功能材料概述及环境功能材料的应用研究
摘要
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。本篇综述简单介绍了功能材料的基本性能、特点并列举了环境功能材料的应用研究。
关键词：功能材料性能特点应用功能材料环境
1. 前言
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。因此，现在称材料、信息和能源为现代文明的三大支柱，又把新材料、信息和生物技术作为新技术革命的主要标志。
材料的发展虽然历史悠久，但作为一门独立的学科始于20世纪60年代。材料的研究和制造开始从经验的、定性的和宏观的向理论的、定量的和微观的发展。20世纪70年代，美国学者首先提出材料科学与工程这个学科全称。1975年美国科学院发表的《材料与人类》专著中，对材料科学与工程定义为：探索和应用材料的成分、结构、加工和其性质与应用之间关系的一门学科。
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。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。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。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。功能材料迅速发展是材料发展第二阶段的主要标志，因此把功能材料称为第二代材料。
2. 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料。
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. 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:
（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。
4环境功能材料的应用
环境功能材料主要是指具有独特的物理、化学、生物性能，并有优良的环境净化效果的新型材料。它们可以在经典工艺中发挥重要作用，也可以为人类提供新的环境工艺。这些材料在受到越来越多的研究人员关注的同时，也在环境工程上表现出其独特的价值。
4.1沸石在废水除磷中的应用
沸石是一族含水的碱或碱土金属铝硅酸盐矿物，是当今世界各国十分重视的新兴矿产资源。沸石具有开放式的结构，晶格内部有很多大小均一的孔穴和通道，在孔穴和通道中存在许多沸石水，当水分子被除去后，就形成了一个个内表面很大的孔穴，孔穴通过开口的通道彼此相连，使得沸石的表面积巨大，可达400—800m2/g，具有良好的吸附性能。沸石表面还具有很大的色散力和较大的静电力，
故其吸附力特别强大。因此，沸石可作为优良的吸附剂用于废水处理中。张兰泉等的研究表明，沸石吸附剂对水中磷有良好去除性能，除磷容量可达15mg/g以上。刘远金研究了天然沸石对生活污水中氮磷的去除效果。结果表明，沸石有降低总氮、氨氮、总磷和无机磷的作用，其降低程度随沸石用量的增多而加大，粉状沸石除氮磷的效果在10d左右较佳。
天然的沸石矿物其孔道多含沸石水及其它杂质形成堵塞，并且相互连通的程度也较差。将天然沸石直接加以使用，其吸附能力往往达不到要求。因此对天然沸石进行活化处理以提高吸附能力是有必要的。
天然沸石改性处理制成污水吸附剂，动态处理氨氮的一次去除率达82％，对磷的一次去除率达79％以上，COD下降78％以上。很多研究认为，天然沸石经镁、铝化合物活化制得的新型吸附荆，对废水中的磷酸根有良好的吸附去除性能。
4.2环境功能材料改性粉煤灰的制备及应用
为了实现粉煤灰和酸洗废液的资源化，利用酸洗废液对粉煤灰进行改性处理后，制成具有除磷功能的环境功能材料。按固液比(质量：体积)为2:l、1:l、1:2的比例分别将lOOg粉煤灰加入到50、100、200ml的酸洗废液中，在室温下充分混合反应30min，静置30min，过滤后的粉煤灰烘干备用，制得3种改性粉煤灰：A(固液比为2：1)、B(固液比为1：1)、C(固液比为1：2)。A、B、C 3种酸洗废液改性粉煤灰。在pH为4～l0的范围内均
3－浓度为0.05—具有很高的去除率为98.15％～99.79％，处理后水PO
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0.45mg/L，均低于0.5mg/L，达国家污水磷排放一级标准(GB8978—1996)。
4.3新型碳材料在处理水体中痕量污染物方面的应用
碳材料是与人类文明进步息息相关的重要材料之一，各种不同形态的碳单质及碳化合物在人类发展中做出了巨大的贡献。因为传统的活性炭材料有明显的缺陷，如吸附容量小，竞争物质多，再生性能差，对短链有机物吸附效果差，所以传统活性炭材料在应对痕量污染物时效果并不理想。但是碳材料尤其是纳米碳材料，因其优异的吸附性能和催化性能，在人们不断深入研究下获得了应对痕量污染物的新活力，另一方面，新型的高分子吸附材料也日益受到关注。
新型碳材料主要包括碳纳米管（Carbon nanotubes，CNTs）、纳米活性炭纤维（Activited nanoporous carbon fibers , ACF）等。这些新型纳米材料在水体中痕量污染物的控制上取得了较好的效果。
ACF是一种以有机纤维为前躯体通过不同途径制得的新型功能性纤维，具有良好的成型性、耐酸碱、化学稳定性好，ACF独特的孔结构、孔分布使之成为了极佳的吸附剂。ACF对于痕量三氯乙烯（TCE，质量浓度1500μ
g/L）的吸附可达99％（＜5μg/L），对于痕量除草剂莠去津（120μg/L）的去除率也达到99％（＜1μg/L），而普通颗粒活性炭的去除率都只有80％左右。
CNTs是由碳六元环构成的类石墨平面卷曲成的无缝筒状的纳米级中空管，其尺寸小、力学强度高、比表面积大、耐酸、耐碱、化学稳定性高、界面效应强，是一种良好的吸附剂和催化剂。有报道研究了CNTs对水溶液
中微量Pb２＋、Cu２＋、Cd２＋等无机离子的吸附效果，结果表明CNTs对Pb２＋、Cu２＋、Cd２＋等无机离子的比表面积吸附量是活性炭的十几倍甚至几十倍。
4.4利用廉价可再生的环境功能材料处理废水中重金属离子
4.4.1矿物材料
由于矿物材料具有良好的离子交换性能、表面吸附性能以及化学活性等，具有很强的吸附能力，如沸石、硅藻土、膨润土、凹凸棒石等。因此，在废水重金属净化方面得到了较快的发展。
（1）沸石。沸石具三维结构，所以具有较大的空隙，被最早用于治理重金属污染的矿物材料，不仅吸附能力强，而且操作简单，可循环利用。álvareze-Ayuso 等采用天然斜发沸石和合成沸石对含 Cr(III)、Ni(II)、Zn(II)、Cu(II)和 Cd(II)的电镀废水进行了处理，发现合成沸石对电镀废水中重金属离子具有较强的净化能力。S.Mymslav用斜发沸石对Pb2+、Cu2+、Ni2+和Cd2+进行选择性吸附。结果表明：对Cd2+的最大吸附量为4.22mg/g；对Pb2+、Cu2+和 Ni2+的最大吸附量分别为27.7、25.76 和13.03mg/g。万东锦等考察了3种不同硅铝比的ZSM-5沸石分子筛( 25H、38H 和50H，25、38和50为硅铝比)对水中铜离子的吸附及其影响因素，结果表明，3种沸石分子筛都可以去除水中铜离子。
