中北版功能材料概论
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功能材料概论知识点总结
功能材料概论知识点总结一、功能材料的概念功能材料是指那些具有特殊功能和性能的材料，可以通过改变其组成、结构或制备工艺来实现特定的功能要求。
功能材料具有响应外部环境、传感检测、转换能量、存储信息等多种功能，广泛应用于各种工程和应用中。
功能材料的研究和开发，对于推动科学技术的发展和提升生活质量具有重要意义。
二、功能材料的分类功能材料可以根据其功能和性能特点进行分类，常见的功能材料包括以下几类：1. 传感材料：具有对物理、化学或生物信号进行感知和检测的能力，用于传感器和检测技术领域。
2. 光电材料：具有光电转换和传输性能的材料，用于光伏发电、光电器件和光通信等领域。
3. 催化材料：具有催化反应活性和选择性的材料，用于化学反应、环保和能源转化等领域。
4. 能源材料：具有储能、转换和传输能量的特性，用于电池、超级电容器和储能设备等领域。
5. 智能材料：具有响应外部刺激和调控性能的材料，用于智能传感、致动器和智能结构等领域。
6. 生物材料：具有与生物体相容性和生物活性的材料，用于医用材料、生物医学和组织工程等领域。
以上是功能材料按照其功能和应用特点进行的大致分类，不同的功能材料类别具有不同的特性和应用领域，有助于满足特定的工程需求和应用要求。
三、功能材料的特点功能材料具有以下几个特点：1. 多功能性：功能材料可以同时具有多种功能和性能，如传感、光电、催化和能源等功能，具有多种应用潜力。
2. 高性能：功能材料往往具有优异的性能指标，如高灵敏度、高效率、高稳定性和高可靠性，能够满足工程需求和应用要求。
3. 可调控性：功能材料的组成、结构和性能可以通过调控技术进行设计和调整，实现特定功能和性能的要求。
4. 多学科交叉：功能材料的研究和开发涉及物理、化学、材料、电子、生物等多个学科领域的交叉，需要综合利用各种学科知识和技术手段。
5. 应用前景：功能材料在电子、能源、信息、医疗、环境等领域具有广阔的应用前景，可以推动相关产业的发展和进步。
《功能材料概论》PPT课件 (2)
半导体
导体
10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106
电导率σ S/m
超导体：σ→∞
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3
离子导电材料的导电机理源于离 子的运动，由于离子的运动速度远小 于电子的运动速度，因此其电导率较 小，目前最高不超过102 S/m ，一般在 100 S/m以下。
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15
(二)、半导体的导电机理
半导体价带中的电子受激发后从满
价带跃到空导带中，跃迁电子可在导
带中自由运动，传导电子的负电荷。
同时，在满价带中留下空穴，空穴带
正电荷，在价带中空穴可按电子运动
相反的方向运动而传导正电荷。因此，
半导体的导电来源于电子和空穴的运
动，电子和空穴都是半导体中导电的
载流子。
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34
(六) 半导体材料的应用
1、半导体材料在集成电路上的应用：最早用锗单 晶制造二极管和三极管；现在发展硅器件，以 硅单晶为基材的集成电路在电子器件中占主导 地位。化合物半导体砷化镓做微波、超高频晶 体管等；
2、半导体在光电子器件、微波器件和电声耦合器 上的应用：发光管、激光器、光电池、光集成 等；
第二章 电功能材料
半导体材料 超导体材料 电接点（触头）材料
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1
以特殊的电学性能或各种电效应作为主 要性能指标的一类材料。
半导体 材料
超导 材料
电接点 （触头）
材料
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2
导电材料的分类
按导电机理可分为：电子导电材料和离子导电材料两 大类。
电子导电材料包括导体、超导体和半导体：
绝缘体
《功能材料概论》课件
功能材料与结构材料相对，后者主要关注材料的强度、硬度、耐久性等结构特性，而功能材料则更注重 材料的特殊功能和用途。
功能材料的特性包括电、磁、热、光、化学、生物等性质，这些性质在特定的外部刺激下会发生改变， 从而实现对外部环境的响应和调控。
分类
根据功能性质，功能材料可以分为电子 功能材料、磁功能材料、热功能材料、 光学功能材料、化学功能材料和生物功 能材料等。
功能材料在水力发电、海洋能利用等领域 应用广泛，如水轮机叶片材料、海洋能转 换材料等。
生物医学领域
生物医学领域概述
功能材料在生物医学领域中具有广泛的应用前景，涉及医疗器械、生 物医用材料、药物载体等多个方向。
医疗器械领域应用
功能材料在医疗器械制造中应用广泛，如人工关节、心脏起搏器等医 疗设备材料。
根据应用领域，功能材料可以分为能源领域 功能材料、环境领域功能材料、医疗领域功 能材料、信息领域功能材料等。
根据材料的组成和结构，功能材料 可以分为金属功能材料、无机非金 属功能材料、有机功能材料和高分 子功能材料等。
02 功能材料的特性与性能
特性
物理特性
功能材料通常具有独特的物理特性，如超导性、半导性、 磁性、光学性能等。这些特性使得功能材料在特定条件下 能够表现出与众不同的性质。
化学特性
功能材料的化学特性包括稳定性、抗氧化性、耐腐蚀性等 。这些特性决定了材料在各种环境下的稳定性和使用寿命 。
生物特性
某些功能材料具有生物相容性，可以用于生物医学领域， 如人工关节、牙齿等。这些材料需要与人体组织有良好的 相容性，以减少排斥反应。
性能
力学性能
功能材料的力学性能包括硬度、 强度、韧性等。这些性能决定了 材料在受力条件下的表现，对于 材料的加工和使用具有重要意义 。
功能材料的特性包括电、磁、热、光、化学、生物等性质，这些性质在特定的外部刺激下会发生改变， 从而实现对外部环境的响应和调控。
分类
根据功能性质，功能材料可以分为电子 功能材料、磁功能材料、热功能材料、 光学功能材料、化学功能材料和生物功 能材料等。
功能材料在水力发电、海洋能利用等领域 应用广泛，如水轮机叶片材料、海洋能转 换材料等。
生物医学领域
生物医学领域概述
功能材料在生物医学领域中具有广泛的应用前景，涉及医疗器械、生 物医用材料、药物载体等多个方向。
医疗器械领域应用
功能材料在医疗器械制造中应用广泛，如人工关节、心脏起搏器等医 疗设备材料。
根据应用领域，功能材料可以分为能源领域 功能材料、环境领域功能材料、医疗领域功 能材料、信息领域功能材料等。
根据材料的组成和结构，功能材料 可以分为金属功能材料、无机非金 属功能材料、有机功能材料和高分 子功能材料等。
02 功能材料的特性与性能
特性
物理特性
功能材料通常具有独特的物理特性，如超导性、半导性、 磁性、光学性能等。这些特性使得功能材料在特定条件下 能够表现出与众不同的性质。
化学特性
功能材料的化学特性包括稳定性、抗氧化性、耐腐蚀性等 。这些特性决定了材料在各种环境下的稳定性和使用寿命 。
生物特性
某些功能材料具有生物相容性，可以用于生物医学领域， 如人工关节、牙齿等。这些材料需要与人体组织有良好的 相容性，以减少排斥反应。
性能
力学性能
