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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。
光功能材料的应用及其原理1.光电转换器件光电转换器件是将光能转变为电能的材料和器件。
其中最常见的是太阳能电池，它利用光能将光子转化为电子，从而产生电流。
硅、锗等半导体材料是光电转换器件中常用的材料，它们具有良好的光电转换性能和稳定性。
太阳能电池的工作原理是光生电效应。
当光照射到半导体材料上时，光子的能量会激发半导体中的电子，使其脱离原子成为自由电子。
这些自由电子会在半导体内部移动形成电流。
太阳能电池的效率取决于光子能量和半导体材料的能带结构。
2.光纤通信光纤通信是一种利用光纤传输信号的通信技术。
光纤通信中常用的材料是光纤，它是一种具有高纯度和高透明度的玻璃或塑料材料。
光纤的内部被分为内核和包层，内核用于传输光信号，包层用于保护内核。
光纤通信的原理是利用光的全内反射特性。
当光在光纤中传播时，由于光线从内核到包层的界面进入时发生全内反射，光信号得以沿着光纤一直传输到目标地点。
光纤通信具有高传输带宽、低损耗和抗干扰等优点，因此被广泛应用于长距离通信和高速数据传输。
3.光催化材料光催化材料是一种利用光能催化化学反应的材料。
光催化材料一般是半导体材料或多孔材料，具有良好的光吸收和光生电子传输性能。
它们可以通过吸收光能，提高化学反应的速率和效率。
光催化材料常见的应用之一是水的分解制氢。
例如，采用二氧化钛作为光催化剂，当光照射到二氧化钛表面时，激发产生的电子和空穴可以参与水的分解反应，生成氢气和氧气。
这种光催化制氢技术被广泛应用于可再生能源领域，具有潜在的能源转化和环境污染治理的应用前景。
4.光子晶体光子晶体是一种具有周期性的介质结构，具有特殊的光学性能。
它能够对特定波长的光进行衍射和传输，具有光学波导效应。
光子晶体常用的材料有二氧化硅和聚合物等。
光子晶体的工作原理是光的阻挡带效应。
当光通过具有周期性结构的光子晶体时，只有特定波长的光能够通过，其他波长的光会被晶体反射或衍射。
这种特殊的光学性能使得光子晶体在光学传感、光纤通信和光子集成等方面具有广泛应用。
光化学反应是指通过光能的输入引发的化学反应。
光能在化学中的应用广泛，并在许多领域发挥重要作用。
本文将介绍光化学反应的基本概念和一些典型应用。
光化学反应的基本原理是通过光的能量激发分子的电子，使其从基态跃迁到激发态，再发生化学反应。
光化学反应可以分为两类：照明反应和非照明反应。
照明反应发生在可见光以下的电磁辐射范围，非照明反应发生在可见光以上的电磁辐射范围。
光化学反应在实际应用中具有广泛的应用价值。
一个典型的例子是光合作用，它是植物利用光能将二氧化碳和水转化为氧气和葡萄糖的过程。
光合作用不仅是生物体能量来源的基础，也是控制大气中二氧化碳浓度和氧气浓度的重要环节。
此外，光化学反应还在光催化剂、太阳能电池等领域具有重要应用。
光催化剂利用光能驱动催化反应，广泛应用于环境净化、水处理和有机合成等领域。
太阳能电池是一种将光能直接转化为电能的设备，通过光化学反应实现能源的可持续利用。
在有机合成领域，光化学反应为研究人员提供了新的合成方法和策略。
一些典型的光化学反应包括质子化光解反应、氢原子转移反应和激发态电荷转移反应等。
这些反应具有高选择性和高效率的特点，可以合成多种有机化合物。
光化学反应还在材料科学中具有重要应用。
例如，光电转换材料利用光化学反应的原理将光能转化为电能。