（2）硅藻土。硅藻土的壁壳上有大量微孔，且孔径大、孔容大，比表面积大，吸附性能强。罗道成等改性天然硅藻土，静态吸附条件下，研究改性硅藻土对铅离子、铜离子、锌离子的吸附效果及条件；并探讨了改性硅藻土对铅离子、铜离子、锌离子的解吸再生条件；电镀废水经改性硅藻土处理后，重金属离子的含量低于排放标准。Y.Al-Degs 等研究天然硅改性硅藻土对Pb(II)的吸附，吸附容量分别为24mg/g和99mg/g。藻土和MnO
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郭晓芳等对有机高温改性前后的硅藻土对铜离子、铅离子、锌离子的吸附能力进行了研究，发现改性后的硅藻土对三种元素的饱和吸附量达到71.5、87.6、60.8mg/g。张烨等利用钡盐改性硅藻土，并吸附模拟含铅废水，分析钡盐浓度、pH、投加量、模拟废水的初始浓度以及吸附时间的影响；表明当 0.20mol/L钡盐改性硅藻土，在 pH=7.0、2g投加量、模拟含铅废水的初始质量浓度为200mg/L、吸附1 h 后，模拟废水中铅浓度符合排放标准。
（3）膨润土。膨润土的主要成分是蒙脱石，三层状铝硅酸盐矿物，一个铝(镁)氧(氢氧)八面体层由两个硅氧四面体层包围。蒙脱石这种晶胞层状结构与一些阳离子作用不牢靠，很容易与其它阳离子发生交换，因此蒙脱石具有很好的离子交换性。A.Kapoor 将膨润土制成表面积为 200m2/g 的球状珠粒，在 pH 为 4.5～6.9 时，对 Cd2+、Cu2+进行吸附，吸附量最大分别到 23.81、13.15mg/g。R.Naseem 等将膨润土经 150～200℃活化后，对 Pb2+的去除率达 96%以上。罗道成等采用天然膨润土和经高温处理、酸改性、离子交换处理等改性后的膨润土，对含铅离子、三价铬离子和镍离子的电镀废水进行了吸附，结果发现，改性膨润土处理后的电镀废水中，
铅离子、三价铬离子和镍离子的含量显著低于排放标准。刘秀珍等通过等温吸附试验，研究了膨润土对镉离子的吸附，并和土壤对镉离子的吸附进行比较，研究表明：随溶液中镉离子浓度的增大，膨润土和土壤对镉离子的吸附量增大，吸附率随镉离子浓度的升高而降低，膨润土对镉有很好的吸附效果，可用于治理重金属离子的污染。
（4）凹凸棒石。独特的层链状结构特征，晶体中含有的 Al3+、Na+、Fe3+、Ca2+，以上特征使得凹凸棒石有很强的吸附能力。刘云等用酸化凹凸棒石黏土对含 Cr6+电镀废水进行了处理，发现处理后的废水中 Cr6+达到相应的排放标准。郭迎卫等采用络合剂 EDTA 改性凹凸棒石，研究表明：经EDTA 改性的凹凸棒石黏土对 Mn2+具有很好的吸附效果。
4.4.2生物材料
当前，寻找高效可以替代的生物吸附材料是国内外很多研究者的热点。生物吸附就是利用生物体吸附水中重金属离子，以达到去除重金属离子的技术是生物吸附。生物吸附包括胞外的被动吸附和胞内的主动吸附。由于生物体结构的复杂性，生物吸附法机理还未完全明确。生物吸附材料主要包括微生物、动植物、纤维素、壳聚糖等。
(1)微生物
微生物作为吸附材料，一种特殊的离子交换剂，起作用的是活性细胞。光合细菌球形红细菌(Rhodobacter sphaeroides)H 菌株在最佳条件下对低浓度镉离子溶液去除率为85％以上。研究发现克劳氏芽孢杆菌(Bacillus clausii S-4)可以有效吸附水溶液中的锌离子，在 pH=4.5 时，吸附平衡时间约为 30 分钟，吸附量为 57.5 mg/g；由分析可知菌体表面上的化学官能团和金属离子发生了明显的变化，-OH、-COOH、-CO-NH-、-C6H5等官能团可能参与了吸附过程。B.Petr 用白腐菌(P.chrysosporium)吸附重金属，对Cd2+、Cu2+、Hg2+、Ni2+和 Pb2+的最大吸附量分别为 110、60、61、56 和108mg/g，并且不同菌株的白腐菌对不同的重金属离子的吸附量也不同，因此不同重金属废水可以用不同的白腐菌菌株吸附。Tamer Akar 和 Sibel Tunali研究了黄曲霉(Aspergillus flavus)从水溶液中吸附Pb2+和 Cu2+的吸附性能，发现当 pH 为 5.0±0.1 时，Pb2+、Cu2+的最大吸附量为 13.46±0.99 、10.82±1.46 mg/g，用氢氧化钠和甲亚砜对黄曲霉进行处理是可行的。
(2)藻类
藻类是光合自养型生物，可以生物富集很多重金属离子。Shaik Basha 和MurthyZVP考查了经化学改性的褐藻(Cystoseira indica)对六价铬离子吸附动力学模型，结果表明吸附迅速，在2h内可以达到最大吸附量。Romera E 等研究了6种不同的藻类(蓝藻、红藻和褐藻等)对水溶液中 Cd2+、Ni2+、Zn2+、Cu2+和 Pb2+的吸附性能，实验结果表明吸附 Cd2+、Ni2+、Zn2+的最佳 pH 为 6.0，而吸附 Cu2+和 Pb2+的最佳 pH＜5.0。Herrero R 等研究了红藻(Mastocarpus stellatus)对 Cd2+污染的修复，实验结果表明2 min 后 Cd2+可被吸附 50％，9min 后可被吸附 90％。张秀红等以螺旋藻 FACHB-439作为生物吸附剂吸附水中的 Hg，研究发现吸附前藻粉
的复水处理，可以缩短达到最高吸附率的时间。
(3)动植物废弃物
动植物吸附材料主要是螃蟹壳、蛋壳、花生壳、玉米芯、锯末、茶废弃物、秸秆、橘皮等动植物废弃物。Dahiya S等采用处理过的槟榔壳和蟹壳吸附含Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的溶液，达到平衡后，槟榔壳对Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的吸附量为18.33—044mg/g和17.64—0.31mg/g，蟹壳为19.83±0.29mg/g和38.62—1.27mg/g。W．L等用烟草茎吸附Pb2+，结果显示，用8g烟草茎分别处理浓度50、30和l0mg/L的Pb2+溶液，120min后，去除率分别达到90.43％、92.10％和94.37％。郭学益等用丙酮和硫酸缩合改性柿子粉，研究了柿子粉吸附Cd (Ⅱ)的影响因素、等温吸附模型和动力学模型；结果显示：改性后的柿子粉吸附重金属离子的官能团增加；柿子粉对Cd (Ⅱ)的吸附过程可以用准二级动力学方程很好地描述；吸附等温线均符合Langmuir和Freundlich方程。
(5)壳聚糖
壳聚糖是甲壳素的衍生物。壳聚糖分子中含有许多氨基和羟基，可与大多数过渡金属离子形成稳定的螯合物，因此壳聚糖对 Mn2+、Cu2+、Pb2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+和Ag+等金属离子都有很强的去除能力。Fei Zha 等将 1，6 一环己二异氰酸酯交联的β一环糊精负载到戊二醛改性的壳聚糖上并制成微球，该微球在 30℃的碱性水体中吸附性能好。P．Baroni 等分别考察了壳聚糖膜和交联壳聚糖膜(分别用戊二醛和表氯醇作为交联剂)对4.8～l9.2 mmol/L Cr(Ⅵ )的吸附，由结果可知：交联壳聚糖膜对Cr(Ⅵ )的吸附容量明显高于壳聚糖膜：表氯醇交联壳聚糖膜在 pH 为 6 时对铬的吸附容量最大，但用NaCl 溶液进行洗脱实验时发现，pH=2 时洗脱率最高，因而 pH=2 时最有利于交联壳聚糖对铬离子的去除；经过多次吸附/解析循环使用，其吸附性能基本没有发生变化。
为了提高壳聚糖在废水稳定性和对重金属离子的选择吸附，近年来，对改性壳聚糖的研究越来越多。G．L．Rorrer 等将利用戊二醛改性球形壳聚糖，改性后的球形壳聚糖具有一定的磁性，同时表面积比壳聚糖薄片大 100 倍，研究得出：该壳聚糖对 Cd2+的最大吸附量为 518mg/g。
