信息功能材料-(绪论)

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新型功能材料教学大纲-化学工程与工艺专业

《新型功能材料》课程教学大纲课程代码：080132065课程英文名称：The New Functional Material课程总学时：16 讲课：16 实验：0 上机：0大纲编写（修订）时间：2017.7一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标本课程主要介绍新型功能材料的组成、结构、性能、制备和应用，着重论述反映当代功能材料科学发展的主要前沿领域。

着重研究新型功能材料的物理化学性能及其微观组织结构之间的转变规律，掌握新型材料的力学性能与这些规律改进新型功能材料的性能，发展材料科学的基础应用型课程。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求了解新型功能材料的组成、结构、性能、制备和应用，掌握几种前沿领域的新型功能材料的组成、结构、性能、制备和应用等。

了解新型功能材料的光、电、磁、声、热、化学特性和生物特性；了解新型功能材料在当代通信、电子、能源、计算技术、航天航空等各个领域中的广泛用途；了解超导材料、磁性材料、贮氢材料、半导体材料、光学材料、精细功能陶瓷材料、功能转换材料、功能薄膜材料、纳米材料、智能材料的组成、结构、性能、制备和应用及发展动向。

为开发、应用新型功能材料奠定较为坚实的基础。

（三）实施说明1．教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法和解题思路的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性；注意培养学生提高利用标准、规范及手册等技术资料的能力。

讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。

2．教学手段：采用多媒体与板书相结合的方式。

（四）对先修课的要求本课程的教学必须在完成先修课程之后进行。

本课程主要的先修课程有无机化学、有机化学、材料学、力学、金属材料及电子学）等。

本课程将为化学、化学工程与工艺、应用化学等方面的专业课、课程设计以及毕业设计的学习打下良好基础。

（五）对习题课、实践环节的要求本课程在教学进程中根据情况安排一定量的课堂练习和习题，具体学时数和时间由任课教师根据教学进程决定。

材料现代分析测试方法

材料现代分析方法深圳大学材料学院主讲:李均钦材料现代分析方法主要参考书:1. 周玉主编，材料分析方法，哈工大出版社2007年版。

2. 黄新民、解挺编，材料分析测试方法，国防工业出版社2006年版。

3. 王富耻主编材料现代分析测试方法，北京理工大学出版社2006年版。

4. 梁敬魁编，粉末衍射法测定晶体结构，科学出版社2003年版。

绪论能源人类文明的三大支柱｛｛信息材料结构材料功能材料材料：用以制造有用构件、器件或其它物品的物质结构材料: 耐高温、耐高压、高强度材料等功能材料: 磁性材料、半导体材料、超导体材料化学成分材料的性能主要取决于｛结构组织形态为了了解所获材料的化学组成、物相组成、结构、组织形态及各种研究技术对材料性能的影响，需要采用相应的分析表征方法。

材料现代分析方法是一门技术性实验方法性的课程。

绪论材料现代分析测试方法的含义：广义：技术路线、实验技术、数据分析狭义：测试组成和结构的仪器方法如：X射线衍射分析电子显微分析表面分析热分析光谱分析（光谱和色谱－高分子方向单独开）绪论化学成分材料的性能主要取决于｛结构组织形态本课程主要介绍研究材料化学组成、物相组成、结构、组织形态的现代分析方法。

本课程的内容主要有：1、X射线粉末衍射分析（XRD：X-ray diffraction）主要用于物相分析和晶体结构的测定。

它所获取的所有信息都基于材料的结构。

绪论本课程的内容主要有：1、X射线粉末衍射分析（XRD：X-ray diffraction）主要用于物相分析和晶体结构的测定。

它所获取的所有信息都基于材料的结构。

绪论本课程的内容主要有：2、透射电子显微镜（TEM）（transition electron microscope）电子束透过薄膜样品，用于观察样品的形态，通过电子衍射测定材料的结构，从而确定材料的物相。

分辨率：0.34nm● 加速电压：75kV－200kV；放大倍数：25万倍● 能谱仪：EDAX －9100；扫描附件：S7010 透射电镜绪论本课程的内容主要有：3）扫描电子显微镜（SEM）电子束在样品表面扫描，用于观察样品的形貌（具有立体感）；通过电子束激发样品的特征X射线获取样品的成分信息。

