复合材料的炫彩世界

1、复合材料的炫彩世界导电塑料 PC PA 导电橡胶圈 橡胶按键导电膜各种导电基复合材料展导电涂料导电纤维导电胶粘剂 1.表面导电膜形成法 2.导电填料分散复合法 3.导电材料层积复合法成型方法导电复合材料的应用： （1）防止静电 （2）作为新型屏蔽材料 （ 3）电器工程及其他作用磁性复合材料磁性复合材料-制作人：张丹 磁性复合材料是指以增强磁粉与聚合物基体经混合、成型、固化而得到的复合永久磁体。根据磁功能特性，又分为硬磁性材料和软磁性材料。 1975年，日本首先推出以塑料为基体的磁性复合材料，简称磁塑料。其后，美国，西欧等发达国家先后竞相开发，特别是80年代稀土永磁的开发及粉末细微化技术的发展带

2、动了复合永磁的高速发展。与陶瓷永磁体相比较复合永磁体具有加工性能好，可制备尺寸精确，低收缩率和薄壁制品并且材料的机械性能优越，具有良好的抗冲和拉伸强度。一、定义磁性复合材料 二、磁性材料的组分 磁粉性能的好坏直接影响磁性复合材料功能的好坏。磁粉性能的好坏主要与其组成、颗粒大小、粒度分布及制造工艺有关。稀土类复合永磁的功能体主要包括钐 鈷 类和铁 硼类。稀土类最大的缺点就是热稳定性差，而磁性复合材料一般成型温度在200350oc致使磁粉极易氧化导致磁性极具下降，目前由美国以熔融淬火法生产的NdFeB磁粉最大磁能达到6.4104TA/m，占据1/2-1/3的市场。1.功能体功能体-磁粉磁粉最早使用

3、的磁粉是铁氧体磁粉，它以BaO6Fe2O3或SrO6Fe2O3为主要成分，由于本身的磁性能差，故所得的复合永磁体的磁性也差。但由于价格便宜易于成型，稳定性好，故铁氧体复合永磁仍占据整个复合永磁总量的90%。 磁性复合材料中基体主要起磁性复合材料中基体主要起强粘结作用强粘结作用，通常采用热塑性和热固，通常采用热塑性和热固性树脂。由于磁粉的填充量高达性树脂。由于磁粉的填充量高达90%90%，成型时混合物熔融粘度比纯树脂，成型时混合物熔融粘度比纯树脂大得多，流动性很差，所以磁性复合材料中粘结剂要有很好的流动性大得多，流动性很差，所以磁性复合材料中粘结剂要有很好的流动性还要有良好的强度以满足制品的力学

4、性能。还要有良好的强度以满足制品的力学性能。2 聚合物基体树脂的流动性直接影响到功能体的含量，也影响到是否能够很好的充满模腔，在外磁场确定时可提高磁功能体的定向度，只有降低磁粉颗粒与树脂的摩擦，即降低树脂的粘度，才能使磁粉晶体在外磁场的作用下沿磁场方向取向。为保证复合体系良好充模及磁粉定向，聚合物熔融粘度最好降低到10Pas。热固性树脂：不饱和聚酯 酚醛树脂 环氧树脂 热塑性树脂：尼龙磁性复合材料 3 加工助剂加工助剂为改善复合体系的流动性，经常加入助剂来改善体系的流动性，以提高磁功能体沿易磁化轴的的方向取向和提高磁粉的含量，也常用一些硬脂酸盐润滑剂、偶联剂及增塑剂等。硅偶联剂还能对磁功能体的

5、抗氧化能力起到一定作用。三三 磁性材料生产工艺流程磁性材料生产工艺流程磁性复合材料应用 感光树脂版以感光性树脂为版材，通过紫外光曝光、冲洗而制成的印版。原型有液体版与固体版之分。 中 文 名 感光树脂版 外 文 名 photopolymer forme 类 别 液体版与固体版 成型区分 粹体固化型和固体研化型 应 用 紫外光曝光、冲洗而制成的印版 板 材 感光性树脂光加工用功能复合材料光加工用功能复合材料1870年，英国科学家丁达尔做了一个有趣的实验(右图)：让一股水流从玻璃容器的侧壁细口自由流出，以一束细光束沿水平方向从开口处的正对面射入水中。丁达尔发现，细光束不是穿出这股水流射向空气，而是

