功能材料简述
摘要：
近几十年来，世界对材料特别是功能材料的研究热度越来越大，也取得了一些突飞猛进的发展，功能材料不仅是发展信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，而且是改造与提升基础工业和传统产业的基础,直接关系到资源、环境及社会的可持续发展。军事通信、航空、航天、导弹、热核聚变、激光武器、激光雷达、新型战斗机、主战坦克以及军用高能量密度组件等，都离不开特种功能材料的支撑。这篇论文主要简述了功能材料的分类及进展，并总结了未来几十年的可能发展方向。
关键词：功能材料材料简述分类发展
一、定义：
功能材料和结构材料之间并不存在不可逾越的鸿沟, 两者在一定条件下可以互相转化，不少材料既具有结构性，又具有功能性，在一些场合将其作结构材料用, 在另一些场合将其作功能材料用, 或者在同一场合既是结构材料又是功能材料，也是不容忽视的事实因此, 只能大休上划分两者的界限, 根据它们的基本性能特征，可以认为，结构材料是以强度、刚度、韧性、硬度、耐磨性、疲劳强度等机械性能为主发展起来的材料，功能材料则是以声、光、电、磁、热等物理性能为主而发展起来的材料。故功能材料可以定义为那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。
二、一次功能材料与二次功能材料
材料的功能显示过程是指向材料输入某种能量，经过材料的传输或转换等过程，再作为输出而提供给外部的一种作用。功能材料按其功能的显示过程又可分为一次功能材料和二次功能材料。
（1）、一次功能材料
当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于同一种形式时，材料起到能量传输部件的作用。材料的这种功能称为一次功能。以一次功能为使用目的的材料又称为载体材料。
一次功能材料主要有：
○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。
（2）、二次功能材料
当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于不同形式时，材料起能量的转换部件作用，材料的这种功能称为二次功能或高次功能。
二次材料主要有：
○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。
三、功能材料的分类
从功能的不同考虑，可将功能材料分为以下四类。
（1）、力学功能材料
主要是指强化功能材料和弹性功能材料，如高结晶材料、超高强材料等。
（2）、化学功能材料
○①分离功能材料：如分离膜，离子交换树脂、高分子络合物；
○2反应功能材料；如高分子试剂、高分子催化剂；
○3生物功能材料：如固定化菌，生物反应器等。
（3）、物理化学功能材料
○1电学功能材料：如超导体，导电高分子等；
○2光学功能材料：如光导纤维、感光性高分子等；
○3能量转换材料：如压电材料、光电材料。
（4）、生物化学功能材料
○1医用功能材料：人工脏器用材料如人工肾、人工心肺，可降解的医用缝合线、骨钉、骨板等；
○2功能性药物：如缓释性高分子，药物活性高分子，高分子农药等；
○3生物降解材料
从构成物质的性质可以分为：
（1）金属功能材料
金属功能材料是开发比较早的功能材料，随着高新技术的发展，一方面促进了非金属材料的迅速发展，同时也促进了金属材料的发展。许多区别于传统金属材料的新型金属功能材料应运而生，有的已被广泛应用，有的具有广泛应用的前景。如形状记忆合金的发现及各种形状记忆合金体系的开发研制，使得这类新型金属材料在现代军事、电子、汽车、能源、机械、宇航、医疗等领域得到广泛的应用。另一方面，非晶态合金由于具有优异的物理、化学性能，是一种极有发展前景的新型金属材料。具有独特性能和用途的新型金属功能材料很多，如超导合金、纳米金属、高温合金、减振合金、储氢、多孔金属、金属磁性材料等。
按材料的成分和加工方法、形态及功能特征，可将它们分成以下三类：
○1精密合金材料是具有特殊物理性能的金属材料，因其具有特殊精密的成分，需要特殊精密的熔炼、浇注、加工和热处理方法而得名。
○2特珠形态材料，如果将金属或合金包括某些精密合金制成薄膜、纤维、粉末、多孔、镜面等特殊形态，则可增强原有功能或显示出新的功能。例如用电镀、真空溅射、蒸镀、离子喷镀等方法将磁性合金沉积在非磁性(波动或金属)基板上而形成的极薄膜(数十至数百nm)，其可用于制作计算机的存贮器、逻辑器件等, 具有容量大、速度高等突出优点，其开关特性比铁氧体快10~100 倍以上。锑艳合金、秘、艳等金属薄膜可用作封入型光电子倍增管的光电面材料。加热到40 0℃左右的金属把或其合金的薄膜，很容易透过氢气，而其它气体则几乎完全不能透过，利用这种对氢的选择透过性质，可制成氢的净化装置。
○3能量转换材料，能进行能量转换的金属材料(包括某些精密合金和特殊形态材料)，属于二次功能材料。例如，贮氢金属材料，即某些金属或合金在高压低温的氢气中，能生成金属氢化物而吸藏氢气；在相反条件下，又可将这些氢气放出。这就是在氢的贮藏和运输方
