光功能复合材料资料52页PPT

疲劳性能与寿命预测
疲劳性能
复合材料的疲劳性能是指它们在周期性载荷下的抗断裂能力 。通过优化材料组合和结构设计，可以显著提高复合材料的 疲劳性能。例如，使用高强度纤维和优化基体树脂可以显著 提高复合材料的疲劳性能。
寿命预测
通过实验测试和分析，可以预测复合材料的使用寿命。这些 测试包括疲劳测试、环境因素测试和物理测试等。通过这些 测试和分析，可以评估复合材料在不同条件下的使用寿命， 并提供设计建议以延长其使用寿命。
复合材料ppt
2023-10-30
目录
• 复合材料概述 • 复合材料的力学性能 • 复合材料的热学性能 • 复合材料的应用领域 • 复合材料的未来发展趋势 • 复合材料的相关研究与文献综述
01
复合材料概述
定义与分类
复合材料定义
由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学的方法组合成的新型材料 。
复合材料分类
根据组合成分的性质和比例，复合材料可分为金属基复合材料、非金属基复 合材料和纳米复合材料等。
复合材料的性能特点
性能可设计性
可以根据使用要求设计复合材料的性能，如强度、刚度、耐腐 蚀性等。
性能优势
可以发挥不同材料的优点，实现单一材料无法达到的性能。
性能可调整性
可以通过调整各组分材料的比例和制备工艺来调整复合材料的 性能。
连接器
复合材料也被用于制造连接器，如USB连接器等。
电池外壳
复合材料还可以用于制造电池的外壳，如锂离子电池的外壳等。
05
复合材料的未来发展趋势
高性能复合材料的研发
01
研发具有更高强度、韧性和耐 高温性能的高性能复合材料， 以满足现代工程和工业制造的 需求。
02

•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Eh hc
第五章 光功能高分子材料_概述
• 物质对光的吸收程度即透光率T可以用Beer-Lambert公 式表示：
•
lgT lg I lc
I0
• ε：摩尔消光系数，表示该种物质对光的吸收能力，仅与
化合物的性质和光的波长有关。I为透射光强度，I0为入 射光强度，c为分子摩尔浓度，l为称程长度。上述公式仅
• 光引发阳离子开环聚合：适用于多种具有环张力的单体，如 缩醛、环醚、环氧化物和β-内酯、硫化物、硅酮等。
• 2〕光刻胶或光致抗〔诱〕蚀剂：在光的作用下可以发生 光光交联或者光降解，反响后其溶解性能发生显著变化的 聚合材料，具有光加工性能。
第五章 光功能高分子材料_概述
• 3〕高分子光稳定剂：能够大量吸收光能，并且以无害方式 将其转化成热能，以阻止聚合材料发生光降解和光氧化反 响，这种参加高分子材料中具有抗老化作用的材料被称为 光稳定剂
• 荧光量子效率：荧光强度与入射光强度的比值。
第五章 光功能高分子材料_概述
• 光量子效率与结构有关
第五章 光功能高分子材料_概述
• 四．激发态的淬灭
• 激发态的淬灭：能加速激发态分子以非光形式衰减到基 态或者低能态的过程。
• 激发态的淬灭可通过参加淬灭剂实现
• 由淬灭的机理可分为动态淬灭和静态淬灭
• 光敏剂〔增感剂〕：吸收光能后跃迁到激发态，然后发生 分子内或分子间能量转移，将能量传递给另一个分子，光 敏剂回到基态。增感剂引起的化学反响通常在三线态进行。
第五章 光功能高分子材料_概述
• 5.1.3 光化学反响 • 光聚合 • 光交联反响 • 光降解反响 • 光异构化
• 一．光聚合与光交联 • 光聚合：化合物由于吸收了光能而发生化学反响，引起产物

