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1、第7章 新 材 料,7.1 电性材料 7.2 磁性材料 7.3 光学材料 7.4 其他新材料,7.1 电性材料,7.1.1 电子功能陶瓷 7.1.2 电致变色玻璃,7.1.1 电子功能陶瓷,1.绝缘陶瓷材料 2.介电陶瓷材料 3.压电陶瓷材料 4.铁电薄膜,7.1.2 电致变色玻璃,1.电致变色材料 2.电解质(或离子导体) 3.离子贮存层(可逆电极) 4.导电层材料,1.电致变色材料,(1) 阴极材料 B族金属氧化物，如WO3、MoO3及其复合材料都表现出电致变色效应。 (2) 阳极材料 阳极材料包括族及Pt族(Pt、Ir、Os、Pd、Ru、Rh)金属的一些氧化物或水合氧化物。,7.2 磁性
2、材料,7.2.1 磁性陶瓷 7.2.2 磁性高分子材料,7.2.1 磁性陶瓷,1.软磁铁氧体 2.硬磁铁氧体 3.旋磁铁氧体 4.矩磁铁氧体 5.压磁铁氧体 6.磁泡材料 7.磁光材料,7.2.2 磁性高分子材料,塑料磁体与烧结磁体相比具有以下特点：柔韧而富有可挠性，不易残缺脆裂；由于成型收缩率低，不必进行二次研磨加工；成本低廉、运输方便、再生性好，有广泛的用途。 塑料磁体的主要缺点是其磁性能不及烧结磁体，而且耐热性差，使用温度较低。,7.3 光学材料,7.3.1 光学纤维材料 7.3.2 非线性光学材料 7.3.3 光功能高分子材料,7.3.1 光学纤维材料,(1) 光纤中杂质的影响 如Fe
3、3+、Ni2+、Co2+、Ti3+、Cu2+等过渡金属离子，铂金粒子及OH-等杂质离子在光的传输过程中会吸收光能，从而使光信号在传输过程中大大减因光纤中存在异种离子，会产生光漫射损耗，解决途径是从原料及制备工艺上着 (2) 玻璃的不均匀性影响 玻璃总的来说是无定形非晶态物质，其内部质点从宏观上看是统计均匀分布的，但从微观角度来看，往往会存在不均匀现象，这种不均匀性会导致散射损失。 (3) 纤维表面擦伤的影响 在拉制纤维时，要充分提高温度，使纤维表面不被划伤，纤维表面的擦伤不仅影响机械性能，同时也会改变内部光线射向表面的角度。 (4) 其他影响因素 如表面的油脂能改变内部全反射的临界角，表面的尘
4、埃会引起散射损失等。,7.3.2 非线性光学材料,1.含半导体的玻璃复合材料 2.含有机物的玻璃复合材料,7.3.3 光功能高分子材料,常用的包括有机玻璃(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、有机硅材料、环氧树脂、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)等。,7.4 其他新材料,7.4.1 纳米材料 7.4.2 新型碳材料 7.4.3 梯度功能材料 7.4.4 智能敏感材料,7.4.1 纳米材料,1.纳米材料的结构 2.纳米材料的特性 3.纳米材料的制备 4.纳米材料的应用,1.纳米材料的结构,纳米材料属于原子簇和宏观物体范畴的过渡区域，既非典型的微观系统，亦非典型的宏观系统，
5、具有独特的结构特征。,2.纳米材料的特性,(1)力学性能 大量的实验测试和计算模拟及理论分析证明，金属纳米材料具有非常独特的力学性能及结构-性能关系，发现了一些新的现象和规律。 (2)热学性能 纳米材料的热容和热膨胀与普通多晶或非晶材料差别较大，近年来的一些研究表明，纳米晶体材料的微孔隙及杂质对材料的性能有着显著影响，密度不同的样品表现出不同的性质。 (3)磁学性能 由于纳米颗粒尺寸超细，一般为单磁畴颗粒，其技术磁化过程由晶粒的磁各向异性和晶粒间的磁相互作用所决定。,3.纳米材料的制备,(1)球磨法 球磨的主要目的是降低粉粒尺度、固态合金化、混合或融合，以及改变粉粒的形状。 (2)非晶晶化法
6、用非晶晶化法制备纳米材料的前提是将原料用急冷技术制成非晶薄带或薄膜，控制晶化退火时间和温度，使非晶全部或部分晶化，生成尺寸为纳米级的粉粒。 (3)溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是制备材料的一种湿化学方法。,4.纳米材料的应用,(1)在化工产品中的应用 催化是纳米微粒应用的重要领域之一，利用纳米微粒比表面积高与活性高的特点可以显著增进催化效率。 (2)在电子工业产品中的应用 (3)在环保健康及医药卫生领域的应用 ZnO、Fe2O3、TiO2等半导体纳米微粒的光催化作用在环保健康方面有着广阔的用途，国内外许多文献报道了这方面的进展。,7.4.2 新型碳材料,1.纳米洋葱状富勒烯的制备 2.纳米洋葱状富