6、顺从地沿着水流弯弯曲曲地传播。这是光的全反射造成的结果。 光导纤维正是根据这一原理制造的。它的基本原料是廉价的石英玻璃，科学家将它们拉成直径只有几微米到几十微米的丝，然后再包上一层折射率比它小的材料。只要入射角满足一定的条件，光束就可以在这样制成的光导纤维中弯弯曲曲地从一端传到另一端，而不会在中途漏射。科学家将光导纤维的这一特性首先用于光通信。 光导纤维材料光导纤维材料光纤制造工艺预制棒制造工艺气相沉积法管外法管内法管外汽相沉积法（OVD）汽相轴向沉积法（VAD）改进的管内化学气相沉积法（MCVD）等离子体管内化学气相沉积法（PCVD）光纤材料的应用光导纤维最广泛的应用是在通信领域,即光导纤维

7、通信。自20世纪60年代以来,由于在光源和光纤方面取得了重大的突破,使光通信获得异常迅速的发展。医学上,光导纤维可以用作食道、直肠、膀胱、子宫、胃等深部探查内窥镜(胃镜、血管镜等)的光学元件,而且不必切开皮肉就可直接插入身体内部进行手术。在照明和光能传送方面,利用光导纤维短距离可以实现一个光源多点照明。在工业方面,可传输激光进行机械加工,制成各种传感器用于测量压力、温度、流量、位移、光泽、颜色、产品缺陷等,也可用于工厂自动化、办公自动化、机器内及机器间的信号传送、光电开关、光敏元件等。 压电效应 压电复合材料压电复合材料某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化某些电介质

8、在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电向改变时电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象

9、。依据电介质压电效应研制的这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。一类传感器称为压电传感器。 压电复合材料的应用压电复合材料的应用 将生物陶瓷与无铅压电陶瓷复合成生物压电陶瓷来实现生物仿生; 米发电机用氧化锌纳米线将人体运动、肌肉收缩、体液流动产生的机械能转变为电能, 供给纳米器件来检测细胞的健康状况 7PVDF薄膜用在人体和动物器官的超声成像测量中。 压电材料的应用及发展压电材料的应用及发展压电材料在生物工程、军事、光电信息、能源等领域有着更加广泛而重要的应用。生物领域生物领域光电信息领域光电信息领域压电材料具有电光效应、非线性光学效应、

10、光折变效应等光电特性, 在光电方面的应用有声表面滤波器、光快门、光波导调制器、光显示和光存储等; 利用压电材料的压电效应和热释电效应可以对外界产生的信号进行处理、传输、储存, 用在机器人和其它智能结构中, 用PVDF压电材料制成触觉传感器已能感知温度、压力及识别边角棱等几何特征。 光电信息领域 压电材料具有电光效应、非线性光学效应、光折变效应等光电特性, 在光电方面的应用有声表面滤波器、光快门、光波导调制器、光显示和光存储等; 利用压电材料的压电效应和热释电效应可以对外界产生的信号进行处理、传输、储存, 用在机器人和其它智能结构中, 用PVDF压电材料制成触觉传感器已能感知温度、压力及识别边角

11、棱等几何特征。 压电材料能在水中发生、接受声波, 用于水下探测、地球物理探测、声波测试等方面; PZT薄膜因其热释电效应而应用在夜视装置、红外探测器上; 利用压电陶瓷的智能功能对飞机、潜艇的噪声主动控制;压电复合材料用在压力传感器检测机身外情况和卫星遥感探测装置中。 压电材料具有电光效应、非线性光学效应、光折变效应等光电特性, 在光电方面的应用有声表面滤波器、光快门、光波导调制器、光显示和光存储等; 利用压电材料的压电效应和热释电效应可以对外界产生的信号进行处理、传输、储存, 用在机器人和其它智能结构中, 用PVDF压电材料制成触觉传感器已能感知温度、压力及识别边角棱等几何特征。 利用压电效应