第一章功能材料概论-哈工大版PPT课件

❖资源 ❖能源 ❖环保 ❖经济 ❖质量
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6
考虑到上述各种因素之后，有人提出材料应该定义为：
人类社会所能够接受的经济地制造有用器件的物质
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2、材料科学及其发展
第一代（天然材料）：自然界的矿物、植物以及动物第二代（烧炼材料）：烧结：砖瓦、陶瓷、玻璃、水泥；
功能材料概论
Introduction to Functional Materials
2021/7/23
1
课程简介
课程性质：专业基础课
先修课程：无机化学，物理化学，高分子化学，高分子物理
总学时： 36学时
教材：《功能材料概论》殷景华王雅珍等编
参考书：现代功能材料及其应用—郭卫生, 汪济奎功能材料学——周馨我新型功能材料—— 贡长生，张克立
课程内容： 1．功能材料的科学基础
2．金属功能材料
3．无机非金属功能材料
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4．功能高分子材料
2
第一章绪论
现代文明的三大支柱-----能源、信息和材料。材料是一切技术发展的物质基础。
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3
一、材料科学及其发展
1、什么是材料？
材料是可以用来制造有用的构件、器件或物品的物质。师昌绪主编：《材料大辞典》
冶炼：铜铁第三代（合成材料）：20世纪初出现化工产品，塑料、
橡胶、纤维等已广泛用于生活。第四代（可设计材料）：前三代为单一产品，于是根据需
要设计特殊性能的材料。例20世纪40年代的复合材料第五代智能材料：近三、四十年研制的新型功能材料，例记忆合金等。
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2016年《功能材料》综合复习资料

2016年《功能材料》总复习绪论1. 新材料指“在近阶段将达到实用化的高功能材料”，一般认为可以包括：晶须材料、非晶材料、超塑性材料、形状记忆材料、功能陶瓷、功能有机材料、超导材料、碳纤维、能量转换材料等。

2. 功能材料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。

（磁性、电子、信息、光学、敏感、能源）3. 与结构材料相比，功能材料有以下主要特征：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。

4. 功能材料按其功能的显示过程可分为：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。

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。

有人认为这种材料才是真正的功能材料。

5. 功能材料的制备方法1）溶胶-凝胶法(Sol--Gel法，简称SG法)2）快淬快凝技术：通过快淬快凝工艺可以得到在常规条件下的亚稳相。

亚稳相可以是材料的使用状态，也可能是为了得到好性能的中间状态。

实际上可以把亚稳状态的材料看作是平衡态来使用。

材料学概论1-绪论

《材料学概论》
材料是人类文明发展的物质基础
内容：学习材料学的基本知识。主要涉及到各种材料的组成、结构、性能、应用以及它们之间的关系。目的：材料类专业的入门课及专业基础课之一。了解材料的基本知识，逐步扩大材料的专业知识面，培养分析和解决有关材料问题的初步能力。
第一章绪论
1. 材料的定义与分类 2. 材料的地位和作用 3. 材料学的形成和发展
晶体管小到用电子显微镜都难以观察！
第三代半导体材料－宽禁带半导体
SiC, GaN, ZnO 等，半导体是一种宽禁带半导体材料，是继第一代半导体材料硅（Si）和第二代半导体材料砷化镓（GaAs）后，发展起来的第三代半导体材料。在高技术中，尤其是军用和光电子领域有优势，可以应用于： 1）高温器件
2）高功率器件
3）高频高速 4）发光与激光
SiC与Si使用范围比较
击穿电压
SiC
电子漂移速度
Si
导热率
使用温度
(使用温度>500 º C)
SiC研究和应用现状
高质量大尺寸的 SiC 晶体几乎被美国 Cree公司垄断。我国生产器件用的SiC 晶体全部依赖进口。 2英寸晶片售价为：500－800美元/片
1927~1937 1937~1966 1966~1975 1975~现在
采矿工程与冶金
采矿与冶金冶金冶金与材料科学材料科学与工程
3.3 材料科学的内容
材料科学的内容可以用一个四面体来表示，也就是材料科学是研究一种材料的成分（结构）、合
成（工艺）、性质与效能及它们之间的关系。
效能(performance)
2010
2020
在发动机上叶片材料应用的年份
合金晶粒结构的变化（约1970年代）

材料科学基础(上海交大)--绪论.答案

复合材料的种类繁多，目前还没有统一的分
类方法，下面根据复合材料的三要素来分类。按基体材料分类，有金属基复合材料，陶瓷基复合材料，水泥、混凝土基复合材料，塑料基复合材料，橡胶基复合材料等；按增强剂形状可分为粒子、纤维及层状复合材料；依据复合材料的性能可分为结构复合材料和功能复合材料。
0.1.2 根据材料的性能分类

功能材料是具有优良的电学、磁学、光
学、热学、声学、力学、化学和生物学
功能及其相互转化的功能，被用于非结构目的的高技术材料。
0.1.3 材料按服役的领域来分类
根据材料服役的技术领域可分为信息材料、航空航天材料、能源材料、生物医用材料等。
0.1.4 材料按结晶状态分类
单晶材料是由一个比较完整的晶粒构成的材
陈善华教授材料与化学化工学院
绪论 INTRODUCTION

什么是材料?