功能材料的力学性能包括硬度、 强度、韧性等。这些性能决定了 材料在受力条件下的表现，对于 材料的加工和使用具有重要意义 。
功能材料概论
17.4.2 单晶态磁性薄膜
• 磁性单晶膜可利用外延法来制备。在离子型晶体或金属 单晶体的结晶面上可通过真空度法进行外延，要求基体的 温度必须在外延温度以上。 • 在NaCL单晶解理面（100）上制备NI单晶膜，其各向异 性常数K1的值具有各向异性。在MgO(100)解理面上，NI 的K1值随基体温度增加而增加。K1越大表明完全单晶化 程度越高。 γ-Fe膜是特殊单晶膜，通常的Fe是体心 立方体晶体结构，面心立方的γ-Fe 仅存在于块状的合 金。但是如果在Cu单晶体上，使外延单晶Fe膜尽可能薄， 也可获得γ-Fe膜，当膜厚为2nm以下时，是γ-Fe（100） /Cu（100），利用磁矩仪测出的K1值，表明膜层为铁磁 性的。实验表明，在不同衬底面上，所得磁性薄膜性能不 同。在Cu(100)面上生成反铁磁性膜，在Cu（100）与 （111）面上，室温时为铁磁性的。
•
气相外延法是以稀土何铁的卤化物做原料。首先在高温 下将其变为气体，然后通过氧化沉积到基片上长出 Y3Fe12O19，Gd3Fe5O12，Y1.5Gd1.5Fe5O12等石榴 石单晶薄膜的方法。目前用这种方法已生长出等石榴石单 晶薄膜。该方法工艺简单。沉积速度快，是生长磁泡薄膜 的好方法。
Hale Waihona Puke 17.4.5 磁性薄膜的应用
•
在形成磁泡以后，如果保持Hb不变，则磁泡是很稳 定的，即已经形成的磁泡不会自发的消失。没有磁泡的区 域部会自发的形成新的磁泡。在磁性薄膜的某一位置上 “有磁泡”和“没有磁泡”是两个稳定的物理状态，可以 用来存贮二进制的数字信息，用磁泡来存贮信息的技术称 为磁泡技术。 • 磁泡材料种类很多。但不是任何一种磁性材料都能形成 磁泡。磁泡只能在自发磁化垂直于膜面的材料中形成。而 且要使缺陷尽量少，透明度尽量高，磁泡的迁移速度要快， 材料的化学稳定性、机械性能要好。满足这些要求的材料 有六万铁氧体（MeFe12O9）、氟化铁（FeF3）、硼酸 铁（FeBO3）和尖晶石（MeFe2O4）、稀土正铁酸盐和 稀土石榴石，其中Me为Ba，Ca，Sr和Pb。 磁泡材料只要通过外延法生长出单晶薄膜。液相外延法是 使溶解有析晶物质的饱和和溶液于保持稍低温度的晶种基 片相接触来生长单晶薄膜的方法。用液相外延法已生长出 Eu2.0Er1.0Ga0.7Fe4.3O12和 Eu1.0Er2.0Ga0.7Fe4.3O12等稀土石榴石薄膜单晶，质量 较好，磁性缺陷密度仅为2个缺陷/厘米² 。
《功能材料概论》课件
详细描述
固相反应法通常涉及将固体原料混合 、研磨并在高温或高压下进行反应。 该方法具有操作简单、设备成本低等 优点，但反应时间较长，且不易控制 产物成分和纯度。
化学气相沉积法
总结词
化学气相沉积法是一种利用气态化学反应在固体表面沉积功能材料的方法。
详细描述
化学气相沉积法通过将气态反应剂引入反应室，在基体表面发生化学反应并形 成固态沉积物。该方法可制备出高纯度、高致密度的功能材料，但设备成本较 高，且工艺参数较难控制。
固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池是一种高温燃料电池，其工作原理 是利用氢气、天然气或生物质等燃料和氧气反应产生电 能。固体氧化物燃料电池具有高效率和低污染等优点。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
《功能材料概论》课件
目录
• 功能材料的分类与特性 • 功能材料的制备技术 • 功能材料的性能与应用 • 功能材料的未来发展与挑战 • 案例分析：功能材料在新能源领域的应用
01 功能材料的分类与特性
金属ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能材料
金属功能材料是指具有特殊物理或化 学性能的金属材料，如导电性、超导 性、磁性、热敏性等。
磁学性能与应用
总结词
功能材料的磁学性能是指其在磁场作用下的性质和行为，包括磁导率、磁化强度、磁致伸缩等。
详细描述
磁导率是指材料对磁场的导磁能力，磁化强度是指材料在磁场作用下的磁化程度，磁致伸缩是指材料 在磁场作用下尺寸发生变化的性质。这些磁学性能在磁记录、磁流体、磁悬浮等领域有着广泛的应用 ，如硬盘、磁带、磁传感器等。
功能材料的环境友好性
总结词
随着环保意识的日益增强，功能材料的环境友好性成 为研究重点，通过降低材料的环境负荷，实现可持续 发展。
固相反应法通常涉及将固体原料混合 、研磨并在高温或高压下进行反应。 该方法具有操作简单、设备成本低等 优点，但反应时间较长，且不易控制 产物成分和纯度。
化学气相沉积法
总结词
化学气相沉积法是一种利用气态化学反应在固体表面沉积功能材料的方法。
详细描述
化学气相沉积法通过将气态反应剂引入反应室，在基体表面发生化学反应并形 成固态沉积物。该方法可制备出高纯度、高致密度的功能材料，但设备成本较 高，且工艺参数较难控制。
固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池是一种高温燃料电池，其工作原理 是利用氢气、天然气或生物质等燃料和氧气反应产生电 能。固体氧化物燃料电池具有高效率和低污染等优点。
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《功能材料概论》课件
目录
• 功能材料的分类与特性 • 功能材料的制备技术 • 功能材料的性能与应用 • 功能材料的未来发展与挑战 • 案例分析：功能材料在新能源领域的应用
01 功能材料的分类与特性
金属ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能材料
金属功能材料是指具有特殊物理或化 学性能的金属材料，如导电性、超导 性、磁性、热敏性等。
磁学性能与应用
总结词
功能材料的磁学性能是指其在磁场作用下的性质和行为，包括磁导率、磁化强度、磁致伸缩等。
详细描述
磁导率是指材料对磁场的导磁能力，磁化强度是指材料在磁场作用下的磁化程度，磁致伸缩是指材料 在磁场作用下尺寸发生变化的性质。这些磁学性能在磁记录、磁流体、磁悬浮等领域有着广泛的应用 ，如硬盘、磁带、磁传感器等。
功能材料的环境友好性
总结词
随着环保意识的日益增强，功能材料的环境友好性成 为研究重点，通过降低材料的环境负荷，实现可持续 发展。
功能材料概述
大学中最早设立冶金系
美国(1865)年建立第一批矿冶系 Michigan technological Univ. (后归Michigan大学) Columbia 大学 Carnigie-Mellon 大学
英国（1865-1870）大学开始设立矿冶系
Sheffield 大学 侧重炼钢 Birmingham 大学 侧重铸铁 Emperical mining college 学院 侧重冶炼工艺
用光导纤维做手术，不用开刀
高压钠灯灯管
Si3N4基陶瓷球轴承
高纯氧化铝透明陶瓷管
Si3N4基陶瓷球轴承
高纯氧化铝透明陶瓷管
1832年以来美国牙科协会一直使用专用的汞合
金，它通常有下列材料组成： 50% Hg 汞,20% 的Ag 银,15% 的 Cu 铜15% 的 Sn 锡最近有一些病人抱怨口腔中发生的电化学 反应会导致金属合金的分解。
耐口腔中的酸；低热导率；尽得住数年的咀嚼 力； 耐骤冷骤热；当然还要口感舒适。
