功能材料学习计划.docx

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功能材料学习计划

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功能材料学习计划

　　篇一：

功能材料,详案

　　功能材料概论

　　【教学目标】：

　　知识目标：

　　1.大体介绍功能材料学在本学期的教学安排、学习方法；

　　2.引领学生站在较高的高度，鸟瞰本门课程的各个章节，以及各章节与实际应用的联系，激发学生的对本门课的兴趣；

　　技能目标：

培养学生自主利用网络，图书资源进行学习，深入自学的能力。

情感目标：

引导学生明白自己身边的每一门学科不仅对自己未来，还对国防、国家民族未来息息相关。

　　【教学重点】：

激发学生（:

功能材料学习计划）对本门课的学习兴趣，培养学生自主学习的能力

　　【教学难点】：

激发学生对本门课的学习兴趣

　　【课时安排】：

二课时

　　【教学方法】：

　　1.在教学中引入大量国防和工业应用中的例子，说明本门课程的重要性；

　　2.组织讨论，让学生举例，激发学生的学习兴趣。

　　【教学用具】：

略

　　【教学过程】：

　　〔引言〕

　　自我介绍，点名，选科代表。

　　1986年，我国制定了《高技术发展计划纲要》，被评选列入的七个技术群是生物技术、信息技术、激光技术、航天技术、自动化技术、新能源技术和新材料技术。

一般认为，新材料有晶须材料、非晶材料、超塑性合金、形状记忆材料、功能陶瓷、功能有机材料、超导材料、碳纤维、能量转换材料等。

新材料发展的重点已经从结构材料转向功能材料。

功能材料被誉为－－2l世纪人类文明的重要支柱

　　〔板书〕第一章功能材料概论

　　〔讲解〕随着时代的发展，人类将进入一个信息时代。

为了解决生产高速发展以及由此所产生的能源、环境等一系列的问题，更需要用高科技的方法和手段来生产新型的、功能性的产品，以获得各种优良的综合性能。

近年来新型功能材料层出不穷，得到了突破性的进展。

日本和欧美各国对新型功能材料的研究十分注意，这是因为功能材料是能源、计算机、通讯、电子、激光等现代科学的基础，功能材料在未来的社会发展中具有重大战略意义。

近10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5％以上的速度增长，相当于每年有1.25万种新材料问世。

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各个领域。

　　〔板书〕一、功能材料的概念与分类

　　〔讲解〕材料的种类很多，如：

建筑材料、薄膜材料，复合材料、高分子材料等，什么叫功能材料呢？

　　〔回答〕功能材料是指具有一种或几种特定功能的材料，如通过光、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特定功能的材料。

　　〔提问〕功能材料的种类有多少？

　　〔回答〕功能材料涉及面较广，具体包括光、电功能，磁功能，分离功能，形状记忆功能等

　　〔讲解〕随着技术的发展和人类认识的扩展，新型的功能材料不断被开发出来，因此对其也产生了许多不同的分类方法。

从功能的不同考虑，可将功能材料分为以下四类。

（1）力学功能：

主要是指强化功能材料和弹性功能材料，如高结晶材料、超高强材料等

（2）化学功能：

　　①分离功能材料：

如分离膜，离子交换树脂、高分子络合物；

　　②反应功能材料；如高分子试剂、高分子催化剂；

　　③生物功能材料：

如固定化菌，生物反应器等。

　　（3）物理化学功能

　　①电学功能材料：

如超导体，导电高分子等；

　　②光学功能材料：

如光导纤维、感光性高分子等；

　　③能量转换材料：

如压电材料、光电材料。

　　（4）生物化学功能

　　①医用功能材料：

人工脏器用材料如人工肾、人工心肺，可降解的医用缝合线、骨钉、骨板等；

　　②功能性药物：

如缓释性高分子，药物活性高分子，高分子农药等；

　　③生物降解材料

　　〔板书〕1.功能材料概念

　　2.功能材料分类：

（1）力学功能

（2）化学功能

　　（3）物理化学功能

　　（4）生物化学功能

　　〔讲解〕功能材料设计的原理和方法输入材料输出材料的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等过程，再作为输出而提供给外部的一种作用。

