梯度功能材料讲稿
梯度功能材料
一、引言
许多结构件会遇到各种服役条件，因此，要求材料的性能应随构件中的位置而不同。例如，民用或军用刀具都只需其刃部坚硬，其它部位需要具有高强度和韧性；一个齿轮轮体必须有好的韧性，而其表面则必须坚硬和耐磨；涡轮叶片的主体必须高强度、高韧性和抗蠕变，而它的外表面必须耐热和抗氧化。诸如此类，可以发现现在应用的许多材料都是属于这个范畴。众所周知，构件中材料成分和性能的突然变化常常会导致明显的局部应力集中，无论该应力是内部的还是外加的。但人们同样知道，如果从一种材料过渡到另一种材料是逐步进行的，这些应力集中就会大大地降低。为了减少材料的应力集中，提高材料的性能，人们发展了一种新型的功能梯度材料(Functionaily Gradient Materials，简称FGM)。虽然FGM 产生的时间不长，但很快引起世界各国科学家的极大兴趣和关注。日本、美国、德国、俄罗斯、英国、法国、瑞士等许多国家相继开展FGM的研究。其应用已扩展到宇航．核能源、电工材料、光学工程、化学工业、生物医学工程等各个领域中。
二、梯度功能材料的发展
梯度功能材料(FGM)是一种集各种组分(如金属、陶瓷、纤维、聚合物等)一体的新型材料，其结构、物性参数和物理、化学、生物等单一或综合性能都呈连续变化，以适应不同环境，实现某一特殊功能。
梯度功能材料其实早就出现在自然界中。神奇的大自然早制造出多种梯度材料。例如，竹子是一种典型的梯度功能材料，人类和动物身体中的骨骼也是一种梯度材料，其特点是结构中的最强单元承受最高的应力。但是，在生命体中的梯度结构与人造梯度结构之间存在很大的差异。有生命的“FGMs”也是“有智能的”，它们能够感受所处环境的变化(包括局部的应力集中)，产生相应的结构修改，而人造梯度材料至少在目前还缺乏这种功能。
人造梯度功能材料并不是新的事物，只不过人们没有意识到而已。人类制造的钢制器件实质就是一种功能梯度材料。1900年，美国的伍德用明胶作成了光折射率沿径向连续变化的圆柱棒，称之为梯度折射材料。由于制作工艺没有解决，未能得到实际应用，没有引起人们的注意。1969年，日本板玻璃公司的北野等人用离子交换工艺制成玻璃梯度折射棒材和光纤，达到了实用水平，梯度折射率材料的研究才迅速发展起来，研究的国家也从美国和日本扩展到二十几个国家。
1972年，Bever和Duwez提出了功能梯度这个概念。功能梯度材料作为一个规范化正式概念于1984由日本国力宇航实验室提出。由于航天飞机中，燃烧室内外表面的温差达到1000K以上，普通的金属材料难以满足这种苛刻的使用环境。一系列政府报告论述了日本在以太空飞机为重点的航天研究中所预计的材料需求，结论是鉴于对高温结构件的许多严格要求，需要在结构中仔细地引入成分和微观结构梯度，不但能最全面地利用已有材料去生产所需要的构件，还能避免由于外加应力或温度变化而在不同材料的锐利界面上引起的应力和(或)应变集中。1987年，日本平井敏雄、新野正之和渡边龙三人提出使金属和陶瓷复合材料的组分、结构和性能呈连续性变化的热防护梯度功能材料的概念。同年，日本科技厅制定了有关FGMs的一项庞大计划，主要研究一边处于冷却而另一边处于炙热环境下的部件的特殊要求。1990
年10月，在日本召开了第一届梯度功能材料国际研讨会。
除日本外，从80年代末到90年代初，在德国、瑞士、美国、中国和俄罗斯等—些国家，功能梯度材料的研究迅速成为材料研究的活跃项目。1993年，美国国家标准技术研究所开始了以开发超高温耐氧化保护涂层为目标的大型梯度功能材料研究项目。1995年在德国发起一项六年国家协调计划，涉及大量实验室参与，主要研究功能梯度材料的制备。近几年来，出现了特意引入梯度的其它许多目标应用，如金属与陶瓷的连接、人体器官移植、爆发内燃机构件、磁性装置、切割工具、建筑中的防火物、抗接触损伤的聚合物复合材料和火箭推力燃烧室的衬里等。最近，将预先存在的不同相进行人为组合而成的复合材料的出现，使得有可能通过改变复合两相的配制．在复合材料内部形成精细的构造梯度。所以，功能梯度材料已经发展成为当前结构材料和功能材料研究领域中的重要主题之一。
三、梯度功能材料的原理及特点
梯度功能材料由几种性质不同的材料组成，但与混杂材料、复合材料之间有明显区别，如下表所示： 梯度功能材料与混杂材料及复合材料的比较 材料
混杂材料 复合材料 梯度材料 设计思想
分子、原子级水平合金化 材料优点的相互复合 特殊功能为目标 结合方式
分子间力 化学键/物理键 分子间力/化学键/物理键 微观组织
均质/非均质 非均质 均质/非均质 宏观组织
均质 均质 均质 功能 一致 一致 梯度化
梯度功能材料主要通过连续控制材料的微观要素(包括组成、结构和空隙在内的形态与结合方式等)，使界面的成分和组织呈连续性的变化，其主要特征有：
1、材料的组分和结构呈连续性梯度变化；
2、材料内部没有明显的界面；
3、材料的性质也呈连续性梯度变化。
以金属—陶瓷构成的热应力缓和的梯度功能材料为例，
对高温侧壁采用耐热性好的陶瓷材料，低温侧壁使用导热和
强度好的金属材料，能够利用以下几种方式来改善构件的热
机械特征：
(1)材料从陶瓷过渡到金属的过程中，其耐热性逐渐降
低，机械强度逐渐升高。热应力在材料两端均很小，在材料中部过渡区达到峰值(比突变界面的应力值小得多)，而且热应力达到峰值的临界位置可以适宜控制，从而具有热应力缓和功能。
(2)对于一给定的热机械载荷作用，与突变界面相比，梯度材料可以通过在成分中引入连续的或逐级的梯度来提高不同固体(如金属和陶瓷)之间的界面结合强度，抑制自由边界与界面交接处的严重的应力金属和陶瓷构成的材料特性 (a) 无梯度；(b)有梯度
集中，推迟塑性屈服和失效的发生；
(3) 梯度材料还可以通过对界面的力学性能梯度进行调整，从而降低裂纹沿着或穿过一个界面扩展的驱动力；
(4) 通过逐级或连续梯度可在延性基底上沉积厚的脆性涂层，提高梯度材料整体的力学性性能；
所以，热防护梯度功能材料正是利用其成分和结构的连续变化来避免热应力集中所造成的界面脱落和开裂，从而防止材料的失效。
四、梯度功能材料的制备方法
对于梯度功能材料的制备技术和方法，国内外科学工作者进行了大量的研究和开发。其制备技术综合了超细、超微细粉、均质或非均质复合材树等微观结构控制技术和生产技术。使用的原材料可为气相、液相或固相，制备办法有化学气相沉积法(CVD)、物理蒸镀法(PVD)、等离子喷涂法(PS)、自蔓延高温合成法(SHS)、粉末冶金法、化学气相渗透法(CVI)、激光倾斜烧结法、电解析出法等。
4.1、化学气相沉积法
通过两种气相物质在反应器中均匀混合，在—定条件下发生化学反应，使生成的固相物质在基板上沉积以制备FGM的方法。CVD法的特点是可以通过选择合成温度，调节原料气的流量和压力等来控制FGM各组元的成分比和结构，而且可镀复杂形状的表面；沉积面光滑致密，沉积率高，可能成为制备复杂结构的FGM涂层关键技术之一。例如，将含有金属相/非金属卤化物的原料气体进行加热分解，使其沉积在基板上，或者将生成的碳化物、氮化物混合气体送入反应器中，加热反应生成的化合物沉积在基板上。目前，己用CVD法制备出厚度为0.4-2mm的SiC/C、TiC/C、SiC/TiC、A1/C系FGM。
4.2、物理蒸镀法