生活中的无机非金属材料
功能材料是一门新的学科，是从经典的材料学
科中孕育出来的学科，它遵循材料科学的一般 特性和变化规律，但又具有其自身的特点。
材料是人类赖以生存和发展的物质基础，一直是 人类进步的一个重要里程碑。
例如，历史上的石器时代、青铜器时代、铁器时 代都是以材料作为时代主要标志的。一种新型材料的 研制成功，可以引起人类文化和生活的新的变化。 石器、陶瓷、铁、铜、玻璃、水泥、有机高分子 （如塑料等）、单晶材料等的发明，为人类进步提供 重要的物质基础。 没有半导体材料，便不可能有目前的计算机技术 ；没有耐高温、高强度的特殊结构材料，便没有今天 的宇航工业；没有低损耗的光导纤维，也就没有现代 的光通讯；没有有机高分子材料，人们的生活也不可 能像今天这样丰富多彩。
功能材料概论总复习
LOGO 0.156
（e） 物理吸附储氢 利用吸附储氢材料对氢分子的吸附作用而储氢。吸 附储氢材料主要有分子筛、活性炭、高比表面积活性炭、新型吸附剂 （碳纳米管、碳纳米纤维和纳米石墨等碳纳米材料 ）等。
Ⅰ 碳纳米管
1997.3 单壁碳纳米管中的储氢 ——《nature》 1999.7 碱掺杂的碳纳米管在常压常温下的高吸氢量——《science》 1999.11 室温下在单壁碳纳米管上的储氢——《science》 5wt%~20wt% 2010.2 回顾碳纳米管储氢——《carbon》 1998~2010，CNTS储氢量逐年下降
库柏认为，只要两个电子之间有净的吸引作用，不管这种作用力多么 微弱，它们都能形成束缚态。
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。
从能量上看，组成库柏对的两个电子由于相互作用将导致势能降低。
LOGO
、
如右图所示：
电子在晶格点阵中运动，它对周围的正离子有吸引作用，从而 造成局部正离子的相对集中，导致对另外电子的吸引作用。这
物理因素：热、光、幅射、机械力
物理－化学因素：热氧、光氧
LOGO
高聚物的分类
天然高分子材料 合成高分子材料
1、按来源
改性的天然高分子材料 改性合成高分子材料 为了获得具有各种实用性能或改善其成型加工性能，除 基本组分聚合物之外，还要添加各种添加剂，因此严格 地说，高分子化合物与高分子材料的涵义是不同的。 LOGO
当 T<Tc 时，金属内的库柏对开始形成（形成后体系能量下降），这时所有 的库柏对都以大小和方向均相同的动量运动，库柏对在能量上比单个电子运 动要稳定，因此，体系中仅有库柏对的运动，库柏对电子与周围其它电子没 有能量交换，也就没有电阻，金属导体就具有了超导电性 。库柏对的数量 十分巨大 , 当它们向同一方向运动时, 就形成了超导电流 。 由于库柏对引力并不大，当温度较高时，库柏对被热运动打乱而不能成对。 同时，离子在晶格上强烈地不规则振动，使形成库柏对的作用大大减弱。 LOGO
功能材料综述
功能材料综述摘要概述了功能材料的基本性能和用途,从功能金属材料、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(非晶态合金- 金属玻璃、纳米结构材料、贮氢材料、薄膜功能材料、形状记忆材料、智能材料与结构、减震材料、生物医学材料)等方面进行了分类和描述。
功能材料种类繁多, 用途广泛,在工农业生产和科学技术等领域起着非常重要的作用。
关键词功能材料性能用途分类1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。
《功能材料学概论》课件
医疗器械行业
功能材料在医疗器械制 造中的应用，如人工骨 骼材料、可生物降解材 料和医用隔膜。体现人 类健康的重要性。
机械加工行业
功能材料在机械加工和制造中的应用，如 耐磨材料、高温材料和高强度材料。提升 机械性能和效率。
建筑行业
功能材料在建筑领域的应用，如保温材料、 防水材料和抗震材料。增强建筑结构和能 效。
化学性质
介绍材料的化学特性，如腐蚀性、溶解性和反应性。探讨这些性质在功能材料制备中的应用。
三、功能材料的分类
电子功能材料
光学功能材料
磁性功能材料
电子器件中常用的功能材料， 如半导体、导电陶瓷和光学 纤维。介绍其原理和应用。
用于调节光信号的功能材料， 如透镜、光纤和光学涂层。 探讨它们在光学领域的应用。
拥有磁性的材料，如磁铁、 磁性合金和磁性材料的复合 体。讨论它们在磁性应用中 的角色。
四、功能材料的应用
电子行业
功能材料在电子产品中 的应用，如晶体管、集 成电路和显示屏。探索 材料对电子行业的贡献。
光电行业
功能材料在光电设备和 光学仪器中的应用，如 光伏材料、光电开关和 光纤传输。展示其技术 进步。
五、功能材料的发展趋势
趋势1：纳米材料 的发展
探索纳米材料的特性、制 备技术和应用领域。展示 其在功能材料学中的重要 性。
ห้องสมุดไป่ตู้
趋势2：多功能材 料的发展
多功能材料的设计和制备， 如能源存储材料、生物医 用材料和可重构材料。展 望其未来的应用。
趋势3：智能材料 的发展
智能材料的特点和应用， 如形状记忆合金、光敏材 料和压电材料。探索其在 自适应技术中的作用。
六、总结
功能材料学对科学和工程的意义以及未来的发展方向。展示对未来功能材料学的期望和挑战。
功能材料学概论
石器时代（Stone Age）： 石斧、凿、刀、铲、箭头、 纺轮、钵等（西安半坡遗址）
石斧
兵器：古代宝剑----古代冶金学 的发展
冶炼技术、淬火技术、渗碳 技术
越女剑-----纳米复合材料
2 青铜时代
青铜器时代（Bronze Age):
巨型司母戊鼎 （河南安阳晚商遗址）
3 铁器时代 铁
商朝中期（距今有3100-3600年）的墓穴中发现— —铁刃铜钺，是一件镶有铁刃的青铜斧状兵器。 炼铁——4000年前，地处西亚的安纳脱利地区赫梯 人。
功能材料涉及面较广，具体包括光、电功能，磁功能 分离功能、形状记忆功能特性。 与结构材料相比，一般除具有机械特征外还具有其他 功能特性。
功能与结构密切相联：如非晶体材料、 纳米铜、弹性马氏体相变能产生记忆效 应、压电陶瓷必须有极轴等。
二功能材料的分类
按功能分
1、力学功能 2、化学功能 3、物理化学功能 4、生物化学功能材料
钢筋混凝土 法国园艺师蒙尼亚和俄国建筑师别列柳布斯基
6 硅时代
1950年
7 新材料时代 1990年
材料(Materials)是国民经济的物质基础。
材料无处不在，无处不有 工农业生产
国防 科学技术 人民生活
材料
材料品种
能源 现代技术的三大支柱 数量 国家现代化程度标志之一
按功能的显示过程 按材料种类
第二节 功能设计的原理和方法
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。
输
材
输
入
料
出
材料显示功能的示意图
一次功能
主要有如下几种：
力学功能: 惯性、粘性、流动性、成型性、 超塑 性、恒弹性、高弹性、震动性、防震 性、润 滑性、成型性
功能材料概论
功能材料概论功能材料是一种具有特定功能和性能的材料，它在各种领域都有着重要的应用价值。
功能材料包括但不限于传感材料、光电材料、催化材料、磁性材料、超导材料等。
这些材料在电子、信息、能源、环境等领域都有着广泛的应用，对于推动科技进步和社会发展起着重要作用。
传感材料是一种能够感知外部环境并将感知信号转化为可识别信号的材料。
传感材料的应用范围非常广泛，比如在环境监测、医疗诊断、智能家居等领域都有着重要的应用。
光电材料是一种能够将光能转化为电能或者将电能转化为光能的材料，它在光伏发电、光纤通信、显示器件等方面都有着重要的应用。