光敏材料可以通过光化学反应产生荧光效应，用于显示技术和光信息存储。
此外，光化学反应还可用于合成具有特殊功能的材料，如光敏聚合物、光降解材料和光变色材料等。
光化学反应对环境保护和能源开发也具有重要意义。
通过利用太阳能进行环境净化，可以将光能转化为化学能，实现污染物的降解和废水的净化。
此外，光化学反应还在太阳能燃料的开发中发挥重要作用，通过吸收太阳能产生氢气等可燃气体，为替代传统能源提供了新的途径。
总之，光化学反应在多个领域有着广泛的应用，包括生物学、材料科学、有机合成、能源开发等。
光化学反应不仅为研究人员提供了新的合成方法和材料设计策略，也为环境保护和能源开发提供了新的途径。
光电转化材料的研究和应用光电转化材料是一种将光能转化为电能或将电能转化为光能的材料。
在现代工业和科学技术中，光电转化材料的应用广泛，并且在能源领域和环境保护领域有着非常重要的作用。
一、光电转化材料的分类光电转化材料根据其不同的属性和用途，可以分为多种种类。
光电转化材料的分类如下：1.光伏材料：光伏材料是将太阳辐射转换成电能的材料，其主要成分为半导体材料，其中最常用的是硅、锗、铜铟镓硫化物和有机材料等。
2.光催化材料：光催化材料是将光能转换成化学能的材料，其主要成分为纳米晶、二氧化钛和其他金属氧化物等。
3.LED材料：LED材料是将电能转换成光能的材料，其主要成分为半导体材料，其中最常用的是氮化镓、磷化铝、氮化铝等。
二、光伏材料的研究和应用光伏材料是最广泛应用的光电转化材料之一，其原理是通过太阳能电池将光能直接转化为直流电，并存储在电池中。
光伏材料的应用非常广泛，不仅可以用于为家庭或企业提供电力，还可以用于太空、船舶、移动办公室等领域的电力供应。
此外，太阳能电池板还能作为太阳能灯、太阳能汽车等领域的重要组成部分。
近年来，科技人员也在不断研究和改进太阳能电池技术，试图提高太阳能电池的效率，减少生产成本，为人们提供更加高效、可靠、安全的太阳能电池。
三、光催化材料的研究和应用光催化材料将光能转换为化学能，其应用非常广泛。
光催化材料可以用于工业领域、环境保护领域、生态农业等领域。
1.工业领域工业领域中，光催化材料可以用于制造高效催化剂、催化反应、清洁污染物等方面。
其中，光催化材料的应用可以大大提高化学反应的效率和速度，节省大量的时间和能源，有利于工业的可持续发展。
2.环境保护领域在环境保护领域，光催化材料的应用越来越重要。
该材料可以用于水净化、空气净化、土地修复等领域。
例如，通过光催化技术可以有效清除大气中的有害气体，提高空气质量；通过光催化技术可以将水中有害物质转化为无害物质，提高水质。
3.生态农业除此之外，光催化材料还可以应用于生态农业等方面。
功能高分子材料的分类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。
按照高分子的功能特性，功能高分子材料可分为以下几种：1.分离材料和化学功能材料2.电磁功能高分子材料3.光功能高分子材料4.生物医用高分子材料现对这几种材料进行简单的介绍一下。
分离材料和化学功能材料以化学功能为主的功能高分子材料称为化学功能高分子材料。
化学功能包括生成离子键、配位键、共价键的化学反应，上述价键断裂的分解反应，以及与上述反应有关的催化作用等，包括具有离子交换功能的离子交换树脂，对各种阳离子有络合吸附作用的螯合聚合物，光化学性聚合物，具有氧化还原能力的聚合物，在有机合成反应中使用的高分子试剂和高分子催化剂，降解型高分子等。