面独树一格的贮氢合金。还有一些法拉第电磁材料，当光通过被磁化的非活性物质时，光的偏振面会发生旋转，这种磁致旋转就是法拉第效应。利用这种磁光效应可制成密度高、容量大、速度快的光贮存器。先将磁膜沉积在透光基片上，再用“居里点写象法”或补偿刚度法”将信息记录在磁膜上。当以较弱的偏振激光穿过磁膜时，测出激光偏振面的旋转角，就可以将所记录的信息解读出来。
（2）无机功能材料
无机功能材料包括非金属无机晶体，陶瓷和玻璃，种类繁多，这里也分三类进行介绍。○1.精密陶瓷材料
这是与传统陶瓷在成分上不同的新陶瓷材料，一般不含玻璃质和粘土成分，质地致密而均匀，例如具有钙钦矿型晶格结构的钦酸钡。利用其介质常数大、高频损耗小、耐压高的特点，可作为电容器的重要材料。日本在p b 四元系压电陶瓷中添加Mno 和Sb20 ，使大功率性能进一步提高，动应力的线性范围变宽。还发展了一种改性P b TI O陶瓷，用Na 部分置换Pb ，用Mn 和In 部分置换Ti , 采用TIO细粉工艺及埋粉烧结法，不仅弹性波损耗小，而且最高使用频率由一般P Z T 陶瓷的10 MHz提高到6 0MHz。还有一些半导体与超导体材料，这里就不在累述。
○2特珠形态材料
同金属功能材料中的情况相似，如将某些无机材料制成薄膜、纤维、粉末、多孔等特殊形态，也可以产生种种功能，成为功能材料。例如采用CV D (化学气相沉积)或P V D(物理气相沉积)方法，可得到薄膜状陶瓷材料，产生一些有用的功能。用超纯石英等无机材料可制成光导纤维。它弥补了传统光学机械的主要元件一透镜租棱镜的不足。新发展起来的集束型光导纤维，能原封不动地传送光的位相，为发展光纤通讯创造了良好条件。光纤通讯不仅传送距离远、容量大、抗干扰能力强、保密性强，而且体积小、重量轻, 成本低。
○3.能量转换材料
具有能量转换能力的材料有很多，如将热能转换为磁能的材料，可以利用这个特性制作温度传感器。将热能转换为光能的材料，许多陶瓷材料在高温时都具有优良的红外线辐射能力（受热物体的热辐射能与辐射体温度的四次方成正比，随着辐射体温度的升高，辐射波长的峰值向短波方向移动），可制成有效的红外线加热元件。将热能转换为电能的材料，那些热敏电阻材料和一些热点元件都是这中材料制作而成。将热能转换为机械能，这个典型的是雅典陶瓷。将电能转换为热能的材料，可以做成坩埚，利用其抗熔融金属浸泡的能力，来熔炼铂、钯、锗等难熔金属。将热能转换为光能的材料，可以用作光放大器、影响贮存器和发光二极管等。
（3）有机功能材料
有机功能材料，特别是合成高分子材料，在过去几十年，随着石油化学工业的发展而取得迅速成长。
○1.一般功能材料
如B akelite 酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯(PE )、聚苯乙烯(PS ) 、聚丙烯(PP )等具有良好的绝缘性能，可作绝缘件。聚甲基丙烯酸(PMMA )即有机玻璃，透光性极佳，可透过99%以上的太阳光，同时具有与玻璃类似的折射、吸收等功能。聚四氟乙烯俗称塑料王，几乎能耐所有化学药品的腐蚀，包括王水。泡沫聚氨脂塑料具有优良的弹性及隔热性，可作隔热、隔音及吸振材料。
○2特殊形态材料
许多有机材料被制成特殊形态后，也可以显示或增强功能。例如有机薄膜材料可用作偏振光膜、滤光片、电磁传感器、薄膜半导体、接点保护材料、防蚀材料等。尤其是在超细过滤、逆渗透、精密过滤、透析、离子交换等方面获得广泛应用。有机纤维材料可用于二次电子倍
增管或作离子交换纤维。
○3能量转换材料
在各种有机能量转换材料中，有机压电材料正在崭露头角。现已实用化的有聚氟化乙烯及其共聚物，它们与无机系压电晶体相比，压电性是小的，但它们容易加工，可作成大面积的和弯曲的薄膜，并且可以只在薄膜的特定部位产生压电性。目前，有机压电材料已在耳机立体声头戴式话筒、电容式微型话筒和超声波换能器中应用。如果把PZT微粒分散在聚氟化乙烯中，就可以制得兼有高压电性和优良加工性的柔性材。
四、功能材料的发展前景与展望
材料是人类进步的里程碑，是现代社会文明的支柱。美、欧、日等工业发达国的经济起步是从传统材料—钢铁开始的。现在这些国家传统材料的技术已完善，产量已饱和。它们的注意力已转向新型材料包括新型功能材料和结构材料。
日本政府把传感器技术、计算技术、通信技术、激光技术、半导体技术列为当代六大关键技术，而这六项技术内物质基础都是功能材料。日本制订了世纪产业基础技术开发计划，共涉及46个领域，其中13个领域是功能材料，即常温超导材料，非线性光学材料，强磁性材料，高分子功能材料，新型功能碳素材料，功能非晶态材料，精密陶瓷材料，硅化学材料，新型微电子材料等。
（1）电功能材料包括传统的导电材料，超导材料，电阻材料，半导体材料，引线框架材料，搭焊金属导线，彩电显象管阴罩带材，阴极材料和电敏感功能材料等。近几年来国外如日本用非晶硅薄膜晶体管有源矩阵驱动实现高分辨率、快速响应的平面液晶显示技术取得了突破性进展。这种显示屏可应用于电视机和电子计算机终端显示，, 它的优点是清晰度高、工作电压低、可用电池作电源、电少, 体积小、重量轻、无软射线等。