催化材料是一种能够促进化学反应速率的材料，它在化工生产、环境保护、能源转化等方面都有着重要的应用。
磁性材料是一种能够产生磁场或者对磁场有特殊响应的材料，它在电子器件、磁存储、医疗诊断等方面都有着重要的应用。
超导材料是一种在低温下能够表现出完全零电阻和完全抗磁性的材料，它在超导电磁体、超导电力设备、超导电子器件等方面都有着重要的应用。
功能材料的研究和开发是当今材料科学领域的热点之一。
随着科技的不断进步和社会的不断发展，人们对功能材料的需求也在不断增加。
因此，功能材料的研究和开发具有非常重要的意义。
在功能材料的研究和开发过程中，需要深入理解材料的结构与性能之间的关系，探索新的功能材料设计和合成方法，开发具有特定功能和性能的新型材料。
同时，还需要加强功能材料的性能表征和测试技术，为功能材料的应用提供可靠的技术支撑。
总的来说，功能材料是当今材料科学领域的重要组成部分，它在各种领域都有着重要的应用价值。
功能材料的研究和开发是当今材料科学领域的热点之一，对于推动科技进步和社会发展具有重要意义。
希望未来能够有更多的科研人员投入到功能材料的研究和开发中，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
功能材料 第一章 概论
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， 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 十大类， 万多品种， 万多品种 种问世。现已开发的以物理功能材料最多， 种问世。现已开发的以物理功能材料最多， 主要有： 主要有：
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， 合或综合功能发展，从低级功能向高级 功能发展； 功能发展； 3）功能材料和器件的一体化、高集成化、 ）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； 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 ）功能材料和结构材料兼容， 结构化，结构材料功能化； 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、 ）进一步研究和发展功能材料的新概念、 新设计和新工艺； 新设计和新工艺；
1）单功能材料，如：导电材料、介电材料、 ）单功能材料， 导电材料、介电材料、 铁电材料、磁性材料、磁信息材料、 铁电材料、磁性材料、磁信息材料、发热材 热控材料、光学材料、激光材料、 料、热控材料、光学材料、激光材料、红外 材料等。 材料等。 2）功能转换材料，如：压电材料、光电材料、 ）功能转换材料， 压电材料、光电材料、 热电材料、磁光材料、声光材料、电流变材 热电材料、磁光材料、声光材料、 料、磁敏材料、磁致伸缩材料、电色材料等。 磁敏材料、磁致伸缩材料、电色材料等。
6）完善和发展功能材料检测和评价的方法； ）完善和发展功能材料检测和评价的方法；
功能材料概论
新材料15，~或20者年想时方间设。法使传统材料获得新生。
一个例子
比强度，也就是材料的 强度与密度之比。具有
高强度、低密度的材料
优质的结构材料，必须具有较高的比强无度疑，具即有强应度用高优而势质。轻。
高比强度铝合金给 20 世纪的 “新”材料带来了第一个突破！
钢的比强度为： 0.64 106 cm 铝合金的比强度为：2.64 106 cm 后者是前者的 4 倍，这对于结构材料 来说是几千年来的一个飞跃。
• 在 上可以找到很多关于铝以及铝合金 的信息
美铝的生意是从一把铝壶开始的……
❖ 从铝壶做起，慢慢延伸到了烹调器具、锡箔纸、电线和 电缆…… 所谓时效硬化，则是把合金强化处理后的铝合金加热
❖ 现在，美铝了到的成一 单为定 相公温 状认度 态的以 ，上 然世进 后界行 快上“ 速最熔 淬大解 火处 ，的理 保原”持铝，其、使单铝合相金组加处织工于。产均此匀后 品和氧化铝生再产在商稍。高美于铝室温的的产温品度广下泛加热的，应使用合于金航中慢空慢航析天出、第 汽车、包装、二建相筑，、第商二业相的运析输出以可及以工提高业合市金场的。强度。
课程性质及目的
➢ 通过本课程的学习，使学生了解功能材料在材料科学中 的地位以及功能材料的特点，掌握典型功能材料的基本 原理、材料类型以及主要用途；了解典型功能材料的研 究发展现状及其应用，掌握各种功能材料结构与性能的 基本关系。
➢ 要求学生能够在识记的基础上，较好地理解所学内容， 正确地掌握基本概念、基本原理，并且能够进行简单分 析和判断，使学生既有坚实的功能材料物理基础，又有 一定的实用材料的基本性能和应用知识，达到学以致用 的目的。
—— 实用价值
材料实用价值的五个判据
❖资 源 ❖能 源 ❖环 保 ❖经 济 ❖质 量
一个例子
比强度，也就是材料的 强度与密度之比。具有
高强度、低密度的材料
优质的结构材料，必须具有较高的比强无度疑，具即有强应度用高优而势质。轻。
高比强度铝合金给 20 世纪的 “新”材料带来了第一个突破！
钢的比强度为： 0.64 106 cm 铝合金的比强度为：2.64 106 cm 后者是前者的 4 倍，这对于结构材料 来说是几千年来的一个飞跃。
• 在 上可以找到很多关于铝以及铝合金 的信息
美铝的生意是从一把铝壶开始的……
❖ 从铝壶做起，慢慢延伸到了烹调器具、锡箔纸、电线和 电缆…… 所谓时效硬化，则是把合金强化处理后的铝合金加热
❖ 现在，美铝了到的成一 单为定 相公温 状认度 态的以 ，上 然世进 后界行 快上“ 速最熔 淬大解 火处 ，的理 保原”持铝，其、使单铝合相金组加处织工于。产均此匀后 品和氧化铝生再产在商稍。高美于铝室温的的产温品度广下泛加热的，应使用合于金航中慢空慢航析天出、第 汽车、包装、二建相筑，、第商二业相的运析输出以可及以工提高业合市金场的。强度。
课程性质及目的
➢ 通过本课程的学习，使学生了解功能材料在材料科学中 的地位以及功能材料的特点，掌握典型功能材料的基本 原理、材料类型以及主要用途；了解典型功能材料的研 究发展现状及其应用，掌握各种功能材料结构与性能的 基本关系。
➢ 要求学生能够在识记的基础上，较好地理解所学内容， 正确地掌握基本概念、基本原理，并且能够进行简单分 析和判断，使学生既有坚实的功能材料物理基础，又有 一定的实用材料的基本性能和应用知识，达到学以致用 的目的。
—— 实用价值
材料实用价值的五个判据
❖资 源 ❖能 源 ❖环 保 ❖经 济 ❖质 量
功能材料概论复习要点及试题
word格式-可编辑-感谢下载支持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，其能量量子如，（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时，磁力线将穿人超导体，超导态被破坏。
C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为0K时的临界磁场。
当T=T时，=0;随温度的降低，H增加，至0K时达到最大值H。
H与材料性C0CCC0C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。
功能材料概论
