1、v功能材料简介功能材料简介v金属功能材料的发展金属功能材料的发展v关于本课程关于本课程1 1、材料的地位、材料的地位人类进化与文明的标志人类进化与文明的标志一、功能材料简介一、功能材料简介石器时代石器时代l青铜时代青铜时代l铁器时代铁器时代l信息时代信息时代一、功能材料简介一、功能材料简介材料是现代文明的基石材料是现代文明的基石材料与能源、信息材料与能源、信息并列为现代科学技并列为现代科学技术的三大支柱术的三大支柱现代文明现代文明生物技术生物技术信息技术信息技术能源技术能源技术材料科学与工程材料科学与工程材料材料结构材料结构材料（structural materials)structural
2、materials)功能材料功能材料(functional materials)functional materials)能承受外加载荷而保持其形状和结能承受外加载荷而保持其形状和结构稳定的材料，它具有优良的力学构稳定的材料，它具有优良的力学性能（如我们学过的强度、刚度、性能（如我们学过的强度、刚度、韧性、耐磨性、硬度、疲劳强度韧性、耐磨性、硬度、疲劳强度等），在物件中起着等），在物件中起着“力能力能”的作的作用。用。具有一种或几种特定功能的材料，具有一种或几种特定功能的材料，它具有优良的物理、化学和生物或它具有优良的物理、化学和生物或相互转化功能（例如我们物理中所相互转化功能（例如我们物理中
3、所学的声、光、电、磁等物理性能），学的声、光、电、磁等物理性能），在物件中起着在物件中起着“功能功能”的作用。的作用。一、功能材料简介一、功能材料简介2 2、材料的分类、材料的分类按性质和实际应用按性质和实际应用 一、功能材料简介一、功能材料简介1 1、功能材料的特征功能材料的特征（1 1）功能材料的功能对应于材料的微观结构和微）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，这是最本质的特征。观物体的运动，这是最本质的特征。（2 2）功能材料的凝聚态和形态非常多样化，除了）功能材料的凝聚态和形态非常多样化，除了晶态外，还有气态、液态、液晶态、非晶态、准晶态外，还有气态、液态、液晶态、非晶
4、态、准晶态、混合态和等离子体态等。除了三维体相材晶态、混合态和等离子体态等。除了三维体相材料外，还有二维、一维和零维材料。料外，还有二维、一维和零维材料。（3 3）结构材料常以材料形式为最终产品，而功能）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器件形式为最终产品，材料有相当一部分是以元器件形式为最终产品，集材料元件一体化。集材料元件一体化。一、功能材料简介一、功能材料简介（4 4）功能材料是利用现代化的技术，多学科交叉）功能材料是利用现代化的技术，多学科交叉的知识密集型产物。的知识密集型产物。（5 5）功能材料的制备技术不同于结构材料的传统）功能材料的制备技术不同于结构材料
5、的传统技术，而是采用许多先进的新工艺和新技术，如技术，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、微急冷、超净、超微、超纯、薄膜化、集成化、微型化、密集化、智能化以及精细控制和检测技术。型化、密集化、智能化以及精细控制和检测技术。一、功能材料简介一、功能材料简介功能材料概念是功能材料概念是19651965年由美国贝尔研究所年由美国贝尔研究所 J.A.MortonJ.A.Morton博士提出博士提出来的。来的。2020世纪世纪6060年代以来，各种现代技术如微电子、激光、红年代以来，各种现代技术如微电子、激光、红外、光电、空间、能源、计算机、机器人、信息、生物和医
6、学外、光电、空间、能源、计算机、机器人、信息、生物和医学等技术的兴起，强烈刺激了功能材料的发展。近等技术的兴起，强烈刺激了功能材料的发展。近2020多年来，功多年来，功能材料成为材料科学和工程领域中最活跃的部分，每年以能材料成为材料科学和工程领域中最活跃的部分，每年以5 5的的速度增长。速度增长。功能材料是新材料领域的功能材料是新材料领域的核心核心，在全球新材料研究领域中，功，在全球新材料研究领域中，功能材料约占能材料约占 85%85%。功能材料是现代高技术的基础：信息技术、生物技术、能源技功能材料是现代高技术的基础：信息技术、生物技术、能源技术等高技术的发展离不开功能材料。术等高技术的发展离
7、不开功能材料。功能材料是国防建设的重要基础材料。功能材料是国防建设的重要基础材料。2 2、功能材料的发展功能材料的发展一、功能材料简介一、功能材料简介3 3、功能材料的分类、功能材料的分类(1)(1)按化学成分分类：按化学成分分类：(2)(2)按功能分类：按功能分类：(3)(3)按凝聚态分类：按凝聚态分类：(4)(4)按用途分类：按用途分类：(5)(5)按材料形态分类：按材料形态分类：金属金属、无机非金属、有机高分子和复合功能材料、无机非金属、有机高分子和复合功能材料 物理（如光、电、磁、声、热等）物理（如光、电、磁、声、热等）、化学（如感光、催化、含、化学（如感光、催化、含 能、降解等）、生