材料与人类文明
什么是材料科学？

0.1 材料分类
0.2 组成-结构-性质-工艺过程之间的关系
什么是材料?
世界万物，凡于我有用者，皆谓之材料。
材料是具有一定性能，可以用来制作器件、
构件、工具、装置等物品的物质。材料存
组成-结构-性质-工艺过程之间关系示意图
材料的性质是指材料对电、磁、光、热、机械载荷的
反应，主要决定于材料的组成与结构。
使用效能是材料在使用状态下表现的行为，它与材料
设计、工程环境密切相关。实用性能包括可靠性、耐用性、
寿命预测及延寿措施等。
合成与制备过程包括传统的冶炼、铸锭、制粉、压力
加工、焊接等，也包括新发展的真空溅射、气相沉积等新
粘土、硅石、菱镁矿、白云母等）为原料制造的。

清华大学材料学院本科课程介绍

材料学院00350032 材料科学与工程概论2学分32学时Introduction to Materials Science and Engineering随科技发展，材料科学已经成为现代科技和生活中必备的一门知识，涉及到科研和日常生活的各个方面。

本课程将为所有感兴趣的大学生普及材料方面的基本知识和理论，介绍材料科学与工程学科的四个基本要素（材料的成分与组织结构、性能、工艺及使用条件下的性能）。

从不同材料所具有的共性规律角度阐述以上四方面的基本知识，并着重说明他们彼此之间的本质联系及综合运用的方法。

这些知识对于人们认识和使用材料是十分必要的。

00350042 环境材料学2学分32学时Ecomaterials环境材料是材料学科中的一个重要门类。

环境材料学主要研究在材料加工和使用过程中如何减少对环境的破坏；建立定量的评价材料环境负担性的生态循环评估方法（LCA）；将环境负荷作为一个考核材料的新指标，用于指导开发具有环境意识的绿色材料和产品；把资源效率、生态平衡、环境保护、可持续发展等学科知识融入材料科学，保护自然，造福人类。

通过本课程学习，理解环境材料的基本内涵，特别是材料与环境相互影响和相互制约的基本知识；了解研制和开发环境兼容性材料的基本方法及设计原则；学习如何评价材料的环境负担性的LCA方法；并对环境材料的类别和发展有所掌握。

00350052 国内外新材料的奇妙应用2学分32学时Innovations of New Materials材料是人类生存的物质基础，新材料技术是现代各项其他高新技术的先驱，新材料是划分时代的标志。

材料科学技术，是最基础的物质科学。

“天生我才必有用”！材料的科学观和方法论，是我们科学思维的重要源泉。

本课程以全校理工经管各专业学生为对象，以普及材料科学的基础知识为使命，讲述材料的主要类型及其在高新技术上的应用。

本课程以陶瓷材料，金属材料，高分子材料为主线，具体讲述高强度材料、半导体功能材料、智能材料、生物材料、新能源材料等，讲述材料的基本概念、分类方法、科学观点、设计思想、评价方法和关键制造技术，介绍古今中外新材料的巧妙应用，及其带来的经济社会效益。

《功能材料》教学大纲-(修改稿)

《功能材料》课程教学大纲一、课程基本信息1、课程名称（中/英文）：功能材料/ Functional Materials2、课程性质：专业限选课3、周学时/学分：4/24、授课对象：应用化学二、课程简介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，同时对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等，起着重要的作用。

本课程重点介绍当今各种功能材料的研究发展状况，以及相关结构与性能和应用情况。

三、教学目的与基本要求(注：必须明确要达到的知识、能力要求)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。

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。

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，培养他们的学习兴趣，分别以自我和群组的方式不断学习，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、教学进度表五、考核方式和成绩评定办法1、考核方式：资料查阅、专题分组讨论报告、开卷考、总结报告、闭卷考2、成绩评定办法：平时作业及课程参与、资料查阅及分组讨论、期中考核、课程小结报告、期末考核成绩分别为15%、10%、20%、15%、40%.六、正文第一章绪论（教学时数2）教学目的：本章主要是简要介绍功能材料的发展、分类，以及新型功能材料的研究进展。