PVD法是通过物理法使源物质加热蒸发进而在基板上沉积成膜的一种制备材料的方法。PVD法特点是可以制备多层不同物质的膜。由于PVD法得到的膜较薄，并且每层膜只能是单纯某物系，所以用PVD法来制备梯度功能材料时，往往和化学气相沉积法(CVD)结合使用。例如在制备TiC/Ti系FGM时，用离子溅射装置使Ti蒸发，同时调节CH4气体的蒸发流量来控制TiC/Ti系材料的结构和厚度。目前已制备出TiC/Ti、TiN/Ti、Cr/CrN、TiAlN/Ti和SiC/C/TiN等多层梯度功能材料。
4.3、等离子喷涂法
等离子体喷涂是制备功能梯度材料的一个吸引人的方法，因为它能同时熔化高度难熔相和金属，通过控制两种粉末材料的相对供给速率来预先设置混合比率。其基本原理是：使用粉末状物质作为喷涂材料，以氦气、氩气等气体为载体，吹入高温等离子射流。等离子体射流把相当大的能量传递给颗粒，使非常难熔的材料也熔化。粉末在被加热熔融后进一步加速，以极高速度冲撞在基材表面形成涂层。颗粒的高速度是这种制备工艺的特征，它使得熔化颗粒撞到固体基底上时变得相当扁平。特别是当制备过程
在低压或真空环境中进行时，这一特征使沉积的涂层具有相对低的孔隙率，并减少了随后制备工艺的需要。熔化颗粒在冲击中变得明显扁平也有下列结果，即由这种制备工艺产生的涂层倾向于具有层状微观结沟特征，因此引起面内和面外材料力学和热学性质的各向异性。
等离子喷涂的关键是必须精确地控制组分比、喷涂压力、喷涂速度和喷涂颗粒的粒度等参数，就能调整FGM的组织结构和成分。等离子喷涂法适合于几何形状复杂的器材表面梯度涂覆和加工。例如，利用粉末梯度喷涂专用装置，在基板上喷涂单层NiCr合金粉末，再用10% ZrO2粉和90％NiCr合金粉末喷涂，然后在配料中逐步减少合金粉末，最后用100％ZrO2粉末喷徐，膜厚达1mm，此技术已用于飞机喷气发动机的表面改性和相关材料的表面改性，材料表面能承受的温度高达1100-1300℃，内外侧温差可达到500-600℃。日本采用多离子喷轮的等离子喷涂技术喷涂ZrO2/8Y2O陶瓷粉末和Ni-Cr-Al-Y合金粉末，形成二层或三层涂层，明显提高了基体金属的隔热性和耐热疲劳性。
4.4、自蔓延高温合成法
通过初始反应物分布的空间变化，利用粉末状混合物间化学反应产生的热量和反应的自传播性，使材料燃烧和合成来制备FGM的方法称为自蔓延高温合成法。该法的特点是利用高放热反应的能量使化学反应自动持续下去，最适合于生成热大的化合物的合成．如AlN、TiC、TiB等。调整好原料混合物粉末的组分，将金属粉末和陶瓷粉末按梯度化充填，加压压实，在一端点火．利用反应热将粉末烧结成材。该法操作过程简单，反应迅速，能耗低，纯度高。人们在用燃烧合成FGM的研究中已经发现，整体的宏观梯度通常被保留在样品中(虽然在某一项研究中，注意到由于重力所造成的梯度改变)。另一方面，局部地发现在FGM内部存在有限的物质传输的证据，这种传输导致成分均匀化，特别是粉末压块中初始成分分层的明锐界面被平滑，初始存在于反应物粉末压块中的陡峭成分分布，在反应烧结后的产品中被较平缓的梯度所代替。
用自蔓延合成技术制备的材料往往致密度低，这是由于放出气体，或者生成相未被放出的热所液化造成不完全烧结的缘故。因此，FGMs的燃烧合成制备工艺已与各种致密化工艺相结合，其主要手段热压，冲击电磁力，用沙子作为压力传送介质的近等静动态热压和热等静压。日本采用连续成型的电磁加压自蔓延技术合成TiB2/Cu系梯度功能材料；还采用自蔓延高温合成技术和热等静压相结合，研制TiC/Ni 等梯度功能材料，组织结构呈现连续式梯度变化。我国采用自蔓延高温合成技术制备出了TiB2/A1系梯度功能材料，观察到形成TiAl金属间化合物。国内还采用爆炸压实提高生坯密度相自蔓延高温合成技术制备了Al2O3/Ti系梯度功能材料，试验结果表明，组织结构呈梯度变化，理论密度提高到94%，显微硬度H v达到461.8。目前国内外已制备出TiB2/Al、TiB2/Cu、TiC/Ni、NbN/Nb、A12O3/Ni系梯度功能材料。
4.5、颗粒梯度排列法
为了用传统的粉末制备工艺生产金属-陶瓷功能梯度材料，首先要制备含有想要得到的相体积分数梯度的粉末预制块。一个广泛采用的方法是颗粒梯度排列法。可分为颗粒直接填充法和薄膜叠层法。前者是将金属、陶瓷或晶须等的粒子按一定的梯度分布直接填充到模具中经过加压烧结而成；后者是将金属
和陶瓷粉末掺入微量胶粘剂、分散剂等，通过振动磨制成泥浆，并脱除气泡压成薄膜，然后将这些不同成分和结构的薄膜进行叠层、烧结。本法的关键是在制备中如何有效控制各组分的混合比，以使压制后所得的粉坯材料的梯度层间任一组分浓度的变化量最
小，同时要使梯度层之间尽量接合紧密。通过控制调节
原料粉末的粒度分布和烧结收缩的均匀性可以获得良
好热应力缓和的梯度功能材料。日本东北大学采用金属
颗粒层-中间过渡颗粒层-陶瓷颗粒层的梯度模型，耐高
温一侧采用氧化物、氮化物和碳化物系耐热陶瓷颗粒，
在低温侧采用比强度高的Al 、Ti 合金颗粒或难熔金属
W 、Mo 和导热性好的Cu 、Ni 、Co 等颗粒，中间层为金
属和陶瓷颗粒，其组成浓度按一定梯度分布调制。由于
中间层的存在，缓和了热应力，解决了金属和陶瓷结合不牢和易开裂的问题。目前还已制备出MgO/Ni 、ZrO 2/Mo 、TiB 2/Ni 、Ni/Ni 3Al-TiC 梯度功能材料。
4.6、激光熔覆
如果把少量的材料A 放置到基底B 的表面上，并用激光与下面B 基体中相对较薄的一层材料一起熔化，便会在B 基底表面上产生用B 合金化的A
薄涂层。如果重复进行这一操作，便会在B 基底表
面上产生B 含量逐渐减少的梯度A 层。梯度的变
化可以通过控制初始A 层的数量和厚度，以及熔
区的深度来获得，熔区的深度本身由激光的功率和
移动速度来控制。虽然在某种意义上讲，这种制备
工艺是“构造型的”，即可产生程序控制的层片，
但每一道熔覆中基底部分熔化和溶解意味着热传
输的某种发展一定会涉及到调整每一层的成分。
4.7、电沉积
电沉积已被开发出来作为金属/金属以及金属/陶瓷类
型梯度多组元沉积的产生方法。用双阳极电解槽，生产了
沉积到导电高聚物上的CuNi 和CuZn 梯度金属/金属薄膜。
对于这种共同沉积，已开发了两种电流控制的可互相替换
的方法：〔1)连续电流的共同沉积；(2)两种组元的脉冲电流
轮流沉积。在第二种情形中，沉积后退火被用于改善薄膜
的成分分布。 用于梯度双金属层自动电沉积装置 利用激光熔覆将材料A 合金化到材料B 生产FGM 示意图 通过粉末混合、堆垛和烧结形成的FGM 结构示意图
五、梯度功能材料的应用
5.1、交通工业
航天飞机在往返大气层的过程中，机头前端和机翼前沿处于超高温状态，服役温度指标约为2000K，冷表面附近的温度约低于1000K，过去航天飞机采用以陶瓷为主的复合材料防热系统，除了重复使用性外，整个系统的可靠性也存在很大的问题。在两种表面之间，利用一系列工艺按照基体/陶瓷比率设计具有梯度的金属基或碳基复合结构有可能解决上述问题。从1987年到1991年这5年内，日本科学家成功地开发了热应力缓和型FGM，为日本卫星提供小动力火箭燃烧器和热遮蔽材料用的梯度功能材料。目前又研制出能耐1700℃的ZnO2/Ni梯度功能材料，可用作马赫数大于20的并且可重复使用的航天飞机的机体材料。而目前国外正在进行大力研制的空天飞机(可以进行航空和航天的两用飞机)，在大气层中作高速飞行时机身和机翼前沿的温度也高达数千K，同样也只能采用热防护的梯度材料来解决机身和机翼的热应力问题。即使对于普通的军用或着民用飞机，梯度功能材料也可用于喷气燃烧器的制造。
