等报道Mg2Cu能大量储存氢气，接着1970年菲利浦公司报道LaNi5在室温下能可逆吸储与释放氢气，到1984年Willims制出镍氢化物电池，掀起稀土基储氢材料的开发热潮。金属氢化物储氢的原理是氢原子进入金属价键结构形成氢化物。有稀土镧镍、钛铁合金、镁系合金、钒、铌、锆等多元素系合金。具体有NaH-Al-Ti、Li3N-LiNH2、MgB2-LiH、MgH2-Cr2O3及Ni(Cu,Rh)-Cr-FeOx等物质，质量储氢密度为2%-5%。金属氢化物储氢具有高体积储氢密度和高安全性等优点。在较低的压力(1×106Pa)下具有较高的储氢能力,可达到100kg/m3以上。最近，中科院大连化学物理研究所陈萍团队发现Mg(NH2)／2LiH储氢体系可在110℃条件下实现约5%(质量分数)氢的可逆充放。但是，金属氢化物储氢最大的缺点是金属密度很大，导致氢的质量百分含量很低，一般只有2%-5%，而且释放氢时需要吸热，储氢成本偏高。 目前大量的储氢研究是基于物理化学吸附的储氢方法。物理吸附是基于吸附剂的表面力场作用，根源于气体分子和固体表面原子电荷分布的共振波动，维系吸附的作用力是范德华力。吸附储氢的材料有碳质材料、金属有机骨架(MOFs)材料和沸石咪唑酯骨架结构(ZIFs)材料、微孔/介孔沸石分子筛等矿物储氢材料。 碳质储氢材料主要是高比表面积活性炭、石墨纳米纤维(GNF)和碳纳米管(CNT)，是最好的吸附剂，它对少数的气体杂质不敏感，且可反复使用。超级活性炭在94K、6MPa下储氢量
1.国内外研究现状和发展趋势 （1）多尺度杂化纳米抗菌材料的国内外研究进展 Ag+、Zn2+和Cu2+等金属离子具有抗菌活性，且毒性小、安全性高而被广泛用作抗菌剂使用。但是，由于其存在易变色、抗菌谱窄、长效性差、耐热性和稳定性不好等缺点而成为其进一步发展的障碍。相比而言，纳米银、纳米金、纳米铜、纳米氧化锌等纳米材料则可以在一定程度上克服这些问题。例如纳米银，在抗菌长效性和变色性方面均比银离子（多孔纳米材料负载银离子）抗菌剂有显著改善，而且其毒性也更低（Adv. Mater. 2010）；关于其抗菌机理，被认为是纳米银释放出银离子而产生抗菌效果（Chem. Mater 2010，ACS Nano 2010）。纳米金也有类似的效果（Adv. Mater. Res.2012），尽管活性比纳米银稍差，但其对耐药菌株表现出良好的抗菌活性(Biomaterials 2012)。铜系抗菌材料可阻止“超级细菌”（NDM-1）的传播（Lancet Infec.Dis. 2010）。活性氧化物是使用时间最长、使用面最广泛的一类长效抗菌剂，其中氧化锌是典型代表，特别是近年来随着纳米技术的发展，一系列低维结构氧化锌的出现，为氧化锌系抗菌材料提供了极大的发展空间，由于其良好的安全性，氧化锌甚至可用于牙科等口腔材料（Wiley Znter Sci.，2010）。本项目相关课题组多年的研究发现，ZnO的形貌差异、结构缺陷和极化率等都会影响其抗菌活性（Phys. Chem. Chem. Phys. 2008）；锌离子还可以与多种成分杂化，产生协同抗菌活性而提高其抗菌性能（Chin. J. Chem. 2008, J. Rare Earths 2011）。 利用杂化纳米材料结构耦合所带来的协同作用提高纳米材料的抗菌活性是近年来的研究热点。例如：纳米铜与石墨烯杂化体系中存在显著的协同抗菌作用（ACS Nano2010）。用络氨酸辅助制备的Ag-ZnO杂化纳米材料，表现出良好的抗菌和光催化性能（Nanotechnology 2008）；但是Ag的沉积量过大，催化活性反而有所降低（J. Hazard. Mater. 2011）。以壳聚糖为媒质，通过静电作用合成得到均匀的ZnO/Ag纳米杂化结构，结果显示，ZnO/Ag纳米杂化结构比单独的ZnO 和单独纳米Ag的抗菌活性都高，表现出明显的协同抗菌作用（RSC Adv. 2012）。Akhavan等用直接等离子体增强化学气相沉积技术，结合溶胶-凝胶技术把锐钛
新材料概论金属材料及其合金的研究进展