讨论分析六大类新型功能材料的发展现状和功能材料的分类。

材料学基础-绪论

本课件全面系统地介绍了材料科学的基本问题，以金属材料为主，分析金属材料的成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系及其变化规律，其主要内容包括：晶体结构、晶体缺陷、塑性变形、相图、扩散、凝固以及回复再结晶等，着重于基本概念和基本理论。在此基础上又介绍了陶瓷材料、高分子材料以及复合材料，为学习和研究各种材料提供了必要的基础知识。
《材料科学基础》的地位
学习《材料科学基础》的意义
《材料科学基础》的基本概念
绪论
如何学好《材料科学基础》
《材料科学基础》的内容
《材料科学基础》的基本概念
材料是指人类社会能接受地，经济地的制造有用物品的物质。
材料科学是研究材料的成分、组织结构、制备工艺、加工工艺、材料的性能与材料应用之间的相互关系的科学。材料科学是当代科学技术发展的基础、工业生产的支柱，是当今世界的带头学科之一。纳米材料科学与技术是20世纪80年代发展起来的新兴学科，成为21世纪新技术的主导中心。
实例
材料
强度范围 MPa 比强度 MPa
压气机叶压气机飞机尾翼硼纤维铝合
片
机匣
金板和管
铝合金
钛合金碳纤维复合硼纤维增强
材料
铝合金
150－ 450
350－ 1000－1200 1500（顺 1100 （顺纤维方向）纤维方向）
55－160 80－ 625－750 570 245
美国待升空的航天飞机
材料科学：是一门科学，它从事与材料本质的发现、分析和了解方面的研究，其目的在于提供材料结构的统一描绘或模型，以及解释这种结构与性能之间的关系。它包括下面的三个环节，核心是结构和性能。
工艺
材料科学
性能

功能材料与智能材料概述

智能材料的构想来源于仿生学，它的目标就是想研制出一种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能的“活”的材料。
因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素。
6
功能材料和智能材料概述
但是现有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求，所以智能材料一般由两种或两种以上的材料复合构成一个智能材料系统。
16
功能材料和智能材料概述
（1）基体材料
基体材料担负着承载的作用，一般宜选用轻质材料。
一般基体材料首选高分子材料，因为其重量轻、耐腐蚀，尤其具有粘弹性的非线性特征。其次也可选用金属材料，以轻质有色合金为主。
17
功能材料和智能材料概述
（2）敏感材料
敏感材料担负着传感的任务，其主要作用是感知环境变化（包括压力、应力、温度、电磁场、pH值等）。
因为现在可用于智能材料的材料种类不断扩大，所以智能材料的分类也只能是粗浅的，分类方法有多种。
21
功能材料和智能材料概述
若按智能材料的功能来分，可以分为光导纤维、形状记忆合金、压电、电流变体和电（磁）致伸缩材料等。
若按智能材料的化学成分来分，可以分为金属系智能材料、无机非金属系智能材料和高分子系智能材料。
3
功能材料和智能材料概述
1、什么是智能材料？
智能材料是二十世纪90年代迅速发展起来的一类新型复合材料，将在21世纪得到广泛研究和应用的材料。
智能材料：是指具有感知环境（包括内环境和外环境）刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的具有智能特征材料。
4
功能材料和智能材料概述
14
功能材料和智能材料概述
（7）自调节能力（Self-adjusting ）