在地面交通工具中，为了对其中的柴油机或汽油机的活塞头进行热保护，通常在钢基底上喷涂一厚度大于2mm的氧化锆涂层。如果直接在金属上覆盖陶瓷，甚至在构件投入使用之前就会导致界面脱层。通过逐步增加从内界面到外表面的陶瓷含量和覆盖一些陶瓷含量不断增加的金属—陶瓷复合涂层，可以保证如此厚的涂层的力学完整性，很好地保护活塞。
对于水中交通工具，在舰船甲板上可以采用含热障的、抗摩擦或抗冲击的梯度功能材料涂层，或者设计连续增强纤维排列的逐级梯度，可以显著提高它们的缺口阻力，井抑制微观裂纹的扩张。从而显著提高甲板的抗高应变速率变形和冲击性能，这对于舰船的防护以及搭载飞行器具有重要意义。
5.2、能源工业
为有效利用核能，开发核聚变反应堆使用的材料十分必要。因为核反应堆的内壁温度高达5000K，其内壁材料采用单纯的双层结构，热传导不好，孔洞较多，在热应力下有剥离的倾向。若采用金属/陶瓷结合的梯度材料，能消除热传递及热膨胀引起的应力，解决界面问题，可能成为替代目前不锈钢/陶瓷的复合材料。
在能量转换应用中，固体氧化物燃料电池堆的新型设计是采用金属-陶瓷的多层梯度结构，它们与金属整体互连。这项应用中的梯组分度性过渡可有效减小电池充放电过程中在电极材料中所引起的微观应力，延长电池的使用寿命，有效降低成本和简化制造。
5.3、光学器件工业
由于梯度功能材料推动了一个新的光学分支—梯度折射率光学的形成，因而梯度功能材料在光学器件工业中有大量应用。梯度折射率材料制成的光学元件具有显著的特点。如梯度折射率透镜体积小、数值孔径大、焦距短、端面为平面、消像差性好。组成的光学系统可大大减少部件总数和非球面组件数，因而可以简化光学器件的结构。而梯度折射率光纤可以自聚焦，能提高耦合效率。梯度折射率微型光学元件是集成光学和光计算机的主要组件，所以它在光学系统中有着良好的应用前景。下表列出了梯度折
射光学材料的一些应用例子。
梯度折射率材料的应用
光学器件系统
设计或应用的例子
成像系统准直透镜、施密特校正镜、摄影透镜、显微镜、望远镜、眼镜
复印机系统棒透镜系列
内窥镜系统医用内窥镜
光通信系统自聚焦光纤、连接器、分路器、光开关、光衰减器、光波导器件、激光二极管
光盘系统拾音透镜、拾像透镜
光计算机系统微型光学元件
5.4、生物医学工业
将羟基磷灰石(HA)陶瓷和钛或Ti-6Al-4V合金组成的梯废功能材料可作为仿生活性人工关节和牙齿。用FGM制成人工牙齿如图所示，完全仿照人的真实牙齿构造。由于HA是生物相容性优良的生物活性陶瓷，而钛及其合金是生物稳定性、生物相容性很好，而且强度很高的材料，所以人造牙齿的齿根外表而采用耐磨性十分优良的磷灰石(HA)陶瓷，内部采用可承受较大变形的钛或Ti-6Al-4V合金，HA 的含量从外表面到内表面逐渐减少，形成HA-玻璃-钛功能梯度复合材料，如图所示。这种复合材料烧结后，特别适于植入人体，在保证良好的生物相容性的同时提供一定的支撑强度。而且这种结构还可以显著提高牙齿的缺口阻力，抑制微观裂纹损伤。
5.5、电子材料
随着电子仪器日趋轻量化、高密度化和微型化．迫切需要电子元件的基板一体化、二维或三维复合型电子产品。FGM技术非常适合于制造此类电子产品。例如，PZT压电陶瓷广泛用于制造超声波振子、陶瓷滤波器等电子元件，但其在温度稳定性和失真振荡方面存在问题。通过调整材料的组成，使其梯度化，就能使压电系数和温度系数等性能得到最恰当的分配，提高压电器件的性能和寿命。
5.6、催化工业
将无机膜与催化反应相结合而构成的无机膜催化反应被认为是来来催化学科的发展方向之一。无机梯度功能材料制成的人造牙HA-玻璃-钛功能梯度复合材料截面示意图
膜反应器若采用梯度功能材料进行制备，不仅可以提高反应的选择性，而且可以改善反应器的温度分布和优化工艺操作，有利于提高反应生成物的产率。
总之，梯度功能材料是一种设计思想新颖、性能极为优良的新材料，将FGM结构和FGM化技术与智能材料系统有机地结合起来，将会给材料科学带来一场新的革命，因此，梯度功能材料被认为是21世纪材料科学的一个重要发展方向。
梯度功能复合材料,,
采用铸造?倾析?铸造技术制备A390/A356铝合金功能梯度复合材料时过热和凝固层厚度对其 界面接合的影响 Abstract: T he cast?decant?cast is a new method for the preparation of the functionally graded components that has been developed in recent years. The functionally graded cylindrical shape component with a radial gradient, e.g. the first alloy (A390) with high wear resistance on the surface of the piece and toughness and the second alloy (A356) of low machining costs in the core of the piece can be produced via this melt process. The effectof the second alloy superheat at temperatures of 750, 820 and 860 °C as well as the effect of the first alloy solidified layer at 25, 35 and 45 s decanting time on achieving the perfect interface between the twoalloys was investigated. The characterization of the interface was carried out by optical microscopy and scanning electron microscopy,and its width was measured by the microhardness test. The results showed that the best interface was obtained at 860 °Cand 35 s decanting time with a width of 500 μm. Also, the wear resistance test was performed to measure and compare the surface wear resistance to the core. Key words: A390 alloy; A356 alloy; functionally graded material; cast?decant?cast process 摘要：铸造?倾析?铸造技术是近年来发展起来的一种制备功能梯度材料的新方法。采用这种方法制备在径向具有梯度功能的圆柱形试样，其外表层为具有高耐磨性的A390铝合金，芯部为具有较高韧性和加工性能的A356铝合金。研究芯部熔体在不同过热温度(750，820和860 °C)和表层在不同倾析时间(25，35和45 s)下的A390/A356铝合金界面接合情况。采用光学显微镜和扫描电镜对界面进行表征，对界面区的显微硬度进行测量。结果表明，在过热温度为860 °C，倾析时间为35 s的条件下，可以获得一宽度约为500 μm的接合良好的界面层。比较了试样表面层和芯部的耐磨性能。 关键词：A390铝合金；A356铝合金；功能梯度材料；铸造?倾析?铸造技术 1引言 工程中的许多组件需要材料的对立特性，如质轻和耐磨，耐磨性和可加工性，横截面的硬度和韧性等。梯度功能材料（FGM）填补了这种材料科学的缺口，就是组件需要在不同的位置有不同的属性和实现均相横截面的最优属性的材料。功能梯度材料是成分和显微结构沿厚度变化的材料[ 1 ]。在最近的几十年里，一些熔融工艺已被用于批量制作功能梯度材料。最常见的方法是离心铸造[ 2 ]，功率超声铸造[ 3 ]，沉降[4]，磁分离[5]和熔体渗透[ 6]。2005年，都柏林大学开发了生产功能梯度轻合金铸造的新技术；该技术被称为铸造?倾析?铸造（CDC）技术。SCANLAN等人确定了三个与CDC（铸造?倾析?铸造）进程相关联的技术：转向，内部倾析和低压技术。通过这些方法生产的功能梯度材料，已被用于生产下面的