5结语
人口膨胀、资源短缺、环境恶化已是阻碍人类社会可持续发展的三大世界性问题。人口爆炸式膨胀及社会经济的不断发展,使生活及生产过程产生的废水、废气、废渣与日俱增,既对社会经济发展构成越来越严重的威胁,也危及人类自身的生存和发展。特别值得注意的是,本来紧缺的淡水资源在被大量消耗的同时又遭受严重污染,水量与水质型缺水己在我国同时显现,水体污染的控制与治理己成为举世瞩目的重大课题,新型、高效的水处理材料与工艺则成为各国政府与环保界关注的焦点。因此,消耗资源和能源最少、造成的环境负担最小、具有清洁生产和循环经济特征、可保护及修复环境的具有环境意识和协调功能“环境材料,,(Eeomaterials,Envoir钊menatlConseiousnessMaetrials)受到广泛重视,而以环境污染修复为目标的环境功能材料的设计、制备与应用研究则是其研究热点之一。
功能材料的分类与应用 吉林农业大学资源与环境学院 摘要：随着时代的发展，各式各样的材料走进人们的生活中 ，功能材料也越来越多的应用到各行各业 .功能材 料已经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。 本文从功能技术材料、功能 无机非金属材料、功能高分子材料、功能晶体材料、功能复合材料、具有特殊结构的功能材料等方面对功 能材料进行了分类和描述，概述了功能材料在航天领域、环保领域以及防伪领域上的应用。 关键词：功能材料；分类；应用 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。 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。 1功能材料定义 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 2功能材料的分类 2.1功能金属材料[2] 2.1.1电性材料 包括导电材料：电阻材料，电阻敏感材料 -应变电阻、热敏电阻、光敏电阻；电热材料； 热电材料，主要用作热电偶。 2.1.2磁性材料 具有能量转换、存储或改变能量状态的功能 ，按矫顽力大小分为硬磁、半硬磁、软磁材 料3种，广泛应用于计算机、通讯、自动化、音响、电机、仪器仪表、航空航天、农业、生 物与医疗等技术领域。应用较多的有：金属软磁材料，金属永磁材料，磁致伸缩材料，铁氧 体磁性材料。 2.1.3超导材料 具有零电阻特性、迈斯纳效应、磁通量子化和约瑟夫森效应。 常规超导体；高温超导体： 镧锶铜氧化物(La - Sr - Cu - O )、钇 钡 铜 氧 化 物(YBa 2Cu 3O 7 - S 卜铋锶钙铜氧化物 (Bi -Sr - Ca - Cu- O)、铊钡钙铜氧化物(TI - Ba - Ca - Cu - O)、汞钡钙铜氧化物(Hg - Ba - Ca - Cu - O)、无限层超导体、钕铈铜氧化物 (Nd - Ce - Cu - O);其它类型超导材料：金属间化合物 (R -T - B - C)超导体，有机超导体和碱金属掺杂的 C 60超导体，重费米子超导体。 2.1.4膨胀材料和弹性材料 膨胀合金(低膨胀合金又称因瓦合金)，定膨胀合金又称封接合金、高膨胀合金，主要用 作热双金属的主动层；弹性合金 (包括高弹性合金)，主要用于航空仪表、精密仪表和精密机 械中作弹性元件，如弹簧、膜盒、波纹管、发条、轴尖等；恒弹性合金，按承载方式不同分 静态和动特殊性质，或在其作用下表现出特殊功能的材料 [1 ] 。
1.造成全球气候变暖的根源及其环境影响。 根源： 温室气体的大量排放所造成的温室效应的加剧是全球变暖的根本原因。 主要温室气体有CO2、CH4、N2O、氯氟烃（CFC），其中CO2的作用占55%、CFC占24%、CH4占15%，所以CO2的增加是造成全球变暖的主要因素。 环境影响： 1.冰川融化，淡水资源减少。气温升高所融化的冰山，正是我们赖以生存的淡水最主要的来源。我们的地下淡 水储备很大部分来自冰山融水。在气温平衡正常时，冰山的冰雪循环系统，即冰山夏天融化，流向山下，流入地下，给平原地区积累淡水，并起到过滤作用。冬天水分以水蒸气的形式回到山上，通过大量降雪重新积累冰雪，也是过滤过程。整个循环过程使得我们的淡水有了稳定平衡保障。而如今全球变暖使得冰山冰雪的积累速度远没有融化速度快，甚至有些冰山已不再积累，这就断绝了当地的饮用淡水。 2.全球气候格局改变。全球气候变暖使中高纬度地区降水增加，非洲等一些地区降水减少。有些地区极端天气 气候事件（厄尔尼诺、干旱、洪涝、雷暴、冰雹、风暴、高温天气和沙尘暴等）出现的频率与强度增加。 3.陆地干旱，粮食减少。气温升高不单会从海洋直接吸取水分，还会从陆地吸取水分，使得内陆地区大面积干 旱，从而粮食减产，饲料也同样减产。粮食和肉类食品将面临匮乏，直接威胁国家稳定。 4.海洋二氧化碳含量上升，破坏生物链。大气中二氧化碳含量上升，会导致海洋中二氧化碳含量上升，使海洋 碳酸化，这会杀死大量微生物。海洋温度上升也会破坏大量以珊瑚为中心的生物链。最底层的食物消失，使海洋食物链从最底层开始，向上迅速断裂，并蔓延至海洋以外。由于没有了食物，将有大量海洋生物，和以海洋生物为食的其他生物死亡。海洋中大量生物死亡，将会污染海洋，加速其他生物的死亡；同时释放大量温室气体，加速全球变暖，形成恶性循环。 5.一系列自然灾难增加。气温升高所带来的热能，会提供给空气和海洋巨大的动能，从而形成大型，甚至超大 型台风、飓风、海啸等灾难。台风海啸等灾难不单直接破坏建筑物和威胁人类生命安全，也会带来次生灾难，尤其是台风、飓风等灾难所带来的大量降雨，会导致泥石流、山体滑坡等，严重威胁交通安全和居民生活安全。 6.陆地干旱导致火灾频发。全球变暖导致陆地水分大量流失，不光是森林中的山火，城市中的火灾也将会非常 频繁。 7.海岸生态环境失衡。气温升高，冰川消融，海平面升高，引起海岸滩涂湿地、红树林和珊瑚礁等生态群丧失， 海岸侵蚀，海水入侵沿海地下淡水层，沿海土地盐渍化等，造成海岸、河口、海湾自然生态环境失衡，给海岸带生态环境带来灾难。 2.水体“富营养化”与人类的生存环境的关系。 1.水味变腥发臭。富营养水体中藻类多,有些能散发腥臭味,这种腥臭向水体四周的空气扩散,降低周围人们的 生活质量。 2.水体透明度降低，破坏水产资源。富营养水体中生长着以蓝藻和绿藻为优势种的大量水藻。这些水藻浮于水 表,形成“绿色浮渣”，水质变浑,透明度降低，阳光难以穿透水层，从而影响水中植物的光合作用，还可能造成溶解氧的过饱和状态，对水生动物构成危害，造成鱼类大量死亡。 3.有毒物质的释放，危害人体健康。某些藻类(如蓝藻中的丝状藻类-微囊藻属,鱼腥藻属和束丝藻属;海生腰鞭 毛目生物)能分泌、释放有毒物质,富营养化的水中含有硝酸盐和亚硝酸盐，人畜长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，会中毒致病。 4.影响供水水质并增加净水成本。湖泊常为饮用水和工业用水的水源,其富营养化后,净水厂会出现一系列问题。 (1)在藻类增殖旺期,过量藻类会堵塞水泵和管道。(2)富营养水体因缺氧而产生硫化氢、甲烷和氨等有毒有 害气体,水藻产生有毒物质。这降低了净水厂的产水率,增加了净水技术难度和成本。 5.水生生态变化。正常情况下湖泊中各种生物处于相对平衡状态,存在大量的独立种,种间关系密切,各种的数 量不多,但较稳定。水体富营养状态时,水体的正常生态平衡被扰乱,生物种明显减少,而存活生物的个体数剧增,这种物种演替降低了水生生物的稳定性和多样性,导致湖泊生态平衡的破坏。 6.促使湖泊老化。水体富营养化会加速湖泊的衰退，使之向沼泽化发展。 3.再生资源的特点与作用。理解“固体废物是放错地方的资源”。 特点： 1．再生资源的集中和分散。