（2）磁功能材料包括稀土永磁材料、铁氧体磁性材料、硅纲片、粘结磁体、非晶态软磁材料、铝荃复合磁性材料、磁流体、磁屏蔽材料、磁记录材料、磁致伸缩材料、磁致冷材料、磁敏感功能材料等。
（3）光功能材料包括光反射材料、光吸收材料、导光光纤材料、光记录材料、激光材料、非线性光学材料、光电转换材料等。目前人类社会正在由微电子时代向光电子时代过渡，光功能材料在现代科技中将日趋重要。
（4）弹性（声与振动）功能材料。这一类材料涉及形状记忆材料、超弹性材料、高弹性材料、恒弹性材料、高阻尼减震材料等。
（4）其他功能材料。如一些特殊功能材料，金属间化合物功能材料，非平衡态功能材料，生体用金属材料等。
五、结束语
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。
在全球新材料研究领域中，功能材料约占85 % 。我国对功能材料的发展也很重视，我国高技术(863)计划、国家重大基础研究[973]计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目（约占新材料领域70%比例），并取得了大量研究成果。
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。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。
参考文献
[1] 燕战秋功能材料概论武汉工学院
[2] 周寿增王润功能材料的发展北京科技大学
[3] 田民波郭有江磁性材料发展物理与工程2002
[4] Functional Materials and Biomaterials 2007926112
[5] Claus Feldmann Polyol-Mediated Synthesis of Nanoscale Functional Materials
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 ] 。
功能材料试题及参考答案 篇一：功能材料试题参考答案 一、名词解释（共24分，每个3分） 居里温度：铁电体失去自发极化使电畴结构消失的最低温度（或晶体由顺电相到铁电相的转变温度）。 铁电畴：铁电晶体中许许多多晶胞组成的具有相同自发极化方向的小区域称为铁电畴。 电致伸缩：在电场作用下，陶瓷外形上的伸缩（或应变）叫电致伸缩。 介质损耗：陶瓷介质在电导和极化过程中有能量消耗，一部分电场能转变成热能。单位时间内消耗的电能叫介质损耗。 n型半导体：主要由电子导电的半导体材料叫n型半导体。 电导率：电导率是指面积为1cm2，厚度为1cm的试样所具有的电导（或电阻率的倒数或它是表征材料导电能力大小的特征参数）。压敏电压：一般取I=1mA时所对应的电压作为I随V陡峭上升的电压大小的标志称压敏电压。 施主受主相互补偿：在同时有施主和受主杂质存在的半导体中，两种杂质要相互补偿，施主提供电子的能力和受主提供空状态的能力因相互抵消而减弱。 二、简答（共42分，每小题6分）
1.化学镀镍的原理是什么？ 答：化学镀镍是利用镍盐溶液在强还原剂（次磷酸盐）的作用下，在具有催化性质的瓷件表面上，使镍离子还原成金属、次磷酸盐分解出磷，获得沉积在瓷件表面的镍磷合金层。由于镍磷合金具有催化活性，能构成催化自镀，使得镀镍反应得以不断进行。 2.干压成型所用的粉料为什么要造粒？造粒有哪几种方式？各有什么特点？ 答：为了烧结和固相反应的进行，干压成型所用粉料颗粒越细越好，但是粉料越细流动性越差；同时比表面积增大，粉料占的体积也大。干压成型时就不能均匀地填充模型的每一个角落常造成空洞、边角不致密、层裂、弹性后效等问题。为了解决以上问题常采用造粒的方法。造粒方式有两种方式：加压造粒法和喷雾干燥法。加压造粒法的特点是造出的颗粒体积密度大、机械强度高、能满足大型和异型制品的成型要求。但是这种方法生产效率低、自动化程度不高。喷雾干燥法可得到流动性好的球状团粒，产量大、可连续生产，适合于自动化成型工艺。但是这种方法得到的团粒体积密度不如喷雾干燥法大、机械强度不如喷雾干燥法高。 3.铁电体与反铁电体的自发极化有何不同特点？并分别解释为什么总的 ΣP＝0？
新型功能材料发展趋势 功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。功能材料按使用性能分，可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏（智能）材料。由于我们已把电子信息材料单独作为一类新材料领域，所以这里所指的新型功能材料是除电子信息材料以外的主要功能材料。 功能材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，功能材料约占 85 % 。随着信息社会的到来，特种功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。 鉴于功能材料的重要地位，世界各国均十分重视功能材料技术的研究。 1989年美国200多位科学家撰写了《90年代的材料科学与材料工程》报告，建议政府支持的6类材料中有5类属于功能材料。从1995年至2001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中，特种功能材料和制品技术占了很大的比例。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题,而其中绝大部分均为功能材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等
