土木专业建筑学绪论教学随堂讲义资料.pptx

《土木专业建筑学绪论教学随堂讲义资料.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土木专业建筑学绪论教学随堂讲义资料.pptx（45页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、会计学1土木专业建筑学绪论教学随堂讲义资料土木专业建筑学绪论教学随堂讲义资料高等数学，普通物理，电磁学材料科学基础，材料物理化学功能材料课程特点：理 论工程应用1.很强的理论性和应用性2.涵盖内容广泛，课堂讲授有限，自学，主动学习成绩计算方法：平时成绩（50%）+期末考试（50%）国内外大学，研究所，公司第1页/共45页主要参考资料主要参考资料1.1.功能材料概论，哈尔滨工业大学出版社，功能材料概论，哈尔滨工业大学出版社，199919992.2.功能材料学概论，冶金工业出版社，功能材料学概论，冶金工业出版社，功能材料学概论，冶金工业出版社，功能材料学概论，冶金工业出版社，199919993.3

2、.现代功能陶瓷，国防工业出版社，现代功能陶瓷，国防工业出版社，199819984.4.新材料概论，新材料概论，国防工业出版社，国防工业出版社，200420045.5.金属功能材料，化学工业出版社，金属功能材料，化学工业出版社，200420046.6.功能陶瓷材料功能陶瓷材料,化学工业出版社化学工业出版社,2003,2003 第2页/共45页功能材料学概论功能材料学概论内容简介内容简介 n n金属功能材料金属功能材料（超导材料，储氢合金，形状记忆合金，磁性材料，非晶态（超导材料，储氢合金，形状记忆合金，磁性材料，非晶态合金，纳米材料）合金，纳米材料）n n无机非金属功能材料（功能陶瓷无机非金属功

3、能材料（功能陶瓷,功能玻璃）功能玻璃）n n高分子功能材料高分子功能材料n n智能材料智能材料n n功能晶体材料功能晶体材料n n 第3页/共45页第一章第一章 绪论绪论第4页/共45页第一节第一节 概述概述1.什么是材料？材料就是可以制成各种物品的物质 材料的应用及发展是人类文明发展的里程碑。人类文明的进程是按其使用的材料来划分的，比如石器时代，铜器时代，铁器时代等。第5页/共45页300，000年前，燧石4，000 BC 锻打铜3，500 BC 冶炼铜1，400BC 炼铁1886电化学方法冶炼铝-使铝成为一种常用金属尼龙的商业发展，高分子材料发展的关键时期 第6页/共45页1960s 越来

4、越小的硅芯片 1980s 高温超导材料、能源、信息材料、能源、信息 21 21世纪人类文明的重要支柱世纪人类文明的重要支柱第7页/共45页2.为什么要研究功能材料？为什么要研究功能材料？能源的需求能源的需求 环境的需求环境的需求 更高生活品质的追求更高生活品质的追求第8页/共45页（年）第9页/共45页新能源材料新能源材料 太阳能电池材料太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源也是清洁能源，不产生任何的环境污染。但是由于还没有效率高，寿命长，价格低廉的光电转换材料而使得太阳能在能源中的地位一直很低。目前的光电转换材料主要有硅，硫化镉，碲化镉等。太阳能电池材料太阳能电池材料是新能源材料研究开发的

5、热点，IBM公司研制的多层复合太阳能电池，转换率高达40%。氢是一种洁净、无污染、发热值高、取之不尽用之不竭的能源。氢能的利用涉及氢的储存，运输和使用。如何高效的储氢是目前人们研究的热点问题。美国能源部在全部氢能研究经费中，大约有50%用于储氢储氢研究。储氢材料 第10页/共45页第11页/共45页环境问题2013年1月13日第12页/共45页环境问题第13页/共45页第14页/共45页环境材料环境材料1.生物可降解材料生物可降解材料2.CO2.CO2 2气体固化气体固化3.SO3.SOx x，NONOx x催化转化催化转化4.4.开发能使经济可持续发展的开发能使经济可持续发展的环境协调性材环

6、境协调性材料料，如仿生材料、环境保护材料、氟里昂、，如仿生材料、环境保护材料、氟里昂、石棉等有害物质的替代材料、绿色新材料石棉等有害物质的替代材料、绿色新材料5.5.第15页/共45页日本研发自我修复的新材料第16页/共45页 近近1010年来，功能材料成为材料科学和工程年来，功能材料成为材料科学和工程领域中最为活跃的部分。每年以领域中最为活跃的部分。每年以5 5以上的以上的速度增长，相当于每年有速度增长，相当于每年有1.251.25万种新材料万种新材料问世。未来世界需要更多的性能优异的功问世。未来世界需要更多的性能优异的功能材料，功能材料正在渗透到现代生活的能材料，功能材料正在渗透到现代生活