化学与社会：我们身边的化学智慧树知到答案章节测试2023年湘潭大学

绪论单元测试1.一氧化二氢又叫“氢氧基酸”，是一种有害物质。

A:对B:错答案:B2.杜邦公司曾将“美好生活源于化学”作为其营销理念。

A:错B:对答案:B3.化学是一门在分子和原子水平上呈现自然之美的科学，化学帮助我们创造了辉煌的物质文明。

A:错B:对答案:B4.“一氧化二氢”这个名词并不是国际纯粹与应用化学联合会发布的水的学名。

A:对B:错答案:A5.学好化学基础知识，提高化学素养才能进行批判性思考和理性判断。

A:错B:对答案:B第一章测试1.砷化镓属于（）半导体A: 非本征B: 本征C: 单质D: 化合物答案:D2.可以制成太阳能电池的材料是（）A: 锗B: 硅C: 氮D: 碳答案:B3.下列磁性材料中是硬磁性材料的是（）A: 铷铁硼合金B: 镍铁合金C: 钴D: 铁答案:A4.用于信息传输的材料是（）A: 光导纤维B: 陶瓷C: 半导体D: 硅答案:A5.信息功能能材料按功能分为( )A: 信息处理材料B: 信息存储材料C: 信息传输材料D: 信息探测材料答案:ABCD6.磁记录材料按形态分为（）A: 颗粒状材料B: 金属材料C: 非金属材料D: 连续薄膜状材料答案:AD7.信息的流通和传递不需依附于载体（）A:错B:对答案:A8.软磁材料是指磁性材料质地很软（）A:错B:对答案:A9.半导体材料对杂质敏感性不是很强（）A:对B:错答案:B10.低损耗的光导纤维是光线通信的关键材料（）A:对B:错答案:A第二章测试1.兔尾巴在碱性水的浸泡过程中，发生的化学反应是（）A: 还原反应B: 氧化反应C: 皂化反应D: 缩合反应答案:C2.适用儿童学习、写字的软硬适中的铅笔标号是（）A: HBB: 6HC: 6BD: 2B答案:A3.有纸中之王，纸寿千年”之称的纸是（）A: 灞桥纸B: 宣纸C: 热敏纸D: 压敏纸答案:B4.目前超市购物小票用的是（）纸A: 热敏纸B: 印蓝纸C: 普通打印纸D: 压敏纸答案:A5.文房四宝是指（）A: 纸B: 砚C: 墨D:笔答案:ABCD6.化学是自然科学的中心科学，文艺是社会科学的璀璨明珠，二者之间没有任何关系（）A:错B:对答案:A7.酸性墨水在不同溶剂中呈现的颜色是相同的（）A:错B:对答案:A8.市面上卖的消退字迹的产品是不能是使字消失的（）A:对B:错答案:B9.砚石的化学组成是相同的（）A:错B:对答案:A第三章测试1.一般来说,化学味觉分为哪些基本味觉A: 甜B: 苦C: 咸D: 酸答案:ABCD2.味觉与食物中的化学成分一般没有必然的联系()A:错B:对答案:A3.酸味的产生直接原因是（）A: 氢离子B: 氢键C: 酸根D: 氢气答案:A4.下列酸性物质中是强酸的是（）A: 苹果酸B: 柠檬酸C: 草酸D: 盐酸答案:D5.味觉比较舒适的区域，大部分的人都可以接受这个酸味的pH值范围内是（）A: pH=1.2-2.2B: pH<1.1C: pH=2.2-3.1D: pH=3.2-4.5答案:D6.我们一般认为甜味是糖所特有的味道，由于氨基酸本身不是糖，所以氨基酸不具有甜味A:错B:对答案:A7.涩味我们一般认为它是一种让人感觉不适的味觉，所以我们在处理食材时，我们要将所有的涩味都消除掉A:对B:错答案:B8.下列甜味物质按照甜度从大到小的顺序排列，甜蜜素>葡萄糖>糖精>果糖A:错B:对答案:A9.咸味的程度的决定性因素是（）A: 阴离子B: 阳离子C: 氢键D: 离子键答案:A10.甜味的产生直接原因是（）A: 酸根B: 氢键C: 氢气D: 氢离子答案:B第四章测试1.调味品的添加先后顺序，对食物的色、香、味都不会产生影响（）A:对B:错答案:B2.人们所说的做菜的火候，通常就是指加热温度（）A:错B:对答案:B3.制作红烧肉时一般都离不开美拉德反应和焦糖化反应（）A:对B:错答案:A4.在炮制中药的过程也会发生美拉德反应和焦糖化反应（）A:对B:错答案:A5.美拉德反应能产生人们所需要的香味和色泽，所以我们在食物加工过程中要充分的利用美拉德反应，不需要对其进行抑制（）A:对B:错答案:B6.煮饺子的时候，中间添加凉水的目的是为了抑制淀粉糊化反应（）A:错B:对答案:B7.在烹制菜肴时经常采用勾芡，是制作的菜包汁均匀，烹调中的勾芡是利用淀粉的糊化作用（）A:对B:错答案:A8.人们在熬稀饭的时候，有时会加入少量的小苏打来使稀饭变得更加粘稠（）A:对B:错答案:A9.在煮面时，面条下锅前先在水里加少量的食盐，可以防止面条粘成一团（）A:对B:错答案:A10.在烧煮豆类食物时不宜先加食盐（）A:错B:对答案:B第五章测试1.下列能源中成为新能源的是A: 生物质能B: 风能C: 太阳能D: 水能答案:ABC2.天然气的热值更高A:天然气燃烧无结碳B:天然气的热值更高C:天然气燃烧无爆震D:天然气燃烧完全答案:ACD3.太阳的能量来源是太阳内部的A: 核裂变B: 氢气燃烧C: 核衰变D: 核聚变答案:D4.核聚变能优于核裂变能的最主要原因在于A: 聚变没有放射性B: 聚变可以人工控制C: 聚变容易实现D: 聚变成本更低答案:A5.功是能量利用的高级形式，而热是能量利用的低级形式A:对B:错答案:A第六章测试1.下列不属于食品添加剂的有( )A: 氯化镁B: 三氯氰胺C: 苯甲酸D: BHA答案:B2.以下哪种食品添加剂被禁止使用( )A: 山梨酸钾B: 二氧化硫C: 苯甲酸钠D: 甲醛答案:D3.人体需要各种氨基酸,由于( )在谷物中含量比较低，因此就有了这种面包的出现。

功能材料知识点整理及参考答案

一、绪论功能材料的性能本质:外界因素（如外力、温度梯度、外加电场磁场、光照等）作用于某一物体，引起原子、分子或离子及电子的微观运动，在宏观上表现为感应物理量，感应物理量与作用物理量呈一定的关系。