《环境材料概论》复习思考题 1-1.简述材料在社会经济发展中的地位及其重要作用。 (看书用自己的话说说) 答:1、材料是国民经济和社会发展的基础和先导,与能源、信息并列为现代高科技的三大支柱。 2、 16实际以来,人类经历了两次世界范围的产业革命,均离不开新材料的开发。 3、21世纪的经济仍然是建立在物质基础之上, 随着世界经济的快速发展和人类生活水平的提高,现代社会对材料及其产品的需求增长也更加迅猛。 1-2.用自己的理解给出生态环境材料的定义。 答:1、生态环境材料是指那些具有满意的使用性能和可接受的经济性能,并在其制备、使用及废弃过程中对资源和能源消耗较少,对生态环境影响较小且再生利用率较高的一类材料。(注意:环境、使用、经济三个性能) 2、生态环境材料实质上是赋予传统结构材料、功能材料以特别优异的环境协调性的材料, 或者那些直接具有净化和修复环境等功能的材料。 1-3.生态环境材料的特征是什么? 答:从材料本身性质来看,主要特征是: 1、无毒无害、减少污染,包括避免温室效应和臭氧层破坏等。 2、全寿命过程对资源和能源消耗少。 3、可再生循环利用,容易回收。 4、材料的高使用效率等。 按照有关的研究报道和生态环境材料的要求,其特征有: 1、节约能源; 2、节约资源; 3、可重复使用; 4、可循环再生; 5、结构可靠性; 6、化学稳定性; 7、生物安全性; 8、有毒、有害替代; 9、舒适性; 10、环境清洁、治理功能。 1-4.你认为那些材料属于生态环境材料?举例说明。(举例之后还要简要说明一下) 答:比如:生态水泥、环保建材、降解树脂 环境工程材料 天然资源环境材料 电磁波防护类材料 电子功能材料领域的毒害元素替代材料 1-5.画出传统材料和生态环境材料的材料—环境系统图并说明两者的区别与联系。 2-1.材料是如何分类的?研究材料的四要素是什么? 答:根据材料的物理和化学属性分为:金属材料、非金属材料、有机高分子材料、复合材料; 研究材料的四要素是:组成、结构、加工工艺及性能与用途。 2-2.在材料的合成与加工技术工艺过程中,如何赋予其环境协调功能 ? 答:通过分析材料的环境影响特征, 得出环境负荷流动结构, 将传统的材料和产品设计方法与LCA 方法相结合, 从环境协调性的角度对材料和产品进行设计 (即环境协调性设计) , 并结合LCA 思想,从实际生产过程出发,提出切实可行的生产工艺的改进措施。对大量消耗的基础材料产业的生产等过程进行环境协调性改造, 从根本上提高资源、能源利用效率, 减少和消除污染以实现零排放工程,是材料产业环境协调性发展的治本之道。 (还要用自己的 话阐述一下) 2-3.化学元素在环境中的分布特征是什么? 答:1、普遍性 在自然界中, 构成物质的元素有 90多种, 它们不仅广泛存在于宇宙中, 而且均存在于地壳层中有矿物、岩石和土壤等构成的各种地质体中,从而体现出化学元素分布的普遍性。2、富集性
建筑材料与人居环境 ——建筑设计与人居环境 一、中文摘要： 人居环境，是我们成为人类之本。这不只因为人类有能力营建气势磅礴的建筑——因为同样动 物也能为自己搭建精巧复杂之栖息场所，还因为人 类在为自身营造居住环境的过程中充斥着与土地 和自然间若即若离的恩怨矛盾。现代生活越来越依 赖于高技术，但是还有很多因素如传统的大家庭， 正朝着中心家庭发展，独身生活形式在增多，同时 高质量的生活导致人口的老龄化、全球化的发展影 响着我们。所有这些导致生活方式的改变。如：房 子内房间数量在减少，休闲的空间增大了，人们想 拥有家庭影院、音乐室和家庭办公室，还有就是考 虑无障碍设施的房屋，所有这些不胜枚举，我们能 满足所有这些要求吗？当然可以。设计的宗旨就 是：以人为中心，满足人们的舒适，安全，快 乐和健康乃至长期的可持续发展的目标。因此，我 们需要对建筑进行设计。 关键字：建筑设计人居环境可持续发展
二、导论：伴随着社会的进步和社会的变迁，许 多新的建筑理念，建筑技术，建筑设计形式 孕育而生，以满足新的形式和新的要求，城 市规划与交通系统的设计，世界房屋设计及 趋势在不断的发生变化，以适应环境的要 求，节能技术，生态技术，绿色建筑，在建 筑物设计和城市规划中广泛的被利用和推 广。现代城市设计和房屋设计发展中面临着 许多的问题，需要进一步的研究和改善，但 没有一个设计观点和政策可是永远适合的， “以人为中心的，可持续性发展”设计思路 将长期与我们共存。 世界上正进行着许多关于房屋建设方面的新的试验研究，如节能型房屋、先进技术在房屋设计中的使用、建筑质量保证和快速建筑等方面的研究。无须置疑我们将要提高我们的房屋建设和城市规划，但没有一个设计观点和政策可是永远适合的，“以人为中心的，可持续性发展”设计思路将长期与我们共存。 三、（一）文章主体： 人和动物一样都要长时间住在某个住处。在19世纪的工业革命之后，由于人口大量涌入，有
【摘要】碳纤维的出现是材料史上的一次革命。碳纤维是目前世界首选的高性能材料，具有高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种优异性能，正逐步征服和取代传统材料。现已广泛应用于航天、航空和军事领域。世界各国均把发展高性能碳纤维产业放在极其重要的位置。碳纤维除了在军事领域上的重要应用外，在民品的发展上有着更加广阔的空间，并已经开始深入到国计民生的各个领域。在机械电子、建筑材料、文体、化工、医疗等各个领域碳纤维有着无可比拟的应用优势。 我国对碳纤维的研究由于起步较晚，技术力量薄弱，虽然碳纤维及其复合材料在我国已被纳入国家“863”和“973”计划，但总体情况不尽理想，我国仍不具备成熟的碳纤维工业化生产技术，国防和民用碳纤维产品基本依赖进口。 【关键词】碳纤维、性能、技术 碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，是由含碳量较高、在热处理过程中不熔融的人造化学纤维经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。其含碳量随种类不同而异，一般90以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工性好，沿纤维轴方向表现出很高的度，且碳纤维比重小。 1、碳纤维的化学性能 碳纤维是一种纤维状的碳素材料。我们知道碳素材料是化学性能稳定性极好的物质之一。这是历史上最早就被人类认识的碳素材料的特征之一。除强氧化性酸等特殊物质外，在常温常压附近，几乎为化学惰性。可以认为在普通的工作温度≤250℃环境下使用，很难观察到碳纤维发生化学变化。根据有关资料介绍，从碳素材料的化学性质分析，在≤250℃环境下，碳素材料既没有明显的氧化发生，也没有生成碳化物和层间化合物生成。由于碳素材料具有气孔结构，因此气孔率高达25%左右，在加热过程易产生吸附气体脱气情况，这样的过程更有利于我们稳定电气性能和在电热领域的应用。 2、碳纤维的物理性能 (a)热学性质：碳素材料因石墨晶体的高度各向异性，而不同于一般固体物质与温度的依存性，从工业的应用角度来看，碳素材料比热大体上是恒定的。几乎不随石墨化度和碳素材料的种类而化 (b)导热性质：碳素材料热传导机理并不依赖于电子，而是依靠晶格振动导热，因此，不符合金属所遵循的维德曼—夫兰兹定律。根据有关资料介绍，普通的碳素材料导热系数极高，平行于晶粒方向的导热系数可与黄铜媲美。 (c)电学性质：碳素材料电学性质主要与石墨晶体的电子行为和不同的处理温度有关，石墨的电子能带结构和载流子的种类及其扩散机理决定了上述性质。碳素材料这类电学性质具有本征半导体所具备的特征，电阻率变化主要与载流子的数量