混凝土＝水泥+砂+石
复合材料的种类
金属基
陶瓷基
按基体相分
聚合物基
水泥基
复 合 材
按增强相 的形态分
颗粒增强 纤维增强 晶须增强
碳纤维 玻璃纤维 有机纤维
复合纤维
料
编织物增强
按用途分
结构复合材料 承受载荷，作为承力结构使用
功能复合材料
电、磁、光、热、声、摩 擦、阻尼、化学分离性能
复合材料的特点
多相: 至少两相 复合效应：不仅保留了原组成材料的特色，而且
3、石墨/镁复合材料
这种材料密度低、线膨胀系数为零，尺寸的稳定性好，是金属基复合材料中具 有最高比强度和比弹性模量的复合材料。可在石墨纤维表面沉积TiB2，提高石 墨纤维的润湿性。
金属基复合材料
长纤维增强金属基复合材料
4、碳化硅/钛复合材料
碳化硅纤维比强度高、比模量高，高温强度高，耐热、耐氧化，与金属的反 应小，润湿性好。
主要应用于飞机发动机部件和涡轮叶片以及火箭发动机箱体材料。
5、氧化铝/铝复合材料
氧化铝纤维在氧化气氛中稳定，能在高温下保持其强度、刚度， 且硬度高，耐磨性好。这种复合材料具有高强度和高刚度，可用于 汽车发动机活塞和其他发动机零件。
金属基复合材料
1、氧化铝/铝复合材料
短纤维/晶须增强金属基复合材料 2、碳化硅/铝复合材料 3、氧化铝/镍复合材料
突出特点
性树脂基体—热塑性玻璃钢。
密度低：1.6～2.0g/cm3；
比强度高：较最高强度的合金钢还高3倍；
耐烧蚀
耐腐蚀
应用
航空航天工业：如雷达罩、机舱门、燃料箱、行李架和地板等。 火箭：发动机壳体、喷管。 汽车工业：如汽车车身、保险杠、车门、挡泥板、灯罩、内部装饰件等。 石油化工工业：如玻璃钢贮罐、容器、管道、洗涤器、冷却塔等

5.2 光敏涂料
优点： 固化速度快 不需加热，耗能少 污染少 便于流水线作业 缺点： 不适合形状复杂物体的涂层 价格高
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
光 表面涂料：装饰和保护层 敏 涂 料 光致抗蚀剂：制造印刷电路板 光敏涂料体系的组成：
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主 要 内 容
概述 光敏涂料 光致抗蚀剂 光致变色高分子材料 光导电高分子材料
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光化学反应过程： 1. 激发过程：分子吸收光能，电子从基 态向高能级跃迁，成为激发态。 2. 化学反应：激发态分子向其它分子转 移能量或产生各种活性中间体而发生化 学反应。
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光引发剂（PI）
（PI）*（激发态生成）﹠

6
300 K下一些三元和四元化合物半导体的晶格常数、 能隙、发射波长。二元化合物之间的线表示三元。
阴影表示间接带间跃迁。
7
同质结和异质结激光
量子阱激光
同质结二极管激光器的耗尽层附近声子分布示意图
活跃区包含n型掺杂GaAs层的双异质 结激光器的示意图
单量子点结构的能带结构
8
发光二极管（Light-Emitting Diodes (LED)） 原理和半导体激光类似，只是表面没有处理
一定加速电压下发射的连续 X射线的强度随波长的变化
示意图。
激发K电子和空位被L电子填
充而引起的特征X射线发射示
意图。KαX射线：L-K；KβX
射线：M-K。
14
光功能复合材料
光功能复合材料是指具有光学或光电功能特性的复合材料，它可以 由具有光功能特性的功能体与普通基体复合而成，也可以由具有光功 能特性的功能体与具有光功能特性的基体复合而成。
正偏压下重掺杂半导体的能带示意图 和半导体激光器结构示意图
间接带隙半导体中的直接带间跃迁导致的 电子注入和声子参与的间接电子复合
➢直接带隙半导体材料比间接带隙 半导体具有高很多的发光效率。 ➢声子的参与使得电子复合时间变 长（0.25 s），此时间内电子和空 穴可以和材料内的缺陷态发生某 种非辐射的复合
等离子显示器件：和荧光灯类似。He/Ne气体等在较高的交流电压 下放电，产生等离子体，电子和离子的复合产生高能光子（如紫 外），被磷光剂吸收而发射可见光。
场发射显示器：和阴极射线管类似。通过尖端场发射发射电子， 然后打到磷光剂上发光。
11
光存储器件
12
光学计算机
晶体管换相器：具有小强度的一束光能够激发具有高强度光的发射。