　　〔板书〕二、

　　功能材料设计的原理和方法

　　〔讲解〕功能材料按其功能的显示过程又可分为一次功能材料和二次功能材料

　　Ａ、一次功能

　　当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于同一种形式时，材料起到能量传输部件的作用。

材料的这种功能称为一次功能。

以一次功能为使用目的的材料又称为载体材料。

　　种类：

力学功能、声功能、热功能、电功能、磁功能、光功能、化学功能、其他功能

　　Ｂ、二次功能

　　当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于不同形式时，材料起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。

有人认为这种材料才是真正的功能材料。

　　种类：

①光能与其他形式能量的转换；

　　②电能与其他形式能量的转换；

　　③磁能与其他形式能量的转换；

　　④机械能与其他形式能量的转换。

　　〔板书〕1.功能材料设计的原理

　　Ａ、一次功能

　　Ｂ、二次功能

　　〔讲解〕所谓功能设计，就是赋予材料以一次功能或二次功能特性的科学方法。

　　材料科学与工程一般都认为由四要素组成，即结构/成分、合成/流程、性能与效能。

但考虑到结构与成分并非同义词，相同成分通过不同制备方法可以得到不同结构，从而使材料出现不同性能，所以材料科学与工程应为五要素，即成分、合成/流程、结构、性能与效能。

根据材料所要求的性能不同，材料设计可以从电子、光子出发．也可从原子、原子集团出发，可以从微观、显微到宏观。

　　〔板书〕2.材料设计

　　〔讲解〕材料设计的实现是一个长期过程，其最终应达到提出一个需求目标就可设计出成分、制造流程并做出合乎要求的工程材料以至零件、器件或构件。

为实现材料设计，必须开展深入的基础研究，以了解物质结构与性能的关系；要建立完整的精确的数据库；建立正确的物理模型；需要有大容量计算机；更重要的是要不同学科科学家与工程技术人员的通力合作。

　　〔板书〕a、金属功能材料设计

　　〔讲解〕金属功能材料按性能分主要包括磁性、电性、力学、热学、光学、化学、生物功能材料和特种功能材料。

　　金属功能材料的功能设计主要有以下两个方面。

　　（１）寻找具有特定功能的金属材料。

　　（２）利用各种金属材料的特性，制备符合使用要求的合金。

　　〔板书〕b、无机非金属功能材料设计

　　〔讲解〕无机非金属功能材料的主要代表是功能玻璃和功能陶瓷。

无机非金属功能材料进行功能设计的方法主要有以下两种：

（1）根据功能的要求设计配方。

（2）根据功能的要求设计合适的加工工艺

　　〔板书〕c、高分子功能材料设计

　　〔讲解〕功能高分子材料功能设计的主要途径如下：

（1）通过分子设计合成新功能。

（2）通过特殊加工赋予材料以功能特性

　　（3）通过两种或两种以上的具有不同功能或性能的材料复合获得新功

　　能。

　　（4）通过对材料进行各种表面处理以获得新功能

　　〔板书〕三、功能材料的特点

　　〔讲解〕功能材料是目前材料领域发展最快的新领域。

　　功能材料虽然制备过程复杂，产品产量小，但是利润较高。

其主要原因是基于其特有的“功能性”。

功能材料的结构与性能之间存在着密切的联系，材料的骨架、功能基团以及分子组成直接影响着材料的宏观结构与材料的功能。

研究功能材料的结构与功能之间的关系，可以指导开发更为先进、新颖的功能材料。

〔板书〕1.金属功能材料

　　〔讲解〕金属功能材料是开发比较早的功能材料，随着高新技术的发展，一方面促进了非金属材料的迅速发展，同时也促进了金属材料的发展许多区别于传统金属材料的新型金属功能材料应运而生，有的已被广泛应用，有的具有广泛应用的前景。

