新型功能材料简介

新型功能材料简介 新型功能材料简介 1。超导体的概念:超导材料是一种没有电阻的材料,既能节约能量，减少电能因电阻而消耗的能量，还能把电流储存起来，供急需时使用。 ２.三个临界条件 ：临界温度（Tc)、临界电流（Ic）和临界磁场（Hc)是“约束"超导现象的三大临界条件，三者具有明显的相关性，只有当超导体同时处于三个临界条件以内，才具有超导电性。 临界温度是在外部磁场、电流、应力和辐射等条件维持足够低时,电阻突然变为零时的温度;超导电性可以被外加磁场所破坏，对于温度为T(Ｔ＜Tc）的超导体，当外磁场超过某一数值Hｃ(T)的时候,超导电性就被破坏了,使它由超导态转变为常导态, 电阻重新恢复。在不加磁场的情况下,超导体中通过足够强的电流也会破坏超导电性,导致破坏超导电性所需要的最小极限电流,也就是超导态允许流动的最大电流,称作临界电流Ic(T)。 迈斯纳效应(指超导体处于外界磁场中,磁力线无法穿透,超导体内的磁通量为零）和零电阻性质是超导态的两个独立的基本属性,衡量一种材料是否具有超导电性必须看是否同时具有零电阻和迈斯纳效应。 ３。伦敦第一方程: 式中，m是电子质量,Ｊs为超流电流密度,ns是超导电子密度

由上式可见:在稳态下,超导体中的电流为常值时, ，则Ｅ＝0. 即,在稳态下，超导体内的电场强度等于零，因此，它说明了超导体的零电阻性质。 4．功能玻璃：功能玻璃是指与传统玻璃结构不同的、有某一方面独特性能的、有专门用途的、或者制造工艺有明显差别的一些新品种“玻璃”。生物玻璃是指能够满足或达到特定生物、生理功能的特种玻璃,主要是由Sｉ、Ｎa、Ca以及P的氧化物组成. ５。微晶玻璃是指通过玻璃热处理来控制晶体的生长发育而获得的一种多晶材料.它既有玻璃的基本性能，也有陶瓷多晶体的特征。微晶玻璃的微晶化包括以下几个过程:(1)玻璃结构发生微调;(2)晶核的形成;(3)基本晶相的形成及生长;（4）介稳相转变为稳定晶相及残余玻璃. 微晶玻璃结晶过程中的核化与晶化多数属于非均相核化的类型。其基本原理是：加入玻璃配合料中的成核剂,在熔制过程中，均匀地溶解于玻璃熔融体中。当玻璃处在析晶温度区时,成核剂能降低晶核生成所需要克服的势垒，从而核化可以在较低的温度下进行. 6． 光色玻璃:我们把出现可逆的或不可逆的显色、消色现象的物质称为光致变色材料。光色玻璃就是其中的一类光致变色材料。当受紫外线或日光照射时,由于玻璃在可见光区产生光吸收而自动变色;当光照停止时，玻璃能可逆地自动恢复到初始的透明状态.具有这种性质的玻璃称为光致变色玻璃（也称光色玻璃）. 7。陶瓷在人类生活和社会建设中是不可缺少的材料，它和金属材料、高分子材料并列为当代三大固体材料.结构陶瓷是指具有力学和机械性能及部分热学和化学功能的先进陶瓷（现代陶瓷),功能陶瓷是指那些利用电、磁、声、光、热、力等直接效应及其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现某种使用功能的先进陶瓷（现代陶瓷).根据功能陶瓷对外场条件的敏感效应,则可制备热敏、气敏、湿敏、压敏、磁敏和光敏等敏感陶瓷。 ８。陶瓷三大原料:长石,黏土,石英。

