光功能与复合材料

材料分类1. 材料的分类1.1 按材料的性质分为：①无机材料：金属材料；无机非金属材料②有机材料：高分子材料1.2 按材料的构成分为：①单质材料②复合材料：由两种或两种以上异质、异形、异性的材料复合形成的新型材料。

2. 按材料的性能特点和用途分为：①结构材料：以强度为主要功能的材料（强调材料的力学性能）②功能材料：以物理、化学、生物性能为主要功能的材料。

（强调材料的特殊物理、化学、生物功能）这类材料具有优良的电、磁、声、光、热、化学、生物等功能，是高技术材料。

如：电功能材料：超导材料、半导体材料、新型导电高分子材料磁功能材料：磁记录材料、磁制冷材料、稀土永磁材料光功能材料：光吸收材料、光反射材料、激光材料、光记录材料、光纤维材料新能源材料：光电转换材料、储氢材料其他功能材料：形状记忆合金、智能材料、梯度功能材料、生物医用材料、信息材料、生态环境材料等。

功能材料是材料的发展方向，使材料领域最活跃、最具有发展前途的材料。

3. 二十一世纪材料领域的发展趋势（1）继续重视发展高性能的新型金属结构材料所谓高性能的结构材料是指具有高强度、高韧性、耐高温、耐低温、抗腐蚀、抗辐射等性能的材料。

这类材料对发展空间技术、核能、海洋开发、石油、化工、交通运输等具有非常重要的作用。

途径：发展高性能的结构材料主要依靠采用新技术、新工艺改造传统金属材料，如合金成分的合理设计，微量元素的加入与控制，特殊组织结构的控制等，从而大幅度提高金属材料的性能。

注：σb≥600MPa为高强度钢；σb≥1500MPa,σ0.2>1400MPa为超高强度钢（2）研究与开发非晶合金、纳米材料非晶合金（amorphous alloy）也称为金属玻璃（metallic glass）作为一种新材料具有非常独特的物理、化学性能，在电子、能源、抗腐蚀材料等领域得到日益广泛的应用。

