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【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。
《功能材料》课程简介
课程编号：02014925
课程名称：功能材料/Functional Materials
学分：2
学时:32
先修课程：物理化学、材料科学基础
考核方式：开卷笔试
主要教材：功能材料概论，殷景华等主编，哈尔滨工业大学出版社，2002.9.
参考书目：现代功能材料，陈玉安等编，重庆大学出版社，2008.6.
课程简介：
《功能材料》是材料科学与工程等材料类专业的一门专业课，重点介绍具有 特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型功能材料发展状况、基 本原理以及应用情况。通过本课程学习，使学生对特种功能材料，如新能源材料、 形状记忆合金、非晶态合金、磁性材料、纳米材料、半导体材料、超导材料等的 研究现状及其应用有一定的了解，掌握各种特种功能材料的基本原理。
《功能材料》教学大纲
课程编号：02014925
课程名称：功能材料/Functional Materials
学 分：2
学 时：32
开课单位：材料科学与工程学院金属材料系
适用专业：材料科学与工程等材料类专业
先修课程：物理化学、材料科学基础
一、课程性质、目的与任务
《功能材料》是金属材料工程专业选修课,重点介绍当今各种特种功能材料的发展状况、 基本原理以及应用情况。通过本课程学习，使学生对特种功能材料，如新能源贮氢材料、形 状记忆合金、非晶态合金、磁性材料、纳米材料、半导体材料、超导材料等的研究现状及其 应用有一定的了解，掌握各种特种功能材料性能的基本原理。
二、教学内容、基本要求及学时分配（按章节列出内容要求学时等，实验上机项目要列在 课程内容一栏） 课程内容 教学
要求 重点
(☆) 难点
(Δ) 学时
安排 实验
学时 上机
学时 备注
第•章 Introduction B
2
第二章 Hydrogen storage materials A ☆
6
第 •节 Global energy and environment
功能材料课程设计总结
一、教学目标
本课程的教学目标是使学生掌握功能材料的基本概念、特性及应用，培养学生对功能材料的兴趣和好奇心，提高学生的实践能力和创新精神。具体目标如下：
1. 知识目标：学生能够理解功能材料的基本概念、分类和特性，掌握功能材料的主要制备方法和应用领域。
2. 技能目标：学生能够运用所学知识分析和解决实际问题，具备一定的实验操作能力和科学探究能力。
3. 情感态度价值观目标：学生培养对功能材料的热爱和好奇心，增强创新意识，提高团队合作和交流表达能力。
二、教学内容
本课程的教学内容主要包括功能材料的基本概念、分类和特性，制备方法及应用。具体安排如下：
1. 第一章：功能材料的基本概念和分类，介绍功能材料的概念、特点和分类方法。
2. 第二章：功能材料的特性，讲解功能材料的主要物理、化学和生物特性。
3. 第三章：功能材料的制备方法，介绍常见功能材料的制备原理和工艺。
4. 第四章：功能材料的应用，探讨功能材料在各个领域的应用实例和前景。
三、教学方法
为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式，包括：
1. 讲授法：讲解功能材料的基本概念、特性和制备方法，引导学生掌握理论知识。
2. 讨论法：学生针对功能材料的制备和应用展开讨论，培养学生的思考和表达能力。
3. 案例分析法：分析具体的功能材料应用案例，让学生了解功能材料在实际中的作用和价值。
4. 实验法：安排实验室实践环节，让学生亲手操作，加深对功能材料制备和特性的理解。 四、教学资源
为了支持教学内容的开展和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：
1. 教材：选用权威、实用的功能材料教材，为学生提供系统的理论知识。
2. 参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识视野。
3. 多媒体资料：制作精美的PPT、教学视频等，增强课堂教学的趣味性和生动性。
4. 实验设备：配置功能材料的制备和测试设备，为学生提供实践操作的机会。
《材料概论》知识点总结
一、材料的分类
材料可以分为金属材料、非金属材料和功能材料三大类。金属材料包括钢铁、铝、铜、镁等金属，非金属材料包括塑料、陶瓷、橡胶等，功能材料包括复合材料、超导体材料等。
二、材料的特性
材料的特性包括机械性能、物理性能、化学性能和热性能。机械性能包括抗拉强度、屈服强度、断裂韧性、疲劳性能等；物理性能包括密度、热导率、电导率等；化学性能包括耐腐蚀性、氧化性等；热性能包括热膨胀系数、导热系数等。
三、材料的生产
材料生产包括原料提炼、合金化、熔炼、成型等工艺。原料提炼可以通过矿石提炼、化学合成等方法进行；合金化是将不同的金属或者非金属元素进行混合；熔炼是将原料加热至熔点后进行铸造和成型。
四、材料的应用
材料的应用广泛，可以应用于机械制造、建筑材料、电子产品、航空航天等多个领域。不同的材料具有不同的特性，可以用于不同的产品制造。
五、材料的发展趋势
随着科学技术的不断发展，材料科学也在不断创新和发展。材料的发展趋势包括轻量化、高强度、高温抗性、耐磨性、节能环保等方面。
六、材料检测
材料检测是指对于材料进行质量检测和性能测试。常见的材料检测方法包括化学分析、金相检测、硬度测试、拉伸测试等。
综上所述，材料概论是制造业中的重要组成部分，对于材料的分类、特性、生产、应用和发展趋势等方面进行了深入的研究。希望本文的介绍可以为读者对于材料概论有一个较为全面的了解。
