功能材料的内容总结

1、功能材料的内容总结一、结构材料、功能材料答：1、结构材料（传统材料）：利用材料的力学和理、化性质，广泛应用于 机械制造、工程建设、交通运输等各个工业部门的材料。2、功能材料（新材料）：具有特殊的电、磁、光、热、声、力、化学性 能和生物性能及其互相转化的功能，不是被用于结构目的，而是用以 实现对信息和能量的感受、计测、显示、控制和转换为主要目的的高 新材料。二、形状记忆效应（SME）答：在研究Ti-Ni合金时发现，原来弯曲的合金丝被拉直后，当温度升高大一 定值时，它又恢复到原来弯曲的形状。人们把这种现象称为形状记忆效 应。Shape Memory Effect o形状记忆原理早期：产生形状记忆效

2、应的条件：（1）马氏体相变是热弹性的；（2）马氏体点阵的不变切变是孪生 即亚结构为孪品；（3）母相和马氏体均为有序结构。后来：Fe-Mn-Si合金，马氏体相变半热弹性，母相无序，也 有形状记忆；某些陶瓷材料、高分子材料也有形状记忆效应，机理 与金属不同。:在相变过程中，只有形成单变体马氏体并排除其他阻力，材料经过马氏体相变及其逆相变，就会表现出形状记忆效应。形状记忆效应的三种形式：单向形状记忆效应：将母相冷区或加应力，使之发生马氏体相变，然后使马氏体发生塑性变 形，改变其形状，再加热到As以上，马氏体发生逆转变，温度升至Af 点，马氏体完全消失材料完全回复母相形状。一般，形状记忆效应都是 指该

3、种效应。双向形状记忆效应：有些形状记忆合金在加热发生马氏体逆转变时，对母相有记忆效应；当 从母相再次冷却为马氏体时，还回复原马氏体的形状，这种现状称为-。全方位形状记忆效应：在冷热循环过程中，形状回复到与母相完全相反的形状，成为-。如：Ti-Ni 合金系。三、两块超导体组成约瑟夫森结、第二类超导体答：超导体的另外一个重要应用是制造约瑟夫森器件，约瑟夫森器件的原理 就是所谓的约瑟夫森效应一一两块超导体之间点接触，或者通过正常导 电膜或绝缘膜接触，形成弱连接，则超导体中的库伯对可以隧道效应穿 过。第I类超导体第I类超导体主要包括一些在常温下具有良好导电性的纯金属，如铝锌、 镓、镉、锡、钢等，该类超

4、导体的溶点较低、质地较软，亦被称作软超 导体 。其特征是由正常态过渡到超导态时没有中间态，并且具有完全抗 磁性，由于其临界电流密度和临界磁场较低，没有很好的实用价值。 第II类超导体除金属元素钒、得和铌外，第II类超导体主要包括金属化合物及其合金。 与第一类超导体的区别是：第II类超导体由正常态转变为超导态时有一个中间态(混合态)；第II类超导体的混合态中有磁通线存在，而第I类超导体没有；第II类超导体比第I类超导体有更高的临界磁场、更大的临界电流密 度和更高的临界温度。四、半导体微结构材料答：半导体异质结、超品格和量子阱材料统称为半导体微结构材料。由两种 不同的半导体材料组成的结称为异质结。

5、两种或两种以上不同材料的薄 层周期性地交替生长，构成超品格。当两个相同的异质结背对背接起来， 构成量子阱。元素半导体大约有十几种处于III AWA族金属与非金属的交界处如Ge、Si、Se、Te二元化合物半导体：IIIA-VA(A1P)、IIB-HA (CdS)、WA-WA (SiC)、 WAMA (GeS)、VAMA (AsSe3)多元化合物半导体：IB-IIIA- (HA) 2 如：AgGeTe2、lB-VA- (HA) 2 如：AgAsSe2、(IB) 2-IIB-IVA- (VIA) 4.五、重要软磁材料、稀土永磁合金答：重要软磁材料：电工用纯铁、电工用硅钢片、铁竦合金与铁铝合金、非 晶

6、态合金。稀土永磁材料是稀土元素与过渡族金属Fe、Co、Cu、Zr等或非金属元 素B、C、N等组成的金属间化合物。六、激光材料中的红宝石机制答：受激发射产生的光就是激光。红宝石激光品体(Al2O3:Cr3+)它是世界 上第一台固体激光器工作物质。它是由刚玉单品为基质，掺入Cr3+激活 离子所组成的。刚玉为六方晶系，Cr原子的外层电子为3d54s1，将Cr 原子掺杂全刚玉品格中去后，Cr原子失去3d24s1三个电子只剩下3d3 三个外层电子，成为Cr3+。譬如说用氙光灯的强可见光照射到红宝石品 体上，Cr3+离子的d电子从基态4A2激发到较高的激发态4F1、4F2能 级。这些能级上的电子通过非辐射