材料的不同性能都是由其内部结构来决定的，从材料的内部结构来料加工看，可分为四个层次：原子结构——结合键——原子排列方式——显微组织材料研究的四要素：性质、结构与成分、合成与加工、使用性能一次功能：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，称这种功能为一次功能。

以一次功能为使用目的的材料又被称为载体材料。

二次功能：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，材料起能量的转换作用，称这种功能为二次功能或高次功能。

（功能转换材料）材料设计可以从电子、光子出发．也可从原子、原子集团出发，可以从微观、显微到宏观。

金属功能材料的功能设计主要有两个方面：（1）寻找具有特定功能的金属材料；（2）利用各种金属材料的特性，制备符合使用要求的合金。

无机非金属功能材料的主要代表是功能玻璃和功能陶瓷。

无机非金属功能材料的功能设计：（1）根据功能的要求设计配方；（2）根据功能的要求设计合适的加工工艺。

功能高分子材料功能设计：（1）通过分子设计合成新功能；（2）通过特殊加工赋予材料以功能特性；（3）通过两种或两种以上的具有不同功能或性能的材料复合获得新功能；（4）通过对材料进行各种表面处理以获得新功能。

生物医用材料：作为生物体部分功能或形态修复的材料。

能源材料：正在发展，可能支撑新能源体系的建立，满足新能源及节能技术所要求的一类材料。

（新能源材料、节能材料、贮能材料）智能材料：能够感知环境变化并通过自我判断得出结论并执行相应指令的材料。

（形状记忆合金、压电材料、电（磁）致伸缩材料、光纤和电流变体、磁流变体）功能材料的现状：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。

Introduction

课程提纲 Syllabus
绪论第1章第2章第3章第4章功能材料的电、热、磁、光性能电容器材料铁电材料设计、制备及应用压电材料及应用
INTRODUCTION 绪论 Materials in Everyday Life
Automobile
The automobile is perhaps the perfect everyday application for advances in materials science and engineering (MSE). A car is a complex device - there are nearly 15,000 parts in a passenger car - with dozens of very different systems present to make it function (make it drive, stop, have electricity, be safe, comfortable, and durable). These numerous systems give the car many opportunities to take advantage of improvements offered by MSE. New fabrication techniques can make parts lighter, stronger, easier to manufacture, more durable, and less expensive - all translating into benefits for the owner.
功能材料发展－中期阶段二战前 —— 20世纪60年代以前

前言绪论

34
铁及铁合金称为黑色金属，即钢铁材料，其世界年产量已达10亿吨，在机械产品中的用量已占整个用材的60%以上。
带材
异形材
板材
管材
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陶瓷制品
陶瓷材料

以共价键和离子键
为主

熔点高、硬度高、耐腐蚀、脆性大

分为传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷三类
陶瓷发动机
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高分子材料

以分子键和共价键
为主
合成材料时代
钢铁时代
铁器时代
青铜器时代
陶器时代
300万年前
石器时代
5
在人类的发展史上，最先使用的工具是石器。
我们的祖先用坚硬的容易纵裂成薄片的燧石和石英石等天然材料制成石刀、石斧、石锄。“石器时代”
石锛手斧
石镰（晚期）
6
在新石器时代(公元前6000年～公元前5000年)，中华民族的先人们用粘土(主要成分为SiO2，Al2O3)烧制成陶器。马家窑(甘肃)文化时期的陶器以砂质和泥质红陶为主，表面彩绘有条带纹、波纹和舞蹈纹
如燃料和化学原料工业化学品食物和药物一般都不算是材料食物和药物一般都不算是材料3322材料的分类材料的分类按化学状态分类按化学状态分类金属材料金属材料无机物非金属材料无机物非金属材料陶瓷陶瓷材料材料有机材料有机材料高分子材料高分子材料按物理性质分类按物理性质分类高强度材料高强度材料耐高温材料耐高温材料超硬材料超硬材料导电材料导电材料绝缘材料绝缘材料磁性材料磁性材料透光材料透光材料半导体材料半导体材料按状态分类按状态分类单晶材料单晶材料多晶质材料多晶质材料非晶态材料非晶态材料态材料态材料按物理效应分类按物理效应分类压电材料压电材料热电材料热电材料铁电材料铁电材料光电光电材料材料电光材料电光材料声光材料声光材料磁光材料磁光材料激光材料激光材料按用途分类按用途分类建筑材料建筑材料结构材料结构材料研磨材料研磨材料耐火材料耐火材料耐酸材料耐酸材料电工材料电工材料电子材料电子材料光学材料光学材料感光材料感光材料包装材料包装材料按组成分类按组成分类单组分材料单组分材料复合材料复合材料4433材料的发展历史及历史作用材料的发展历史及历史作用材料是国民经济的物质基础

