功能材料概论个人整理版(考试专用).doc

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1、第一章功能材料概论功能材料的定义功能材料指以特殊的电、磁、声、光、热、力、化学及生物学等性能作为主要性能指标的一类材料。功能材料的特征1）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，是最本质的特征。2）功能材料的聚集态和形态非常多样化，除晶态外，还有气态、液态、液晶态、非晶态、混合态和等离子态。除三维材料外，还有二维、一维和零维材料。3）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件形式为最终产品，即材料元件一体化。4）功能材料是利用现代科学技术，多学科交叉的知识密集型产物。5）功能材料的制备技术不同于结构材料用的传统技术，而是采用许多先进的新工

2、艺和新技术，如急冷、超净、超微、超纯、薄膜化、集成化、微型化、智能化以及精细控制和检测技术。功能材料的分类功能材料种类繁多，涉及面广，有多种分类方法。目前主要是根据材料的化学组成、应用领域、使用性能进行分类。按化学组成：金属功能材料、陶瓷功能材料、高分子功能材料、复合功能材料按应用领域:电子材料、能源材料、信息材料、光学材料、仪器仪表材料、航空航天材料、生物医学材料、传感器用敏感材料。按使用性能：电功能材料、磁功能材料、光功能材料、热功能材料、化学功能材料、生物功能材料、声功能材料、隐形功能材料。功能材料的现状近几年来，功能材料迅速发展，已有几十大类，10万多品种，且每

3、年都有大量新品种问世。现已开发的以物理功能材料最多，主要有：1）单功能材料，如：导电材料、介电材料、铁电材料、磁性材料、磁信息材料、发热材料、热控材料、光学材料、激光材料、红外材料等。2）功能转换材料，如：压电材料、光电材料、热电材料、磁光材料、声光材料、电流变材料、磁敏材料、磁致伸缩材料、电色材料等。3）多功能材料：如防振降噪材料、三防材料（防热、防激光和防核）、电磁材料等。4）复合和综合功能材料，如：形状记忆材料、隐身材料、传感材料、智能材料、显示材料、分离功能材料、环境材料、电磁屏蔽材料等。5）新形态和新概念功能材料，如：液晶材料、梯度材料、纳米材料、非平衡材料等

4、。功能材料的展望展望21世纪，功能材料的发展趋势为：1）开发高技术所需的新型功能材料，特别是尖端领域（航空航天、分子电子学、新能源、海洋技术和生命科学等）所需和在极端条件下（超高温、超高压、超低温、强腐蚀、高真空、强辐射等）工作的高性能功能材料；2）功能材料的功能从单功能向多功能和复合或综合功能发展，从低级功能向高级功能发展；3）功能材料和器件的一体化、高集成化、超微型化、高密积化和超分子化；4）功能材料和结构材料兼容，即功能材料结构化，结构材料功能化；5）进一步研究和发展功能材料的新概念、新设计和新工艺；6）完善和发展功能材料检测和评价的方法；7）加强功能材料的应用研

5、究，扩展功能材料的应用领域，加强推广成熟的研究成果，以形成生产力。第二章贮氢材料资源丰富；发热值高；燃烧后生成水，不污染环境。光解法——利用太阳能，到海水中取氢。Ø气态贮存ü能量密度低ü不安全Ø液态贮存ü能耗高ü对贮罐绝热性要求高Ø固态贮存ü体积储氢容量高ü无需高压及隔热容器ü安全性好，无爆炸危险ü可得到高纯氢2.1金属贮氢原理在一定温度和压力条件下，固溶相(MHx)与氢反应生成金属氢化物(MHy)，反应式如下反应进行的方向取决于温度、压力和合金成分。金属氢化物类型：a.Ⅰ和Ⅱ主族元素与氢形成离子型氢化物；b.Ⅲ和Ⅳ族过渡金属及Pb与氢形成金属型氢化物。2.2贮氢合金分

6、类贮氢材料应具备的条件n吸氢能力大；n用于储氢时生成热尽量小，而用于蓄热时生成热尽量大；n平衡氢压适当；n吸氢、释氢速度快；n传热性能好；n反复吸氢、释氢时，性能稳定；n安全无害；n价格便宜。贮氢合金的种类镁系合金、稀土系合金、钛系合金Ø典型代表：Mg2Ni，美Brookhaven国家实验室首先报道。Ø特点：Ø重量轻；Ø资源丰富；Ø价格低廉；Ø贮氢量小；Ø放氢温度高（300℃以上）；Ø吸/放氢动力学性能较差。新开发的镁系贮氢合金Mg2Ni1-xMx(M=V，Cr，Mn，Fe，Co)和Mg2-xMxNi(Al，Ca)比Mg2Ni的性能好。发展方向：机械合金化－加TiFe和

7、CaCu5球磨，或复合（加入Ni、Cu、Re等元素）。机械合金化：纳米晶Mg2Ni具有很好的动力学性能，吸释氢速度加快。复合：Mg/MmNi5-x(Co,Al,Mn)x，Mg2Ni/MmNi5，Mg/FeTi等合金系Ø典型代表：LaNi5，荷兰Philips实验室首先研制。Ø特点：Ø活化容易；Ø平衡压力低，滞后小；Ø抗杂质；Ø适合室温操作；Ø成本高。采用混合稀土(La，Ce，Sm)Mm替代La可有效降低成本，但氢分解压升高，滞后压差大，给使用带来困难。采用第三组分元素M(Al，Cu，Fe，Mn,Ga，In，Sn，B，Pt，Pd，Co，Cr