计算机学院裴天魁学号：11073144关于高分子纳米复合材料天然的、合成的和复合的高分子材料已经遍及人们的衣、食、住、行乃至信息、能源、航空航天以及国防等各个领域，其重要性是不言而喻的。
那么到底什么是高分子呢？看看我们的周围世界，人们穿的是棉、毛、涤纶等制成的衣服，吃的是富含淀粉和蛋白质的米、面、肉、蛋等食物，家里用的是由各种聚乙烯、聚氯乙烯等塑料制成的器皿，出门坐的是装有橡胶轮胎的汽车，所有这些不都是高分子在生活中生动的体现吗！高分子是由分子量很大的长链分子所组成，而每个分子链都是由共价键联合的成百上千的一种或多种小分子构造而成。
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。
功能高分子材料是上世纪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％。
介于应对经济发展的需要，科学技术发展的需求，交通和宇航技术的要求，生命科学的要求，高分子纳米复合材料应运而生！下面我来介绍一下，关于高分子纳米复合材料的应用：（1）高分子在工业上的应用①作为结构材料广泛地应用于工业中的塑料，称为“工程塑料”。
工程塑料质轻，仅为钢的 1／8，但强度却可以与钢材相媲美，它可代替金属制造各种齿轮、轴承等机械零件，如用酚醛塑料代替黄铜制成轧钢机的轴承，使用寿命大大提高,用玻璃钢作矿井支柱比金属和木材质轻且耐腐蚀。
②电气工业是最先使用高分子材料的,至今电气电子工业中大量采用高分子作绝缘材科、壳体零部件等,如电源开关、插头等电器零件是由酚醛模塑粉制成的，电线的覆盖层是用橡胶或聚氯乙烯制造的，用硅树脂作电机中的绝缘材料则可大大提高其工作温度(180℃)和使用功率，并且能延长使用寿命。
功能材料概论教学大纲
功能材料概论教学大纲《功能材料概论》教学大纲一、《功能材料概论》课程说明(一)课程代码:08131107(二)课程英文名称:Introduction to Functional Materials(三)开课对象:材料物理本科专业学生(四)课程性质:功能材料概论是材料物理专业的一门专业选修课。
本课程的任务是使学生了解各种功能材料的制备原理以及应用。
(五)教学目的:本课程的目的是使学生获得较广泛的功能材料的基础知识以及应用范围。
(六)教学内容:1(功能材料的科学基础晶体学基础及材料性能、高分子基础2(金属功能材料超导材料、贮氢合金、形状记忆合金、水晶态合金、磁性材料3(无机非金属功能材料半导体材料、光学材料、精细功能陶瓷、功能转换材料4(功能高分子材料高分子试剂及固相合成、高分子催化剂、固定化酶及高分子螯合剂、感光及导电性高分子材料、高分子药物(七)教学时数:学时数: 36 学时分数: 2 学分学时数具体分配教学内容讲授实验/实践合计第一章晶体学基础及材料性能 4 4 第二章高分子基础 4 4 第三章超导材料 4 4 第八章半导体材料 6 6 第九章光学材料 8 8 第十二章高分子试剂及固相合成 6 6 第十四章感光及导电高分子 4 4 合计 36 36(八)教学方式以板书为主要形式的课堂教学。
(九)考核方式和成绩记载说明考核方式为考试。
严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格。
综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占40% ，期末成绩占60% 。
二、讲授大纲与各章的基本要求第一章晶体学基础及材料性能教学要点:通过本章的学习使学生了解晶体学基础，及初步认识各种功能材料1. 了解晶体特征，掌握晶体结构2. 初步了解功能材料的性能教学时数:4教学内容:1.1 晶体特征1.1.1 空间点阵1.1.2 晶面指数1.1.3 对称性1.2 化学键与晶体1.2.1 离子晶体1.2.2 原子晶体1.2.3 金属晶体1.2.4 分子晶体1.3 晶体结构1.3.1 元素的晶体结构1.3.2 典型晶体结构 1.4 晶体缺陷1.4.1 点缺陷1.4.2 线缺陷1.4.3 面缺陷1.5 导体、半导体和绝缘体1.5.1 能代填充与晶体导电性1.5.2 导体、半导体和绝缘体的区别 1.6 功能材料的性能1.6.1 半导体电性1.6.2 磁性1.6.3 超导性1.6.4 光谱性质考核要求:1.了解晶体特征，掌握晶体结构2.初步了解功能材料的性能第二章高分子基础教学要点:1. 了解高分子的概念2. 初步掌握合成高分子的化学反应3. 了解高聚物的分类和命名教学时数:2教学内容:2.1 高分子的概念2.1.1 高分子的含义2.1.2 高分子的结构 2.2 合成高分子的化学反应2.2.1 变化分类2.2.2 动力学分类2.2.3 均聚反应和共聚反应2.2.4 高分子的化学反应 2.3 高聚物的分类和命名2.3.1 高聚物的的分类2.3.2 高聚物的命名 2.4 高聚物材料的特性2.4.1 高分子与低分子的区别2.4.2 分子量分布2.4.3 热学和力学性质考核要求:1.了解高分子的概念2.初步掌握合成高分子的化学反应3.了解高聚物的分类和命名第三章超导材料教学要点:1.了解超导的微观图像2.了解超导体的临界参数3.掌握超导材料的应用教学时数:4教学内容:3.1 超导的微观图像3.1.1 超导能隙3.1.2 电子-声子相互作用 3.2 超导的临界参数3.2.1 临界温度3.2.2 临界磁场3.2.3 临界电流 3.3 低温超导材料3.4 超导材料的应用3.4.1 开发新能源3.4.2 节能方面3.4.3 超导磁悬浮列车考核要求:1.了解超导的微观图像2.了解超导体的临界参数3.掌握超导材料的应用第八章半导体材料教学要点:1.了解典型半导体材料2.了解半导体微结构材料3.了解非晶态半导体教学时数:6教学内容:8.1 典型半导体材料8.1.1 半导体材料分类8.1.2 硅和锗8.1.3 砷化镓半导体微结构材料8.28.2.1 异质薄层材料8.2.2 超晶格种类 8.3 非晶态半导体8.3.1 非晶态半导体的能代结构8.3.2 电学和光学性质 8.4 半导体陶瓷8.4.1 ptc半导体陶瓷8.4.2 ntc 半导体陶瓷8.4.3 ctr半导体陶瓷8.4.4 压敏半导体陶瓷考核要求:1.了解典型半导体材料2.了解半导体微结构材料3.了解非晶态半导体第九章光学材料教学要点:1.了解激光材料2.了解光纤材料3.了解红外材料4.掌握发光材料教学时数:8教学内容:9.1 激光材料9.1.1 激光的产生9.1.2 固体激光器材料 9.2 光线材料9.2.1 光线材料的结构和分类9.2.2 光在光纤中的传输的基本原理9.2.3 光线材料及制造 9.3 红外材料9.3.1 红外线的基本性质9.3.2 红外材料 9.4 发光材料9.4.1 发光的特征9.4.2 电子束激光发光9.4.3 场致发光 9.6 液晶材料9.6.1 液晶的结构9.6.2 液晶的效应9.6.3 液晶材料考核要求:1.了解激光材料2.了解光纤材料3.了解红外材料4.掌握发光材料第十二章高分子试剂及固相合成教学要点:1.了解高分子试剂的特点2.了解高分子氧化试剂3.了解高分子还原试剂4.掌握高分子载体上的固相合成教学时数:6教学内容:12.1 高分子试剂的特点12.1.1 易于与低分子化合物分离12.1.2 具有较好的稳定性12.1.3 微环境可以人为的控制12.1.4 相互难接近性 12.2 高分子氧化试剂12.2.1 过氧酸12.2.2 硒化合物12.2.3 氯化硫代苯甲醚12.3 高分子还原试剂12.3.1 高分子还原剂12.3.2 磺酰类高分子还原剂12.3.3 吸附性高分子还原剂 12.7 高分子载体上的固相合成12.7.1 多肽的固相合成12.7.2 有机化合物的合成考核要求:1.了解高分子试剂的特点2.了解高分子氧化试剂3.了解高分子还原试剂4.掌握高分子载体上的固相合成第十四章感光及导电高分子教学要点:1.了解感光性高分子材料2.了解导电性高分子材料教学时数:4教学内容:14.1 感光性高分子材料14.1.1 概述14.1.2 感光材料介绍 14.2 导电性高分子材料14.2.1 高分子导体14.2.2 光导电聚合物考核要求:1.了解感光性高分子材料2.了解导电性高分子材料三、推荐教材和参考书目(一)教材:《功能材料概论》殷景华等主编，第一版，哈尔滨工业大学出版社，1999(二)参考书:1.《材料物理导论》熊兆贤主编，第一版，科学出版社，20002.《现代功能材料及应用》郭卫红等主编，化学工业出版社，2002。