随着生产工艺的不断完善，研究的不断深入，非晶合金逐渐成为一种具有广阔前景的新材料。

光学功能材料的设计及其应用随着科技的不断发展，光学功能材料的应用越来越广泛。

光学功能材料是一类可以改变光学性质和特性的材料，它们可以用于制造各种光学设备，如激光器、太阳能电池板、光纤通信设备等。

在这篇文章中，我将讨论光学功能材料的设计原理以及其应用。

设计原理光学功能材料具有特殊的光学性质，这些性质是通过材料结构的设计和控制来实现的。

光学功能材料可以根据其结构分为两类：单一材料和复合材料。

单一材料的光学性质主要依赖于其本身的原子或分子结构。

例如，硅材料在光电子行为方面非常优越，因为它的导电性和对光线的反射和透射特性很好。

另一个例子是几丁质，这种材料在水中吸收光线的能力很强，可以用于制造人工眼晶。

复合材料的光学性质则取决于其组成部分及其相互作用。

例如，吸收光线的能力很强的石墨烯可以与其他材料组合，制成具有很好的光电性能的材料。

另一个例子是太阳能电池板，它是由不同材料组成的多层复合材料。

每一层都有不同的光学特性，这样可以将阳光中不同波长的光线转化为电力。

应用光学功能材料的应用非常广泛，包括照明、通信、能源生产和医疗设备等领域。

下面是一些常见的应用：1. 激光器：激光器是使用光学器件产生严格单色光束的设备。

光学功能材料对激光器的性能非常重要，因为它们可以增强激光器的性能。

例如，钕酸钬晶体可以用于制造高功率激光器，因为它具有受激辐射的能力。

2. 光通信：在光通信中，光学功能材料用于制造光纤、光电器件和光学滤波器等设备。

其中，铟锗玻璃是一种用于光纤制造的材料，其具有良好的透明性和低色散性。

3. 太阳能电池板：太阳能电池板是一种利用太阳能来产生电力的设备。

光学功能材料在太阳能电池板中发挥了很重要的作用。

例如，硅是一种适用于太阳能电池板制造的材料，因为它具有较高的光吸收率和光子传导率。

4. 医疗设备：光学功能材料在医疗设备中也有很多应用。

例如，眼科手术器械就需要使用光学功能材料制成的透镜。

而其他治疗设备，如激光切割器和激光治疗器，也需要使用光学功能材料。

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。

无机材料一般分为无机材料是指由无机物组成的材料，与有机材料相对。

无机材料具有诸多特性，如稳定性、高硬度、高熔点等，广泛应用于各个领域。

一、金属材料金属材料是无机材料中最常见、最重要的一类。

金属材料通常具有良好的导电性、导热性和可锻性，广泛应用于建筑、汽车、航空等行业。

铁、铝、铜是金属材料的典型代表，它们具有优良的机械性能和可塑性。

二、陶瓷材料陶瓷材料是由非金属硬质晶体与金属元素形成的化合物。

陶瓷材料具有高硬度、高抗腐蚀性，常被用于制作陶瓷器皿、陶瓷磁体、电子陶瓷等。

其优点包括耐高温、耐腐蚀以及良好的绝缘性能。

三、玻璃材料玻璃材料是一种无机非晶体材料，由氧化硅等石英和掺杂元素组成。

玻璃材料具有透明性、坚硬度、耐磨性以及隔热性能，广泛应用于建筑、容器、光学等领域。

四、复合材料复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料经过一定工艺组合而成。

它具有多种优点，如高强度、耐磨、抗冲击等，广泛应用于航天、汽车、体育设备等领域。

典型的复合材料包括碳纤维复合材料、玻璃钢等。

五、电子材料电子材料是指在电子器件中使用的材料，如硅、锗、砷化镓等。

电子材料具有特殊的电学和磁学性能，可用于制造电子器件、集成电路等。

随着电子技术的快速发展，电子材料的需求量也不断增加。

六、功能材料功能材料是一种以实现特定功能为目的而设计的材料，具有特定的物理、化学性能。

功能材料应用领域广泛，如光学功能材料、磁学功能材料、传感器材料等。

七、新能源材料新能源材料是指应用于新能源技术中的材料，如太阳能电池板、燃料电池等。

新能源材料具有高效能、节能环保等特点，在解决能源问题上起着重要作用。

八、环境材料环境材料是一种具备环境友好特性的材料，用于解决环境问题和改善人类生活环境。

环境材料可以是可降解材料、低毒材料、再生材料等。

综上所述，无机材料的种类繁多，每种材料都有其独特的性能和应用领域。

随着科技的不断进步，无机材料的研究和应用也将会得到进一步拓展，为人类社会的发展做出更大的贡献。

功能复合材料的研究和应用压电复合材料概念：压电复合材料是有两种或多种材料复合而成的压电材料。

常见的压电复合材料为压电陶瓷和聚合物（例如聚偏氟乙烯活环氧树脂）的两相复合材料。

这种复合材料兼具压电陶瓷和聚合物的长处，具有很好的柔韧性和加工性能，并具有较低的密度、容易和空气、水、生物组织实现声阻抗匹配研究：压电材料由于具有响应速度快、测量精度高、性能稳定等优点而成为智能材料结构中广泛应用的传感材料和驱动材料。

但是，由于存在明显的缺点，在实际应用中收到了极大的限制。

例如，压电陶瓷的脆性很大，经不起冲击和非对称受力，而且其极限应变小、密度大，与结构粘合后对结构的力学性能会产生较大的影响。

压电聚合物虽然柔顺性好，但是它的使用温度范围小，而且其压电应变常数较低，因此作为驱动器使用时驱动效果差。

为了克服上述压电材料的缺点，人们开发了压电复合材料。

由于压电复合材料不但可以克服压电材料的缺点，而且还兼有有机高分子与无机材料两者的优点，甚至可以根据使用要求设计出单项压电材料所没有的性能，因此越来越引起人们的重视。

应用：压电复合材料最初是运用于水声领域中并且是由r e newnham首次研制成功了1-3型压电复合材料。

美国加州斯坦福大学b a auld 的等人建立了pzt柱周期排列的1-3型压电复合材料的理论模型, 在随后的数年中许多国家的科研机构也相继开展了压电复合材料的研究工作如澳大利亚的helen lw chan等日本的hiroshi等意大利的h zewdie等然而传统的压电陶瓷机械品质因数ｑｍ高压电常数g33小声阻抗大及厚度共振弱不适合换能器带宽窄脉冲灵敏度高的要求压电复合材料具有良好的柔顺性加工性能优异并且克服了压电陶瓷材料易碎的特点因加入第二相无源材料使得压电复合材料的声阻抗率ｃ小易与水及生物组织实现声阻抗匹配同时压电复合材料具有较高的压电常数d33和机电耦合系数ｋｐ因此含有压电相和聚合物相的压电复合材料成为制作换能器的理想材料。

新型医用生物光复合材料—生物光素光疗法是现代物理治疗学的重要组成部分，它利用光量子作用于人体产生生物学理化效应，调整，改善人体生理功能的原理，达到强身健体的目的。