8、物（如生物医药、仿生等）和核功能材料能、降解等）、生物（如生物医药、仿生等）和核功能材料气态、液态、固态、液晶态和混合态功能材料气态、液态、固态、液晶态和混合态功能材料电子、航空、航天、兵工、建筑、医药、包装等材料电子、航空、航天、兵工、建筑、医药、包装等材料体积、膜，纤维和颗粒等功能材料体积、膜，纤维和颗粒等功能材料二、金属功能材料二、金属功能材料1 1、发展、发展三个阶段：三个阶段：a)50a)50年代中年代中7070年代年代 传统的金属功能材料传统的金属功能材料 精密合金精密合金b)70b)708080年代年代 精密合金大市场，精密合金大市场，新材料涌现新材料涌现c)80c)80年代末至
9、今年代末至今 新型金属功能材料迅速发展新型金属功能材料迅速发展(1)(1)软磁合金软磁合金 （2 2）永磁合金）永磁合金 （3 3）弹性合金（）弹性合金（4 4）膨胀合金）膨胀合金(5)(5)热双金属（热双金属（6 6）精密电阻）精密电阻 非晶态合金、稀土永磁、贮氢材料等非晶态合金、稀土永磁、贮氢材料等非晶微晶材料、稀土永磁材料、纳米晶材料、贮氢合金和电池非晶微晶材料、稀土永磁材料、纳米晶材料、贮氢合金和电池等。而形状记忆合金、生物材料、磁记录（磁光、磁电阻、巨等。而形状记忆合金、生物材料、磁记录（磁光、磁电阻、巨磁电阻）材料、薄膜和多层膜材料、高温超导材料等取得大量磁电阻）材料、薄膜和多层膜
10、材料、高温超导材料等取得大量成果。成果。三、金属功能材料三、金属功能材料2 2、研究开发方向、研究开发方向（1 1）国际：）国际：国际近期开发成功并投入应用的金属功能材料有：国际近期开发成功并投入应用的金属功能材料有：非晶微晶合金、稀土永磁合金、隐身材料、储氢材料和非晶微晶合金、稀土永磁合金、隐身材料、储氢材料和在电池中的应用、磁致伸缩材料以及形状记忆合金等在电池中的应用、磁致伸缩材料以及形状记忆合金等正大力研究开发的有：正大力研究开发的有：薄膜材料、高温超导材料、超细粉末及阻尼减震合金等。薄膜材料、高温超导材料、超细粉末及阻尼减震合金等。另外，电子信息方面的应用如集成电路芯片、计算机、另外，
11、电子信息方面的应用如集成电路芯片、计算机、高清晰度电视机、通讯设备及磁光记录等用材均在飞高清晰度电视机、通讯设备及磁光记录等用材均在飞速发展中。速发展中。“七五七五”和和“八五八五”期间期间 音响和彩电音响和彩电“九五九五”期间期间 微电子、通讯、国民经济信息化工程等电子产微电子、通讯、国民经济信息化工程等电子产品品“十五十五”乃至乃至20102010年年 高清晰电视、汽车电子、信息高速公路高清晰电视、汽车电子、信息高速公路此外，能源、环保、交通、医疗设备等领域此外，能源、环保、交通、医疗设备等领域三、金属功能材料三、金属功能材料（2 2）国内：）国内：三、金属功能材料三、金属功能材料四、关于
12、本课程四、关于本课程1 1 电性材料电性材料2 2 磁性材料磁性材料3 3 超导材料超导材料4 4 贮氢材料贮氢材料5 5 形状记忆合金形状记忆合金 6 6 非晶态合金非晶态合金 7 7 薄膜功能材料薄膜功能材料 8 8 纳米材料纳米材料 1 1、主要内容、主要内容2 2、目的、目的（1 1）建立功能材料的概念，了解金属功能材料的功能）建立功能材料的概念，了解金属功能材料的功能原理、特性、结构特点、化学组成和实际应用。原理、特性、结构特点、化学组成和实际应用。（2 2）试图通过对几种具有代表性功能材料的分析，对浩）试图通过对几种具有代表性功能材料的分析，对浩瀚的功能材料有个相貌的了解，以便在将
13、来研制新材料、瀚的功能材料有个相貌的了解，以便在将来研制新材料、新工艺的过程中以及在新产品和新材料的选用上，思维新工艺的过程中以及在新产品和新材料的选用上，思维新颖、产品更具有竞争力。新颖、产品更具有竞争力。（3 3）加强基础，拓宽专业知识面，适应知识经济的发展）加强基础，拓宽专业知识面，适应知识经济的发展和科技术中各学科的融合穿插，增强对市场经济的适应和科技术中各学科的融合穿插，增强对市场经济的适应性。性。四、关于本课程四、关于本课程1 1、王正品、王正品 张路张路 要玉宏要玉宏 主编主编 金属功能材料金属功能材料 化学工业出版社化学工业出版社 200420042 2、马如璋、马如璋 蒋民华蒋民华 徐祖雄编著徐祖雄编著 功能材料学概论功能材料学概论 冶金工业出版冶金工业出版 社社 199919993 3、田莳编著、田莳编著 功能材料功能材料 北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社 19951995四、关于本课程四、关于本课程 3 3、参考书目、参考书目4 4、徐婉棠、徐婉棠 吴英凯编著吴英凯编著 固体物理学固体物理学 北京师范大学出版社北京师范大学出版社 199019905 5、程守洙、程守洙 江之水编著江之水编著 普通物理普通物理 教育出版社教育出版社 20012001四、关于本课程四、关于本课程