12、收集海浪、风力、人力、汽车产生的振动能量实现机械能的再生利用。微机电系统可为各类小型装置提供平均输出功率为250950W的电源, Platt 等 8用多层压电振子实现小体积压电结构的高能量输出, 通过电路并联输出30V左右的开路电压; 海浪发电利用海浪对压电材料的拉伸和放松, 通过电子元件变成为低高压电流 9; 时速为16公里的微风挤压或伸展微型风车中的压电材料可产生7. 5mW的电能, 能将18%的风能转化为电能 10; 发电鞋 11通过脚对鞋底的冲击使压电陶瓷变形而产生电流, 在标准体重和步幅下能产生250mW的能量; 汽车行驶中产生的振动冲击能具有很高的能量密度, 利用高效压电材料及动力

13、机械结构进行发电成为可能。以色列Innowattech公司在路面沥青中铺设大量压电晶体, 通过汽车驶过时的压电转换已成功产生电流并点亮灯泡。生物体 生物体复合材料-制作人：张中伟基本要求基本要求 1）化学性质稳定，不会因与生物组织接触而发生变化； 2）生物适应性好，包括组织适应性和血液适应性，不产生排斥反应和凝血现象； 3）不显毒性和过敏反应，无致癌性和抗原性； 4）不产生代谢异常,在生物体内不产生劣化或分解； 5）还具备优良的力学性能（强度、弹性、硬度、耐疲劳、抗磨损等）以及长期埋植在体内不会丧失其性能指数.金属材料的缺点金属材料的缺点 1）在生物体内，金属材料腐蚀后有重金属离子的溶出； 2

14、）力学性能适应问题，即金属材料对生物组织的力学损伤。医用高分子材料应用概括医用高分子材料应用概括医用高分子材料面临的问题医用高分子材料面临的问题 A.在生物体内，高分子材料受腐蚀后可能有单体溶出； B.高分子材料在作为某些人工胀器（如人工骨和人工关节时），执行生物的支撑功能还缺乏足够的强度，尤其刚度； C.现金还主要通过经验和实验来进行材料筛选，还不能完全根据生物学要求和医用材料设计基础理论制造专门的医用高分子材料。 人工关节和人工骨人工关节和人工骨-制作人：李丹人工关节和人工骨 由于关节部位在人体运动中要承受体重的由于关节部位在人体运动中要承受体重的3636倍，而倍，而且一年要承受且一年要承

15、受200200万次以上的重复荷重，因此人工关万次以上的重复荷重，因此人工关节的材料除优良的生物相容性外，对从材料的节的材料除优良的生物相容性外，对从材料的的力学性能提出了较高的要求，即应具备良好的疲劳的力学性能提出了较高的要求，即应具备良好的疲劳强度，耐磨性及一定的柔韧性。强度，耐磨性及一定的柔韧性。根据对人工关节材料的要求可分为以下几类 1、传统的不锈钢和三氧化传统的不锈钢和三氧化 二铝制成的人工关节二铝制成的人工关节:这种材料现在还存在一些需要解决的问题，如金属腿关节与腿骨的插入链接界面可能会出现松动和沉陷现象，与骨头的增殖性较差，而氧化氯脆性较大，缺乏伸缩性。2、无机氢氧化磷灰石和聚乙无

16、机氢氧化磷灰石和聚乙烯复合制成的关节和采用碳烯复合制成的关节和采用碳纤维增强氧化氯的关节骨头纤维增强氧化氯的关节骨头构成了成功的人工关节构成了成功的人工关节这种材料的人工关节克服了第一种的一些问题，正逐步推广在膝关节，足关节，肩关节等方面3、化表面钛合金人造关节表面进行离子氮处 这种材料会使关节表面形成一层坚硬，耐磨，抗蚀的氮化钛层，可以提高关节的耐磨性4、无机填料填充石墨制成的人工关机 这种材料利用石墨的自润作用在关节臼中滑动，能起到提高关节的耐磨性和抗疲劳的作用人工骨材料的分类 特点： 1、具有优良的生物相容性，安全性，在试验中从未出现不良反应和异常现象。2、具有优良的机械性能3、原材料来