近年来欧美等国及日本对这一领域比较重视，且在实际应用中显示出其功能可靠、安全、方便的特点（相比较传统药物治疗的副作用和外科手术的危险性而言）。

随着现代生物医药学和科学技术的飞速发展及其在应用中取得的成就，在维护人类健康事业方面人们对这一领域赋予了新的内涵和使命。

鉴于光疗法独特作用的机理及独特的治疗方式。

远光公司的专家组决心在这一领域进行新的探索，并设计了研发课题目标，研制合成一种全新的医用生物光复合材料；设计要求：以光疗法作为基础，融药物、光疗以及负离子作用优势于一体，区别于传统用药更科学、更安全、副作用小，为了完成这一课题目标，与英国剑桥大学、诺丁汉特伦特大学和ACORDIS公司联合立项，成立专门科研机构，先后选取436种纯天然物质经过反复地生物学和物理学实验类比，最终精选10多种光量子能能效最优，生物活性最好的材料为主要成份和其它多种生物药用材料，再经一系列高科技加工工艺精制而成的全新的医用生物光复合材料。

现将本产品作如下介绍：一、生物光素的制备工艺过程（一）原料的选择：1、选料Ⅰ：①所选材料均系高纯度化工原料见表。

选料Ⅰ及纯度表②配合：将所用原料按拟定配方配制，而后于振动混料机中混合15-20分钟，同时，粉碎原料中的团聚合体，使各种原料都能均匀地混合在一起。

③煅烧合成：将混匀后的配合料压块并置于坩锅之中，于1000~1300℃的温度下经数小时高温合成，冷却备用。

2、材料Ⅱ：碧玉：（Tourmaline）是一种含硼的成分复杂的硅酸盐矿物。

分子式：Na（Mg,Fe,Mn,Li,AI）3AI3[Si6O18](BO3)3(OH,F)4 。

具有热电效应和压电效应，可产生足够的空气负粒子，是天燃的“空气维生素”。

3、原料Ⅲ：针对中老年人群的常见病和多发病的治疗需要选相应的经典中药材料，经分析提取其主要药理成份（如：丹参素、丹参酮、人参皂甙、天麻素、杜仲总萜、银杏总黄酮、罗布麻黄酮、红花素、风藤素、夏枯草三萜皂苷）等多种有确切疗法的药物成份，并粉碎成超微细粉备用。

光电功能复合材料的研究与应用复合材料，指由两种或两种以上的材料按照一定比例、有机结合或无机结合方式，形成一种新型材料。

近年来，复合材料得到了越来越广泛的应用，在各个领域都有着广泛的应用。

其中，光电功能复合材料占据了越来越重要的地位。

光电功能复合材料，是一种能够将光电能转换为电能，或者将电能转化为光能的材料。

这种材料具有独特的优势，不仅具有优异的光电转换性能，同时还具有一定的机械性能、化学稳定性、热性能、生物相容性等特点。

因此，在光学、电子学、生物医学等领域中都有着广泛的应用前景。

光电效应，是光能被物质吸收后，产生光电子和空穴，进而产生电信号的过程。

常见的光电效应包括光电发射、光电汲取以及光生伏安效应等。

光电功能复合材料的研究就是针对这一原理进行的。

通过合理的设计，制作出可以有效地吸收光能，并将其转换为电能或者光能的材料。

光电功能复合材料的制备光电功能复合材料的制备包括原位化学法、物理法、化学共沉淀法、气相沉积、电沉积、溶胶-凝胶法、分子束外延法、离子束氧化物增强化学气相沉积法等多种方法。

其中，原位化学法由于具有结构可控性、分子尺寸可调性、反应条件温和等优点，在制备光电功能复合材料方面被广泛应用。

在原位化学法中，常用的方法包括溶液法、溶胶-凝胶法、固相响应法等。

例如，在溶液法制备CdS/BiVO4光催化剂中，先将CdS 通过化学沉淀的方法合成出来，再通过氧化还原的反应，将其与BiVO4 进行原位化学合成，最终得到复合材料。

除了原位化学法，其他制备方法也有其优点。

例如，物理法也是一种广泛应用的制备方法。

通过控制溶液中的温度、加热时间以及pH 值等因素，可以制备出具有优异性能的材料。

因此，在实际应用中，选择合适的制备方法，是光电功能复合材料研究的关键。

光电功能复合材料在能源转换中的应用随着全球能源问题的日益突出，绿色、环保、高效的新型能源日益受到关注。

在这个背景下，光电功能复合材料在能源转换领域中应用越来越广泛。