高分子材料环氧树脂综述
高分子材料环氧树脂综述 摘要：环氧树脂是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称。它是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物。由于环氧基的化学活性，可用多种含有活泼氢的化合物使其开环，固化交联生成网状结构，因此它是一种热固性树脂。本文将简单介绍环氧树脂的结构、性能、应用及研究现状，重点介绍环氧树脂的应用前景和研究现状。 关键词：高分子材料；环氧树脂；结构；研究现状 一、前言 在世界范围内, 高分子材料的制品属于最年轻的材料.它不仅遍及各个工业领域, 而且已进入所有的家庭, 其产量已有超过金属材料的趋势, 将是 21 世纪最活跃的材料支柱. 面向21 世纪的高科技迅猛发展, 带动了社会经济和其他产业的飞跃, 高分子已明确地承担起历史的重任, 向高性能化、多功能化、生物化三个方向发展.21 世纪的材料将是一个光辉灿烂的高分子王国. 环氧树脂是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称。它是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物。由于环氧基的化学活性，可用多种含有活泼氢的化合物使其开环，固化交联生成网状结构，因此它是一种热固性树脂。双酚A 型环氧树脂不仅产量最大，品种最全，而且新的改性品种仍在不断增加，质量正在不断提高。我国自1958年开始对环氧树脂进行了研究，并以很快的速度投入了工业生产，至今已在全国各地蓬勃发展，除生产普通的双酚A-环氧氯丙烷型环氧树脂外，也生产各种类型的新型环氧树脂，以满足国防建设及国家经济各部门的急需。 二、基本分类 1.分类标准 环氧树脂的分类目前尚未统一，一般按照强度、耐热等级以及特性分类，环氧树脂的主要品种有16种，包括通用胶、结构胶、耐高温胶、耐低温胶、水中及潮湿面用胶、导电胶、光学胶、点焊胶、环氧树脂胶膜、发泡胶、应变胶、软质材料粘接胶、密封胶、特种胶、潜伏性固化胶、土木建筑胶16种。 2.几种分类 对环氧树脂胶黏剂的分类在行业中还有以下几种分法： （1）按其主要组成分为纯环氧树脂胶黏剂和改性环氧树脂胶黏剂； （2）按其专业用途分为机械用环氧树脂胶黏剂、建筑用环氧树脂胶黏剂、电子环氧树脂胶黏剂、修补用环氧树脂胶黏剂以及交通用胶、船舶用胶等； （3）按其施工条件分为常温固化型胶、低温固化型胶和其他固化型胶； （4）按其包装形态可分为单组分型胶、双组分胶和多组分型胶等； 还有其他的分法，如无溶剂型胶、有溶剂型胶及水基型胶等。但以组分分类应用较多。 三、几种常见环氧树脂结构
功能高分子材料讲义
第三章功能高分子材料 3．1 概述 功能高分子是高分子化学的一个重要领域，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。 3．1．1 功能高分子材料的概念和分类 高分子材料按其使用性能可以分为结构高分子材料和功能高分子材料，结构高分子材料具有较高的比刚度和比强度，可以代替金属作为结构材料，如我们熟知的工程塑料和聚合物基复合材料。 对功能高分子材料，目前尚未有明确的定义，一般认为是指
除了具有一定的力学功能之外还具有特定功能（如导电性、光敏性、化学性和生物活性等）的高分子材料，所谓材料的功能，从根本上说，是指向材料输入某种能量，经过材料的传输转换等过程，再向外界输出的一种作用。材料的这种作用与材料分子中具有的特殊功能的基团和分子结构分不开的。 请注意，不可将功能高分子和功能高分子材料混为一谈，这两者是有明显区别的。功能高分子材料从组成和结构上可以分为结构型和复合型两大类。结构型功能高分子材料是指在高分子链中具有特定功能基团的高分子材料，这种材料所表现的特定功能是由高分子本身的因素决定的。构成结构型功能高分子材料中的高分子叫功能高分子，而复合型功能高分子材料，是指以普通高分子材料为基体或载体，与具有某些特定功能（如导电、导磁）的其它材料进行复合而制得的功能高分子材料，这种材料的特殊功能不是由高分子本身提供的。 功能高分子材料涉及范围广、品种繁多，还未有统一的分类方法，一般按其使用功能来分类，大致可以分为以下几类：（1）化学功能高分子材料 主要包括离子交换树脂，高分子催化剂、高分子试剂、螯合树脂、高分子絮凝剂和高吸水性树脂等。
高中化学专题功能高分子材料新人教版选修
专题5.3 功能高分子材料 1．干洗衣服的干洗剂主要成分是四氯乙烯，家用不粘锅内侧涂覆物质的主要成分是聚四氟乙烯。下列关于 四氟乙烯和聚四氟乙烯的说法正确的是 A．它们都是纯净物 B．它们都能是酸性高锰酸钾溶液褪色 C．它们的分子中都不含氢原子 D．它们都可由乙烯只发生加成反应得到 【答案】C 考点：考查高聚物的结构特征和组成、碳碳双键的性质。 2．滑雪板和冲浪板经常用聚四氟乙烯做贴面，因为 A．聚四氟乙烯耐高温又耐低温 B．聚四氟乙烯绝缘性好 C．聚四氟乙烯能够耐酸碱腐蚀 D．聚四氟乙烯的摩擦系数很小，极其光滑 【答案】D 【解析】 试题分析：由于聚四氟乙烯的摩擦系数很小，极其光滑，所以常用作滑雪板和冲浪板，答案选D。 考点：考查聚四氟乙烯的性能和应用 2．宇航员在升空、返回或遇到紧急情况时，必须穿上10 kg重的舱内航天服，“神七”宇航员所穿舱内航 天服是由我国科学家近年来研制的新型“连续纤维增韧”航空材料做成，其主要成分是由碳
化硅、陶瓷和碳纤维复合而成的，下列相关叙述错误的是 A．它耐高温、抗氧化 B．它比钢铁轻、硬，但质地较脆 C．它没有固定熔点 D．它是一种新型无机非金属材料 【答案】B 考点：考查有机高分子材料的性能的有关判断 4．下列关于新型有机高分子材料的说法，不．正确的是 A．高分子分离膜应用于食品工业中，可用于浓缩天然果汁、乳制品加工、酿造业等B．复合材料一般是以一种材料作为基体，另一种材料作为增强体 C．导电塑料是应用于电子工业的一种新型有机高分子材料 D．合成高分子材料制成的人工器官一般都受到人体的排斥作用，难以达到生物相容的程度 【答案】D 【解析】 试题分析：合成高分子材料一般具有优异的生物兼容性，较少受到排斥，可以满足人工器官对材料的苛刻 要求，因此答案选D。 考点：考查新型有机高分子材料的有关判断 5．下列材料中：①高分子膜；②生物高分子材料；③隐身材料；④液晶高分子材料；⑤光敏高分子材料； ⑥智能高分子材料．属于功能高分子材料的是 A．只有①②⑤ B．只有②④⑤⑥ C．只有③④⑤ D．①②③④⑤⑥ 【答案】D 【解析】
电致发光高分子功能材料的应用..