河南工程学院《新材料概论》考查课 专业论文 金属材料及其合金的研究进展 学生姓名： 学号：== 学院： 专业班级： 专业课程： 任课教师：
日 金属材料及其合金的研究进展 ) 摘要：金属是人们日常生活生产中最不可或缺的材料，更是人类社会进步的关键所在，本篇论文主要论述金属材料的种类、性能及在社会发展中的重要应用，并且展望金属材料在未的发展前景。 关键词：金属材料、镁合金、铝合金、记忆金属 金属材料是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。由两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的物质称为合金。工业中广泛使用的金属材料是合金，金属材料中最常用的是钢铁、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金等。现代生产生活中种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。 一、金属材料的分类 金属材料通常分为黑色金属和有色金属如图1所示 1、黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90％以上的工业纯铁，含碳2％～4％的铸铁，含碳小于2％的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。 2、有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。 3、特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。[1]金属材料按生产成型工艺又分为铸造金属、变形金属、喷射成形金属，以及粉末冶金材料。铸造金属通过铸造工艺成型，主要有铸钢、铸铁和铸造有色金属及合金。变形
中考化学金属和金属材料专题 一、金属和金属材料选择题 1．X、Y、Z三种金属及化合物间发生如下化学反应：Y+ZCl2═Z+YCl2 X+ZCl2═Z+XCl2 Y+2HCl═YCl2+H2↑ X与稀盐酸不反应．则X、Y、Z三种金属的活动性由强到弱的顺序是（） A．Z＞Y＞X B．X＞Y＞Z C．Y＞X＞Z D．Y＞Z＞X 【答案】C 【解析】 【详解】 由于Y+ZCl2═Z+YCl2，X+ZCl2═Z+XCl2，说明X和Y的活动性都比Z强；而 Y+2HCl═YCl2+H2↑，X与稀盐酸不反应，说明Y的活动性比X强，因此这三种金属的活动性由强到弱的顺序是Y＞X＞Z。 故选C 【点睛】 在金属活动性顺序中，只有氢前的金属才可以和稀酸溶液（除稀硝酸外）反应生成氢气，只有前面的金属可以把排在它后面的金属从盐溶液中置换出来，根据这一规律可以判断金属的活动性强弱。 2．下列图象能正确反映对应变化关系的是（） Mg、Zn、Fe与稀盐酸反应等质量等质量分数的 盐酸与足量的镁粉、 锌粉 将铜片加入一定量 的硝酸银溶液中 向一定质量的氯化锌 和盐酸溶液中加入锌 粒 A．A B．B C．C D．D 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】 A、根据可
知，每24份质量的镁生成2份质量的氢气，每65份质量的锌生成2份质量的氢气，每56份质量的铁会生成2份质量的氢气， Mg、Zn、Fe与稀盐酸反应时，生成等质量的氢气，需要的镁的质量最小，需要锌的质量最多，与图像不符，故A错误； B、根据可知，用等质量的相同质 量分数的盐酸分别与足量的镁粉和锌粉反应，最终生成的氢气的质量相等，镁的活动性强于锌，故对应的曲线是镁的比锌的斜率大，与图像相符，故B正确； C、根据可知，铜与硝酸银生成硝酸铜和银，每64份质量的 铜和硝酸银反应生成硝酸铜和216份质量的银，反应后固体质量会增大，不会减小，与图像不符，故C错误； D、往一定质量的ZnCl2和HC1溶液中加入锌粒，溶液的质量增加，当稀盐酸反应完全时，溶液的质量不再能增加，故D错误。故选B。 【点睛】 本题是一道图像坐标与化学知识相结合的综合题，解题的关键是结合所涉及的化学知识，正确分析各变化的过程，注意分析坐标轴表示的意义、曲线的起点、折点及变化趋势，确定正确的图像。 3．如图所示的四个图象，能正确反映对应变化关系的是（） A．水的电解 B．木炭在密闭的容器内燃烧 C．加热一定量的高锰酸钾制氧气