7、过程很快回到稍低一些的能级2E。2E 激发态能级的寿命非常长，约为5X10-3秒。这意味着有足够的时间可 以将这种激发状况普遍化。从能级2E回到基态就产生激光。红宝石的主要优点是晶体的物化性能很好，材料坚硬稳定，导热性好， 抗破坏能力高，对泵浦光的吸收特性好。可在室温获得0.6943um的可见 激光振荡，主要缺点是属三能级结构，产生激光的阙值较高。七、光纤的定义、特点答：是一种能利用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的玻璃纤维。它 不仅具有束缚和传输从红外到可见光区域的光的功能，而且也j具有传 感功能。光纤的导光能力取决于纤芯和包层的性质。sinQ1/sinQ2=n2/n1 光纤的特点：1、

8、传输安全。不会产生电磁脉冲，辐射或任何可以探测到的 能量。2、不受外面因素影响，如电磁波、闪电、辐射噪声、相邻电缆。3、光缆与铜导线相比体积小，重量轻，高带宽，长距离传输，不会报 废，故障检测容易4、安全。不携带电流，不产生热、火花，在爆炸危 险场合十分理想。八、压电体答：受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。压电效应的机理是：具有压电性的晶体对称性较低，当受到外力作用发生形 变时，晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合，导致晶体 发生宏观极化，而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投 影，所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。反之，压 电材料在电场中发生极

9、化时，会因电荷中心的位移导致材料变形。（逆 压电效应）九、光电效应答：物质在受到光照后，往往会引发其某些电性质的变化，这一现象称光电 效应。光电效应主要有光电导效应、光生伏特效应和光电子发射效应三 种。前两者在物质内部发生。光电导效应：物质在受到光照射作用时，其导电率产生变化的现象，成为光 电导效应。光生伏特效应：如果光照到半导体的p-n结上，则在p-n结两端会出现电势 差，p区为正极，n区为负极，这一电势差可以用高敏电阻的电压表测量 出来，这种效应称为光生伏特效应。十、气敏陶瓷答：气敏陶瓷的电阻值将随其所处环境的气氛而变。不同类型的气敏陶瓷， 将对某一种或者某几种气体特别敏感，其阻值将随该种

10、气体的浓度作有 规则的变化。气敏陶瓷一般都是某种类型的金属氧化物，通过掺杂或非化学计量比的 改变而使其半导化。十一、生物材料答：生物材料是用于与生命系统接触和发生相互作用的，并能对其细胞、组 织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的一类天然或人工合成的 特殊功能材料，又称生物医用材料。对生物材料的要求是：对于人体组织无刺激性，无毒副作用，无致癌性。接触人体各种体液（唾液、淋巴液、血液）时，应有良好的耐蚀性。具有必要的强度、耐磨性和耐疲劳性能。与生物体组织、与血液有相容性十二、人工皮肤（哪些材料可以做人工皮肤）功能皮肤材料答：皮肤创伤修复材料和损伤皮肤的替代品；可以使皮肤大面积或深度烧伤 的患

11、者，在自体皮不够的情况下，进行修复治疗并使之恢复因皮肤创伤 丧失的生理功能。理想的皮肤修复材料：无毒、无刺激、不会引起免疫反应；具有相容性以及类似天然皮肤的透湿性、柔软性和润湿性；。.能与创面组织紧贴，起到防止创面的水分、体液损失和吸收创面渗出 液的作用；d.易于在皮肤愈合后自动脱落、易于消毒的材料。主要使用的材料：（分为合成高分子材料和生物高分子材料）合成高分子材料：尼龙、聚酯、聚丙烯等合成纤维；聚氨酯、聚四氟乙 烯等多孔膜生物高分子材料：一类是同种异体或异种组织，如人或动物的羊膜、腹膜 和皮肤；另一类是胶原蛋白（促进再生）。十三、纳米材料（0维、1维、2维略）纳米材料特异效应答：纳米材料是

12、至少在一维上受到纳米尺度调制的各种固体材料。1、表面效应粒子直径减少到纳米级，不仅引起表面原子数的迅速增 力口，而且纳米粒子的表面积、表面能都会迅速增加。这主要是因为 处于表面的原子数较多，表面原子的晶场环境和结合能与内部原子 不同所引起的。表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具 有不饱和性质，易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很大的化 学活性，品体微粒化伴有这种活性表面原子的增多，其表面能大大 增加。2、小尺寸效应随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质 的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺 寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加， 从

13、而产生如下一系列新奇的性质。3、特殊的磁学效应4、特殊的力学效应陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微 颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有 大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件 下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性，使陶瓷材 料具有新奇的力学性质5、量子尺寸效应指纳米粒子尺寸下降到一定值时，费米能级附近的 电子能级由连续能级变为分立能级的现象。这一效应可使纳米粒子 具有高的光学非线性、特异催化性和光催化性质等。6、宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近来年，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度、量子 相十器件中的磁通量以及电荷等亦具有隧道效应 它们可以穿越宏 观系统的势垒而产生变化，故称为宏观的量子隧道效应MQT（Macroscopic Quantum Tunneling）。这一效应与量子尺寸效应一 起，确定了微电子器件进一步微型化的极限，也限定了采用磁带磁 盘进行信息储存的最短时间。纳米碳管的主要应用：纳米碳管的特殊结构决定了它在纳米物理学、话足 额、量子电子学中有广泛的应用前景。纳米碳管可形成不同带宽的 半导体，也可形成金属，可制作电容器开关电路中