电致发光高分子材料及其应用进展 孙东亚*,1，何丽雯2 （1 厦门理工学院材料科学与工程学院福建厦门361024） （2华侨大学材料科学与工程学院福建厦门361021) 摘要：主要介绍了导电高分子的一个重要门类-电致发光（有机EL，也称作OLED）聚合物材料的发光机理、制备工艺及应用现状。结合有机OLED相比于传统显示材料及器件具有发光效率高、波长易调节、寿命长、机械加工性能好等优势，综述了OLED材料及器件在环保照明及平板显示领域取得进展和未来的发展方向。 关键词：电致发光；高分子材料；平板显示； Abstract：An important category of conductive polymer-electroluminescent (organic EL, also known as OLED) luminescence mechanism, preparation process and application status of polymer materials has been introduced. Compared to traditional display materials and devices, the organic combination of OLED has high luminous efficiency, long life, easy to adjust the wavelength, good machining performance and other advantages. At the same time, we summarized the progresses and future development of OLED materials and devices in the green lighting and panel display. 0 前言 有机高分子光电材料由于其诱人的应用前景而得到了人们的广泛关注和研究[1-10]。近年来，导电高分子的研究取得了较大的进展，科学家对其合成、结构、导电机理、性能、应用等方面经过多年的研究，已使其成为一门相对独立的学科。目前，有机电致发光平面显示器(OLED)在一些领域里已经取代了液晶显示器占有平面显示器的主要市场。与液晶平面显示器相比, 有机电致发光平面显示器以及高效率的节能照明设备具有主动发光、轻薄、色彩绚丽、全角度可视、能耗低等显著特点，吸引很多国内外研究机构和国际知名大电子、化学公司都投入了巨大的人力财力研究这一领域[11-15]。虽然在应用研究领域已经取得了巨大的成功，但是无论从综合发光效率、发光波长的调整、稳定性和寿命等方面还有待更进一步的发展。本文综述了近年来OLED材料与器件在制备工艺及品质质量方面所取得的进展及需要解决的主要问题。 1 有机电致发光器件及原理 由电能直接激发产生的发光现象称为电致发光。如图1所示，电致发光材料是通过电极向材料注入空穴和电子，两者通过在材料内部的相对迁移在材料内部发生复合形成激子（激发态分子），然后激子导带中的电子跃迁到价带的空穴中，多余的能量以光的形式放出，产生发光现象。 福建省中青年教师教育科研项目(JB14077) Education Scientific Project of Young Teacher of Fujian Province(JB14077) 作者简介：孙东亚（1982-），男，硕士，工程师，从事光电功能材料制备与表征，E-Mail：
功能梯度复合材料圆柱壳固有频率解
第25卷第6期2005年12月 地 震 工 程 与 工 程 振 动 EARTHQUAKE ENG I NEER I NG AND ENG I NEER I NG V IBRAT I ON V o.l 25,N o .6 D ec .2005 收稿日期:2005-01-24; 修订日期:2005-04-10 基金项目:国家自然科学基金项目(10432030) 作者简介:曹志远(1938-),男,教授,主要从事结构动力学与工程力学研究. 文章编号:1000 1301(2005)06 0038 05 功能梯度复合材料圆柱壳固有频率解 曹志远 (同济大学航空航天与力学学院,上海200092) 摘要:本文建立了功能梯度复合材料圆柱壳的基本动力方程,给出了各类功能梯度复合材料圆柱壳固有频率的一般解析解法,并具体导出了两端简支功能梯度圆柱壳各阶固有频率解的解析表达式,十分简明、实用。 关键词:功能梯度材料;圆柱壳;动力方程;固有频率中图分类号:P315.976 文献标识码:A Natural frequency solution for functionall y graded material cylindrical shells Cao Zh i y uan (School ofA erospace Engineeri ng and App li ed M echan ics ,TongjiU nivers it y ,Shanghai 200092,C hina) Abst ract :The funda m enta ldyna m ic equations of functi o na ll y graded m ateri a l cy li n drical she ll are established .Then its general solution o f natura l frequencies and m ode shapes for vari o us FGM cylindrica l shells is g i v en and as an ex a mp le t h e ana l y tica l expression of natural frequenc ies for cy li n drical she llw ith si m ple boundary cond ition is presen ted in th is paper .K ey w ords :functional g raded m ater i a ;l cy li n drical shel;l dyna m ic equation ;natural frequency 引言 功能梯度材料(FGM )是一种近期发展的新型复合材料,它由多种不同材料介质沿空间按不同组分进行复合,形成材料功能的梯度分布,从而满足构件不同部位对材料使用性能的不同要求;同时,由于该种材料及结构中各组分相呈连续变化,不存在明显的界面及性能的突变,因此具有优于一般层叠型与组合型复合材料的特性。这种将性能各异的材料按照设计意愿在结构内部非均匀、连续地合成的复合材料,使新材料的研制迈入了材料设计的更高层次 [1] 。 功能梯度材料的设计理念是日本科学家于上世纪80年代首先提出来的。后来,这一概念逐渐被应用于其它功能材料的构思与研究中,在航天、能源、电子、光学、化学和生物医学工程等重要领域得到广泛应用与发展。近年来,功能梯度材料与结构的研究已引起国际学术界广泛关注 [2] ;我国在国家科委高科技 863 、 973 计划及国家自然科学基金会组织与资助下,功能梯度材料的基础研究工作也得到相当重视,并开始展开系统、深入、有计划的研究。 功能梯度材料是作为航空航天工业中特殊功能材料而开始研究的,加上其发展时间较短,因此功能梯度
人教版高中化学选修五第17讲： 功能高分子材料(学生版)
功能高分子材料 __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 1．了解功能高分子材料及其分类 2．了解复合材料及其应用； 3．了解高分子材料的发展趋势. 知识点一.功能高分子材料 1．功能高分子材料的涵义: 功能高分子材料是指既有传统高分子材料的机械性能,又有某些特殊功能的高分子材料. 2．几种功能高分子材料: （1）高吸水性材料——亲水性高聚物（分子链带有许多亲水原子团） （2）高分子分离膜: ①组成:高分子分离膜是用具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜. ②特点:能够让某些物质有选择地通过,而把另外一些物质分离掉. ③应用:物质分离 （3）医用高分子材料: ①性能:优异的生物相溶性；很高的机械性能. ②应用:制作人体的皮肤、骨骼、眼、喉、心、肺、肝、肾等各种人工器官. 知识点二.复合材料