智能复合材料最新研究进展与发展趋势 1.绪论 智能复合材料是一类能感知环境变化，通过自我判断得出结论，并自主执行相应指令的材料，仅能感知和判断但不能自主执行的材料也归入此范畴，通常称为机敏复合材料。智能复合材料由于具备了生命智能的三要素：感知功能(监测应力、应变、压力、温度、损伤) 、判断决策功能(自我处理信息、判别原因、得出结论) 和执行功能(损伤的自愈合和自我改变应力应变分布、结构阻尼、固有频率等结构特性) ，集合了传感、控制和驱动功能，能适时感知和响应外界环境变化，作出判断，发出指令，并执行和完成动作，使材料具有类似生命的自检测、自诊断、自监控、自愈合及自适应能力，是复合材料技术的重要发展。它兼具结构材料和功能材料的双重特性。 在一般工程结构领域，智能复合材料主要通过改变自身的力学特性和形状来实现结构性态的控制。具体说就是通过改变结构的刚度、频率、外形等方面的特性，来抑制振动、避免共振、改善局部性能、提高强度和韧性、优化外形、减少阻力等。在生物医学领域，智能复合材料可以用于制造生物替代材料和生物传感器。在航空航天领域，智能复合材料已实际应用于飞机制造业并取得了很好的效果，航天飞行器上也已经使用了具有自适应性能的智能复合材料。智能复合材料在土木工程领域中发展也十分迅速。如将纤维增强聚合物（FRP）与光纤光栅（OFBG）复合形成的FRP—OFBG 复合筋大大提高了光纤光栅的耐久性。将这种复合筋埋入混凝土中，可以有效地检测混凝土的裂纹和强度，而且它可以根据需要加工成任意尺寸，十分适于工业化生产。本文阐述了近年来发展起来的形状记忆、压电等几种智能复合材料与结构的研究和应用现状，同时展望了其应用前景。 2.形状记忆聚合物（Shape-Memory Polymer）智能复合材料的研究 形状记忆聚合物（SMP）是通过对聚合物进行分子组合和改性，使它们在一定条件下，被赋予一定的形状（起始态），当外部条件发生变化时，它可相应地改变形状并将其固定变形态。如果外部环境以特定的方式和规律再次发生变化，它们能可逆地恢复至起始态。至此，完成“记忆起始态→固定变形态→恢复起始态”的循环，聚合物的这种特性称为材料的记忆效应。形状记忆聚合物的形变量最大可为200％，是可变形飞行器
碳质储氢材料的研究进展 摘要 碳质材料由于具备质量轻、吸氢量大等优良特性，近年来引起了学者们的广泛关注。综述了碳质储氢材料的研究进展，介绍了碳质材料的储氢机理，并就近年来研究的热点探讨了影响碳质材料储氢的各种因素。最后，对碳质储氢材料的发展前景进行了展望。 关键词：碳质材料储氢储氢材料进展 Abstract Carbonaceous materials have been arousing increased research attention recently ，due to numerousadvantages such as low density and high storage capacity ．Research advances of carbonaceous materials for hydrogenstorage are reviewed ，and hydrogen storage mechanism of carbonaceous materials is introduced ．