如形状记忆合金的发现及各种形状记忆合金体系的开发研制，使得这类新型金属材料在现代军事、电子、汽车、能源、机械、宇航、医疗等领域得到广泛的应用。

另一方面，非晶态合金由于具有优异的物理、化学性能，是一种极有发展前景的新型金属材料。

具有独特性能和用途的新型金属功能材料很多，如超导合金、纳米金属、高温合金、减振合金、储氢、多孔金属、金属磁性材料等。

〔板书〕2.无机非金属功能材料

　　〔讲解〕无机非金属功能材料的发展速度也很快，新的种类也是层出不穷。

它以功能玻璃和功能陶瓷为主，近来也发展了一些新工艺和新品种。

〔板书〕1）．组合化学在无机功能材料方面的应用

　　〔讲解〕组合化学作为合成化学的一个新分支，它展现出巨大的发展潜力。

组合化学与计算机科学相结合，特别是与数据库技术相结合，是组合化学发展的未来方向。

无机功能材料组合化学研究主要集中在具有特殊光、电、磁和催化等

　　篇二：

功能材料概论论文

　　【摘要】碳纤维的出现是材料史上的一次革命。

碳纤维是目前世界首选的高性能材料，具有高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种优异性能，正逐步征服和取代传统材料。

现已广泛应用于航天、航空和军事领域。

世界各国均把发展高性能碳纤维产业放在极其重要的位置。

碳纤维除了在军事领域上的重要应用外，在民品的发展上有着更加广阔的空间，并已经开始深入到国计民生的各个领域。

在机械电子、建筑材料、文体、化工、医疗等各个领域碳纤维有着无可比拟的应用优势。

　　我国对碳纤维的研究由于起步较晚，技术力量薄弱，虽然碳纤维及其复合材料在我国已被纳入国家“863”和“973”计划，但总体情况不尽理想，我国仍不具备成熟的碳纤维工业化生产技术，国防和民用碳纤维产品基本依赖进口。

　　【关键词】碳纤维、性能、技术

　　碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，是由含碳量较高、在热处理过程中不熔融的人造化学纤维经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。

其含碳量随种类不同而异，一般90以上。

碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工性好，沿纤维轴方向表现出很高的度，且碳纤维比重小。

　　1、碳纤维的化学性能

　　碳纤维是一种纤维状的碳素材料。

我们知道碳素材料是化学性能稳定性极好的物质之一。

这是历史上最早就被人类认识的碳素材料的特征之一。

除强氧化性酸等特殊物质外，在常温常压附近，几乎为化学惰性。

可以认为在普通的工作温度≤250℃环境下使用，很难观察到碳纤维发生化学变化。

根据有关资料介绍，从碳素材料的化学性质分析，在≤250℃环境下，碳素材料既没有明显的氧化发生，也没有生成碳化物和层间化合物生成。

由于碳素材料具有气孔结构，因此气孔率高达25%左右，在加热过程易产生吸附气体脱气情况，这样的过程更有利于我们稳定电气性能和在电热领域的应用。

　　2、碳纤维的物理性能

　　（a）热学性质：

碳素材料因石墨晶体的高度各向异性，而不同于一般固体物质与温度的依存性，从工业的应用角度来看，碳素材料比热大体上是恒定的。

几乎不随石墨化度和碳素材料的种类而化

　　（b）导热性质：

碳素材料热传导机理并不依赖于电子，而是依靠晶格振动导热，因此，不符合金属所遵循的维德曼—夫兰兹定律。

根据有关资料介绍，普通的碳素材料导热系数极高，平行于晶粒方向的导热系数可与黄铜媲美。

　　（c）电学性质：

碳素材料电学性质主要与石墨晶体的电子行为和不同的处理温度有关，石墨的电子能带结构和载流子的种类及其扩散机理决定了上述性质。

碳素材料这类电学性质具有本征半导体所具备的特征，电阻率变化主要与载流子的数量

　　变化有关。

　　3、碳纤维的主要用途

　　与树脂、金属、陶瓷等基体复合，做成结构材料。

碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。

在刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。

　　由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。

　　最神奇的应用是采用长碳纤维制成的“纳米绳”可以将