第一章-功能材料概论
19
④热能与其他形式能量的转换
如激光加热、热刺激发光、热化学反应等。
20
⑤机械能与其他形式能量的转换。
如形状记忆效应、热弹性效应、机械化学效应、 压电效应、电致伸缩、光压效应、声光效应、 光弹性效应和磁致伸缩效应等。
21
功能高分子材料至少应具有----
❖ 物理功能：导电、热电、压电、超导、形状记忆、磁化、光 致变色等
②功能高分子材料的合成原理与制备方法，多种功能结构的复
合及加工工艺
③功能高分子材料的应用，各种功能及性能的表征及研究方法
23
1.1.3 功能高分子材料的分类
（1）按照功能划分主要为： ①物理功能高分子： ②化学功能高分子： ③生物功能和医用高分子： ④其他功能高分子材料：
24
（2）按照性质和功能划分主要为9种类型 ①反应型功能高分子材料： ②光敏型功能高分子： ③电活性高分子材料： ④膜型高分子材料： ⑤吸附型高分子材料： ⑥高性能工程材料： ⑦高分子智能材料： ⑧医用高分子： ⑨其他功能高分子：
虽然特种与功能高分子材料的发展可以追述到 很久以前，如光敏高分子材料和离子交换树脂都 有很长的历史。但是作为一门独立的完整的学科， 功能高分子是从20世纪80年代中后期开始发展的。
40
最早的功能高分子可追述到1935年离子交换树脂的发明。 20世纪50年代，美国人开发了感光高分子用于印刷工业， 后来又发展到电子工业和微电子工业。 1957年发现了聚乙烯基咔唑的光电导性，打破了多年来 认为高分子材料只能是绝缘体的观念。 1966年little提出了超导高分子模型，预计了高分子材 料超导和高温超导的可能性，随后在1975年发现了聚氮 化硫的超导性。
30
1.2.4 宏观结构与功能的关系 ❖ 宏观结构包括聚合物的形态，如粉末、颗粒或球形、
④热能与其他形式能量的转换
如激光加热、热刺激发光、热化学反应等。
20
⑤机械能与其他形式能量的转换。
如形状记忆效应、热弹性效应、机械化学效应、 压电效应、电致伸缩、光压效应、声光效应、 光弹性效应和磁致伸缩效应等。
21
功能高分子材料至少应具有----
❖ 物理功能：导电、热电、压电、超导、形状记忆、磁化、光 致变色等
②功能高分子材料的合成原理与制备方法，多种功能结构的复
合及加工工艺
③功能高分子材料的应用，各种功能及性能的表征及研究方法
23
1.1.3 功能高分子材料的分类
（1）按照功能划分主要为： ①物理功能高分子： ②化学功能高分子： ③生物功能和医用高分子： ④其他功能高分子材料：
24
（2）按照性质和功能划分主要为9种类型 ①反应型功能高分子材料： ②光敏型功能高分子： ③电活性高分子材料： ④膜型高分子材料： ⑤吸附型高分子材料： ⑥高性能工程材料： ⑦高分子智能材料： ⑧医用高分子： ⑨其他功能高分子：
虽然特种与功能高分子材料的发展可以追述到 很久以前，如光敏高分子材料和离子交换树脂都 有很长的历史。但是作为一门独立的完整的学科， 功能高分子是从20世纪80年代中后期开始发展的。
40
最早的功能高分子可追述到1935年离子交换树脂的发明。 20世纪50年代，美国人开发了感光高分子用于印刷工业， 后来又发展到电子工业和微电子工业。 1957年发现了聚乙烯基咔唑的光电导性，打破了多年来 认为高分子材料只能是绝缘体的观念。 1966年little提出了超导高分子模型，预计了高分子材 料超导和高温超导的可能性，随后在1975年发现了聚氮 化硫的超导性。
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1.2.4 宏观结构与功能的关系 ❖ 宏观结构包括聚合物的形态，如粉末、颗粒或球形、
功能材料概论-教学大纲
功能材料概论一、课程说明课程编号: 070117Z10课程名称: 功能材料概论/ Introduction to Functional Materials课程类别: 专业选修课学时/学分: 24/1.5先修课程: 材料科学基础、材料性能学、金属材料及热处理适用专业: 粉体材料科学与工程、材料化学教材、教学参考书:二、课程设置的目的意义通过本课程的学习, 使学生掌握几类重要的功能材料相关知识, 包括能源材料、电功能材料、磁性材料、精细功能陶瓷、多孔材料及形状记忆材料等。
了解各种粉体功能材料的功能性原理、材料的基本特性, 掌握材料的制备方法及工艺, 了解材料的应用及最新发展动态, 培养分析与解决实际问题的能力。
为以后从事粉末冶金、材料科学与工程研究、以及相关教学、生产的能力培养打下基础。
三、课程的基本要求知识要求: 使学生了解功能材料在材料科学中的地位以及功能材料的特点, 掌握典型的功能材料的基本原理、材料类型以及主要用途；使学生既有坚实的功能材料物理基础, 又有一定的实用材料的基本性能和应用知识。
使学生既有坚实的功能材料物理基础, 又有一定的实用材料的基本性能和应用知识。
通过本课程学习, 使学生对典型功能材料, 如能源材料、信息功能材料、梯度功能材料、功能合金和智能材料等研发现状及其应用有一定的了解, 掌握各种功能材料结构与性能的基本关系。
能力要求: 要求学生能够在识记的基础上, 较好地理解所学内容, 全面正确地掌握基本概念、基本原理, 并且能够进行简单分析和判断。
以学生为中心, 在不断扩充奠定学生材料知识基础上, 使之具备相关文献查阅、获取和分析评述的能力。
素质要求：培养学习兴趣, 分别以自主和群组的方式不断学习, 培养团队合作素质, 主动关心认识周围世界的材料, 喜欢材料的世界, 有为创造、改良和完善材料而努力的意愿, 从而形成一段有意义的学习经历。
四、教学内容、重点难点及教学设计五、实践教学内容和基本要求本课程不含实践学时。
功能材料相关知识点概括讲解
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。
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现代科学技术的三大支柱－能源、材料、信 息， 其中材料是基础。新材料发展的重点已经从结构材 料转向功能材料，从单一走向复合。
结构材料： 是以力学性能为基础，主要制利用其 强度、硬度韧性等机械性能制成的各种材料。
功能材料：功能材料一般除了具有机械特性外， 还具有其他的功能特性，是指通过光、电、磁、热、 化学、生化等作用后具有特定功能的材料。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。
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(1)力学功能