《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
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
第三章功能高分子材料 3．1 概述 功能高分子是高分子化学的一个重要领域，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。 3．1．1 功能高分子材料的概念和分类 高分子材料按其使用性能可以分为结构高分子材料和功能高分子材料，结构高分子材料具有较高的比刚度和比强度，可以代替金属作为结构材料，如我们熟知的工程塑料和聚合物基复合材料。 对功能高分子材料，目前尚未有明确的定义，一般认为是指
除了具有一定的力学功能之外还具有特定功能（如导电性、光敏性、化学性和生物活性等）的高分子材料，所谓材料的功能，从根本上说，是指向材料输入某种能量，经过材料的传输转换等过程，再向外界输出的一种作用。材料的这种作用与材料分子中具有的特殊功能的基团和分子结构分不开的。 请注意，不可将功能高分子和功能高分子材料混为一谈，这两者是有明显区别的。功能高分子材料从组成和结构上可以分为结构型和复合型两大类。结构型功能高分子材料是指在高分子链中具有特定功能基团的高分子材料，这种材料所表现的特定功能是由高分子本身的因素决定的。构成结构型功能高分子材料中的高分子叫功能高分子，而复合型功能高分子材料，是指以普通高分子材料为基体或载体，与具有某些特定功能（如导电、导磁）的其它材料进行复合而制得的功能高分子材料，这种材料的特殊功能不是由高分子本身提供的。 功能高分子材料涉及范围广、品种繁多，还未有统一的分类方法，一般按其使用功能来分类，大致可以分为以下几类：（1）化学功能高分子材料 主要包括离子交换树脂，高分子催化剂、高分子试剂、螯合树脂、高分子絮凝剂和高吸水性树脂等。
【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
功能高分子材料发展概述 1.速干衣 速干的由来：所谓速干实际上是由英文QUICK-DRY或DRY-EASY等类似单词直译过来的，而速干是指该面料的衣物与毛质或棉质的衣物相比时，在外界条件相同的情况下，更容易将水分挥发出去，干得更快。速干衣顾名思义就是干的比较快的衣服，它并不是把汗水吸收，而是将汗水迅速地转移到衣服的表面，通过空气流通将汗水蒸发，从而达到速干的目的，一般的速干衣的干燥速度比棉织物要快50%。 速干衣物最初的设计理念主要是 基于两个方面的考虑：A、内部因素， 由于从事野外活动的人比较容易出 汗。如果运动量大的时候，全身则会 大汗淋漓。如果此时你穿的是普通的 衣物，那么它们会紧紧贴在你的皮肤 上，特别难受。但速干衣物呢，它们 能使挥发的汗水迅速得以挥发到体 外；B、外部因素，野外行走时，早 晨的露珠或是毛毛细雨都会将你的 衣物打湿，如果裤腿紧贴在腿上，那 会带来不舒服的感觉。如果是速干衣 物，那么它们的速干性能及防泼水性 能就会使你免除这些不必要的麻烦。 速干的面料：市场上的速干衣物 品牌林林总总，所使用的面料也 是数不胜数，更是令人眼花缭 乱。其实常见的户外速干衣物所 采用的面料无非是以下几种常见 面料，COOLMAX这是一种最为常 见，使用范围相对较为广泛的一 种面料，由杜邦公司研制。该面 料的突出特点是具有很强的吸汗 排汗功能，这得归功于COOLMAX 的中空结构，但选购时必须看清 楚COOLMAX在面料中所含的比 例；THEMOLITE这种聚脂纤维的保 暖性能不错，属于中空涤纶纤维 系列，但缺点是排汗性能相对要 差一些；MONI-DRY属于吸湿速干 面料，有COLUMBIA公司研制出品。其主要特点是超强的挥发性和吸水性，比一般的棉布要强2--3倍，从而有效地保持穿着者的舒适干爽；CIBAULTRAPHIL这
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