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（6）激光材料这类材料能受激辐射而发出方向恒定、波长范围窄、颜色单纯的光－激光。固体激光材料有红宝石、钇铝石榴石、含钕玻璃等。（7）磁光材料这类材料利用其磁致发光效应，由磁能转变成光能，可制作磁光器件等。（8）声光材料这类材料利用声光效应，由声波能转变成光能，可制作声光器件等。
作
4. 按材料发生的物理效应分类（1）压电材料在晶体上施加压应力时，会引起极化而出现压电现象。压电材料有水晶、钛酸钡、磷酸二氢胺等，近期发展起来的钛酸钡-钛酸钙系和锆钛酸铅等都是有价值的压电材料。（2）热电材料这类材料在温度作用下产生热电效应，由热能直接转变为电能或由电能转变为热能，可用于制造引燃引爆器件等。
（3）超硬材料材料的硬度，从本质上来分析是物质键的强度。材料中硬度最高的是金刚石，硬度接近金刚石的材料称为超硬材料。这类材料多为陶瓷材料，而且人工合成的具有金刚石晶体结构的立方氮化硼，其硬度仅次于金刚石，已成为最有前途的超硬材料。（4）导电材料比电阻（也称电阻率）为 10-8 ～ 10-5Ω·m 、能够传输电流的材料称为导电材料。良导电体有 Ag、 Cu、 Au、 Al等金属材料。目前已研究成功导电陶瓷、导电高分子材料。（5）绝缘材料比电阻为 107 ～ 1020Ω·m 、不能够导电的材料称为绝缘材料。如绝缘陶瓷、云母、木材、塑料、橡胶等材料，都是工业上常用的绝缘材料。