VS
环境监测
光功能高分子材料还可以用作环境监测的 探针和传感器，通过检测环境中特定物质 的变化来实现环境质量的实时监测和预警 。
05
光功能高分子材料的未来发
展
新材料开发
高性能光敏树脂
研究开发具有高感光度、高分辨 率和高稳定性的光敏树脂，以满 足3D打印、微纳制造等领域的需 求。
新型光聚合引发剂
探索新型光聚合引发剂，提高光 聚合反应的效率和可控性，促进 光功能高分子材料的发展。
将具有光功能的物质掺入到高分子基质中，形成光功能高分 子复合材料。例如，将荧光染料掺入聚合物中，可制备具有 荧光性能的聚合物材料。
复合制备
将两种或多种高分子材料进行复合，形成光功能高分子复合 材料。例如，将聚合物与无机纳米粒子复合，可制备具有光 催化性能的复合材料。
表面改性与涂层制备
表面改性
通过化学或物理方法对高分子材料表面进行改性，赋予其光功能特性。例如，使 用等离子体处理、紫外光照射等方法对高分子表面进行处理，可提高其光敏性。
《光功能高分子材料 》PPT课件
• 光功能高分子材料简介 • 光功能高分子材料的性质 • 光功能高分子材料的制备方法 • 光功能高分子材料的应用 • 光功能高分子材料的未来发展
目录
01
光功能高分子材料简介
定义与分类
总结词
光功能高分子材料是指具有光学功能的高分子材料，可以根据其特性进行分类 。
详细描述
环保等方向发展。
应用领域
总结词
光功能高分子材料在多个领域都有广泛的应用，如显 示、照明、生物成像等。
详细描述
光功能高分子材料因其独特的性能和广泛的应用前景 ，在多个领域都有广泛的应用。在显示领域，光功能 高分子材料可用于制造液晶显示器、有机电致发光显 示器等；在照明领域，光功能高分子材料可用于制造 高效LED灯具、荧光灯管等；在生物成像领域，光功 能高分子材料可用于荧光探针、生物成像标记物等。 此外，光功能高分子材料还可用于太阳能电池、信息 存储等领域。

4.1.3材料的透光性 一、介质对光的吸收 1．吸收的一般规律
设有一块厚度为x的平板材料，入射光的强度为I0，通
过此材料后光强度为I’。选取其中一薄层dx，并认为光
通过此层的吸收损失-dx正比于在此处的光强度 I 和薄
层的厚度dx，
即:
光强度随厚度的变化符合指数衰减规律，即朗伯特定 律。
式中α为物质对光的吸收系数，其单位为cm-1。 α取决
3．材料所受的内应力
有内应力的透明材料，垂直于受拉主应力方向的
n大，平行于受拉主应力方向的n小。
4．同质异构体
在同质异构材料中，高温时的晶型折射率n较低， 低温时存在的晶型折射率n较高。
下表列出了部分玻璃和晶体的折射率。
4.1.2反射 当光线由介质1入射到介质 2时，光在介质面上分成了 反射光和折射光。
4.1.1折射 当光从真空进入较致密的材料时，其速度降 低。光在真空和材料中的速度之比即为材料 的折射率。
如果光从材料1，通过界 面传入材料2时，与界面 法向所形成的入射角i1， 折射角i2与两种材料的折 射率n1和n2有下述关系：
式中:V1和V2分别表示光在材料1及2中的传播速度， n21为材料2相对于材料1的相对折射率。
设光的总能量流W为 W=W’+W’’ 式中W、W’和W’’分别为单 位时间通过单位面积的入射 光、反射光和折射光的能量 流，根据波动理论
由于反射波的传播速度及横截面积都与入射波相 同，所以
式中 A’ 与A分别为反射波与入射波的振幅。 把光波振动分为垂直于入射面的振动和平行于入 射面的振动，Fresnel 推导出：
由于陶瓷，玻璃等材料的折射率较空气大，所以反 射损失严重。如果透镜系统由许多块玻璃组成，则反 射损失更可观，为了减少这种界面损失，常常采用折 射率和玻璃相近的胶将它们粘起来，这样，除了最外 和最内的表面是玻璃和空气的相对折射率外，内部各 界面都是和胶的较小的相对折射率，从而大大减少界 面的反射损失。