Moreover，based onrecent research highlights ，influence factors on hydrogen storage capacity of carbonaceous materials are discusseck E ventually future development of the carbon materials for hydrogen storage is prospected Key wolds ：Carbonaceous materials ,Hydrogen Storage , Hydrogen Storage Materials , Progress 、八、， 前言 能源和资源是人类赖以生存和发展的源泉。随着社会经济的发展，全球能源供应的日趋紧缺，环境污染的日益加剧，已有的能源和资源正在以越来越快的速度消耗。面对化石燃料能源枯竭的严重挑战，近年来世界各国纷纷把科技力量和资金转向新能源的开发。氢能作为一种可储可输的洁净的可再生能源，从长远上看，它的发展可能对能源结构产生重大改变。洁净无污染的氢能利用技术正在以惊人的速度发展，己引起工业界的热切关注。 氢的规模制备是氢能应用的基础，氢的规模储运是氢能应用的关键，氢燃料电池汽车是氢能应用的主要途径和最佳表现形式，三方面只有有机结合才能使氢能迅速走向实用化。但是，由于氢在常温常压下为气态，密度很小，仅为空气的1／14，故氢的储存就成了氢能系统的关键技术。
存档日期：存档编号: 北京化工大学 研究生课程论文 课程名称：材料保护学 课程代号： 任课教师： 完成日期： 专业： 学号： 姓名： 成绩：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
金属材料大气腐蚀研究进展 摘要：本文对金属大气腐蚀研究做了简介，综述了我国的大气腐蚀研究进展，并比较了国内外的发展水平。得出我国的大气腐蚀研究已经进入了世界强国之列，但是总体上与美国等发达国家有着20-30年的差距。对以后的大气腐蚀研究方面提出了展望。 关键词：金属，大气，腐蚀
大气腐蚀是指大气中的腐蚀性气体溶解在水中作用于金属表面所引起的腐蚀[1]。大气腐蚀是金属腐蚀的基本类型，几乎所有与大气接触的金属材料都会受到大气腐蚀，大气腐蚀所造成的损失约占腐蚀总损失的一半以上[2]，因此，开展大气腐蚀与防护的研究具有重要的意义。 1.金属大气腐蚀研究简介 金属的大气腐蚀是自然界中存在的最普遍的腐蚀现象，因此人们在很早以前就已经开始对它进行研究。特别是基于自然环境中的大气腐蚀现场曝晒试验直观、可靠的特点，世界各国对其都格外重视。尤其是像美国、英国和日本等工业发达的国家，早在上个世纪初就开始通过现场曝晒试验研究多种材料在自然大气环境中的腐蚀行为。相比之下，我国开展自然环境的大气腐蚀研究起步较晚，始于20世纪50年代中期，即1955年开始建立大气腐蚀曝晒试验站，但由于历史原因，发展迟缓，不具系统性，期间由于“文革”影响还中断了十几年，直到1980年才在全国范围内恢复自然环境腐蚀试验网站的建设工作[3]。我国在大气腐蚀基础研究方面在国内外发表了大量的论文，这些系列论文的发表极大的提高了我国在大气腐蚀方面的研究地位，标志着我国已经进入大气腐蚀研究强国之列，而且这方面还保持着很好的发展势头[4]。 2.大气腐蚀行为与规律若干研究进展 （1）金属材料自然环境腐蚀幂指数规律的建立和金属大气腐蚀初期行为与规律研究[5]。以黑色金属和有色金属材料在我国典型大气环境中的长期现场腐蚀试验为基础，通过数据采集、评价和综合分析，获得了金属材料在我国典型大气环境中的腐蚀速率幂函数规律和相关参数以及拟合曲线，由此建立的幂函数模型可以表征我国典型大气环境下金属材料的腐蚀规律，这一规律的确认与获得是我国材料大气腐蚀学科领域的重要进展。其模型为： D A n t 其中，D——腐蚀深度（mm）； t——暴晒试验时间（a）； A——第一年的腐蚀深度（与环境及材料有关）； n——代表腐蚀发展趋势（随钢种和环境变化极大，数值一般小于1）； 对Q235和09CuPCrNi耐候钢在模拟潮湿和湿热大气环境中的腐蚀初期行为；铝合金AZ91D镁合金在模拟大气环境中的腐蚀初期行为与机理；Q235、09CuPCrNi耐候钢、铝合金AZ91D镁合金在单一SO2、CO2、NaCl沉积污染状况下和SO2、CO2、NaCl沉积复合污染下的腐蚀初期行为与机理等进行了系统研究，得到了一系列结果，发表在国内外学术刊物上。