17、源广，工艺简单，制作方便，适合不同的患者的需要。4、在手术过程中，应用十分简便，大大减少课患者的痛苦和手术时间。 用途：用于人工颅骨，面部骨骼，锁骨，腿骨以及各种关节骨头。纤维增强聚合物基复合材料1、将生物的惰性与生物活性物质复合在一起可以形成非常好的人工骨材料2、可以制成兼有高强度和生物适应性的复合生物陶瓷 用途：制成各种形状的人工骨复合生物陶瓷齿科材料用于修补缺损的牙齿或替代缺损、缺失的牙列，使其恢复解剖形态、功能和美观，以及在口腔预防保健和对畸形的矫治等项医疗中所使用的各种材料。在临床上广泛应用的有合成树脂、金属及陶瓷等。齿科材料的分类公共耗材种植材料修复、技工耗材预防保健材料口内消耗材

18、料正畸耗材公共耗材口内消耗材料常用充填材料，复合树脂，粘接剂，酸蚀剂，窝沟封闭剂，根管充填材料，纤维桩/固位钉，根管消毒材料，脱敏/防龋材料， 漂白用品，专用塑料薄膜，扩大/拔髓针，根管锉 ，牙胶尖，成形片，银合金粉，小楔子，橡皮障防湿装置，齿菌斑控制产品，氟化材料，口腔溃疡膜，失活剂，其他。一次性口腔检查器械盒，一次性帽子/口罩/手套，注射器及冲洗针，吸唾器头，橡皮障附件 ，局部麻醉剂，棉球/纱布等制品，消毒产品，工作服/鞋，防护镜 ，防护用品，防护面罩，X光片/冲洗液，其他。种植材料正畸耗材常用外科材料， 种植材料，种植体， 钢板/钛板，固位钉，人工骨，其它。如：植入材料。制作齿科植入体的

19、材料。植入体经外科手术可植入口腔软、硬组织内，用以代替部分生活组织或整个器官，以恢复其外形及功能。常用的有钛及钛合金、不锈钢、钴铬合金、丙烯酸类树脂、硅橡胶、生物陶瓷、复合材料等正畸粘接材料， 托槽 ，弓丝， 扩弓器，牵引装置， 种植钉/手柄 ，牵引圈 ，链状橡皮圈 ， 弹力线 ，游离牵引钩 ，舌侧扣，正畸测力计，拉钩 ，结扎丝，正畸推拉簧，带环/颊面管，预防保健材料用于预防牙齿及其支持组织的疾病及损伤的材料。有氟化物凝胶、窝沟封闭剂和口腔保护器等。此外，还有垫底材料、颌面修复材料、包埋材料、磨平抛光材料等修复、技工耗材印模材，临时修复，排龈线，托盘，义齿/树脂牙，磨具，金刚砂车针，切盘及片切

20、砂条/手柄，瓷粉，烤瓷/陶瓷材料，合金/钢，重衬和修理材料，分离剂/义齿清洁剂，橡胶碗，钢丝/网，蜡制品，石膏/刀/锯/剪，精密附着体，打磨抛光材料，牙托/造牙粉/水，蜡，包埋料，冠桥材料，焊条/焊煤，咬合纸，液/油/剂/胶水/粉/沙/膏/笔/钉，质保卡，其他。如：印模材料：用于复制牙齿和口腔软组织的解剖形态及其关系的材料。常用的有藻酸盐类、合成橡胶类弹性材料，印模石膏和印模膏等。模型材料：制作各种口腔组织阳模的材料。主要有石膏、人造石、低熔合金、模型蜡等。义齿材料：在修复缺损的牙体或缺损、缺失的牙列时，用于制作各种人工牙、基托、固位体、连接杆、冠、桥及嵌体的材料。常用的有金属、陶瓷及合成树脂

21、等。粘接材料：用于牙体硬组织与塑料、金属及烤瓷等材料的粘接，如粘接充填体、粘固固定修复体或固定矫治器等。常用的有水门汀类和合成高分子材料。抗血栓功能材料 人工心脏辅助装置通过部分或完全替代衰竭心脏功能，维持全身循环，帮助衰竭心脏度过危险期以等待其功能逐渐恢复，或过渡到心脏移植，被认为是目前治疗心力衰竭的有效手段。但人工心脏辅助装置材料引起的溶血、血栓等并发症是制约人工心脏辅助装置广泛使用的关键问题，迄今为止国内尚没有商品化的人工心脏辅助装置材料。因此研究和开发新型抗血栓、血液相溶性好的人工心脏辅助装置材料是当今生物材料学和医学领域亟待解决的重大研究课题。 人造心脏定义：定义： 智能复合材料智能