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20
①掺杂型晶体基质：按化学组成有三类：
一类是氧化物：如第Ⅲ类元素的氧化物，有红宝石αAl2O3（Cr3+），掺钕钇铝石榴石（YAG）-Y5Al5O12 （Cr3+、Nd3+）等。
属于稀土元素的氧化物有掺钕的镧氧化物-La2O3 （Nd3+），掺钕的钆氧化物-Gd2O3（Nd3+），掺钬、 铥的铒氧化物-Er2O3（Ho3+、Tm3+）、掺钕、铒的钇 氧化物-Y2O3（Nd3+、Eu3+）等。
（4）锕系离子：U3+离子已能激活基质而产生激光， 但其大多数是放射性元素，实用比较困难。
固体激光材料的基质包括晶体基质和非晶体（玻璃） 基质两类。
（1）晶体基质 晶体基质可分为掺杂型、自激活型和 色心型三种。掺杂型晶体基质是把激活离子掺杂到此 基质中。自激活型是把激活离子成为晶体基质的一部 分。色心晶体是由束缚在基质格点缺位周围的电子或 其他与晶格相互作用形成发光中心。
晶体结构六方 a =4.758 Å，c= 12.992 Å
熔点 单晶纯度
2040 oC > 99.99%
密度
3.98 g/cm3
介电常数
9.4 （A轴）； 11.58（C 轴 ）
现有的激活离子主要有四类：
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（1）过渡金属离子：它们的3d电子无外层电子屏 蔽，在晶体中受到周围晶体场的直接作用。因此， 在不同晶体中，其光谱特性有很大的不同。这类离 子包括Ti3+ V2+ Cr3+ Co2+ Ni2+和Cu2+。
（2）三价稀土离子：它们的4f电子受5s和5p电子的
光功能材料

频谱带宽来让它的 数据传输实现超高速。
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功能复合材料
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功能复合材料—光功能复合材料
汤姆逊的电子衍射图
粒子性 — 具有独立存在的意义 特征量：能量 E、动量 p
波动性 — 实物微粒某种性质 在空间和时间具有周期性变化 规律。 特征量：频率 、波长
实物粒子具有波粒二象性
功能复合材料
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功能复合材料—光功能复合材料
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功能复合材料
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功能复合材料—光功能复合材料
• 入 反射射到和材 散料 射表 光面 辐光射辐能射流能率流分率别为为φφ0τ，, φ透α, 过φm、, φ吸σ,则收：、
0 m
• 光辐射能流率单位为W/m2，单位时间内通过单位面
功能复合材料—光功能复合材料
第四章 光功能复合材料
4.1 概述
光功能复合材料？
具有光学或光电功能特性的复合材料。
组成？
具有光学特性的功能体与普通基体复合而成，也可 以由具有光学特性的功能体与具有光学特性的基体复合 而成。
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功能复合材料
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功能复合材料—光功能复合材料
光功能复合材料的种类与应用范围
积 两（边与，光 得传 到播 ：方向垂T直面积）m能量。若用1φ0 除上式
•
式中：T 0
称为透射系数； A 称为吸收系数；
0
• m m 称为反射系数； 称为散射系数
0
0
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功能复合材料
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功能复合材料—光功能复合材料
光通过介质现象
•2、电子能态转变 •光子被吸收和发射，都可能涉及到固体材料中电子能态 转变。