化学功能高分子材料的制备主要通过在高分子骨架上引入具有特定化学功能的官能团或者结构片段，也可以将具有类似功能的小分子功能材料高分子化得到化学功能高分子材料。
高分子材料经过功能化或者小分子功能材料经过高分子化以后，材料的溶解度一般均有下降，熔点提高。
对于化学试剂，经过高分子化后稳定性增加，均相反应转变成多相反应，产物与试剂和催化剂的分离过程简化，同时还产生许多小分子材料所不具备的其他性质。
化学功能高分子材料是固相合成的基础。
电磁功能高分子材料电磁功能材料主要指导电聚合物材料。
复合型导电高分子材料是以有机高分子材料为基体,加入一定数量的导电物质(如炭黑、石墨、碳纤维、金属粉、金属纤维、金属氧化物等)组合而成。
该类材料兼有高分子材料的易加工特性和金属的导电性。
与金属相比较,导电性复合材料具有加工性好、工艺简单、耐腐蚀、电阻率可调范围大、价格低等优点。
与金属和半导体相比较，导电高分子的电学性能具有如下特点：（1）通过控制掺杂度，导电高分子的室温电导率可在绝缘体-半导体-金属态范围内变化。
光化学反应与应用实验光化学反应是指在光的作用下，化学物质发生反应，产生新的物质和化学变化的过程。
光化学反应广泛应用于化学、生物学以及材料科学等领域，为我们生活和科学研究提供了重要的工具和应用。
一、光化学反应机制及基本原理光化学反应是光能转化为化学能的过程，其中光的能量激发电子或分子，使其达到激发态并参与反应。
光化学反应的机制与光的性质、物质的结构和反应条件密切相关。
光化学反应的基本原理包括激发态的产生、能量传递、电子转移和反应的进行。
1. 激发态的产生激发态的产生是光化学反应的关键步骤。
在光照条件下，光子与分子相互作用，分子的电子跃迁到高能级激发态。
此过程需要一定的能量与适当的波长的光，使分子的电子跃迁到激发态。
2. 能量传递能量传递是指激发的能量在分子中进行传递的过程。
一旦分子的电子跃迁到激发态，激发态的分子可以通过与周围分子的碰撞或电子、振动、转动等相互作用而失去能量。
3. 电子转移电子转移是光化学反应中重要的过程之一。
电子转移是指电子从一个物质转移到另一个物质中的过程。
电子转移可以导致物质的氧化还原反应，生成新的化合物并改变溶液的颜色。
4. 反应的进行光化学反应的进行与反应物的分子结构、反应条件以及反应中间产物的生成紧密相关。
光化学反应可以是单一的分子反应，也可以是复杂的多步反应。
不同的反应路径和反应条件会导致不同的产物和反应速率。
二、光化学反应的应用实验光化学反应在许多实验中得到了广泛的应用。
以下是几个常见的光化学实验应用：1. 光敏剂的研究光敏剂是指能够在光照条件下发生光化学反应的物质。
这些物质可以吸收光能，产生激发态，并参与光化学反应。
实验中可以通过控制光照强度和波长，来研究光敏剂的反应行为和光化学特性。
2. 光催化反应光催化反应是指在光照的条件下，通过催化剂促进化学反应的过程。
光催化反应广泛应用于有机合成、环境净化和能源转化等领域。
实验中可以通过调节催化剂的种类、光照条件和反应体系，研究催化剂对反应速率和产物选择性的影响。
功能性有机化合物的合成与应用功能性有机化合物是一类具有一定功能性质的有机化合物，常用于药物合成、催化剂设计、材料科学等领域。
本文将探讨功能性有机化合物的合成方法和其在各个领域中的应用。
第一部分：功能性有机化合物的合成方法功能性有机化合物的合成方法有很多种，以下是其中几种常见的方法。
1. 光化学合成法光化学合成法利用光照作为诱导反应的能源，通过光合成反应制备有机化合物。
这种方法具有选择性高、反应条件温和等优点。