生物资源材料与未来化学纤维工业的发展 当你从食品店买回糖果、糕点的时候，当你从服装店选购了称心服装的时候，当你从家用电器商场抬回称心电器的时候，甚至当你从菜摊上买回新鲜蔬菜的时候，带回来的包装，几乎无一例外都是塑料袋，当这些塑料袋完成了它的使命之后，如何处理就牵扯到了我们的环境保护意识和环境保护观念。当然，作为学习高分子材料与工程的一名学生，经过专业课的学习，我知道高分子已经渗透到我们的衣食住行中，正因为这样高分子的发展会给环境和人类的生存带来巨大地影响。 随着中国经济的发展，难降解的持久性有机物污染开始显现。国际上今年签署了《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》，其中确定的首批禁止使用的12种持久性有机污染物在中国的环境介质中多有检出，中国是公约的签字国。这类有机污染物具有转移到下一代体内，并在多年后显现其危害的特点，也被称为"环境激素"或"环境荷尔蒙"，危害严重。目前这类有机污染物广泛存在于工农业和城市建设等使用的化学品之中，那么天然高分子材料的经济性循环就应运而生，成为时代的宠儿，企业通过经济性循环可以追求更高的效益，最重要的是在一定程度上减轻环境的污染。 一．天然高分子材料的经济性循环 高分子材料自上世纪问世以来，因具有质量轻、加工方便、产品美观实用等特点，颇受人们青睐，广泛应用于各行各业。随着聚合物合成方法的改进，结构修饰与分子设计水平提高和共混改性技术的
完善，实现了在分子水平上研究高分子的光电、磁等行为，揭示分子结构和光电、磁等特性的关系导致更新的功能高分子材料的出现。近年来功能性高分子材料，如智能高分子材料，高性能高分子材料和环境友好高分子材料等相继问市，为高分子材料应用于大型制件和工程提供了技术支持。高分子材料包括塑料、橡胶、合成纤维。在二战以前，由于天然高分子材料来源丰富，人工合成高分子工业发展缓慢。但随着战争的爆发, 天然橡胶、棉花等天然高分子材料开始紧缺, 迫使人们去探索合成人造高分子的途径。 与此同时，高分子材料的大量使用及废弃后的不适当处置引发了诸如白色污染之类的问题制约了高分子工业的发展。况且，高分子材料的原料是石油和天然气，都是不可再生的资源。近年来，石油原料的有效开采储量迅速下降，能源价格不断上升，更加速了废旧高分子材料的资源化进程。由于高分子材料具有许多优良性能，适合现代化生产，经济效益显著，且不受地域、气候的限制，因而高分子材料工业取得了突飞猛进的发展，成为对人类最为重要的材料；但是，高分子材料的化学稳定性使其消费产物对环境造成了巨大的压力。循环利用废旧高分子材料资源化是处理废旧高分子材料、保护环境的有效途径。无论是从环境科学的原理着眼,还是从环保和节约资源的角度看,废塑料资源化不仅可以消除环境污染,而且可以获得宝贵的资源和能源,产生明显的环境效益。以下就是高分子经济性循环的几种方法，做简要介绍。 第一，物理循环利用物理回收循环利用技术主要是指简单再生利
第一章功能材料概论 功能材料的定义 功能材料指以特殊的电、磁、声、光、热、力、化学及生物学等性能作为主要性能指标的一类材料。 功能材料的特征 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，是最本质的特征。 2）功能材料的聚集态和形态非常多样化，除晶态外，还有气态、液态、液晶态、非晶态、混合态和等离子态。除三维材料外，还有二维、一维和零维材料。 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、智能化以及精细控制和检测技术。 功能材料的分类 功能材料种类繁多，涉及面广，有多种分类方法。目前主要是根据材料的化学组成、应用领域、使用性能进行分类。 按化学组成：金属功能材料、陶瓷功能材料、高分子功能材料、复合功能材料 按应用领域: 电子材料、能源材料、信息材料、光学材料、仪器仪表材料、航空航天材料、生物医学材料、传感器用敏感材料。 按使用性能：电功能材料、磁功能材料、光功能材料、热功能材料、化学功能材料、生物功能材料、声功能材料、隐形功能材料。 功能材料的现状 近几年来，功能材料迅速发展，已有几十大类，10万多品种，且每年都有大量新品种问世。现已开发的以物理功能材料最多，主要有： 1）单功能材料，如：导电材料、介电材料、铁电材料、磁性材料、磁信息材料、发热材料、热控材料、光学材料、激光材料、红外材料等。 2）功能转换材料，如：压电材料、光电材料、热电材料、磁光材料、声光材料、电流变材料、磁敏材料、磁致伸缩材料、电色材料等。 3）多功能材料：如防振降噪材料、三防材料（防热、防激光和防核）、电磁材料等。 4）复合和综合功能材料，如：形状记忆材料、隐身材料、传感材料、智能材料、显示材料、分离功能材料、环境材料、电磁屏蔽材料等。 5）新形态和新概念功能材料，如：液晶材料、梯度材料、纳米材料、非平衡材料等。 功能材料的展望 展望21世纪，功能材料的发展趋势为： 1）开发高技术所需的新型功能材料，特别是尖端领域（航空航天、分子电子学、新能源、海洋技术和生命科学等）所需和在极端条件下（超高温、超高压、超低温、强腐蚀、高真空、强辐射等）工作的高性能功能材料； 2）功能材料的功能从单功能向多功能和复合或综合功能发展，从低级功能向高级功能发展； 3）功能材料和器件的一体化、高集成化、超微型化、高密积化和超分子化； 4）功能材料和结构材料兼容，即功能材料结构化，结构材料功能化； 5）进一步研究和发展功能材料的新概念、新设计和新工艺； 6）完善和发展功能材料检测和评价的方法； 7）加强功能材料的应用研究，扩展功能材料的应用领域，加强推广成熟的研究成果，以形成生产力。 第二章贮氢材料
功能材料课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称、所属专业、课程性质、学分； 功能材料；材料物理与材料化学专业；专业必修课；54学时，3学分（二）课程简介、目标与任务； 《功能材料》具有很强的理论性和应用性。本课程除了要求学生了解所学功能材料外，还要掌握材料学基础知识，重点在于如何将所学理论知识运用到实际的功能材料中去，并了解相关功能材料的结构，性能与制备及其之间的关系。 （三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接； 先修课程要求：材料学科的基础课程，如材料科学基础，金属物理，扩散与相变等；这些先修课程介绍材料学里的最基础理论知识，本课程则深入介绍这些基础理论知识在实际功能材料中的应用 （四）教材与主要参考书 《功能材料学概论》冶金工业出版社，2006年，马如璋，蒋民华，徐祖雄 《磁学基础与磁性材料》浙江大学出版社，2006年，严密，彭晓领 《超导物理基础》北京大学出版社，1997年，伍勇，韩汝珊 《功能材料与纳米技术》化学工业出版社，2002年，李玲，向航 《块体非晶合金》化学工业出版社，2007年，惠希东，陈国良 《形状记忆合金》中国科学技术大学出版社，1993年，杨杰，吴月华 《金属氢化物的性质与应用》1986年，大角泰章著，吴永宽，苗艳秋译二、课程内容与安排 第一章第一节第二节第三节绪论 概述 功能材料的概念及分类功能设计的原理和方法
