第七章新型功能材料

第七章新型功能材料汇报人：AA2024-01-20新型功能材料概述光电功能材料磁性功能材料热功能材料生物医学功能材料能源环境功能材料contents目录新型功能材料概述01CATALOGUE新型功能材料是指具有特殊物理、化学或生物功能，能够满足高新技术和高端制造领域对材料性能需求的特种材料。根据功能特性，新型功能材料可分为光电功能材料、磁性功能材料、催化功能材料、生物医用功能材料等。定义与分类分类定义自20世纪80年代以来，随着科技的不断进步和高端制造领域的快速发展，新型功能材料经历了从无到有、从单一到多元的发展历程。发展历程目前，新型功能材料已成为材料科学领域的研究热点，各国纷纷加大投入力度，推动新型功能材料的研发和应用。同时，随着纳米技术、生物技术等的不断发展，新型功能材料的性能和应用领域也在不断拓展。现状发展历程及现状新型功能材料在能源、环境、信息、生物医用等领域具有广泛的应用前景。例如，光电功能材料可用于太阳能电池、LED照明等领域；磁性功能材料可用于高性能电机、磁存储器件等领域；催化功能材料可用于环保催化、石油化工等领域；生物医用功能材料可用于医疗器械、药物载体等领域。应用领域随着科技的不断进步和高端制造领域的快速发展，新型功能材料的应用领域将不断拓展，市场需求将持续增长。同时，随着环保意识的不断提高和可持续发展理念的深入人心，新型功能材料的绿色化、低碳化发展趋势也将愈发明显。未来，新型功能材料将成为推动科技进步和高端制造领域发展的重要力量。前景应用领域与前景光电功能材料02CATALOGUE光电效应是指光照射到物质上，引起物质的电性质发生变化的现象。分为外光电效应和内光电效应两类。原理光电效应的原理是基于爱因斯坦的光子假设。光子具有能量E=hν，其中h为普朗克常量，ν为光的频率。当光子照射到物质上时，光子将其能量传递给物质中的电子，使电子从束缚状态中被激发出来，形成光电流或光电压。光电效应及原理

典型光电功能材料光电导材料如硫化镉、硒化镉等，具有在光照下电阻率发生明显变化的特性，可用于制作光敏电阻、光电开关等器件。光伏材料如硅、砷化镓等，具有将光能转换为电能的特性，是太阳能电池的核心材料。光电发射材料如碱金属、银氧铯等，具有在光照下发射电子的特性，可用于制作光电管、光电倍增管等器件。太阳能电池利用光伏材料将太阳能转换为电能，是可再生能源领域的重要应用。光电探测器利用光电导材料或光伏材料制成的探测器，可用于测量光强、光谱分析等领域。应用举例与前景展望光电显示器件：利用光电发射材料制成的显示器件，如阴极射线管（CRT）、等离子体显示板（PDP）等。应用举例与前景展望03多功能集成化将不同功能的光电功能材料集成在一起，实现多功能一体化，提高器件的性能和集成度。01新型光伏材料的研发探索具有高转换效率、低成本的新型光伏材料，提高太阳能电池的性价比。02柔性光电功能材料的开发研发具有柔性、可穿戴特性的光电功能材料，拓展其在可穿戴设备、智能纺织品等领域的应用。应用举例与前景展望磁性功能材料03CATALOGUE物质响应磁场作用的性质，包括吸引或排斥等现象。磁性描述物质磁性大小的物理量，由原子核磁矩和电子磁矩组成。磁矩物质在磁场作用下，磁矩发生定向排列的过程。磁化磁化过程中，物质的磁感应强度滞后于磁场强度的现象。磁滞磁性基本概念及原理铁氧体稀土永磁材料非晶态合金超导材料典型磁性功能材料具有亚铁磁性的氧化物，广泛应用于电机、变压器等领域。具有优异软磁性能的材料，用于制造高效电机、传感器等。以稀土元素为主要成分的永磁材料，具有高矫顽力和高剩磁等特点。在低温下具有零电阻和完全抗磁性的材料，应用于磁共振成像、超导磁体等领域。应用举例磁性功能材料广泛应用于电机、变压器、传感器、数据存储等领域。例如，稀土永磁材料可用于制造高性能永磁电机，提高能源利用效率；非晶态合金可用于制造高精度传感器，提高测量精度和稳定性。