一填空题 （1）材料是具有使其能够用于机械、结构、设备和产品性质的物质。这种物质具有一定的性能或功能。 （2）材料按照化学组成、结构一般可分为金属材料、无机非金属材料、聚合物材料和复合材料。 （3）材料按照使用性能可分为结构材料和功能材料。结构材料更关注于材料的力学性能；而另一种则考虑其光、电、磁等性能。 （4）材料化学是关于材料的结构、性能、制备和应用的化学。 （5）一般材料的结构可分为三个层次，分别是微观结构、介观结构和宏观结构。 （6）对于离子来说，通常正离子半径小于相应的中性原子，负离子的半径则变大。 （7）晶体可以看成有无数个晶胞有规则的堆砌而成。其大小和形状由晶轴（a，b，c）三条边和轴间夹角（α，β，γ）来确定，这6个量合称晶格参数。 （8）硅酸盐基本结构单元为硅氧四面体，四面体连接方式为共顶连接。 （9）晶体的缺陷按照维度划分可以分为点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷，其延伸范围为零维、一维、二维和三维。 （10）位错分为韧型位错、螺型位错以及由前两者组成的混合位错三种类型。 （11）固溶体分为置换型固溶体和填隙型固溶体，前者溶质质点替代溶剂质点进入晶体结点位置；后者溶质质点进入晶体间隙位置。 （12）材料热性能主要包括热容、热膨胀和热传导。 （13）材料的电性能是指材料被施加电场时的响应行为，包括有导电性、介电性、铁电性和压电性等。 （14）衡量材料介电性能的指标为介电常数、介电强度和介电损耗。 （15）磁性的种类包括：反磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和铁氧体磁性等。 （16）铁磁材料可分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料。 （17）材料的制备一般包括两个方面即合成与控制材料的物理形态。 （18）晶体生长技术主要有熔体生长法和溶液生长法，前者主要包括有提拉法、坩埚下降法、区融法和焰融法等。 （19）溶液达到过饱和途径为：一，利用晶体的溶解度随改变温度的特性，升高或降低温度而达到过饱和；二，采用蒸发等办法移去溶剂，使溶液浓度增高。 （20）气相沉积法包括物理气相沉积法PVD和化学气相沉积法CVD。 （21）液相沉淀法包括直接沉淀法、共沉淀法、均匀沉淀法和水解法。 （22）固态反应一般包括相界面上的反应和物质迁移两个过程，反应物浓度对反应的影响很小，均相反应动力学不适用。 （23）自蔓延高温合成按照原料组成可分为元素粉末型、铝热剂型和混合型。 （24）金属通常可分为黑色金属和有色金属；黑色金属是指铁、铬、锰金属与它们的合金。（25）合金基本结构为混合物合金、固溶体合金和金属间化合物合金。 （26）铁碳合金的形态包括有奥氏体、马氏体、铁素体、渗碳体与珠光体等。 （27）金属材料热处理包括整体热处理、表面热处理和化学热处理。 （28）超耐热合金包括铁基超耐热合金、镍基超耐热合金和钴基超耐热合金。 （29）提高超耐热合金性能的途径有改变合金的组织结构和采用特种工艺技术，后者主要有定向凝固和粉末冶金。 （30）产生合金超塑性的条件为产生超细化晶粒与适宜的温度和应变速率。 （31）无机非金属材料主要有以氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物及碲化物）和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材
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
功能高分子材料 Fun cti onal Polymer Materials 课程编号：07370420 学分：2 学时：45 （其中：讲课学时：30自学学时：15 实验学时：0上机学时：0）先修课程：有机化学、无机化学、分析化学、物理化学、高分子物理、高分子化学适用专业：高分子材料与工程、金属材料工程、无机非金属材料工程、复合材料与工程、化学工程与工艺、化学等专业本科四年级学生选修课 教材：王国建.功能高分子材料?北京：化学工业出版社,2010年第一版开课学院：材料科学与工程学院 一、课程的性质与任务： 功能高分子课程是一门高分子材料专业的专业选修课。它是建立在高分子物理，高分子化学和高分子结构与性能基础上，并与物理学、医学、甚至生物学密切联系的一门学科。它是研究功能高分子材料化学规律的一门科学，是高分子材料科学领域发展最为迅速，与其他科学领域交叉度最高的一个研究领域，对于设计和制备高性能高分子材料起着指导作用。 功能高分子课程的基本任务： 通过课堂讲授和研究进展介绍，使学生能了解几种重要的功能高分子材料的制备方法、性能与结构的一般关系等，对功能高分子材料科学有一个概括性认识，能理解功能的产生机理，并可根据所需功能设计出一些简单的具有相应功能基团的高分子材料。 本课程主要介绍功能高分子材料的发展状况，功能高分子的种类与功能，功能高分子材料的结构与性能的关系，功能高分子材料的制备策略，并结合近年来国际，国内在功能高分子材料方面的研究成果详细介绍常用的物理化学功能高分子（高吸水性树脂、离子交换树脂、高分子试剂及催化剂等）、电功能高分子（复合导电型、电子导电型、离子导电型等导电高分子材料、电致发光、电致变色等电活性高分子材料）、光功能高分子（感光性树脂、光致变色高分子、光降解、光转换高分子材料等）、生物医用高分子（生物惰性、生物降解、组织工程、药物高分子材料等）、高分子助剂（高分子絮凝剂、高分子电解质、高分子染料、高分子食品添加剂等）其它一些类型功能高分子材料制备方法，机理，应用。 二、课程的基本内容及要求：第一章功能高分子材料概述 1. 教学内容 1）功能高分子材料的研究对象和研究内容 2）功能高分子材料的发展历程