（一）教学方法与学时分配 讲授，2学时 （二）内容及基本要求 主要内容：功能材料的概念，分类； 功能显示过程，一次功能材料；二次功能材料【掌握】：功能材料的概念 【了解】：功能材料分类，功能显示过程 第二章第一节第二节第三节磁性材料铁磁学基础软磁材料 永磁材料 （一）教学方法与学时分配 讲授，10学时 （二）内容及基本要求 主要内容： 1.物质磁性的分类 2.磁化过程与技术磁参量 3.电工纯铁，硅钢；坡莫合金 4.FeNiAl和AlNiCo合金 5.Nd-Fe-B材料 【重点掌握】： 1.磁畴的运动与磁化过程 2.电工纯铁的磁时效，微观组织的变化如何影响磁性能 3.成分和微观组织的变化对硅钢软磁性能的影响 4.成分和微观组织的变化对坡莫合金性能的影响 5.磁场热处理如何影响永磁合金（FeNIAl和AlNICo）的性能 【掌握】： 基本概念和定义：磁化强度，磁感应强度，磁化率，磁导率，磁化曲线和磁滞回线，磁致伸缩，磁晶各项异性，矫顽力，磁损耗，磁能积；软磁材料的性能要求；永磁材料的性能要求 【了解】： 磁性的起源；磁性材料的稳定性；Fe-Al和Fe-Co系软磁合金；矩磁合金
生态环境材料 集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#
高分子材料论文 题目生态环境材料 学院理学院 年级 2013级 专业材料化学 姓名魏佳 学号 生态环境材料 魏佳 （甘肃农业大学理学院材料化学专业，甘肃兰州，730070） 摘要：90年代初,在可持续性发展理论和应用的推动下,国际材料界出现了一个新的领域——环境材料,在这种材料的研究和开发的过程中,既要追求良好的使用性能,又要深刻认识到自然资源的有限性和尽可能降低废弃物排放量,并在材料的提取、制备、使用直到废弃与再生的整个过程中都尽可能地减少对环境的影响。它在生产的过程中对资源和能源的消耗量比较少,废弃后能够回收再生利用的可能性比较大,其从生产使用到回收的全过程对周围的生态环境的影响也最小。因而它可以称为“绿色材料”或者“生态材料”。 关键词：环境；生态；发展；材料
生态环境材料的研究内容比较广泛,归纳起来可以概括为材料的环境协 调性评价,生态环境材料的设计,材料在制备加工中的环境协调技术包括零排 放和零废弃加工技术,以及材料在使用过程中的环境协调性技术如制备环境 协调性制品等等。具体从材料的性能上来说主要包括以下几个方面:再生利用型材料,包括再生的可以降解的塑料、在家用电器中能够加以 回收利用的电路基板,在生产和使用过程中污染较少并且能够回收再生的纸 张等。能够经自然界微生物分解或者能够自动降解的材料如新型的包装袋, 由天然材料加工成的高分子材料等。为净化环境和防止污染而设计的材料如 新型的不释放有害气体的墙体材料,高吸油性树脂等。替代传统有污染的材 料的新型材料如冰箱内的全无氟制冷剂等。与洁净能源相关并且能够利用它 们的材料,如燃料电池中的储氢材料。环境材料有区别于传统材料的特点。 环境材料的主要特点就是在保证了它们具有良好的使用功能的前提下,在其 生产、使用和回收处理过程中对资源的利用率很高并且在上面的三个过程中 对生态环境无副作用。而传统材料在上面三个方面的效果往往是比较差的。一、定义 生态环境材料应是同时具有满意的使用性能和优良的环境协调性，或者是能够改善环境的材料。所谓环境协调性是指对资源和能源消耗少、对环境污染小和循环再生利用率高。生态环境材料的研究进展将有助于解决资源短缺、环境恶化等一系列问题，促进社会经济的可持续发展。 这类材料对资源和能源消耗少、对生态和环境污染小、再生利用率高或可降解化和可循环利用，而且要求从材料制造、使用、废弃直至再生利用的整个寿命周期中，都必须具有与环境的协调共存性。因此，所谓生态环境材料实质上是赋予传统结构材料、功能材料以特别优异的环境协调性的材料，它是由材料工作者在环境意识指导下，或开发新型材料，或改进、改造传统材料所获得的。我们之所以强调它并非仅特指新开发的新型材料，并不是它的新材料体系，是因为实际上任何一种材料只要经过改造达到节约资源并与环境协调共存的要求，它就应视为生态环境材料。 这种定义、概念有助于调动更广大的材料工作者的积极性，鼓励和支持他们
1.何为材料，为何材料是人类社会生活的物质基础？ 材料是人类用于制造物品、器件或其他产品的物质。是人类要生存需要的最基本的物质生活资料。物质生产活动是人类从事其他各种社会活动的先决条件。 2.材料科学与工程的四个基本要素是什么？请说明他们之间的关系。 材料的四个基本要素：结构与成分、性质、合成与制备、用途与性能 3.复合材料设计的基本思想是什么？举一例说明。 达到功能复合，能保留原组成原料的特性，并通过复合效应得到原来所不具有的更为优越的新性能。 碳纤维复合材料制造大飞机；轮胎是由橡胶、碳黑、帘子线等材料构成的。 4.从燕子造窝到人用草拌泥造房、再到我们用碳纤维复合材料制造大飞机的过程，你得到了哪些启示？ 这些复合材料的制备都还停留在经验的层面上，而碳纤维复合材料制造大飞机虽然使用了 一贯的复合思想，但相比之下更具有系统性、科学性。如今我们创造新的复合材料不再需 要像过去一样完全依靠试错法，而有相关的理论指导，所以我们在探索新领域时可以从一些已有的思想中获取灵感，再用理论化地手段将其转化为材料科学。 5．绿色建筑的基本涵义？ 绿色建筑指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源，保护环境和减少污染，为人们提供健康、舒适和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑物。 6.建筑生态环境材料的基本涵义？生态环境材料是指那些具有良好的使用性能和优良的环境协调性的材料 7.看《终结者2》推测那个人材料的性能与特点，并推测由什么方法合成。( 描述电影中未来人
材料的特点和性能，并设想可由什么方式合成? 终结者2 中的机器人由液态金属构成，具有流动性和高强度性，韧性好，可再组合。 合成方法: 合金合成法，置于电解液中的镓基液态合金在和铝合金结合后，能长期高速运转。 8.试说明金属材料在民航飞机中的应用情况 铝合金用作承力件，钛合金用于具有一定耐热性和耐腐蚀性的板材结构件，高强度结构钢，用于前后起落架；不锈钢，用于发动机的一些装置。高温合金用于耐高温的板材结构件和螺栓，螺母等固件和排气孔的蜂窝结构 9.说明燃料电池的工作原理及其特点。 燃料电池的工作原理是通过氧化还原反应将化学能直接转化为电能。 燃料范围广，不受卡诺循环限制、能量转换效率高、超低污染、运行噪声低、可靠性高、维护方便等 10.说明质子交换膜燃料电池的特性 a.可低温运行。b ?比能量和比功率高；c?结构紧凑、质量小，水易排出。 d ?采用固态电解质不会出现变形、迁移或从燃料电池中气化，无电解液流失。e ．可靠性高，寿命长。 f .因唯一的液体是水，本质上可避免腐蚀。 11.什么是有机半导体？ 具有半导体性质的有机材料，即导电能力介于金属和绝缘体之间 12.导电机理是什么，为什么有机物能导电？含有共轭基团的有机分子之间形成连续共轭的大pai 结构，用来传导电子和空穴，然后在电场的作用下, 载流子可以沿聚合物链作定向运动,从而使高分子材料导电