主要是指强化功能材料和弹性功能材料，如
(2)化学功能
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：如生物反应器等。
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（3）物理化学功能
• 一般分为天然和合成的两类；
• 按使用性质：塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等；
• 按链结构：碳链、杂链、元素高聚物；
• 按热性质：热塑性、热固性及热稳定性高聚物；
• 按用途：结构材料、电绝缘材料、耐高温材料、导电高分 子、高分子建筑材料、生物医用高分子材料、高分子催化剂 、包装材料等。 塑料是重要的高分子材料，分为通用塑料和工程塑料。
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• 高分子材料的基本属性
• 结合健主要为共价健，部分范德华键； 分子量大，无明显的熔点，有玻璃化转变温度、粘 流温度；
• 力学状态有玻璃态、高弹态和粘流态； • 强度较高； • 质量轻； • 良好的绝缘性； • 优越的化学稳定性
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• 在高分子材料中，也是以共价键结合，但是它是链状结 构，但链与链之间的结合力并不是共价键，这些键的键能小 ，在受到冲击力时，链断裂，可以产生相对滑移，就可以弹 性形变，塑性形变，再到断裂，所以高分子材料不表现脆性
无机非金属材料（共价键）和主要包括陶瓷、水泥（硅酸盐） 、玻璃、耐 火材料等，资源丰富，性能价格比高。20世纪中 后期，通 过合成原料和新的制备技术，出现了一系列特殊功 能的先 进陶瓷。
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高分子材料：20世纪初，人工合成高分子材料问世 ： 1909年-酚醛树脂(胶木)； 1925年-聚苯乙烯；（氯纶） 1931年-聚氯乙烯；（树脂）
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从化学键类型来分
➢ 金属材料：（金属键） ➢ 金属学 黑色金属（钢和铸铁-铁碳合金 ）
钢：碳素钢和合金钢（按成分）；普通钢、优质钢和高级优质 钢（按品质）；平炉钢、转炉钢、电炉钢和奥氏体钢（按冶炼 法）；结构钢、工具钢、特殊钢及专用钢（按用途）。 铸铁：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、特殊性能铸铁等。 ➢ 有色金属(非铁材料) 轻金属(密度﹤5)、重金属(密度﹥5)、贵金属、类金属和稀有 金属，如A1、Cu、Zn、Sn、Pb、Mg、Ni、Ti及其合金。 在工程上占有重要地位
陶瓷受到较大的冲击力时，位错很难滑移，弹性形变和塑性形
变很难发生，所以就瞬间断裂。
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• 熔点高，具有优良的耐高温和化学稳定性； • 一般自由电子数目少、导热性和导电性较小； • 耐化学腐蚀性好； • 耐磨损。
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• 高分子材料 （高分子物理）
• 以C、H、N、O元素为基础，由大量结构相同的小单元聚 合组成，分子量大，并在某一范围内变化。
①电学功能材料：如超导体，导电高分子等； ②光学功能材料：如感光性高分子等； ③能量转换材料：如压电材料、光电材料。
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(4)生物化学功能
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
• 1941年-尼龙，如今世界年产量在1亿吨以上。 • 复合材料
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• 金属材料的基本属性 ● 结合健为金属健； ● 熔点较高； ● 具有金属光泽； ● 展性、延性大； ● 强度较高； ● 结构中存在自由电子，导热和导电性好； ● 在空气中易被氧化。
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• 无机非金属材料（陶瓷学）
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• 无机非金属材料的基本属性
• 化学健主要是离于键、共价健以及它们的混合键；
• 硬而脆、韧性低、抗压不抗拉；
• 以共价键结合，由于共价键强度高，能量大，要断键是很难的 ，所以陶瓷内部能形成稳定的晶格结构，位错的滑移也很困难 。
• 物体的断裂过程是：弹性形变，塑性形变，最后产生断裂。 在
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• 材料科学目的：在于揭示材料的行为，给予材料属 性的描述或建立模型，以及解释组成结构与性能间 的联系
• 材料的特定的功能与材料的特定结构是相联系的。 如对于导电聚合物来说，它一般具有长链共轭双键 ；金属结构中由于弹性马氏体相变能产生记忆效应 ，因此出现了形状记忆合金等
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第一节 功能材料的概念与分类
一、功能材料的概念
功能材料一般除了具有机械特性外，还具有其 他的功能特性，是指通过光、电、磁、热、化学、 生化等作用后具有特定功能的材料。
在国外，常将这类材料称为特种材料(Speciality Materials))或精细材料(Fine Materials)。
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二、 材料的分类 ● 按物态划分：气态、液态和固态。
● 按组成和结合健性质：金属材料、无机非金属 材料、高分子材料以及复合材料。
按材料的功能：结构材料、功能材料。
● 按使用领域：建筑材料、电子材料、医用材料、仪 表材料、能源材料等。
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三、功能材料的分类
随着技术的发展和人类认识的扩展，新型的功能材料 不断被开发出来，因此对其也产生了许多不同的分类方 法。从功能的不同考虑，可将功能材料分为以下四类。
• 主要包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。 按性能和用途：传统陶瓷和特种陶瓷。 特种陶瓷也称 精细陶瓷（Fine Ceramics） 高技术陶瓷（High Technical Ceramics） 先进陶瓷（Advanced Ceramics）
• 特种陶瓷是以人工合成化合物为原料制备，用于技术和 工程领域，如电子信息、能源、机械、化工、动力、生 物、航天航空和其它高新技术领域。
结构材料： 是以力学性能为基础，主要制利用其 强度、硬度韧性等机械性能制成的各种材料。
功能材料：功能材料一般除了具有机械特性外， 还具有其他的功能特性，是指通过光、电、磁、热、 化学、生化等作用后具有特定功能的材料。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。