材料科学与技术生物科学与技术能源科学与技术信息科学与技术
人类社会发展的历史证明，材料是人类赖以生存和发展、征服自然和改造自然的物质基础，同时又是人类社会发展的先导，它是人类社会进步的里程碑。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。然而现代新技术，例如微电子、激光、红外线、空间、能源、计算机、机器人、信息、生物和医学等技术领域，对材料的要求已远远超出了结构材料的范围，即不单是利用材料的强度、硬度等力学性能来满足工程结构上的需要，而且对材料提出了许多特殊的物理性能要求。例如，要求材料具有光、电、声、磁、热等特殊物理性能而且可以有效利用。
（6）形状记忆材料在一定温度条件下能够记住自己原来的形状的材料称为形状记忆材料。用镍钛形状记忆合金制作管接头作密封件，月面天线等。如过去美国的 F-14 战斗机上的油管接头处经常漏油，后来他们采用形状记忆合金做油管接头代替漏油的接头，顺利地解决了难题。自 1970 年以后，这种飞机使用的油管接头多达几十万个，没有一个漏过油。道理很简单，他们在制作接头时，把接头的内径做得略小于油管的外径，在连接时，先在低温下用工具把形状记忆合金的内径扩大，再把接头套在两个油管上，然后用火将接头加热，接头立即“记忆”起原来的内径往内缩，紧紧地套在油管上，一点缝隙也不留，当然就不会漏油了。
2.0 学时
2.0 学时 4.0 学时 3.0 学时 3.0 学时 3.0 学时
教材：
《功能材料概论》，哈尔滨工业大学出版社，2002
参考书：
1.《现代功能材料导论》，科学出版社，1983 2.《功能材料》，北京航空航天大学出版社，1999 3.《功能材料学概论》，冶金工业出版社，1999 4.《现代功能陶瓷》，国防工业出版社，1998 5.《现代功能材料及其应用》,化学工业出版社,2002 6.《功能材料学》，北京理工大学出版社,2002 7.《新型功能材料》，化学工业出版社,2001 8.《新型无机材料》，化学工业出版社,2005 9.《信息和功能材料》，宇航出版社,1998
★ 功能材料：所谓功能材料，是指对光、电、磁、热、气体、射线、辐射等具有接收、传输、存贮、显示等功能以及仿生和生物体适应性的材料。 ★功能材料的问世给科学技术带来了新的突破。石器、陶瓷、铁、铜、玻璃、水泥、有机高分子（如塑料等）、单晶材料，每一种新型材料的研制成功，都引起人类文化和生活的新变化。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。
业
自学课本第一、二两章的内容。
再
见
功能材料
Function Materials
内容简介
本课程包括以下内容
绪论第一章超导 2.0 学时 2.0 学时
第四章非晶态材料
第五章磁性材料第六章半导体材料第七章光学材料第八章精细功能陶瓷第九章功能转换材料
3. 按材料的物理性能分类（1）高强度材料对于承受重载荷而又要求断面尺寸小的零部件和构件，必须使用高强度材料来制作。高强度材料发展迅速，种类日益增多，如强化合金结构钢，当其屈服强度高于 2200MN/m2时称为超高强度钢。另外如强化钛合金、强化铝合金、纤维增强复合材料等，都是轻质高强度材料。（2）高温材料承受高温环境（热和气氛）的侵害和应力作用的材料，称为高温材料。如在 600 ～ 650℃温度下工作的铬镍合金钢，在800～1200℃温度下工作的镍基、钴基合金以及耐热陶瓷等。
（6）半导体材料电阻在导电体与绝缘体之间，即比电阻为 10-5 ～ 107Ω·m 的材料称为半导体材料。如硅、锗、掺磷硅、掺磷锗、掺铝硅、掺铝锗、钛酸钡、钛酸钙等材料，都是目前工业上使用的半导体材料。（7）磁性材料物质在磁场中受到磁力线的作用，将显示出特有的磁学性质，可以应用其特有磁性的物质称为磁性材料。根据各种材料磁学性质的不同，这类材料又可分为软磁材料、硬磁材料、顺磁材料和非磁材料等。（8）透光材料光线透过时其强度降低较少的材料称为透光材料。透明玻璃就是一种常见的透光材料，这是一种含铁及其它杂质很少的玻璃。此外，石英及高分子有机玻璃也都是透光性好的材料。
二、功能材料的分类
功能材料本身的范围还没有公认的严格的界定，故对其分类也就很难有统一的认识。功能材料的分类方法很多，常见的分类法有： 1. 按材料的化学键分类
(1)功能性金属材料
(2)功能性无机非金属材料
(3)功能性有机材料
(4)功能性复合材料。
2. 按照材料的某种特殊用途的功能进行分类（1）超导材料当材料的温度降低到某一温度，出现电阻为零的非常状态时称为超导状态，能够产生超导状态的材料称为超导材料。如在液氦温区出现超导现象的铌钛合金、铌锡合金，液氮温区出现超导现象的陶瓷（如钇钡铜氧）材料。（2）储氢材料在一定条件下，固体的金属吸附氢而形成氢化金属并放出热，而且这一反应是可逆的，即氢化金属吸收热后可变成金属并放出氢。能够吸收氢并形成氢化物的金属和合金，称为储氢材料。这类材料很多，如镁、镁镍合金、钛铁合金等。利用这种材料可作氢储运、热交换用的设备以及镍氢电池的制造等。
课程要求：
★ 了解功能材料的分类、用途、功能原理、发展状况和趋势；各种功能材料的主要成分、性能和制备方法。 ★ 理解和掌握各种功能材料的基本概念、基本原理。
★ 重点掌握几种典型的功能材料的性能、基本制备方法和应用。
绪
一、概述
论
★ 材料：
可以直接造成制品的物质。支撑21世纪人类文明大厦的四大支柱技术：
20世纪60年代以来，各种现代新技术的兴起，强烈刺激了功能材料的发展。同时，由于固体物理、固体化学、量子理论、结构化学、生物物理和生物化学等学科的飞速发展及各种制备功能材料的新技术和现代分析测试技术在功能材料研究和生产中的实际应用，许多新的功能材料不仅已在实验室中研制出来，而且已批量生产得到应用，并在不同程度上推动或加速了各种现代技术的进一步发展。
（5）记录材料在电子工业和电子计算机中广泛应用着记录材料，这种材料发展迅速。记录材料分为磁记录材料和光记录材料，磁记录材料如录音磁带、录像磁带、磁盘、磁卡和配套的磁粉等；光记录材料如光盘等，光记录材料可制成容量更大的信息储存元件。磁记录材料正在逐渐被光记录材料所取代，如磁带和磁盘逐渐被光盘取代。
（3）敏感材料敏感材料是对温度、湿度、气体、压力、磁场等敏感的材料，如压敏材料、热敏材料、气敏材料、味敏材料等，它们是制造各种传感器基本元件的核心材料。（4）分离材料分离材料是可以分离液体或气体中的固体、液体、气体溶质的材料。如高分子分离膜、陶瓷类分子筛等。这种材料在化工、环保等部门将能发挥重要的作用。
（3）铁电材料所谓铁电材料，是指材料的晶体结构在不加外电场时就具有自发极化现象，其自发极化的方向能够被外加电场反转或重新定向。铁电材料的这种特性被称为 “铁电现象”或“铁电效应”。这类材料在电场作用下产生铁电效应，可以发展成应用材料，如用作滤波、换能器件等。（4）光电材料这类材料利用光电效应，可将光能直接转换成电能，如用硅、硫化镉等光电材料制作太阳能电池等。（5）电光材料这类材料利用电致发光效应，利用电能转变为光能，可制作光电器件，如用硫化锌、硒化锌单晶材料制作发光二极管。