功能材料概论复习资料 第三章超导材料 一 .概念 1.超过临界磁场便立即转变为正常态的超导体，称为第一类超导体。 2.在绝对零度下，处于能隙下边缘以下的各能态全被占据，而能隙上边缘以上的各能态全 空着。这种状态就是超导基态。 3.引进声子的概念后，可将声子看成一种准粒子，它像真实粒子一样和电子发生相互作用。 通常把电子与晶格点阵的相互作用，称为电子-声子相互作用。 4.产生临界磁场的电流，即超导态允许流动的最大电流，称为临界电流。 5.在处理与热振动能量相关的一类问题时，往往把晶格点阵的集体振动，等效成若干个不 同频率的互相独立的简正振动的叠加。而每一种频率的简正振动的能量都是量子化的，其能量量子 (q)就称为声子。 6.只要两个电子之间有净的吸引作用，不管这种作用多么微弱，它们都能形成束缚态，两 个电子的总能量将低于2E F。此时，这种吸引作用有可能超过电子之间的库仑排斥作用，而表现为净的相互吸引作用，这样的两个电子被称为库柏电子对。 7.库柏对有一定的尺寸，反映了组成库柏对的两个电子，不像两个正常电于那样，完全互 不相关的独立运动，而是存在着一种关联性．库柏对的尺寸正是这种关联效应的空间尺度．称为BCS相于长度。 8.对处于超导态的超导体施加一个磁场，当磁场强度高于H C时，磁力线将穿人超导体， 超导态被破坏。一般把可以破坏超导态的最小磁场强度称为临界磁场。 二 .填空 1.（电子）与（晶格点阵之间）的相互作用，可能是导致超导电性产生的根源。 2.超导体的三个临界参数为：（临界温度）、（临界磁场）（临界电流）。 3.超导材料按其化学组成可分为：（元素超导体）、（合金超导体）、（化合物超导体）。 三 .简答 1.请简述第一类超导体与第二类超导体的区别 H C0为0K时的临界磁场。当T＝T C时，＝0;随温度的降低，H C增加，至0K时达到最大值H C0。 H C与材料性质也有关系，上述在临界磁场以下显示超导性，超过临界磁场便立即转变为正常态的超导体，称为第一类超导体。
材料与环境 姓名：吴其军学号：205130130 班级：材料工程131 摘要：材料是人类赖以生存和发展的物质基础。材料与我们的生活息息相关，无论是吃穿住行，我们都离不开对材料的应用，材料的应用的改变和研制正式是社会发展的基础。但是我们不得不看到由于材料的生产、制造、使用和废弃，也对人类环境带来了称重的负担，因此使得全世界的人们不得不重新审视材料与生态环境的关系。 关键词：材料环境可持续发展 一、材料的发展 材料发展的历史从生产力的侧面反映了人类社会发展的文明史，因此历史学家往往根据当时有代表性的材料将人类社会划分为石器时代、青铜器时代和铁器时代等。公元前6000年，人类发明了火，掌握了钻木取火的技术。有了火，不仅可以熟食、取暖、照明和驱兽，还可以烧制陶器。陶瓷材料的发明和应用，创造了新石器时代的仰韶文化，后来在制陶技术的基础上又发明了瓷器。这是陶瓷材料发展的一次飞跃，瓷器（英译名为China）的出现已成为中华民族文化的象征之一，对世界文化产生过深远的影响。 人们在大量地烧制陶瓷的实践中，熟练地掌握了高温加工技术，利用这种技术来烧炼矿石，逐渐冶炼出铜及其合金青铜。可以说这是人类社会最早出现的金属材料，它使人类社会从新石器时代转入到青铜器时代。炼铜技术发展为炼铁应是顺理成章的事。用铁作为材料来制造农具，使农业生产力得到空前的提高，并促使奴隶社会解体和封建社会兴起。我国从公元前3世纪起，即秦汉时代起就进入农业经济发达社会，到了唐宋时代，经济繁荣，科学文化发达，社会安定，国泰民安，处于盛世，形成了我国封建社会的科学文化高峰。正如英国李约瑟博士所说的：“在3～13世纪，中国保持一个让西方人望尘莫及的科学知识水平”。 18世纪发明了蒸汽机，爆发了产业革命，小作坊式的手工操作被工厂的机械操作所代替。工业迅猛发展，生产力空前提高，迫切要求发展铁路、航运，使生产出来的产品远销他国，占据国际市场。社会经济的发展推动和促进了以钢铁为中心的金属材料大规模发展，有力地摧毁了封建社会的生产方式，萌发了资本主义社会。 次世界大战后各国致力于恢复经济，发展工农业生产，对材料提出质量轻、强度高、价格低等一系列新的要求。具有优异性能的工程塑料部分地代替了金属材料，合成纤维、合成橡胶、涂料和胶粘剂等都得到相应的发展和应用。合成高分子材料的问世是材料发展中的重大突破，从此以金属材料、陶瓷材料和合成高
新型功能材料简介 1.超导体的概念:超导材料是一种没有电阻的材料，既能节约能量，减少电能因电阻而消耗的能量，还能把电流储存起来，供急需时使用。 2.三个临界条件 :临界温度（Tc ）、临界电流（Ic ）和临界磁场（Hc ）是“约束”超导现象的三大临界条件,三者具有明显的相关性，只有当超导体同时处于三个临界条件以内，才具有超导电性。 临界温度是在外部磁场、电流、应力和辐射等条件维持足够低时，电阻突然变为零时的温度;超导电性可以被外加磁场所破坏，对于温度为T(T ＜Tc)的超导体，当外磁场超过某一数值Hc(T)的时候，超导电性就被破坏了，使它由超导态转变为常导态, 电阻重新恢复。在不加磁场的情况下，超导体中通过足够强的电流也会破坏超导电性，导致破坏超导电性所需要的最小极限电流，也就是超导态允许流动的最大电流，称作临界电流Ic(T)。 迈斯纳效应(指超导体处于外界磁场中，磁力线无法穿透，超导体内的磁通量为零)和零电阻性质是超导态的两个独立的基本属性，衡量一种材料是否具有超导电性必须看是否同时具有零电阻和迈斯纳效应。 3.伦敦第一方程: 式中，m 是电子质量，Js 为超流电流密度，n s 是超导电子密度 由上式可见：在稳态下，超导体中的电流为常值时， ，则E ＝0。 即，在稳态下，超导体内的电场强度等于零，因此，它说明了超导体的零电阻性质。 4.功能玻璃:功能玻璃是指与传统玻璃结构不同的、有某一方面独特性能的、有专门用途的、或者制造工艺有明显差别的一些新品种“玻璃”。生物玻璃是指能够满足或达到特定生物、生理功能的特种玻璃,主要是由Si 、Na 、Ca 以及P 的氧化物组成。 5.微晶玻璃是指通过玻璃热处理来控制晶体的生长发育而获得的一种多晶材料。它既有玻璃的基本性能，也有陶瓷多晶体的特征。微晶玻璃的微晶化包括以下几个过程：(1)玻璃结构发生微调；(2)晶核的形成；(3)基本晶相的形成及生长； (4)介稳相转变为稳定晶相及残余玻璃。 微晶玻璃结晶过程中的核化与晶化多数属于非均相核化的类型。其基本原理是：加入玻璃配合料中的成核剂，在熔制过程中，均匀地溶解于玻璃熔融体中。当玻璃处在析晶温度区时，成核剂能降低晶核生成所需要克服的势垒，从而核化可以在较低的温度下进行. 6. 光色玻璃:我们把出现可逆的或不可逆的显色、消色现象的物质称为光致变色材料。光色玻璃就是其中的一类光致变色材料。当受紫外线或日光照射时，由于玻璃在可见光区产生光吸收而自动变色；当光照停止时，玻璃能可逆地自动恢复到初始的透明状态。具有这种性质的玻璃称为光致变色玻璃(也称光色玻璃)。 7.陶瓷在人类生活和社会建设中是不可缺少的材料，它和金属材料、高分子材料并列为当代三大固体材料。结构陶瓷是指具有力学和机械性能及部分热学和化学功能的先进陶瓷(现代陶瓷)，功能陶瓷是指那些利用电、磁、声、光、热、力等直接效应及其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现某种使用功能的先进陶瓷(现代陶瓷)。根据功能陶瓷对外场条件的敏感效应，则可制备热敏、气敏、湿敏、压敏、磁敏和光敏等敏感陶瓷。 8.陶瓷三大原料:长石,黏土,石英. E m e n J t s s 2=??0=??s J t