7、勒烯的修饰 3.纳米洋葱状富勒烯的性能 4.纳米洋葱状富勒烯的应用,1.纳米洋葱状富勒烯的制备,(1)电弧放电法 电弧放电法采用石墨电极在一定气氛中放电，从阴极沉积物中收集NOLFs。 (2)电子束辐照法 电子束辐照法原位制备和原位观察NOLFs的主要研究手段是HRTEM。 (3)化学气相沉积法 CVD法是应用最广泛、最易实现大规模生产的一种制备气相生长碳功能材料的方法。,(4)射频/微波等离子体辅助CVD法 射频/微波等离子体是一种非平衡态低温等离子体，其电子温度远高于离子温度，这意味着一方面电子具有足够高的能量以使反应物分子激发、离解和电离；另一方面反应物体系又能保持低温，乃至接近室温，因
8、此在新材料制备和材料表面改性等领域得到了非常广泛的应用。 (5)其他方法 许并社等提出了由“聚合预成型+热处理成型”两步反应组成的模板法，以FeCl3和FeCl2制得的Fe3O4纳米颗粒与苯乙烯、丙烯酸、乙醇和蒸馏水聚合反应后，再进行热处理，制备出内包Fe的OLFs，从而将模板法引入了零维纳米结构的制备中。,2.纳米洋葱状富勒烯的修饰,Aron等对水下放电法制备的NOLFs进行了三种功能化的修饰：将水下放电法得到的NOLFs先在400焙烧1h，再在HNO3中处理48h形成羧基功能化的NOLFs，然后羧基功能化的NOLFs进行以下反应：与带有二胺终止端的低聚聚乙二醇反应，生成水溶聚乙二醇化NOL
9、Fs；与1-18胺发生低聚烷基酰胺反应，生成可溶的有机物；合成NOLFs的四氢化吡咯衍生物。,3.纳米洋葱状富勒烯的性能,(1)电学特性 Hou等用超高真空扫描探针显微镜测试了电弧放电法制备的NOLFs的电学特性，获得了单个洋葱分子的扫描隧道谱数据。 (2)光学性能 碳离子注入到铜和银基底形成NOLFs的方法为其进行分光研究开辟了道路，对沉积银中的NOLFs进行透射谱测试时发现其吸收最大值出现在4.4m-1处，比分散的NOLFs低了0.5m-1，这个红移是因其团簇造成的。 (3)磁学性能 很多研究发现，内包过渡金属Fe、Co、Ni等磁性金属的碳纳米颗粒具有磁性。,(4)电磁性能 许并社等对水下
10、放电法和CVD法制备的NOLFs的电磁特性的研究表明：NOLFs的介电损耗较大，而且只有内包金属Fe颗粒的NOLFs才有磁损耗；磁性金属纳米Fe颗粒的嵌入增加了NOLFs的介电损耗和磁损耗；带有大量缺陷的NOLFs的比表面积大，反应活性高，能在电磁场发挥有效作用。 (5)润滑性能 NOLFs因具有球形形状和化学惰性，被期望具有好的润滑性能。 (6)吸附和催化性能 NOLFs的中空和层状结构表明其具有一定的存储能力，可用来储存氢或其他气体。,4.纳米洋葱状富勒烯的应用,(1)工程领域 NOLFs因其所具有的独特结构，被期望具有较高的力学性能和好的润滑性能；对于内包金属的NOLFs，其中心金属能受
11、到外壳碳层的有效保护，从而避免外界环境的不利影响，具有较好的耐蚀性和较高的抗压性。 (2)电子与信息领域 NOLFs的层与层之间插嵌金属原子、离子或其他分子时，由于混合轨道和、电子结构的变化不同于石墨，推测母体材料具有良好的导电性能，有望制作成超导等材料，可在电子材料应用领域发挥重要作用。 (3)能源领域 采用浸渍还原法在NOLFs上沉积纳米级的Pt微粒，对其载Pt催化剂的电化学催化行为的研究表明，该类载Pt材料可作甲醇燃料电池的催化剂。,(4)生物医药领域 一些活性组成通过溶解、包裹作用进入中空的NOLFs内部，形成纳米级聚合物粒子，作为药物传递和控释的载体(如药物的定向输送及释放的胶囊、细
12、胞分离等)，是一种新的药物控释系统。 (5)化学化工领域 NOLFs的中空结构是极好的微容器，可储存其他物质，作为吸附和分离材料，在废气、废水处理等方面发挥作用。 (6)国防领域 利用NOLFs壳层的缺陷结构，有望使其及其复合物用做宽带电磁波吸收材料。,7.4.3 梯度功能材料,其设计思想是在材料制备过程中，连续地控制材料的微观要素，使材料内部不存在明显的界面，以消除或降低材料中的残余应力，使之在同一时间内适应不同的使用环境。即在同一材料内，从不同方向上由一种功能逐步连续分布为另一种功能，这种材料称为梯度功能材料，简称梯度材料。,7.4.4 智能敏感材料,1.智能陶瓷 2.智能混凝土 3.敏感陶瓷材料,1.智能陶瓷,(1)高温抗氧化自适应陶瓷 氮化硅等非氧化物陶瓷材料部件在高温下的破坏机理，是一个氧化与微裂纹相互作用的结果。 (2)自愈合自恢复陶瓷 微波能够加热物质，但其加热效果会因物质种类和结构的不同而有很大差异。,