第八单元 金属和金属材料专题训练 专题一金属活动性顺序及其应用 题型一依据现象对几种金属活动性顺序的判断 1. X 、Y 都能与稀硫酸反应放出氢气而 Z 不能；Y 能从X 的盐溶液中置换出 X 。则他们的金属活动性顺序为（ ） A. X ＞Y ＞（H ）＞Z B . Y ＞X ＞（H ）＞Z C . X ＞Z ＞（H ）＞Y D . Y ＞（H ）＞X ＞Z 2?将甲、乙两种金属片分别放入硫酸铜溶液中，甲表面析出铜，乙没明显现象，据此判断，三种金属活动性顺序是 A .甲 >铜 > 乙 B. 乙 ＞铜＞ 甲 C. 铜 ＞ 甲＞乙 D .甲 ＞乙＞铜3 .金属Ni 、Mn 分别放入其他三种金属 X 、Y 、Z 的盐溶液中，反应的结果和有无金属析出的情况如下表所示，他们 4. X 、Y 、Z 、W 是四种不同的金属，为比较金属活动性强弱，某同学利用这四种金属单质、盐酸、 Z 的硝酸盐、 的硝酸盐进行有关实验。结果如下表（能发生置换反应的记为“V”不能反应的记为“一”无标记的表示未作实验）。 题型二根据金属活动性顺序判断金属与化合物溶液反应后滤渣滤液的成分 5. 在氧化铜和铁粉的混合物中加入一定量的稀硫酸， 反应完全后滤出不溶物， 再向滤液中加入一块薄铁，足够时间后, 铁片上无任何变化。据此，你认为下列实验结论不正确的是（ ） A .滤液中一定含有硫酸亚铁，不可能含有硫酸铜和硫酸 B .滤出的不溶物中有铜，也可能有铁 C .滤出的不溶物中一定有铜，但不可能有铁 D .如果滤出的不溶物有铁，则一定有铜 6. 在氯化铜和氯化亚铁的混合溶液中加入一定量的镁粉，充分反应后过滤，向滤出的固体中滴加稀盐酸，没有气泡产 生。下列判断正确的是（ ） A .滤出的固体中一定含有铜，可能含有铁和镁 B .滤出的固体中一定含有铜，一定不含铁和镁 C .滤液中一定含有氯化镁和氯化亚铁，可能含有氯化铜 D .滤液中一定含有氯化镁、氯化亚铁、氯化铜 7. 往AgN03和ZnS04的混合溶液中加入过量的铁粉，充分反应后过滤，则滤渣中一定存在的金属是（ ） A . Ag 和 Fe B . Ag C . Ag 、Fe 和 Zn D . Ag 和 Zn &化学兴趣小组对金牌中金属成分提出猜想。 甲同学认为是由金银合金制成； 乙同学认为是由黄铜 （铜锌合金）制成。 为了验证他们的猜想哪个可能正确，进行如下实验：取制造这种金牌的材料粉末少量，加入试剂 X ，则X 不可以是下 列试剂中的（ ） A .硫酸锌溶液 B .盐酸 C .硫酸铜溶液 D .硝酸银溶液 9. 已知铜铁均能与 FeCl 3溶液反应，反应方程式分别为： Cu + 2FeCb 2FeCb + CuCl 2, Fe + 2FeCb^ 3FeCl 2, 现将一包铜、铁的混合粉末加入到盛有 FeCl 3溶液的烧杯中，充分反应后烧杯中仍有少量固体，关于烧杯中物质组成的 说法正确的是（ ） A .溶液中一定含 FeCl 3,固体一定是铁和铜 B .溶液中一定含 FeCl 2，固体一定含铜 C .溶液中一定含 FeCl 2、CuCl 2，固体一定含铜 D .溶液中一定含 FeCl 2，固体一定是铁和铜 10 .在C U （NO 3）2、AgNO 3和Zn （NO 3）2的混合溶液中加入一定量的铁粉，充分反应后过滤，向滤出的固体中滴加稀硫 酸，有气泡 产生，则滤出的固体中一定含有 _____________________________________________________________ ,滤液中一定含有的溶质的化学 式为 ____________________________________________________________________ ，上述过程中所发生的有关反应的化学方程式为 ______________________________________________________ （写出一个即可） 题型三设计实验判断或验证金属活动性顺序 11.只用一种试剂就能一次判断金属锌、铜、银的活动性顺序，这种试剂是（ ） 的金属活动性由强到弱的顺序为（ A . X Mn Y Ni Z B . Z Ni Y Mn X C . Z Mn Y Ni X D . X Mn Ni Y Z 这四种金属的活动性顺序为（ ） A. X>W>Y>Z B. X>Y>W>Z C. W>X>Y>Z
