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1、,第8章 新 材 料 简 介,8.1 纳米材料 8.2 超导材料 8.3 环境材料 8.4 生物材料 8.5 新 能 源 材 料 8.6 形状记忆材料 8.7 信息功能材料 8.8 磁性材料,高科技新材料的生产具有以下三个特点： (1) 综合利用现代的先进科学技术成就，多学科交叉，知识密集，投资量大。 (2) 往往在一些特定的条件下(如高温、高压、低温、急冷、超净等)才能完成，没有新技术和新工艺，没有精确地控制和检测，就不能够生产高质量的新材料。 (3) 新材料的生产规模一般都比较小，品种比较多，更新换代快，价格昂贵，技术保密性强，因此新材料产业是属于难度较大的产业。,8.1 纳 米 材 料
2、1纳米材料的概念与特性 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10100个原子紧密排列在一起的尺度。,2纳米材料的分类 纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其他三类产品的基础。,3纳米材料制备技术 1) 物理方法 (1) 机械球磨法 (2) 真空冷凝法 (3) 物理粉碎法 (4) 物理气相沉积法 (5) 深度塑性形变法,2) 化学方法 (1) 气相沉积法 (2) 沉淀法 (3) 水热合成法 (4) 溶胶凝胶法 (5) 微乳液法,4纳米材料的用途 纳米
3、材料的用途很广，主要用于以下几方面： (1) 医药 (2) 家电 (3) 电子计算机和电子工业 (4) 环境保护 (5) 纺织工业 (6) 机械工业,8.2 超 导 材 料 1超导材料的分类及性能 超导材料按其化学组成可分为元素超导体、合金超导体、化合物超导体和氧化物陶瓷超导体。,2超导材料的应用 超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起，就向人类展示了诱人的应用前景。但要实际应用超导材料又受到一系列因素的制约，首先是它的临界参量，其次是材料制作的工艺等问题(例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列的工艺问题)。,8.3 环 境 材 料 环境材料是指具有良好的使用性能和优良的环境协调性，
4、或者是能够改善环境的材料。环境协调性是指对资源和能源的消耗量少，废弃后能够回收再生利用的可能性大，其从生产使用到回收的全过程对周围的生态环境的影响也最小。因而它可以称为“绿色材料”或者“生态材料”。,8.4 生 物 材 料 1概述 从广义上讲，一切与生命有关的材料，不论是合成材料还是天然材料，均可称为生物材料。,2生物金属材料 生物金属材料是指植入人体(或动物体)以修复器官和恢复功能用的金属材料。,3生物陶瓷材料 生物陶瓷是用于人体器官替换、修补及外科矫形的陶瓷材料。由于陶瓷材料在生物体内极为稳定，与生物组织有良好的亲和性，特别适合于作人体硬组织如骨骼和牙齿的替换、修补材料。这类材料主要有氧化
5、铝、羟基磷灰石、生物活性玻璃陶瓷、生物活性骨水泥等。它能与人体骨生长在一起，形成化学结合。,4生物聚合物材料 生物聚合物材料品种很多，可根据其功能特性归纳为六部分，如表8-1所示。,5生物复合材料 生物复合材料又称为生物医用复合材料，它是由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医学材料。制备此类材料的目的就是进一步提高或改善某一种生物材料的性能。此类材料主要用于修复及替换人体组织、器官或增进其功能。,8.5 新 能 源 材 料 1储氢材料 1) 概述 氢能为无公害能源，且在地球上的蕴藏极其丰富，是一种未来的主要能源。然而氢的储存是个难题，若以气体形态储存需高压气瓶，液态储存则需超低温，且还有爆炸
6、的危险。,2) 储氢原理简介 储氢功能基于下述可逆反应：储氢材料在冷却或加压后吸收氢形成金属氢化物，同时放热；反之，在加热或减压后又还原为金属和氢气，释放氢气同时吸热。储氢材料中的氢密度是气态氢的10001300倍。储氢材料是固态，且不必使用高压容器，也不用超低温，同时安全可靠，技术简便，效率高，所储存的氢密度通常大于液氢的氢密度。,3) 储氢材料的类别与特性 目前正在研究和开发的储氢合金材料主要有镁系、铁系、稀土系、钛系和锆系等五类。,4) 实用储氢材料及应用 用氢作为飞机的燃料时，可大大提高飞机的有效载荷、航速和航程。,2其他新能源材料 (1) 核能材料 (2) 电池材料 (3) 高能储氢
7、材料 (4) 太阳能电池材料 (5) 其他新能源材料,8.6 形状记忆材料 1形状记忆效应(SME) 1969年7月20日晚10时56分，乘坐“阿波罗”11号登月宇宙飞船的美国宇航员阿姆斯特朗在月球上踏下了第一个人类的脚印，此时安装在飞船上的一小团天线，在阳光照射下迅速展开，伸展成半球状，开始了自己的工作，月球和地球之间的信息就是通过它传送过来的。这个半球形天线就是用当时刚发明不久的钛镍形状记忆合金制成的。,2形状记忆合金的类别与性能 形状记忆材料主要是SMA，目前已有20余种。大致可分为两类：一类是以过渡族金属为基的合金，另一类是贵金属的相合金。,3形状记忆合金的应用 从外观上看，记忆合金不
8、但能受热膨胀、伸长，也可以受热收缩和弯曲，这主要取决于其原始形状。,8.7 信 息 材 料 按功能分，信息材料主要有以下几类： (1) 信息探测材料，主要指对电、磁、光、声、热辐射、压力变化或化学物质敏感的材料，可用来制成传感器，用于各种探测系统，如电磁敏感材料、光敏材料、压电材料等。这些材料有陶瓷、半导体和有机高分子化合物等多种。 (2) 信息传输材料，主要是光导纤维，简称光纤。它重量轻、占空间小、抗电磁干扰、通信保密性强，可以制成光缆以取代电缆，是一种很有发展前途的信息传输材料。,(3) 信息存储材料，包括：磁存储材料，主要是金属磁粉和钡铁氧体磁粉，用于计算机存储；光存储材料，有磁光记录材
9、料、相变光盘材料等，用于外存；铁电介质存储材料，用于动态随机存取存储器；半导体动态存储材料，目前以硅为主，用于内存。,8.8 磁 性 材 料 磁性材料是指主要利用材料的磁性能和磁效应，实现对能量和信息的转换、传递、调制、存储、检测等功能作用的一类物质。磁性材料的应用很广泛，既可用于电声、电信、电表、电机中，又可用作记忆元件、微波元件等，还可用于记录语言、音乐、图像信息的磁带、计算机的磁性存储设备、乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡等。,1软磁材料 软磁材料在微弱的外磁场中容易磁化和退磁，其主要功能是导磁、电磁能量的转换与传输。,2硬磁(永磁)材料 一经外磁场磁化以后，即使在相当大的反向磁场作用下，仍能保持一部分或大部分原磁化方向的磁性。,