7、的各个领域。各个领域。第17页/共45页第二节第二节 功能材料的概功能材料的概念与分类念与分类第18页/共45页一、一、功能材料的概念功能材料的概念 功能材料：是指通过电、磁、光、声、热、电、磁、光、声、热、力、化学以及生物力、化学以及生物等作用后具有特定功能特定功能材料。功能材料功能材料(Functional Materials)、特种材料特种材料(Speciality Materials)或或精细材料精细材料(Fine Materials)。第19页/共45页功能材料功能材料涉及面较广：电、磁、光、声、热、力、化学以及生物等特点：相对于通常的结构材料结构材料而言，这类材料一般除了具有机械特

8、性外，还具有其他的功能特性。第20页/共45页材料的特定的功能特定的功能与材料的特定结构特定结构是相联系的。形状记忆 热弹性马氏体 超导 超导电子对第21页/共45页二、二、功能材料的分类功能材料的分类目前比较常见的分类方法有：1.根据化学键和化学成分的不同l l金属功能材料金属功能材料l l无机非金属功能材料无机非金属功能材料l l有机高分子功能材料有机高分子功能材料l l复合功能材料复合功能材料第22页/共45页2按材料物理性质分类：按材料物理性质分类：n n 磁性材料n n 电性材料n n 光学材料n n 声学材料n n 力学材料n n 化学功能材料等第23页/共45页3按材料的形态分类

9、：按材料的形态分类：n n体功能材料n n膜功能材料n n纤维功能材料n n颗粒功能材料第24页/共45页4.按功能材料的应用领域分：n n电子材料n n军工材料n n核材料n n信息工业用材料n n能源材料n n医学材料等第25页/共45页第三节第三节 功能设计的原理和方法功能设计的原理和方法材料的功能显示过程功能显示过程是指向材料输入某种能量，经过材料的传输或转换过程，再作为输出而提供给外部的一种作用。输入材料输出下图为材料功能显示过程的示意图第26页/共45页 功能材料按其功能的显示过程功能的显示过程又可分为一次功能材料一次功能材料和二次功能材料二次功能材料。一次功能：当向材料输入的能量

10、输入的能量和从材料输出的能量输出的能量属于同一种同一种形式形式时，材料起到能量传输能量传输部件的作用。材料的这种功能称为一次功能。二次功能 当向材料输入的能量输入的能量和从材料输出的能量输出的能量属于不同形式不同形式时，材料起能量的转换能量的转换部件作用，材料的这种功能称为二次功能或高次功能。第27页/共45页一次功能一次功能力学力学功能：如高弹性、振动性和防震性。声声功能：如隔音性、吸音性。热热功能：如传热性、隔热性、蓄热性等。电电功能：如超导性、绝缘性和电阻等磁磁功能：如硬磁性、软磁性等。光光功能：如折射光性、反射光性、偏振光性、分光性、聚光性等。化学化学功能：如吸附作用、气体吸收性、催化

11、作用、酶反应等。其他其他功能：如放射特性、电磁波特性等。第28页/共45页二次功能二次功能力力 电：压电材料光光 电：电：太阳能电池材料太阳能电池材料电电 热：电阻材料光光 力：光致伸缩材料力：光致伸缩材料磁磁 力：磁致伸缩材料磁致伸缩材料磁磁 热：磁制冷材料热：磁制冷材料第29页/共45页材料的功能设计所谓功能设计功能设计，就是赋予材料以一次功能一次功能或二次功能二次功能特性的科学方法。有人认为21世纪将逐渐实现按需设计按需设计材料。第30页/共45页材料设计的实现材料设计的实现是一个长期过程长期过程，其最终应达到提出一个需求目标提出一个需求目标就可（不经试验）设计出成分设计出成分、制造流程

12、制造流程并做出合乎要求的工程材料做出合乎要求的工程材料以至零件、器件或构件。第31页/共45页材料设计材料设计是一个很复杂的过程：如材料的制备与存在状态存在状态往往属于非平衡热力学非平衡热力学；有些结构敏感性质(材料的力学性质)的可变因素可变因素太多，即使一个微小缺陷都会产生很大影响；表面与内部表面与内部结构及性质的不一致性；复杂的环境因素环境因素等等。第32页/共45页结构/成分合成/制备性质效能/功能材料科学与工程四要素第33页/共45页一、金属功能材料设计一、金属功能材料设计()寻找具有特定功能的金属材料。例如稀土功能材料制备永磁材料，储氢材料等稀土功能材料制备永磁材料，储氢材料等()利