电致变色材料研究进展 摘要电致变色材料是目前公认的最有发展前途的智能材料之一。本文简述了电致变色机理及特点，简要介绍了无机电致变色材料（WO3）和有机电致变色材料（氧化还原型化合物、金属有机螯合物、导电聚合物）这两种不同类型的变色材料，电致变色材料的应用前景和发展方向及其研究现状。 关键词电致变色无机电致变色材料有机电致变色材料应用现状 变色现象是指物质在外界环境的影响下，而产生的一种对光的反应的改变。这种现象普遍存在于自然界中，比如变色龙，它的体色会随着周围环境的变化而改变。人们感兴趣的是一类具有可逆变色现象的物质，即可利用一定的外界条件将它们的颜色进行改变并且在另外一种条件下将其还原。目前发现的变色现象主要有4 类: 电致变色、光致变色、热致变色和压致变色，其中又以电致变色研究得最为深入。 电致变色是指在外接电压或者电流的驱动下，物质发生电化学氧化还原反应而引起颜色变化的现象。即在外加电场作用下，物质的化学性能（透射率、反射率等）在可见光范围内产生稳定的可逆变化。其主要特点有以下几点：( 1) 电致变色材料中电荷的注入与抽出可以通过外界电压或电流的改变而方便地实现，注入或抽出电荷的多少直接决定了材料的致色程度，调节外界电压或电流可以控制电致变色材料的致色程度; ( 2) 通过改变电压的极性可以方便地实现着色或消色; ( 3) 已着色的材料在切断电流而不发生氧化还原反应的情况下，可以保持着色状态，即具有记忆功能。因此，电致变色材料应满足以下各个方面的要求: (1) 具有良好的电化学氧化还原可逆性; (2) 颜色变化的响应时间快; (3) 颜色的变化是可逆的; (4) 颜色变化的灵敏度高; (5) 有较高的循环寿命; (6) 有一定的记忆存贮功能; (7) 有高的机械性能和化学稳定性; (8) 有合适的微观结构。 自1969 年Deb 发现非晶WO3薄膜具有电致变色效应以来，电致变色薄膜材料以其特殊的性能成为了材料研究的热点之一，并且取得了一定的成果。70 年代电致变色器件的问世，80 年代美国科学家研究的“灵巧窗”都是在电致变色材料研究领域的重大突破。此后，人们又逐渐发现了其它一些电致变色材料，可以分为无机电致变色材料和有机电致变色材料。无机电致变色材料的性能稳定, 其光吸收变化是由于离子和电子的双注入和双抽出而引起的。有机电致变色材料的色彩丰富, 易进行分子设计, 其光吸收变化来自氧化还原反应。 无机电致变色材料 无机电致变色材料多为过渡金属氧化物或其衍生物。这是由于过渡金属元素在d 轨道有未成对的单电子存在。过渡金属元素离子一般易于着色, 且基态与激发态能量差较小。氧化物中金属的电子层结构不稳定, 在一定的条件下价态发生可逆转变, 形成混合价态的离子共存状态, 其颜色随离子价态和浓度的变化而变化。依据变色特性, 又可分为阴极电致变色材料和阳极电致变色材料。 1、阴极电致变色材料 在高价氧化状态无色, 在低价还原状态着色的电致变色材料称为阴极电致变色材料, 主要包括?B 族的WO3、MoO3 及其混合材料, 以及V2O5、Nb2O5、TiO2、BiO3等。其中，最典型的就是WO3，它是最早被发现具有电致变色特性的，也是研究得最为广泛和深入的一