功能材料复习思考题 一、基本概念题 1、超导体的同位素效应是指超导体的临界温度依赖于依赖于同位素质量的现象。 2、气敏陶瓷是吸收某种气体后电阻率发生变化的一种功能陶瓷，其气敏特性，大多通过待测气体在陶瓷表面附着，产生某种化学反应、与表面产生电子的交换等作用来实现的，这种气敏现象称为表面过程。湿敏陶瓷：是指对气体、液体和固体物质中水分含量敏感的陶瓷材料。 3、精细陶瓷按照化学组成可分为氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷；按照陶瓷材料的功能可分为结构陶瓷、功能陶瓷、生物陶瓷。精细陶瓷生产的基本工序包括粉体制备、成形和烧结。 4、形状记忆合金中生物相容性好的是Ti-Ni基形状记忆合金，不具有生物相容 性的是Cu基形状记忆合金。 5、第二类超导体的主要特征是有两个临界磁场，在混合态下，第二类超导体仍 具有零电阻，但不具有完全抗磁性。 6、相对于用天然无机物烧结的传统陶瓷，以精制的人工合成的无机化合物或高纯天然无机物为原料，采用精密控制的制造加工工艺烧结，具有远胜过以往独特性能的优异特性的陶瓷，称为精细陶瓷。 7、形状记忆合金应具备的条件是：合金能够发生热弹性马氏体相变；母相和马 氏体的晶体结构通常是有序的；（3）母相的晶体结构具有较高的对称性，而马氏体的晶体结构具有较低的对称性。 8、储氢合金吸氢、放氢时体积会膨胀、收缩，反复的吸氢、放氢，会使合金中 产生裂纹、破碎、粉化，这对储氢合金的应用是有害的。 9、形状记忆效应的变形具有一定的限度，取决于母相与马氏体的晶体结构参数。 10、非晶态合金的主要缺点表现在两方面，一是由于采用急冷方法制备材料，使 其厚度受到限制，二是热力学上不稳定，受热有晶化倾向。 11、精细陶瓷的制备工艺流程中预烧合成的目的是去除去除原料中挥发的杂质，化学结合和物理吸附的水分、气分、有机物等；使原料颗粒致密化及结晶长大，以减小在以后烧结中的收缩，提高产品合格率；完成同质异晶的晶型转变，形成稳定的结晶相。 12、马氏体相变是非扩散型相变，相变过程是以切变方式进行，由于切变方向不 同，产生结构相同，位向不同的马氏体，即马氏体变体。 13、Ms、As、M f、A f是表征记忆合金的热弹性马氏体相变的特征温度，也是形 状记忆过程中变形及形状恢复的特征温度。定义（As-Ms）为热滞后，是形状记忆合金的一个重要参量。 14、马氏体相变是非扩散型相变，相变过程是以切变方式进行。外加应力可以改变相变温度，即使温度在Ms点以上，只需进行适当的变形也可以发生马氏体相变，称为应力诱发马氏体相变。热弹性马氏体相变是指马氏体相变过程中，马氏体片随着温度的升降表现出弹性式消长，称为热弹性马氏体相变。 15、超导态下，外磁场的磁化使超导体表面产生感应电流，感应电流在超导体内产生的磁场正好和外磁场相抵消，导致超导体内部磁场为零，即具有完全抗磁性，这种现象就是迈斯纳效应。 16、非晶态合金是指由一定成分的液态合金经高速冷却而形成的在常温和低温固态下原子排列具有短程有序而长程无序的金属合金。 17、功能陶瓷是指利用材料的电、磁、光、声、热等直接的性能或其耦合效应
《功能高分子材料》复习 1、说明离子交换树脂的类型及作用机理？试述离子交换树脂的主要用途。 类型与作用机理：（1）离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。能解离出阳离子、并能与外来阳离子进行交换的树脂被称作阳离子交换树脂；能解离出阴离子、并能与外来阴离子进行交换的树脂被称作阴离子交换树脂。 （2）按其物理结构的不同，可将离子交换树脂分为凝胶型、大孔型和载体型三类。 （3）氧化还原树脂。指带有能与周围活性物质进行电子交换、发生氧化还原反应的一类树脂。在交换过程中，树脂失去电子，由原来的还原形式转变为氧化形式，而周围的物质被还原。 （4）两性树脂。两性树脂中的两种功能基团是以共价键连接在树脂骨架上的，互相靠得较近，呈中和状态。但遇到溶液中的离子时，却能起交换作用。树脂使用后，只需大量的水淋洗即可再生，恢复到树脂原来的形式。 （5）热再生树脂。在同一树脂骨架中带有弱酸性和弱碱性离子交换基团。（6）螯合树脂。 用途：（1）水处理。水处理包括水质的软化、水的脱盐和高纯水的制备等。（2）冶金工业。离子交换是冶金工业的重要单元操作之一，离子交换树脂还可用于选矿。（3）原子能工业。利用离子交换树脂对核燃料进行分离、提纯、精制、回收等。离子交换树脂还是原子能工业废水去除放射性污染处理的主要方法。（4）海洋资源利用。利用离子交换树脂，可从许多海洋生物中提取碘、溴、镁等重要化工原料。（5）化学工业。离子交换树脂普遍用于多种无机、有机化合物的分离、提纯，浓缩和回收等。离子交换树脂用作化学反应催化剂，可大大提高催化效率。（6）食品工业。离子交换树脂在制糖、酿酒、烟草、乳品、饮料、调味品等食品加工中都有广泛的应用。（7）医药卫生。离子交换树脂在医药卫生事业中被大量应用。（8）环境保护。离子交换树脂在废水，废气的浓缩、处理、分离、回收及分析检测上都有重要应用。 2、按膜的功能简述高分子分离膜的分类及其分离机理。 （1）分离功能膜（包括气体分离膜、液体分离膜、离子交换膜、化学功能膜）