2. 催化反应法催化反应法是通过引入适当的催化剂，在反应中加速化学反应的速率，从而合成目标有机化合物。
3. 环化反应法环化反应法是通过构建环状结构，将直链化合物转变为环状化合物。
这种方法常用于合成具有特定结构和性质的化合物。
4. 串联反应法串联反应法是将多个反应步骤连续进行，实现多步反应的合成。
这种方法常用于合成复杂的有机分子。
第二部分：功能性有机化合物在药物合成中的应用功能性有机化合物在药物合成中具有广泛的应用。
以下是几个典型的应用案例。
1. 作为药物活性基团功能性有机化合物中的特定基团可以与疾病靶点发生作用，从而发挥药物活性。
例如，酮类化合物可以通过与酶结合，实现对酶的抑制作用，因此在抗生素的合成中有重要应用。
2. 作为中间体功能性有机化合物可以作为合成药物的中间体，参与反应过程并最终形成目标化合物。
例如，氨基酸是合成多肽类药物的重要中间体。
第三部分：功能性有机化合物在材料科学中的应用功能性有机化合物在材料科学中也具有广泛的应用。
以下是几个典型的应用案例。
1. 光电转换材料某些功能性有机化合物具有光电转换性能，可以将光能转化为电能或反之。
这种材料在太阳能电池等领域有重要应用。
2. 分子传感器功能性有机化合物可以作为分子传感器，通过与特定目标分子发生作用，实现对目标分子的检测和分析。
这种传感器在环境监测、生物医学等领域有广泛应用。
第四部分：功能性有机化合物的发展趋势功能性有机化合物的研究和应用在不断发展，主要体现在以下几个方面。
光化学反应的应用光化学反应是指在光的照射下，物质发生化学反应的过程。
这种反应具有广泛的应用，涉及到许多领域，包括环境保护、能源开发、医学和材料科学等。
本文将探讨光化学反应在这些领域的应用。
一、环境保护1. 光解有机污染物光化学反应可以应用于水体和空气中有机污染物的光解处理。
光解污染物是利用光子能量将有机污染物分解为无害的物质，从而实现环境治理的方法之一。
例如，紫外光照射下的有机物光解反应可以去除水体中的有机污染物，净化水源，保护水生态系统的健康。
2. 光催化氧化反应光催化氧化反应是指利用光照下的催化剂，如二氧化钛，将有机物氧化为无机物的过程。
这种反应可以将有害物质转化为无害物质，从而实现空气净化的目的。
例如，在室外空气净化设备中，通过光催化氧化反应可以将空气中的有害气体，如二氧化氮转化为无害的氮气。
二、能源开发1. 光电池光化学反应在能源开发中有着重要的应用，比如太阳能光电池。
太阳能光电池利用太阳辐射的能量，通过光化学反应将光能转化为电能，从而实现能源的转换和利用。
太阳能光电池可以广泛应用于居民用电、交通工具和航天等领域。
2. 光解水制氢光解水制氢也是光化学反应在能源开发中的一项重要应用。
在光解水制氢过程中，利用光能将水分解成氢气和氧气，然后利用氢气作为清洁能源。
这项技术具有潜力成为未来的可持续能源，可以应用于交通、工业和家庭供能等领域。
三、医学应用1. 光治疗光化学反应可以应用于医学领域的治疗。
光治疗是一种利用特定波长的光照射人体，激活光敏剂与组织中的氧分子发生光化学反应，从而杀灭肿瘤细胞或抑制病原体的方法。
光治疗被广泛应用于抗癌治疗、皮肤病治疗和牙科治疗等。
2. 光敏感药物光敏感药物是一类在光照射下发生化学反应的药物。
在医学治疗中，光敏感药物可用于靶向肿瘤细胞。
患者经过光敏感药物的静脉注射后，再将特定波长光照射在患处，激活药物的光化学反应，从而使肿瘤细胞发生破裂和死亡。
四、材料科学1. 光刻技术光刻技术是一种将光敏化的光刻胶通过光化学反应进行形状转换的工艺。