22、复合材料(Intelligent CM, Smart Materials)与结与结构是在复合材料基础上发展起来的一项高新技术，它是构是在复合材料基础上发展起来的一项高新技术，它是一种由一种由传感器、信息处理器和功能驱动器传感器、信息处理器和功能驱动器等部分构成的等部分构成的新型复合材料。不同于结构材料和功能材料，它新型复合材料。不同于结构材料和功能材料，它能通过能通过自身的感知，获取外界信息，作出判断和处理，发出指自身的感知，获取外界信息，作出判断和处理，发出指令，具有执行和完成功能，所以单一材料不可能实现令，具有执行和完成功能，所以单一材料不可能实现，往往要由多种材料组元复合构成。往往要由多

23、种材料组元复合构成。智能复合材料是信息智能复合材料是信息科学融入材料科学的产物。科学融入材料科学的产物。智能材料的特征智能材料的特征因为设计智能材料的两个指导思想是因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合材料的多功能复合和和材料材料的仿生设计的仿生设计，所以智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和，所以智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和生命特征：生命特征：（1）传感功能（）传感功能（Sensor）能够感知外界或自身所处的环境条件，如负载、应力、应变、能够感知外界或自身所处的环境条件，如负载、应力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化。振动、热、光、电、磁、

24、化学、核辐射等的强度及其变化。（2）反馈功能（）反馈功能（Feedback）可通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，并将其结可通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，并将其结果提供给控制系统。果提供给控制系统。（3）信息识别与积累功能）信息识别与积累功能能够识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来。能够识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来。 （4 4）响应功能）响应功能能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相应的反应，并采取必要行动。应的反应，并采取必要行动。 （5 5）自诊断能力）自诊断能力能通过分析比较系统目前的状况与过

25、去的情况，对诸如能通过分析比较系统目前的状况与过去的情况，对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。 （6 6）自修复能力）自修复能力 能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补某些局部损伤或破坏。某些局部损伤或破坏。 （7 7）自调节能力）自调节能力对不断变化的外部环境和条件，能及时地自动调整自身对不断变化的外部环境和条件，能及时地自动调整自身结构和功能，并相应地改变自己的状态和行为，从而使材料结构和功能，并相应地改变自己的状态和行为，从而使材料系统始终以一种优化方式对外界变化作出恰

26、如其分的响应系统始终以一种优化方式对外界变化作出恰如其分的响应。智能复合材料的构成：智能复合材料的构成： (1 )基体材料基体材料 (2 )传感器部分传感器部分(敏感材料敏感材料) (3 )驱动器部分驱动器部分(4)信息处理器部分信息处理器部分信息处理器部分是智能复合材料的最核心部分。信息处理器部分是智能复合材料的最核心部分。智能复合材料的设计原理智能复合材料的设计原理 智能复合材料的功能实现是依靠信息的传递、转换和智能复合材料的功能实现是依靠信息的传递、转换和控制。控制。环境变化环境变化（声音、光、热、（声音、光、热、力、辐射、化学等）力、辐射、化学等）传感器部分（具有检测声波、传感器部分（具有检测声波、光波、力、温度、化学浓度、光波、力、温度、化学浓度、辐射强度的敏感元件）辐射强度的敏感元件）信息处理器信息处理器部分部分驱动器部分（具有机械运动、驱动器部分（具有机械运动、流体运动、电能、磁能、流体运动、电能、磁能、化学能，改变强度的功能化学能，改变强度的功能元件）元件）生产线生产线信信息息输入输入输出输出控制控制在军事领域中的应用在军事领域中的应用智能材料结构不仅象一般功能材料智能材料结构不仅象一般功能材料一样可以承受载一样可以承受载荷荷，而且它还具有了其他功能材料所不具备的功能，而且它还具有了其他功能材料所不具备的功能，即即能感知所处的内外部