科技名词定义 中文名称： 功能材料 英文名称： functional material 定义： 具有除力学性能以外的其他物理性能的特殊材料。 应用学科： 航空科技（一级学科）；航空材料（二级学科） 功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。 功能材料专业介绍（新增） 本专业为2011年新增专业。专业代码：080215S，修业年限：四年，授予学位门类：工学。通过学习，将具备了以下几方面的能力：1、具有坚实的学科基础，较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力；2、较系统地掌握专业领域宽广的技术理论基础知识；3、具有较强的解决与力学有关的材料加工技术问题的理论分析能力与实验技能；4、具有较强的计算机和外语应用能力；5、具备相应的实验、科研能力。职业前景：这个专业是在国家新兴产业结构调整下应运而生的，有政策支持，专业的就业前景不错。毕业生可以从事与信息技术、生物工程技术等相关的新材料开发与应用相关的职业，也可在高校、事业部门从事教学、科研工作。功能材料在国外发展迅速，新工艺层出不穷，相对于传统材料领域，就读国内该专业的学生具有较多的出国、读研机会。相近专业：无机非金属材料工程（080203）、冶金工程（080201）、材料科学与工程（080205Y）、复合材料与工程（080206W）、焊接技术与工程（080207W）、生物功能材料（080213S）。开办学校：东北大学秦皇岛分校，石家庄铁道大学，西安建筑科技大学，沈阳建筑大学; 兰州理工大学;华中科技大学,华侨大学，天津大学，北京石化学院，昆明理工大学。 功能材料的重要性 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。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用，它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。在全球新材料研究领域中，功能材料约占85 % 。我国高技术(863)计划、国家重大基础研究[973]计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目（约占新材料领域70%比例），并取得了大量研究成果。 新型功能材料国外发展现状 当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料及材料的分子、原子设
《功能材料》期末考试题 基本概念： 功能材料：功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。液晶：液晶是介于晶态和液态之间的一种热力学稳定的过渡中间相态，它既具有晶态的各向异性，又具有液态的流动性 阻尼合金：阻尼合金是一种阻尼(内耗)大，能使振动迅速衰减的特种金属材料，也称减振合金、防振合金、消声合金、哑巴金属等。 弹性反常：一般金属及合金的弹性模量随温度升高而降低，即βE<0,这是弹性模量―温度关系的正常变化。但是某些铁磁性材料在一定温度范围内弹性模量随温度的变化很小（βE 0），甚至增加(βE >0)。这是弹性模量―温度关系的反常变化，称为弹性反常。 弹性后效：理想的弹性材料在弹性变形范围内，应力和应变的关系服从虎克定律。但在实际弹性材料发生弹性变形时，会产生应变落后于应力，且与时间有关。这个现象称为弹性后效。 热双金属：热双金属（thermobimetal）是指由两个（或多个）具有不同热膨胀系数的金属或合金组元层牢固地结合在一起的复合材料。 非平衡载流子：在外界作用下（光照、电化学法），半导体中的自由电子浓度n和空穴浓度p都是偏离平衡值，多出来的这部分载流子称为非平衡载流子，即过剩的载流子。 载流子寿命：在热平衡条件下，电子不断地由价带激发到导带，产生电子空穴对，与此同时，它们又不停地因复合而消失。平衡时，电子与空穴的产生率等于复合率，从而使半导体中载流子的密度维持恒定。载流子间的复合使载流子逐渐消失，这种载流子平均存在的时间，就称之为载流子寿命。 漂移迁移率：半导体内自由电子或空穴在单位电场作用下漂移的平均速度，简称迁移率。霍尔效应：将有电流通过的固体样品置于均匀磁场中，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场组成的平面方向会形成一稳定的横向电场，这个现象称为霍尔效应。 PN的击穿：当反向偏压升到某一电压值时，反向电流急剧增大，称为击穿，其电压为击穿电压V B。