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(1)力学功能
主要是指强化功能材料和弹性功能材料，如
(2)化学功能
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：如生物反应器等。
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（3）物理化学功能
• 一般分为天然和合成的两类；
• 按使用性质：塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等；
• 按链结构：碳链、杂链、元素高聚物；
• 按热性质：热塑性、热固性及热稳定性高聚物；
• 按用途：结构材料、电绝缘材料、耐高温材料、导电高分 子、高分子建筑材料、生物医用高分子材料、高分子催化剂 、包装材料等。 塑料是重要的高分子材料，分为通用塑料和工程塑料。
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• 高分子材料的基本属性
• 结合健主要为共价健，部分范德华键； 分子量大，无明显的熔点，有玻璃化转变温度、粘 流温度；
• 力学状态有玻璃态、高弹态和粘流态； • 强度较高； • 质量轻； • 良好的绝缘性； • 优越的化学稳定性
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• 在高分子材料中，也是以共价键结合，但是它是链状结 构，但链与链之间的结合力并不是共价键，这些键的键能小 ，在受到冲击力时，链断裂，可以产生相对滑移，就可以弹 性形变，塑性形变，再到断裂，所以高分子材料不表现脆性
无机非金属材料（共价键）和主要包括陶瓷、水泥（硅酸盐） 、玻璃、耐 火材料等，资源丰富，性能价格比高。20世纪中 后期，通 过合成原料和新的制备技术，出现了一系列特殊功 能的先 进陶瓷。
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高分子材料：20世纪初，人工合成高分子材料问世 ： 1909年-酚醛树脂(胶木)； 1925年-聚苯乙烯；（氯纶） 1931年-聚氯乙烯；（树脂）
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从化学键类型来分
➢ 金属材料：（金属键） ➢ 金属学 黑色金属（钢和铸铁-铁碳合金 ）
钢：碳素钢和合金钢（按成分）；普通钢、优质钢和高级优质 钢（按品质）；平炉钢、转炉钢、电炉钢和奥氏体钢（按冶炼 法）；结构钢、工具钢、特殊钢及专用钢（按用途）。 铸铁：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、特殊性能铸铁等。 ➢ 有色金属(非铁材料) 轻金属(密度﹤5)、重金属(密度﹥5)、贵金属、类金属和稀有 金属，如A1、Cu、Zn、Sn、Pb、Mg、Ni、Ti及其合金。 在工程上占有重要地位
陶瓷受到较大的冲击力时，位错很难滑移，弹性形变和塑性形
变很难发生，所以就瞬间断裂。
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• 熔点高，具有优良的耐高温和化学稳定性； • 一般自由电子数目少、导热性和导电性较小； • 耐化学腐蚀性好； • 耐磨损。
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• 高分子材料 （高分子物理）
• 以C、H、N、O元素为基础，由大量结构相同的小单元聚 合组成，分子量大，并在某一范围内变化。
①电学功能材料：如超导体，导电高分子等； ②光学功能材料：如感光性高分子等； ③能量转换材料：如压电材料、光电材料。
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(4)生物化学功能
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
• 1941年-尼龙，如今世界年产量在1亿吨以上。 • 复合材料
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• 金属材料的基本属性 ● 结合健为金属健； ● 熔点较高； ● 具有金属光泽； ● 展性、延性大； ● 强度较高； ● 结构中存在自由电子，导热和导电性好； ● 在空气中易被氧化。
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• 无机非金属材料（陶瓷学）
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• 无机非金属材料的基本属性
• 化学健主要是离于键、共价健以及它们的混合键；
• 硬而脆、韧性低、抗压不抗拉；
• 以共价键结合，由于共价键强度高，能量大，要断键是很难的 ，所以陶瓷内部能形成稳定的晶格结构，位错的滑移也很困难 。
• 物体的断裂过程是：弹性形变，塑性形变，最后产生断裂。 在
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• 材料科学目的：在于揭示材料的行为，给予材料属 性的描述或建立模型，以及解释组成结构与性能间 的联系
• 材料的特定的功能与材料的特定结构是相联系的。 如对于导电聚合物来说，它一般具有长链共轭双键 ；金属结构中由于弹性马氏体相变能产生记忆效应 ，因此出现了形状记忆合金等
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第一节 功能材料的概念与分类
一、功能材料的概念
功能材料一般除了具有机械特性外，还具有其 他的功能特性，是指通过光、电、磁、热、化学、 生化等作用后具有特定功能的材料。
在国外，常将这类材料称为特种材料(Speciality Materials))或精细材料(Fine Materials)。
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二、 材料的分类 ● 按物态划分：气态、液态和固态。
● 按组成和结合健性质：金属材料、无机非金属 材料、高分子材料以及复合材料。
按材料的功能：结构材料、功能材料。
● 按使用领域：建筑材料、电子材料、医用材料、仪 表材料、能源材料等。
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三、功能材料的分类
随着技术的发展和人类认识的扩展，新型的功能材料 不断被开发出来，因此对其也产生了许多不同的分类方 法。从功能的不同考虑，可将功能材料分为以下四类。
• 主要包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。 按性能和用途：传统陶瓷和特种陶瓷。 特种陶瓷也称 精细陶瓷（Fine Ceramics） 高技术陶瓷（High Technical Ceramics） 先进陶瓷（Advanced Ceramics）
• 特种陶瓷是以人工合成化合物为原料制备，用于技术和 工程领域，如电子信息、能源、机械、化工、动力、生 物、航天航空和其它高新技术领域。