EmenJtss2



0sJt新型功能材料简介 石英在陶瓷生产中的作用：①在烧成前是瘠性原料,可对泥料的可塑性起调节作用，能降低坯体的干燥收缩,缩短干燥时间并防止坯体变形。②在烧成时,石英的加热膨胀可部分地抵消坯体收缩的影响,当玻璃质大量出现时，在高温下石英能部分熔解于液相中,增加熔体的强度,而未熔解的石英颗粒，则构成坯体的骨架,可防止坯体发生软化变形等缺陷。③在瓷器中,石英对坯体的力学强度有着很大的影响,合理的石英颗粒能大大提高瓷器坯体的强度，否则效果相反。同时，石英也能使瓷坯的透光度和白度得到改善.④在釉料中，二氧化硅是生成玻璃质的主要组分,增加釉料中石英含量能提高釉的熔融温度与黏度，并减少釉的线胀系数。同时它是赋予釉以高的力学强度、硬度、耐磨性和耐化学侵蚀性的主要因素。 黏土作用概括为五个方面：1)黏土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成形的基础.２)黏土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性.３）黏土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。4)黏土是陶瓷坯体烧结时的主体，黏土中的Al２O3含量和杂质含量是决定陶瓷坯体的烧结程度、烧结温度和软化温度的主要因素；5)黏土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源. 9。发光是一种宏观现象,但它和晶体内部的缺陷结构、能带结构、能量传递、载流子迁移等微观性质和过程密切相关。作为发光材料的晶体,往往有目的地搀杂其它杂质离子以构成缺陷能级，它们对晶体的发光起着关键作用。发光的本质是能量的转换，稀土之所以具有优异的发光性能,就在于它具有优异的能量转换功能，而这又是由其特殊的电子层结构决定的。 10。被激发的物质在切断激发源后仍能继续发光,这种发光现象称为磷光,有时磷光能持续几十分钟甚至数小时，这种发光物质就是通常所说的长余辉材料。它是一类吸收太阳光或人工光源所产生的光发出可见光，而且在激发停止后仍可继续发光的物质。尽管长余辉材料本身就是一种功能陶瓷材料,但它的热稳定性是有一定限度的，温度对长余辉材料的发光性能的影响很大,随着灼烧温度的升高，发光亮度急剧下降，甚至发生荧光猝灭。 11．激活剂吸收能量后,激发态的寿命极短,一般大约仅10—8s就会自动地回到基态而放出光子,这种发光现象称为荧光。撤去激发源后，荧光立即停止。“荧光” 指的是激发时的发光,而“磷光”指的是发光在激发停止后，可以持续一段时间。 12。智能材料就是指具有感知环境（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智能特征的材料。智能材料需具备以下内涵:(１)具有感知功能，能够检测并且可以识别外界(或者内部)的刺激强度,如电、光、热、应力、应变、化学、核辐射等; （2)具有驱动功能，能够响应外界变化;（３）能够按照设定的方式选择和控制响应；（4）反应比较灵敏、及时和恰当;（5)当外部刺激消除后，能够迅速恢复到原始状态. 1３．智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素． 1４。有些材料,在发生了塑性变形后，经过合适的热过程，能够回复到变形前的形状，这种现象叫做形状记忆效应（SME）。形状记忆合金可以分为三种:(1) 单程记忆效应;(2)双程记忆效应；（3)全程记忆效应；形状记忆材料兼有传感和驱动的双重功能，可以实现控制系统的微型化和智能化． 15。在某些晶体材料上施加机械力时，晶体表面会产生电荷，这种现象称正压电效应。在一定范围内,电荷密度与作用力成正比。相反，在晶体上施加电场时，晶体会产生几何变形,称逆压电效应。 16. 敏感陶瓷用于制造敏感元件,是根据某些陶瓷的电阻率、电动势等物理量对热、湿、光、电压及某种气体、某种离子的变化特别敏感的特性而制得的。按其新型功能材料简介 相应的特性,可把这些材料分别称作热敏(PTＣ陶瓷、ＮＴC和CTＲ热敏陶瓷等)、湿敏、光敏、压敏、气敏及离子敏感陶瓷.此外,还有具有压电效应的压力、位置、速度、声波等敏感陶瓷,具有铁氧体性质的磁敏陶瓷及具有多种敏感特性的多功能敏感陶瓷等． 17。 NTC热敏电阻材料是用特定组分合成,其电阻率随温度升高按指数关系减小的一类材料，分低温型、中温型和高温型三大类。CTR热敏电阻主要是指以VO２为基本成分的半导体陶瓷,在68℃附近电阻值突变达到3--4个数量级，具有很大的负温度系数, 因此称为巨变温度热敏电阻或临界(温度)热敏电阻材料.PＴＣ热敏电阻有两种用途：一是用于恒温电热器,PTC热敏电阻通过自身发热而工作，达到设定温度后,便自动恒温，因此不需另加控制电路,二是用作限流元件,如彩电消磁器、节能灯用电子镇流器、程控电话保安器、冰箱电机启动器等。 18。气敏陶瓷是一种对气体敏感的陶瓷材料,大致可分为半导体式、固体电解质式及接触燃烧式三种。 19。当光线照射到半导体时，在光子作用下产生的光生载流子使电导增加的现象,称为光电导效应。 ２０。太阳能电池是利用光生伏特效应将太阳能转换为电能的器件,太阳能电池的转换率不仅受光子激发利用率的限制,还受其他因素的影响。虽然能量hｎ≥Eg的光子均可产生激发,但只有能量相当于Ｅg的部分才能转变为电能。光子吸收材料的禁带在Ｅg≈0。９eV附近时,光子激发利用率最高。综合考虑影响转换效率的因素,光子吸收材料的禁带宽度在１.0~1.6eV较合适，因此，Sｉ、Ｃu２S、ＧａAｓ、ＣdＴe等均可用作太阳能电池材料。 2１.快离子导体陶瓷是指电导率可以和液体电解质或熔盐相比拟的固态离子导体陶瓷,又称电解质陶瓷。快离子导体的离子电导率可达10-１~１0—２Ｓ/ｃm,活化能低至0。１～0.2ｅV. 22。氢化物储氢原理:金属吸留氢形成金属氢化物，然后对该金属氢化物加热,并把它放置在比其平衡压低的氢压力环境中使放出吸留的氢,其反应式

是:,

反应进行的方向取决于温度和氢压力。 23。储氢材料应具备的条件:1。易活化,氢的吸储量大；2。用于储氢时生成热尽量小,而用于蓄热时生成热尽量大;3。在一个很宽的组成范围内,应具有稳定合适的平衡分解压；4。氢吸收和分解过程中的分解过程中的平衡压差（滞后)小;5。氢的俘获和释放速度快;6.金属氢化物的有效热导率大；7。在反复吸放氢的循环过程中,合金的粉化小,性能稳定性好;8对不纯物的耐中毒能力强；9储氢材料价廉。

（1)什么是超导体?其具有什么效应?这些效应产生的原因分别是什么？