功能高分子材料复习提要 （答案仅供参考） 一．名词解释： 1．功能高分子材料：指与常规聚合物相比，除了具有一定的力学性能之外，还具有特定功能(如导电性、光敏性、催化性、化学活性和生物活性等)的高分子材料。 2．功能高分子材料化学：以功能高分子材料为研究对象，研究它们的结构和组成、物理化学性质、制备方法及其应用的科学，就称为功能高分子材料化学。 3．结构型功能高分子材料：是指在大分子链中具有特定功能基团的高分子材料，这种材料所表现的特定功能是由于高分子本身的结构因素决定的。 4．复合型功能高分子材料：是指以普通高分子材料为基体或载体，与具有某些特定功能(如导电、导磁等)的其它材料进行复合而制得的功能材料。 5．渗透系数：是指在单位时间、单位膜面积通过的被测物与单位膜厚度所施加的驱动力的比值。 6．高分子骨架的邻位效应：在功能高分子材料中，高分子骨架上邻近功能基团的一些结构和基团对功能基的性能具有明显的影响力，这种作用称为高分子的邻位效应。 7．高分子骨架的模板效应：模板效应是指利用高分子骨架的空间结构，包括构型和构象，在其周围建立起特殊的局部空间环境，在有机合成和其他应用场合提供一个类似于工业上浇铸过程中使用的模板的作用。 8．聚合物的半透性：指聚合物对某些气体或液体有一定透过性，而对另外一些物质没有透过性，或者透过性很小。 9．一次功能：指向材料输入的能量和从材料输出的能量同种形式时，即材料仅起能量传送作用时的这种功能称为一次功能。 10．二次功能：指向材料输入的能量和输出的能量不同形式时，即材料起能量转换作用时的这种功能称为二次功能。 11．功能高分子材料的多功能复合：将两种以上的功能高分子材料以某种方式结合，形成的新的功能材料具有任何单一功能高分子均不具备的性能，这一结合过程被称为功能高分子材料的多功能复合过程。 12．阳离子交换树脂：带有酸性基团(即可解离的反离子是H+或金属阳离子)，能与阳离子进行交换反应的称作阳离子交换树脂。 阴离子交换树脂：带有碱性基团(即可解离的反离子是OH-或其它酸根离子)，能与阴离子进行交换反应的称作阴离子交换树脂。 13．交换容量：交换容量也叫交换量，是指一定数量的离子交换树脂所带的可交换离子的数量。通常把交换容量分为总交换容量、工作交换容量和再生交换容量。总交换容量表示单位重量(或体积)树脂中所具有的可交换离子的总数，它反映了离子交换树脂的化学结构特点。工作交换容量是指离子交换树脂在一定工作条件下表现出的交换量，它是离子交换树脂实际交换能力的量度。再生交换容量是离子交换树脂在指定再生剂用量条件下的交换容量。 14．高吸水性树脂：是指含有强亲水性基团并具有一定交联度，能吸收数百倍至数千倍于自身重量水的功能性高分子材料。 15．絮凝作用：凡具有吸附架桥或表面吸附而导致分散相成絮团沉降的过沉叫做絮凝作用。起絮凝作用的药剂即絮凝剂。
1、名词解释（共24分，每个3分） 居里温度：铁电体失去自发极化使电畴结构消失的最低温度（或晶体由顺电相到铁电相的转变温度）。 铁电畴：铁电晶体中许许多多晶胞组成的具有相同自发极化方向的小区域称为铁电畴。 电致伸缩：在电场作用下，陶瓷外形上的伸缩（或应变）叫电致伸缩。 介质损耗：陶瓷介质在电导和极化过程中有能量消耗，一部分电场能转变成热能。单位时间内消耗的电能叫介质损耗。 n型半导体：主要由电子导电的半导体材料叫n型半导体。电导率：电导率是指面积为1cm2，厚度为1cm的试样所具有的电导（或电阻率的倒数或它是表征材料导电能力大小的特征参数）。 压敏电压：一般取I=1mA时所对应的电压作为I随V陡峭上升的电压大小的标志称压敏电压。 施主受主相互补偿：在同时有施主和受主杂质存在的半导体中，两种杂质要相互补偿，施主提供电子的能力和受主提供空状态的能力因相互抵消而减弱。 二、简答（共42分，每小题6分） 1.化学镀镍的原理是什么？答：化学镀镍是利用镍盐溶液在强还原剂（次磷酸盐）的作用下，在具有催化性质的瓷件表面上，使镍离子还原成金属、次磷酸盐分解出磷，获得沉积在瓷件表面的镍磷合金层。由于镍磷合金具有催化活性，能构成催化自镀，使得镀镍反应得以不断进行。 2.干压成型所用的粉料为什么要造粒？造粒有哪几种方式？各有什么特点？ 答：为了烧结和固相反应的进行，干压成型所用粉料颗粒越细越好，但是粉料越细流动性越差；同时比表面积增大，粉料占的体积也大。干压成型时就不能均匀地填充模型的每一个角落常造成空洞、边角不致密、层裂、弹性后效等问题。为了解决以上问题常采用造粒的方法。造粒方式有两种方式：加压造粒法和喷雾干燥法。加压造粒法的特点是造出的颗粒体积密度大、机械强度高、能满足大型和异型制品的成型要求。但是这种方法生产效率低、自动化程度不高。喷雾干燥法可得到流动性好的球状团粒，产量大、可连续生产，适合于自动化成型工艺。但是这种方法得到的团粒体积密度不如喷雾干燥法大、机械强度不如喷雾干燥法高。 3.铁电体与反铁电体的自发极化有何不同特点？并分别解释为什么总的ΣP＝ 0？ 答;铁电体自发极化的特点是单元晶胞中的偶极子成对的按相同方向平行排列，晶体中存在着一个个由许多晶胞组成的自发极化方向相同的小区域－铁电畴，但各个铁电畴的极化方向是不同的、杂乱无章的分布；反铁电体自发极化的特点是单元晶胞中的偶极子成对的按相反方向平行排列且这两部分偶极子的偶极矩大小相等方向相反。铁电体ΣP＝0是由于一般情况下整个铁电晶体的内部不同方向取向的电畴其自发极化强度可相互抵消，所以铁电晶体的ΣP＝0；反铁电体晶胞中偶极子以反平行方向排列偶极子的偶极矩在晶胞内部自行抵消，所以对外不显示极性ΣP＝0。 4.独石电容器的的特点是什么？ 答：性能特点：大容量、小体积、长寿命、高可靠性适应电子设备向集成化、小