1．复合材料的涵义: 复合材料是指两种或两种以上材料组合成的一种新型材料.其中一种材料作为基体,其他的材料作为增强剂.21世纪教育网 2．优异的性能强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀,在综合性能上超过了单一材料. 3．应用 宇宙航空工业、汽车工业、机械工业、体育用品、人类健康等方面. 【过渡】通过以上所举的例子,我们认识到功能材料对我们日常生活和人类社会生产的重要性,那么,有机高分子材料的发展趋势是怎么样的呢? 知识点三.有机高分子材料的发展趋势 对重要的通用有机高分子材料继续进行改进和推广,使它们的性能不断提高,应用范围不断扩大. 与人类自身密切相关、具有特殊功能的材料的研究也在不断加强,并且取得了一定的进展.【小结】1．功能高分子材料与复合材料的概念、性能及应用 2．膜分离的工业应用 3．医用高分子及用途
功能梯度材料分层法研究
功能梯度材料分层法研究 摘要 功能梯度材料具有随空间位置呈梯度变化的材料属性，这一性能引起了材料科学家和工程师研究的兴趣。基于分层法，将功能梯度材料平面结构划分成若干层，每层的材料参数按函数形式变化。在此分层模型基础上得到同一层的材料参数为常数，然后各层按照常规的有限元方法进行网格划分，建立有限元模型进行功能梯度材料平面结构的力学分析。通过设计组分材料弹性模量的三种工况，讨论了弹性模量梯度系数对有限元计算结果的影响，有一定的误差。 于是引入线性分层法，该模型基于任意一条连续曲线可用一系列的分片连续直线段来逼近的事实，将梯度材料层分成若干子层，在各子层界面处材料参数连续并且等于实际值。将此模型应用于实际问题推导，我们发现与指数模型结果吻合的很好。 关键词：功能梯度材料；分层法；梯度系数；线性分层法 1 FGM研究背景 FGM概念是在1984年前后，由在日本仙台地区的二位材料科学家，日本航天技术研究所的新野正之博士、东北大学的平井敏雄教授和渡边龙三教授首先提出的。当初提出FGM概念的目的是为了解决在设计制造新一代航天飞机的热保护系统中出现的许多问题。据估计，航天飞机工作时，机体外部有些部位最高温度将达1800℃，因此对航天飞机表面的材料要求是要能耐高达1800℃的温度和1600℃的温度落差。已知的工业材料没有能忍受如此苛刻的热机负载的，能用于这种环境条件的材料必须具备以下三个特征:材料的高温表面层能耐热和抗氧化,低温侧具有力学韧性及整个材料中能有效地缓和热应力。面对这种材料要求,FGM这一新概念被提了出来。 这种新材料的高温侧是能耐热的陶瓷,低温侧是具有高热导率的韧性金属,并具有从陶瓷到金属的梯度成分变化。这种FGM的特征其热膨胀系数可以通过控制两个表面之间的成分、微结构、微孔的比率来加以调节。FGM概念一提出就受到日本和世界材料界的高度重视。日本科技厅授予此概念的发明者特别奖。FGM也被列入各种国际国内会议的报告范围。 1.1 FGM定义及原理
梯度功能材料讲稿
梯度功能材料 一、引言 许多结构件会遇到各种服役条件，因此，要求材料的性能应随构件中的位置而不同。例如，民用或军用刀具都只需其刃部坚硬，其它部位需要具有高强度和韧性；一个齿轮轮体必须有好的韧性，而其表面则必须坚硬和耐磨；涡轮叶片的主体必须高强度、高韧性和抗蠕变，而它的外表面必须耐热和抗氧化。诸如此类，可以发现现在应用的许多材料都是属于这个范畴。众所周知，构件中材料成分和性能的突然变化常常会导致明显的局部应力集中，无论该应力是内部的还是外加的。但人们同样知道，如果从一种材料过渡到另一种材料是逐步进行的，这些应力集中就会大大地降低。为了减少材料的应力集中，提高材料的性能，人们发展了一种新型的功能梯度材料(Functionaily Gradient Materials，简称FGM)。虽然FGM 产生的时间不长，但很快引起世界各国科学家的极大兴趣和关注。日本、美国、德国、俄罗斯、英国、法国、瑞士等许多国家相继开展FGM的研究。其应用已扩展到宇航．核能源、电工材料、光学工程、化学工业、生物医学工程等各个领域中。 二、梯度功能材料的发展 梯度功能材料(FGM)是一种集各种组分(如金属、陶瓷、纤维、聚合物等)一体的新型材料，其结构、物性参数和物理、化学、生物等单一或综合性能都呈连续变化，以适应不同环境，实现某一特殊功能。 梯度功能材料其实早就出现在自然界中。神奇的大自然早制造出多种梯度材料。例如，竹子是一种典型的梯度功能材料，人类和动物身体中的骨骼也是一种梯度材料，其特点是结构中的最强单元承受最高的应力。但是，在生命体中的梯度结构与人造梯度结构之间存在很大的差异。有生命的“FGMs”也是“有智能的”，它们能够感受所处环境的变化(包括局部的应力集中)，产生相应的结构修改，而人造梯度材料至少在目前还缺乏这种功能。 人造梯度功能材料并不是新的事物，只不过人们没有意识到而已。人类制造的钢制器件实质就是一种功能梯度材料。1900年，美国的伍德用明胶作成了光折射率沿径向连续变化的圆柱棒，称之为梯度折射材料。由于制作工艺没有解决，未能得到实际应用，没有引起人们的注意。1969年，日本板玻璃公司的北野等人用离子交换工艺制成玻璃梯度折射棒材和光纤，达到了实用水平，梯度折射率材料的研究才迅速发展起来，研究的国家也从美国和日本扩展到二十几个国家。 1972年，Bever和Duwez提出了功能梯度这个概念。功能梯度材料作为一个规范化正式概念于1984由日本国力宇航实验室提出。由于航天飞机中，燃烧室内外表面的温差达到1000K以上，普通的金属材料难以满足这种苛刻的使用环境。一系列政府报告论述了日本在以太空飞机为重点的航天研究中所预计的材料需求，结论是鉴于对高温结构件的许多严格要求，需要在结构中仔细地引入成分和微观结构梯度，不但能最全面地利用已有材料去生产所需要的构件，还能避免由于外加应力或温度变化而在不同材料的锐利界面上引起的应力和(或)应变集中。1987年，日本平井敏雄、新野正之和渡边龙三人提出使金属和陶瓷复合材料的组分、结构和性能呈连续性变化的热防护梯度功能材料的概念。同年，日本科技厅制定了有关FGMs的一项庞大计划，主要研究一边处于冷却而另一边处于炙热环境下的部件的特殊要求。1990
(发展战略)光功能高分子材料的研究发展及应用
论光功能高分子材料的研究发展及应用综述 吴俊杰 化工081班 前言：光功能高分子材料研究是光化学和光物理科学的重要组成部分，近年来随着现代科学技术的发展，光功能高分子材料研究在功能材料领域占有越来越重要的地位，光功能高分子材料日益受到重视。光功能高分子材料的应用领域已从电子、印刷、精细化工等领域扩大到塑料、纤维、医疗、生化和农业等方面,正在快速发展之中，光功能高分子材料研究与应用也将越来越广。 1光功能高分子材料及分类 光功能高分子材料是指能够对光进行传输、吸收、储存、转换的一类高分子材料。 表1 光功能高分子材料的分类 剂等构成。 光致抗蚀剂：主要包括正性光致抗蚀剂和负性光致抗蚀剂等。 高分子光稳定剂：主要包括光屏蔽剂、激发态狙灭剂抗氧剂和聚合型光稳定剂等。 光致变色高分子材料：主要包括含硫卡巴腙络合物的光致变色聚合物、含偶氮苯的光致变色高分子和含螺苯并吡喃结构的光致变色高分子等。 光导电高分子材料：由光导电聚合物材料构成。