13、用各种金属材料的特性，制备符合使用要求的合金。合金的迅速发展，给金属功能材料的发展金属功能材料的发展提供了广泛的空间。随着各种合金的开发，各种各样的金属功能材料被开发出来，如纳米材料，大块非晶材料、真空快淬材料、形状记忆合金等。第34页/共45页(1)根据功能的要求设计配方设计配方。无机非金属功能材料所所含的材质含的材质决定了无机非金属功能材料的宏观性能宏观性能(2)根据功能的要求设计合适的加工工艺设计合适的加工工艺。不同的加工不同的加工工艺工艺可以得到不同功能不同功能的无机非金属功能材料。因此，控制合适的加工工艺对无机非金属功能材料的制造是非常重要的。二、无机非金属功能材料设计二、无机非金属

14、功能材料设计第35页/共45页第四节第四节第四节第四节 功能材料的现状及发展趋势功能材料的现状及发展趋势功能材料的现状及发展趋势功能材料的现状及发展趋势一、金属功能材料一、金属功能材料二、无机非金属功能材料二、无机非金属功能材料四、国内功能材料发展的现状四、国内功能材料发展的现状三、功能材料制备的新方法第36页/共45页金属功能材料金属功能材料是开发比较早的功能材料一、金属功能材料一、金属功能材料形状记忆合金形状记忆合金：在现代军事、电子、汽车、能源、机械、宇航、医疗等领域得到广泛的应用。具有独特性能和用途独特性能和用途的新型金属功能材料：超导合金超导合金、纳纳米金属米金属、高温合金高温合金、

15、减振合金减振合金、储氢储氢、多孔金属多孔金属、金属磁金属磁性性材料等非晶态合金非晶态合金：优异的物理、化学性能，是一种极有发展前景的新型金属材料第37页/共45页 二、无机非金属功能材料二、无机非金属功能材料功能玻璃：功能玻璃：磁光玻璃（磁光转换性能）、声光玻璃（声光性）、导电玻璃（导电性）、记忆玻璃（记忆特性）、光存储显示材料及各种非线性光学玻璃功能陶瓷：功能陶瓷：(1)微电子技术推动下的微型化微型化(薄片化)和高速度化高速度化；(2)在安全和环保工作的促进下，发展传感器传感器和多孔瓷多孔瓷；(3)重视材料复合材料复合技术；(4)加速智能化智能化。第38页/共45页三三三三 、功能材料制备的

16、新方法、功能材料制备的新方法、功能材料制备的新方法、功能材料制备的新方法 用于功能材料制备的新方法很多。例如：快速凝固快速凝固、机械合金化机械合金化、溶胶溶胶凝胶凝胶、极限极限(极高（低）温、高压、高真空、失重等)条件下制备条件下制备的方法、复合及杂化复合及杂化、晶须晶须及大单晶大单晶制备法等等。这些方法的发展与使用加快了新品种的开发和质量的提高。第39页/共45页通过快淬快凝工艺可以得到在常规条件下的亚稳相亚稳相。亚稳相可以是材料的使用状态使用状态，也可能是为得到好性能的中间状态中间状态。在自然界中，亚稳相是很常见的。从亚稳相到平衡态的转变不少情况下是非常缓慢的。因此，实际上可以把亚稳状态的

17、材料看作是平衡态来使用。材料学家利用这种动力学差别而设计并加工制造了许多非平衡材料，扩大了可获得有用材料的范围。快淬快凝技术快淬快凝技术 第40页/共45页我国非常重视功能材料的发展，取得了一定的成果，但与国外发达国家相比尚有相当距离四、国内功能材料发展的现状四、国内功能材料发展的现状第41页/共45页在“863”计划：超导材料超导材料、平板显示材料平板显示材料、稀土功能材料稀土功能材料、生物医用材料生物医用材料、储氢储氢等新能源材料，金刚石薄膜金刚石薄膜，高性能固体推进剂材料，红外隐身材料红外隐身材料，材料设计与性能预测材料设计与性能预测等功能材料第42页/共45页镍氢电池镍氢电池、锂离子电池锂离子电池；功能陶瓷材料高档钕铁硼钕铁硼产品的研究开发和产业化，在某些成分配方和相关技术上取得了自主知识产权；第43页/共45页谢谢 谢！谢！第44页/共45页