半导体纳米材料研究进展与应用 摘要: 介绍了半导体纳米材料的研究进展、制备方法的若干进展和应用前景。 关键词: 半导体纳米材料研究进展应用 1引言 20 世纪是物理学推动高新技术飞速发展的世纪, 人类已从控制与利用大量微观粒子系统的时代进入了控制与利用单个微观粒子的时代。纳米技术是世纪之交发展起来的新技术, 是在0.1～100nm 尺度空间内, 研究电子、原子和分子运动规律和特性的崭新的高技术科学Z。它的目标是人类按照自己的意志直接操纵单个电子、原子等粒子, 制造出具有特定功能的产品.目前, 人们已制造了各种各样的纳米材料, 例如: 纳米金属材料、纳米半导体材料、纳米氧化物材料、纳米陶瓷材料、纳米有机材料等. 其中半导体纳米材料对未来社会信息化的产生有至关重要的影响. 2半导体纳米材料 相对于金属材料而言, 半导体中的电子动能较低, 有较长的德布罗意波长, 因而对空间的限制比较敏感. 电子的德布罗意波长入与其动能 E 的关系为入=h^2/在纸上(其中m*是半导体中电子的有效质量, h 是普朗克常量) 。当空间某一方向的尺度限制与电子的德布罗意波长可比拟时, 电子的运动就会受限, 而被量子化地限制在离散的本征态, 从而失去一个空间自由度或者说减少了一维。因此, 通常在体材料中适用的电子的粒子行为在此材料中不再适用, 这种新型的材料称为半导体低维结构, 也称为半导体纳米材料【1】。 1966 年, Fuou ler 等人[2]首次令人们信服地证实了在Si/S iO 2 界面处存在二维电子气,从此拉开了半导体低维结构研究的序幕. Si-MO SFET[3]可以认为是对载流子实现一个维度方向限制最早的固体结构.在这个系统中, 由于Si 和SiO 2 界面导带的不连续, 形成一个三角势阱, 将电子限制在其中, 使其既不能穿过氧化层, 也不能进入Si 的体内, 电子的运动被限制在二维界面内. 随着微加工技术的发展和分子束外延技术(MBE )、金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)、液相外延(L PE)、气相外延(V PE)等技术的应用, 人们可以制造出更多的二维电子气系统Z 它是由两种具有不同带隙的半导体材料构成, 一般要求这两种材料结构相同, 并且晶格常量接近, 以获得原子级光滑的界面。MBE 和MOCVD 的一个重要特征是可以制备量子尺寸的多层结构, 其控制精度可达单原子层量级〔4〕。这些结构可分为量子阱(QW ) 和超晶格(SL ) 。1970 年, Esak i 和T su 〔5〕在寻找具有负微分电阻的新器件时, 提出了全新的“半导体超晶格”概念Z 如果势垒层厚度足够宽, 使得相邻阱内电子波函数没有相互作用, 即被称为量子阱.反之, 如果相邻阱内电子波函数有较强的相互作用, 即相当于在晶格周期场上叠加一个多层结构的超晶格周期场, 则被称为超晶格。从此, 对半导体量子阱和超晶格等半导体微结构的材料和器件的研究成为近20 多年来半导体物理学中最重要、最活跃的研究领域之一。 1978 年D ingle〔6〕等人对异质结中二维电子气沿平行于界面的输运进行了研究, 发现了电子迁
金属材料疲劳研究综述 摘要：人会疲劳，金属也会疲劳吗？早在100多年前，人们就发现了金属也是会疲劳的，并且发现了金属疲劳带给人们各个方面的危害，所以研究金属材料的疲劳是非常有必要的。本文主要讲述了国内外关于金属疲劳的研究进展，概述了金属产生疲劳的原因及影响因素，以及金属材料疲劳的试验方法。 关键词：金属材料疲劳裂纹疲劳寿命 一．引言 金属疲劳的概念，最早是由J．V．Poncelet 于1830 年在巴黎大学讲演时采用的。当时，“疲劳”一词被用来描述在周期拉压加载下材料强度的衰退。引述美国试验与材料协会( ASTM) 在“疲劳试验及数据统计分析之有关术语的标准定义”( EZ06-72) 中所作的定义: 在某点或某些点承受挠动应力，且在足够多的循环挠动作用之后形成裂纹或完全断裂时，材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程，称为“疲劳”。金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。在材料结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下材料和结构的破坏现象，就叫做金属的疲劳破坏。据统计金属材料失效80%是由于疲劳引起的，且表现为突然断裂，无论材料为韧性材料还是塑性材料都表现为突然断裂，危害极大，所以研究金属的疲劳是