前景展望随着科技的不断进步，磁性功能材料的应用领域将不断扩大。未来，磁性功能材料将在新能源、节能环保、生物医学等领域发挥重要作用。例如，利用超导材料制造的超导磁体可用于核聚变反应装置中，实现清洁能源的利用；磁性纳米材料可用于生物医学领域，进行疾病的诊断和治疗。应用举例与前景展望热功能材料04CATALOGUE热传导基本原理及影响因素热传导基本原理热量从高温区域向低温区域传递的过程，包括传导、对流和辐射三种方式。影响因素材料的导热系数、温度梯度、接触热阻、界面热阻等。金属热功能材料如铜、铝等，具有良好的导热性能和加工性能，广泛应用于散热器、热交换器等领域。陶瓷热功能材料如氧化铝、氮化硅等，具有优异的耐高温、耐腐蚀和隔热性能，适用于高温环境下的热传导和热保护。复合热功能材料通过不同材料的组合和优化设计，实现导热性能的可调和协同增强，满足特定应用场景的需求。典型热功能材料VS热功能材料在航空航天、能源、电子、建筑等领域具有广泛应用，如航空发动机的热端部件、太阳能集热器、电子设备的散热片等。前景展望随着科技的进步和产业的发展，对热功能材料的性能要求将不断提高，未来热功能材料将朝着更高导热性能、更低热阻、更优异综合性能的方向发展。同时，新型热功能材料的研发和应用也将不断拓展其应用领域和市场空间。应用举例应用举例与前景展望生物医学功能材料05CATALOGUE指材料与生物体之间相互作用后产生的各种生物、物理、化学等反应的一种概念。生物相容性定义主要包括生物安全性、生物功能性以及生物耐久性三个方面。生物相容性原理材料应对生物体无毒害作用。无毒性生物相容性原理及要求无刺激性材料不应引起生物体组织刺激反应。无致癌性材料不应具有致癌作用。血液相容性材料应具有良好的血液相容性，不引起凝血、溶血等反应。组织相容性材料应具有良好的组织相容性，能与组织紧密结合，不引起排异反应。生物相容性原理及要求典型生物医学功能材料用于制造医疗器械、手术刀等。不锈钢用于制造人体植入物，如人工关节、牙种植体等。钛及钛合金用于制造心血管支架、骨科内固定器等。用于制造人工骨、齿科材料等。形状记忆合金生物活性玻璃陶瓷典型生物医学功能材料生物惰性陶瓷用于制造人工关节、人工骨等。要点一要点二碳素材料用于制造心脏瓣膜、人工韧带等。典型生物医学功能材料天然高分子材料如胶原蛋白、壳聚糖等，用于制造止血材料、药物载体等。合成高分子材料如聚乙烯醇、聚丙烯酸酯等，用于制造人工器官、医疗器械涂层等。典型生物医学功能材料应用举例与前景展望01应用举例02生物医用金属材料在骨科领域的应用，如钛合金人工关节、形状记忆合金骨科内固定器等。生物医用无机非金属材料在齿科领域的应用，如生物活性玻璃陶瓷牙齿修复材料等。03应用举例与前景展望生物医用高分子材料在医疗器械领域的应用，如聚乙烯醇导管涂层、聚丙烯酸酯医疗器械等。应用举例与前景展望01前景展望02随着生物医学工程技术的不断发展，生物医学功能材料的应用领域将不断扩大。03未来生物医学功能材料将更加注重个性化、精准化治疗，提高治疗效果和患者生活质量。04同时，生物医学功能材料的研发也将更加注重环保、可持续性等方面，推动绿色医疗事业的发展。能源环境功能材料06CATALOGUE能源转换指将一种形式的能源转换为另一种形式，如光能转为电能、化学能转为热能等。转换过程中要求高效、稳定，减少能量损失。能源存储将能量以某种形式储存起来，在需要时释放。存储方式有多种，如电池、超级电容器、飞轮等。存储要求安全、可靠，具有高的能量密度和功率密度。能源转换与存储原理及要求如硅基太阳能电池、薄膜太阳能电池等，用于将太阳能转换为电能。太阳能电池材料燃料电池材料储能电池材料热电转换材料如质子交换膜、催化剂等，用于将氢气和氧气转化为水，并产生电能。如锂离子电池、钠离子电池等，用于储存和释放电能。如热电偶、热电器件等，用于将热能转换为电能。典型能源环境功能材料太阳能电池已广泛应用于太阳能发电站、太阳能汽车、太阳能充电器等领域；燃料电池应用于