一、环境污染和其他公害的概念 （一）环境污染 目前，有关“环境污染”的比较有影响的概念，是经济合作与发展组织（OECD）在1974年的一份建议数中提出的为成员国共同接受的定义。该建议书认为，所谓环境污染，是指被人们利用的物质或者能量直接或者接地进入环境，导致对自然的有害影响，以至于危及人类健康、危害生命资源和生态系统，以及损害或者妨害舒适性和环境的其他合法用途的现象。 这个定义将污染明确地限定在人类活动所产生的变化中。按照这个定义，危害（包括损害或妨害等）是污染的结果形式。定义中提到的“物质或者能量”不仅包括了固体、液体或气体物质，而且还包括了诸如噪声、振动、热辐射以及放射性物质。对于污染物的理解，不能将向环境排放的所有不能为人类完全利用的物质或能量都视为污染物，而仅仅只将那些危害程度可以延伸到一定水平的物质或因素视为污染物，如可能导致危险或者对人类、生命资源和生态系统可能造成实质性损害的物质。另外，当某类物质因利用而妨害了环境的其他用途（包括美学的价值）时，该物质也可以被认为时污染或者是有害的。 （二）公害 一般认为，公害就是指环境污染。 （三）中国环境污染防治立法中有关“环境污染与其他公害”的概念及其特征 我国现行环境立法对环境污染一词并没有统一的用语，其较完整的表述是“环境污染和其他公害”。从字面上看，这种表述形式的主要内涵是指“环境污染”，而“其他公害”则是对环境污染的补充。 结合中国的相关立法解释和国外的相关研究，本书认为，所谓环境污染与其他公害，是指由于人类生产、生活等活动产生的已知或未知的某些物质进入环境，导致环境的物理、化学和生物等特性发生改变，从而引起环境质量下降、自然生态改变、生物物种减少或灭绝以及危害人体健康、影响环境的有效利用或破坏环境的现象。概括地说，中国环境立法中的“环境污染和其他公害”的概念，只是欧美国家环境立法中的“环境污染”概念和日本环境立法中的“公害”概念的复合次，而其本质含义可以作“环境污染”解释。 环境污染与其他公害具有如下特征： 1.环境污染和其他公害是伴随人类的生产、生活活动所产生的，并且这些活动的大多数通常是在生产生活活动中进行的。 2.环境污染和其他公害是以还击质量的改变和自然生态的破坏为媒介影响和危害人类与自然生态系统的。 3.环境污染和其他公害都是损害的结果。一般情况下，人们并不会对将公害作为一种损害结果提出疑义，而对将环境污染作为一种损害结果就不容易接受。我们认为，对于人身、
绪论 1、功能材料指具有一种或几种特定功能的材料，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。力学功能对应于宏观物体的机械运动，其他功能对应于微观物体的运动，习惯上不把结构材料包括在功能材料范畴内。 2、宏观运动和微观运动之间相互联系，在适当条件下可以互相转化。因此，结构材料和功能材料有共同的科学基础，有时很难截然划分。 3、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。 4、功能材料按化学成分（化学键）分类，可分为金属、无机非金属、有机高分子和复合功能材料。按物理性质分类，可分为物理（如光、电、磁、声、热和力学功能材料等）、化学、生物、核功能材料和特殊功能材料。 导电材料 1、导电材料按导电机理可分为电子导电材料和离子导电材料两大类，电子导电材料的导电源于电子运动，电子导电材料包括导体、超导体和半导体。离子导电材料的导电主要源于离子的运动。 2、超导体从正常态（电阻态）过渡到超导态（零电阻态）的转变称为正常-超导转变，转变时的温度Tc称为这种超导体的临界温度。 3、除温度外足够的磁场也能破坏超导态。使超导态转变成正常态的最小磁场Hc（T）称为此温度下该超导体的临界磁场。磁场的存在可以使临界温度降低，磁场越大，临界温度也越低。 4、超导体按迈斯纳效应可分为软超导体（第一类超导体）和硬超导体（第二类超导体），硬超导体在超导态和正常态之间有一种混合态存在。 5、半导体的电子结构跟绝缘体相近，只是半导体的禁带宽度要比绝缘体小，电子受热或光等能量容易被激发，同时产生空穴而形成传导。 6、半导体按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体。元素半导体包括本征半导体和杂质半导体。 7、半导体按掺杂原子的价电子数可分为施主型(电子型或n型)和受主型(空穴型或P型)。前者掺杂原子的价电子多于纯元素的价电子，后者正好相反。 8、半导体中价带上的电子借助于热、光、电、磁等方式激发到导带叫本征激发。满足本征激发的半导体叫本征半导体，其导电载流子是由本征激发所形成的导带中的电子和价带中的空穴，本征半导体电导率由电子运动和空穴运动两部分所构成。 9、因为本征半导体的载流子密度非常小，需要在高温下工作，故应用不多。实际应用的大多数为掺杂后非本征半导体，也叫杂质半导体。 10、利用将杂质元素掺入纯元素中，把电子从杂质能级（带）激发到导带上或者把电子从价带激发到杂质能级上，从而在价带中产生空穴的激发叫非本征激发或杂质激发。这种半导体叫杂质半导体。 11、根据杂质电离能的大小，分为浅能级杂质和深能级杂质。深能级能产生的载流子很少，而散射却增加，对电导率影响不大或有所降低。 12、化合物半导体最突出的特点是禁带和迁移率范围宽。
材料与环境——废塑料的污染与防治 材料构筑了整个文明社会，是人类发展的基石。从人类走过的足迹，可以清楚地看到材料发展的印迹，以至于历史学家根据当时有代表性的材料将人类社会划分为石器时代、青铜器时代和铁器时代等。陶瓷是人类最早发明和应用的材料 (公元前一万年以前)，制陶工艺的不断完善和发展，创造了新石器时代的仰韶文化和龙山文化(公元前6000年)。随着制陶技术的成熟，发展起来了青铜的冶炼技术(公元前3000年左右)以及后来的炼铁技术(公元前1400年左右)，金属材料用作生产工具，使生产力大大提高，推动了社会生产力的快速发展。科学的发展又促进了材料的研究和发展。在20世纪，建立了以金属材料、陶瓷材料和合成高分子材料为主体的完整的材料体系，形成了材料科学。20世纪80年代以来，新材料技术的迅猛发展使材料科学跃上了一个新的台阶，超导材料、纳米材料、功能高分子材料等具有特定功能的材料不断的被合成和开发，材料科学已经成为社会发展的支柱之一。但是材料的发展和使用，也带来了一些负面效应，在材料的生产、处理、循环、消耗、使用、回收和废弃的过程中也带来了沉重的环境负担。其中最典型的就是不易降解的塑料制品造成的“ 白色污染” 。因此各国从事材料研究的科学家开始从头审视材料的环境负担性，研究材料与环境的相互作用，定量评价材料生命周期对环境的影响，研究开发环境协调性的新型材料。这就产生了一门新兴学科——环境材料 (绿色材料)。 从20世纪50年代开始，随着石油化工的发展，塑料产量迅速提高，品种极大丰富。虽然塑料世界色彩斑澜，但大多数仍为白的本色。由于成本低，大量商品包装袋、各种容器及薄膜都不再反复使用，而是用过即弃：就是大型构件，最后也会随着产品的老化、损坏而报废。这样，塑料就成为典型的使用寿命短的物品，其废弃物遍布城乡，形成白色公害。 近20年来，塑料的人均消费量日益提高，并成为生活质量改善的参数之一。我国这一参数虽远落后于发达国家，但塑料的应用已普遍，随之废塑料的量也显著增加。仅北京市，每年扔的塑料袋约23亿个(1．87万t)、一次性塑料餐具2．2亿个(0．132万t)，郊区的废薄膜达67．5万m 2 (0．3万t)，数量惊人。这样，废塑料就随处可见：城镇郊区的路边，五颜六色的塑料袋比比皆是：农田里散落的大量废旧农膜碎片，不时在大风中飞舞；学校的教室、宿舍里，办公室、商店的各个角落，遗弃许多塑料器物；铁道、公路沿线两侧，废塑料饭盒满目皆是；城市的垃圾桶内、公园地上、河道水面，甚至树上、架空线上随时可见各种塑料袋、罐、盒。所有这些都会给人体、动物、农业、水产以及环境、景观、生活和生产带来危害。