《纳米功能材料》第一篇 章 纳米功能材料绪论.pptxVIP

《纳米功能材料》;课程内容;主要参考资料;第一章 纳米功能材料概论;《纳米结构和纳米材料》 — 合成、性能及应用 高等教育出版社，2011 Guozhong Cao, Ying Wang 著；董星龙 译;不同学科研究对象的尺寸;纳米材料:;纳米结构制备的两大途径 key approaches to fabrication;纳米技术的定义;;纳米技术的出现;摩尔定律;History of the integrated circuit;最早的晶体管;双功能分子连接Au尖和纳米晶体场发射扫描电镜FESEM图片;纳米材料的表面原子数;表面/体原子数比率与直径的关系;表面能随粒子尺寸的变化;表 面 能;面心立方结构的表面能;降低表面能的途径;表面重构，表面吸附;单晶的热力学平衡形态;热力学平衡晶体形态预测Wulff 图;减小表面能的方法;烧结, Ostwald熟化（固态中）;小球的体积：（n个原子堆砌成的球） 转移原子化学势的变化量： （转移原子所做的功） Young-Laplace方程 （化学势与曲率关系）： Kevin方程（球形粒子蒸汽压与曲率关系）： Gibbs-Thompson关系式 （溶解度与曲率关系）： ;不同曲率SiO2曲面的溶解度;液滴半径 vs 平衡蒸汽压;Ostwald 熟化（液态中）;纳米粒子 — 零维纳米结构;纳米线、纳米棒 — 一维纳米结构;薄膜 — 二维纳米结构 ;纳米复合材料和纳米晶材料— 三维纳米结构;功能材料：是指通过光、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特定功能的材料。 在国外，常将这类材料称为功能材料（Functional Materials）、特种材料（Speciality Materials）、或精细材料（Fine Materials）。 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。;功能材料的分类; 单晶材料：是由一个比较完整的晶粒构成的材料，如单晶纤维、单晶硅； 多晶材料：是由许多晶粒组成的材料，其性能与晶粒大小、晶界的性质有密切的关系。 非晶态材料：是由原子或分子排列无明显规律的固体材料，如玻璃、高分子材料。 ;按服役的领域来分类：根据材料服役的技术领域可分为信息材料、航空航天材料、能源材料、生物医用材料等。;航空航天??料：主要包括新型金属材料（如先进铝合金、超高强度钢、高温合金、高熔点合金、铍及其合金）、烧蚀防热材料和新型复合材料。此外，还包括一些功能材料，如涂层材料、隔热材料、透明材料、阻尼材料、密封材料、润滑材料、粘合剂材料等。这些材料大部分属于高分子材料和陶瓷材料，也有少量是阻尼合金等金属材料。;能源材料：是指能源工业和能源技术所使用的材料，按使用目的不同分为新能源材料、节能材料和储氢材料等。新能源材料包括增值堆用核材料、聚变堆材料、太阳能电池（单晶硅、多晶硅、非晶硅等）；节能材料包括非晶体金属磁性材料（用作变压器铁芯的Fe-Mn-B-Si合金）和超导材料（Nb-Ti、Nb-Sn巨型磁体用材料）；储氢材料，以及高比能电池（如钠硫电池）等。目前钠硫电池的比能量达137W.h/Kg，而铅蓄电池的比能量只有30W.h/Kg。;生物医用材料：是一类 合成物质 或 天然物质 或 这些物质的复合，它能作用一个系统的整体或部分，在一定时期内治疗、增强或替换机体的组织、器官或功能。 医用金属及合金: 医用高分子材料包括合成和天然高分子，已被广泛用于韧带、肌腱、皮肤、血管、角膜、人工脏器、骨和牙等人体软、硬组织及器官的修复和制造。 医用生物陶瓷: 包括惰性和活性生物陶瓷、生物玻璃等，如氧化铝瓷、氧化锆瓷、生物碳等以及羟基磷灰石、磷酸三钙陶瓷等。 医用复合材料: 表面涂层生物活性人工牙根、人工心脏瓣膜人造血管等。;功能材料的性能;(1) 力学性能： 指材料处于特定环境因素（温度、介质等）时，在外力或能量以及作用下表现出来的变形和破坏的特征。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。 材料的主要力学性能有：;(2) 化学功能 反映材料与各种化学试剂发生化学反应的可能性和反应速度大小的相关参数。 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。 例如：防腐蚀材料 材料由于周围环境介质侵蚀而造成的损伤和破坏均称为腐蚀。 发生腐蚀的化学过程有化学腐蚀(氧化)、电化学腐蚀和应力腐蚀等不同形式。腐蚀速度与材料、介质、温度、应力、辐照等因素有关。腐蚀不仅影响零件表明质量，并且可以造成零件