非常有必要的。 由于金属材料的疲劳一般难以发现，因此常常造成突然的事故。早在100多年以前，人们就发现了金属疲劳给各个方面带来的损害。由于但是条件的限制，还不能查明疲劳破坏的原因。在第二次世界大战期间，美国的5000艘货船共发生1000多次破坏事故，有238艘完全报废，其中大部分要归咎于金属的疲劳。2002 年 5 月，华航一架波音747-200 型客机在由台湾中正机场飞往香港机场途中空中解体，19 名机组人员及206名乘客全部遇难。调查发现，飞机后部的金属疲劳裂纹造成机体在空中解体，是导致此次空难的根本原因。直到出现了电子显微镜之后，人类在揭开金属疲劳秘密的道路上不断取得了新的成果，才开发出一些发现和消除金属疲劳的手段。 二．金属疲劳的有关进展 1839年巴黎大学教授在讲课中首先使用了“金属疲劳”的概念。1850一1860年德国工程师提出了应力-寿命图和疲劳极限的概念。1870一1890年间，Gerber研究了平均应力对疲劳寿命的影响。Goodman提出了考虑平均应力影响的简单理论。1920年Griffith发表了关于脆性材料断裂的理论和试验结果。发现玻璃的强度取决于所包含的微裂纹长度，Griffith理论的出现标志着断裂力学的开端。1945年Miner用公式表达出线性积累损伤理论。五十年代，力学理论上对提出应力强度因子K的概念。六十年代，Manson—Coffin公式概括了塑性应变幅值和疲劳寿命之间的关系。Paris在1963年提出疲劳裂纹扩展速率da／dN和应力强度因子幅值?k之间的关系。1974年，美
金属和金属材料 1．下列有关合金的说法错误的是( ) A．生铁是一种铁的单质 B ．黄铜的硬度比纯铜的硬度大 C．钢是一种混合物 D ．焊锡的熔点比纯锡的熔点低 2．下列物质不属于合金的是( ) A．生铁 B ．钢 C ．黄铜 D ．C60 3. 下列环境中，铁钉表面最容易产生铁锈的是( ) A．在稀盐酸中 B ．在潮湿的空气中 C ．在干燥的空气中 D ．浸没在植物油中4. 下列属于置换反应的是( ) A．HCl＋NaOH===NaCl＋H2O B．2KMnO 4==△=== K2MnO4＋MnO2＋O2↑ C．H2＋CuO==△=== Cu＋H2O D．2Mg ＋O2=点==燃== 2MgO 5. 下列四个实验中只需要完成三个就可以证明Zn、Cu、Ag 三种金属的活动性顺序，其中不必进行的实验是( ) A．将锌片放入稀硫酸 B ．将铜片放入稀硫酸C．将铜片放入硝酸银溶液 D ．将锌片放入硝酸银溶液 6. 以下实验能比较出铜和银的金属活动性强弱的是( ) A．测定两金属的密度 B ．铜片放入硝酸银溶液中 C．将两种金属相互刻画 D ．铜片、银片分别放入稀硫酸中 7. 将适量的铜粉和镁粉的混合物放入一定量的硝酸银溶液中，充分反应后过滤，得到固体物质和无色滤液，则关于滤出的固体和无色滤液的下列判断正确的是( ) A．滤出的固体中一定含有银和铜，一定不含
镁B．滤出的固体中一定含有银，可能含有 铜和镁 C．滤液中一定含有硝酸银和硝酸镁，一定没有硝酸铜 D．滤液中一定含有硝酸镁，一定没有硝酸银和硝酸铜 8. 把某稀硫酸分为等体积的两份，放入两个烧杯中，分别加入等质量的甲、乙两种金属，反应后金属都没有剩余，产生H2 的质量随时间变化的趋势如图所示。下列说法正确的是( ) A．反应消耗等质量的金属 B ．甲的反应速度比乙快 C．反应消耗等质量的硫酸 D ．甲的活动性比乙强 9. 金属M与AgNO3溶液反应的化学方程式为M + 2AgNO3 M(NO3) 2+2Ag。下列说法不正确的是( ) A.该反应属于置换反应 B. 金属M可能是铝 C.M的金属活动性比Ag 强 D. 反应前后M的化合价改变 10. 将一根洁净的铁钉放入稀硫酸中, 下列预测可能不正确的是( ) A.铁钉表面将产生气泡 B. 铁钉表面将很快出现铁锈 C.溶液由无色变为浅绿色 D. 溶液质量将增加 11. 利用铝合金代替铝制钥匙，主要利用铝合金的大.