2光功能高分子材料的类别和应用 表2 光功能高分子材料的类别和应用 3光功能高分子材料的发展概况 1954年,美国柯达公司的Minsk等人开发出光功能高分子聚乙烯醇肉桂酸酯,并成功应用于印刷制版。而现在光功能高分子材料应用领域已从电子、印刷、精细化工等领域扩大到塑料、纤维、医疗、生化和农业等方面,发展之势方兴未艾。 光功能高分子材料能够对光能进行传输、吸收、储存、转换．塑料光导纤维是利用高分子的光曲线传播性而制成的非线性光学元件。塑料光纤一般以有机玻璃为芯材，以含氟透明树脂为皮层，用柔软的有机硅树脂进行一次包覆，然后用硬质高分子材料进行二次包覆。有机玻璃、含氟透明树脂、有机硅树脂都是高分子材料，芯材有高折光率，皮层为低折光率材料。光纤的直径范围为几十到约1000微米，光纤在光纤芯内通过反复反射而向前传输，由于塑料光纤在目前传输损耗仍较高，主要应用于飞机、舰船和汽车内部的短距离光通信系统。此外，还应用于光纤显示器、图像的缩小和放大、火焰及高温监视器、光开关、巨点折象器、阅读穿孔卡片、道路标志和装饰照明等。近来，对有机玻璃采用重氢化技术，已使塑料光纤的传输损耗有所降低，为较长距离应用创造了条件。 以高性能有机玻璃或聚碳酸酯透明塑料的高分子材料为基材制成的光盘，是80年代新开发成功的先进信息、记录、储存元件，适应了激光技术的发展和对大容量、高信息密
化学选修5练习 第5章 第3节 功能高分子材料
第五章第三节 一、选择题 1．下列物质不属于新型有机高分子材料的是() A．高分子分离膜B．液晶高分子材料 C．生物高分子材料D．有机玻璃 解析：有机玻璃不是新型有机高分子材料。 答案：D 2．下列关于新型有机高分子材料的说法中，不正确的是() A．高分子分离膜应用于食品工业中，可用于浓缩天然果汁、乳制品加工、酿造业等 B．复合材料一般是以一种材料作为基体，另一种材料作为增强剂 C．导电塑料是应用于电子工业的一种新型有机高分子材料 D．合成高分子材料制成的人工器官都受到人体的排斥作用，难以达到生物相容的程度解析：医用高分子材料制成的人体器官，与生物具有良好的相容性。 答案：D 3．下列说法中错误的是() A．高分子分离膜具有能够有选择地让某些物质通过而把另外一些物质分离掉的特点 B．复合材料一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优良性能 C．合成人工器官大都使用硅聚合物和聚氨酯等高分子材料 D．塑料、合成纤维、合成橡胶并列称为新科技革命的三大支柱 解析：能源、信息、材料并列称为新科技革命的三大支柱。 答案：D 4．聚乳酸(PLA)是以有机酸乳酸为原料生产的新型聚酯材料，性能胜于现有塑料聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等材料，是新世纪最有发展前途的新型包装材料，是环保材料中的一颗明星。日本钟纺公司以玉米为原料发酵生产聚乳酸，利用聚乳酸制成生物降解性发泡材料。该材料的强度、压缩应力、缓冲性、耐药性等与聚苯乙烯塑料相同，经焚烧后不污染环境，还可肥田。下列说法不正确的是() A．聚乳酸使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境B．聚乳酸适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便，应用十分广泛 C．聚乳酸(PLA)是一种对环境友好的天然高分子聚酯材料 D．聚乳酸是以淀粉发酵(或化学合成)得到的，以乳酸为基本原料制备的一种聚酯材料解析：根据题给信息，聚乳酸(PLA)是一种人工合成的高分子材料，不是天然高分子材料。 答案：C 5．(2014·试题调研)聚丙烯酸酯类涂料是目前市场上流行的涂料之一，它具有弹性好，不
梯度功能材料
题目：梯度功能材料 报告人: 朱景川教授 时间：2006年5月13日 8：30-11：30 近年来,材料科学获得了突飞猛进的发展。究其原因,一方面是因为各个学科的交叉渗透,引入了新理论方法及实验技术;另一方面是因为实际应用的迫切需要而对材料提出了新的要求。功能梯度材料(functionally gradient material ,FGM) 即是这方面一个很好的事例。它是近年来在材料科学中涌现出的研究热点之一。下面综述了这方面的研究现状,同时对其将来可能的发展趋势进行了讨论。 梯度功能材料是一种新型的功能复合材料它的两侧由不同性能的材料组成中间部分的组成和结构连续地呈梯度变化从而使材料的性质和功能也沿厚度方向呈梯度变化克服了不同材料结合的性能不匹配因素使两种材料的优势都得到充分发挥。 1 功能梯度材料的设计 复合材料已在工程中得到广泛应用,然而传统的复合材料,由于由两种或以上的不同均匀材料结合在一起而存在明显的界面,因此材料的物性参数如弹性模量、热膨胀系数在该处不匹配,从而使得界面容易成为失效的源泉,界面设计也就成为复合材料设计的重要课题。另一方面随着现代科学技术的进步,超音速航天飞机、超音速民用交通、现代航天飞行器以及下一代电力系统装置都对材料的设计与应用提出了新的要求。例如航天飞机的发展就面临许多技术问题,特别在先进隔热材料方面,通常使用的陶瓷复合材料弥散强化陶瓷,已经无法承受由于航天飞行环境中极端的温度梯度引起的高热应力。 FGM 的设计一般采用逆设计系统即根据使用条件和性能要求对材料的组成和结构的梯度分布进行设计。以热应力缓和型耐热材料为例根据指定的材料结构、形状及受热环境得出热力学边界条件从已有材料合成及性能的知识库中选择有可能合成的材料组合体系及制备方法再用热弹性理论及计算数学方法对选定材料体系组成的梯度分布函数进行温度分布模拟和热应力模拟寻求达到最大功能的组成分布指数。 为了解决这类问题,日本材料学家新野正之(MasyuhiNINO) 、平井敏雄( ToshioHIRA)和渡边龙三(RyuzoWATANBE)等在20世纪80年代中后期提出了功能梯度材料的概念。功能梯度材料的研究开发最早始于1987年日本科学技术厅的一项“关于开发缓和热应力的功能梯度材料的基础技术研究”计划。所谓功能梯度材料是根据使用要求,选择使用两种不同性能的材料,采用先进的材料复合技术,使中间的组成和结构连续呈梯度变化,内部不存在明显的界面,从而使材料的性质和功能沿厚度方向也呈梯度变化的一种新型复合材料。也就是材料组分在一定的空间方向上连续变化的一种复合材料。由于功能梯度材料的这种特点,因此它能有效地克服传统复合材料的不足。
有机高分子磁性材料研究综述
有机磁性材料研究综述 摘要:有机磁性材料是最近二十多年发展起来的新型的功能材料,因为其结构的多样性,可用化学方法合成,相比传统磁性材料具有比重低、可塑性强等等优点，因此在新型功能材料方面有着广阔的应用前景。本文综述了高分子有机磁性化合物的发展和研究近况，及其有机高分子磁性材料的分类及其应用前景。 关键词：有机磁性材料结构型复合型 Review on the research of organic magnetic material Abstract: organic magnetic material is a new functional material in recent twenty years, because of the diversity of its structure, synthetized by chemical method , compared with the traditional magnetic materials with a low specific gravity, high plasticity, and so on, so it has a broad application prospect in the new functional materials.This paper reviews the development and research status of high polymer organic magnetic materials’compounds, classification and its application prospect. Key word: organic magnetic material intrinsic complex
现代高分子材料综述(非常好!!)
现代高分子材料综述 材料学王晓梅学号：112408 摘要 高分子材料作为新时期的全新全能型材料，是现代人类发展的重要支柱，是发展高新科技的基础与先导，高分子材料的应用将会使人类支配改造自然的能力和社会生产力的发展带到一个新的水平，对人类的发展将会出现前所未有的促进。本文将从高分子材料的定义、主要种类、应用和以塑料为例介绍与人类生活息息相关的高分子材料的相关常识。本文综述了各类高分子材料的研究及发展，主要论述了导电高分子材料、功能高分子材料、工程高分子材料、复合高分子材料以及生物高分子材料等应用领域。 前言 高分子材料是由相对分子质量比一般有机化合物高得多的高分子化合物为主要成分制成的物质。一般有机化合物的相对分子质量只有几十到几百，高分子化合物是通过小分子单体聚合而成的相对分子质量高达上万甚至上百万的聚合物。巨大的分子质量赋予这类有机高分子以崭新的物理、化学性质：可以压延成膜；可以纺制成纤维；可以挤铸或模压成各种形状的构件；可以产生强大的粘结能力；可以产生巨大的弹性形变；并具有质轻、绝缘、高强、耐热、耐腐蚀、自润滑等许多独特的性能。于是人们将它制成塑料、橡胶、纤维、复合材料、胶粘剂、涂料等一系列性能优异、丰富多彩的制品，使其成为当今工农业生产各部门、科学研究各领域、人类衣食住行各个环节不可缺少、无法替代的材料[1]。 由于高分子化学反应和合成方法对高分子化学学科发展的推动，促进了高分子合成材料的广泛应用。同时，随着高分子材料的发展，纳米技术与生物技术之间的界限变得越来越小，并与更多的传统分子科学与技术相结合。因此，我们相信，高分子技术的发展促使使各类高分子材料得到更加迅速的发展，推广和应用。 1
功能高分子材料的分类
功能高分子材料的分类 功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。 按照高分子的功能特性，功能高分子材料可分为以下几种： 1.分离材料和化学功能材料 2.电磁功能高分子材料 3.光功能高分子材料 4.生物医用高分子材料 现对这几种材料进行简单的介绍一下。 分离材料和化学功能材料 以化学功能为主的功能高分子材料称为化学功能高分子材料。化学功能包括生成离子键、配位键、共价键的化学反应，上述价键断裂的分解反应，以及与上述反应有关的催化作用等，包括具有离子交换功能的离子交换树脂，对各种阳离子有络合吸附作用的螯合聚合物，光化学性聚合物，具有氧化还原能力的聚合物，在有机合成反应中使用的高分子试剂和高分子催化剂，降解型高分子等。化学功能高分子材料的制备主要通过在高分子骨架上引入具有特定化学功能的官能团或者结构片段，也可以将具有类似功能的小分子功能材料高分子化得到化学功能高分子材料。高分子材料经过功能化或者小分子功能材料经过高分子化以后，材料的溶解度一般均有下降，熔点提高。对于化学试剂，经过高分子化后稳定性增加，均相反应转变成多相反应，产物与试剂和催化剂的分离过程简化，同时还产
生许多小分子材料所不具备的其他性质。化学功能高分子材料是固相合成的基础。 电磁功能高分子材料 电磁功能材料主要指导电聚合物材料。复合型导电高分子材料是以有机高分子材料为基体,加入一定数量的导电物质(如炭黑、石墨、碳纤维、金属粉、金属纤维、金属氧化物等)组合而成。该类材料兼有高分子材料的易加工特性和金属的导电性。与金属相比较,导电性复合材料具有加工性好、工艺简单、耐腐蚀、电阻率可调范围大、价格低等优点。 与金属和半导体相比较，导电高分子的电学性能具有如下特点： （1）通过控制掺杂度，导电高分子的室温电导率可在绝缘体-半导体-金属态范围内变化。目前最高的室温电导率可达105S/cm，它可与铜的电导率相比，而重量仅为铜的1/12； （2）导电高分子可拉伸取向。沿拉伸方向电导率随拉伸度而增加，而垂直拉伸方向的电导率基本不变，呈现强的电导各向异性； （3）尽管导电高分子的室温电导率可达金属态，但它的电导率-温度依赖性不呈现金属特性，而服从半导体特性； （4）导电高分子的载流子既不同于金属的自由电子，也不同于半导体的电子或空穴，而是用孤子、极化子和双极化子概念描述。应用主要有电磁波屏蔽、电子元件(二极管、晶体管、场效应晶体管等)、微波吸收材料、隐身材料等。 光功能高分子材料 指在光的作用下能够产生物理(如光导电、光致变色)或化学变化(如光交联、
梯度功能材料的制备与应用及其发展状况.
—— 学科前沿知识讲座论文 学科前沿知识讲座论文—— 梯度功能材料的制备与应用 及其发展状况 姓名:李振 学号:08132213 班级:材料物理08-2 日期:2011年10月22日 梯度功能材料的制备与应用及其发展状况 李振 (中国石油大学(华东理学院材料物理08-2,青岛,266555 摘要:近年来,梯度功能材料(Functionally Gradient Materials,FGM由于其优异的性能和特殊的功能,得到了迅速发展,展现出极大的应用价值。FGM的制备方法主要有粉末冶金法、等离子喷涂法、激光熔覆法、气相沉积法、自蔓延高温燃烧法等。FGM在航空航天、机械工程、电磁工程、生物工程、核能和电气工程等领域都有广泛的应用。文章综述了FGM的制备方法、在各领域的应用以及发展现状,对未来的发展做了一些展望。
关键词:梯度功能材料;制备方法;应用;发展前景 1前言 一般复合材料中分散相是均匀分布的,材料的整体性能是同一的,但在有些情况下,人们常常希望同一件材料的两侧具有不同的性质或功能,又希望不同性能的两侧结合完美,从而不至于在苛刻的使用条件下因性能不匹配而发生破坏[1]。梯度功能材料(Functionally Gradient Materials,简称FGM就是这样一种材料,是指通过连续(或准连续地改变两种材料的结构、组成、密度等因素,使其内部界面减少乃至消失,从而得到能相应于组成与结构的变化而性能渐变的新型非均质复合材料[2-3]。目前,梯度功能材料的主要制备方法有粉末冶金法、等离子喷涂法、激光熔覆法、气相沉积法、自蔓延高温燃烧合成法等[4]。在航空航天工程、机械工程、电磁工程、生物工程、核能及电气工程等领域都有广泛的应用。本文综述了梯度功能材料的不同制备方法及各自特点、应用及研究现状,并对其发展前景进行了讨论。 2梯度功能材料制备方法 2.1粉末冶金法(PM PM法是将10μm~100μm粒径的粉末(金属、陶瓷充分混合,按组分梯度分层填充或连续成分控制填充,压实后烧结制 备FGM[5]。PM法具有设备简单、易于操作、成本低等优点,但需要对烧结温度、保温时间和冷却速度等工艺进行严格控制。2.2等离子喷涂法 等离子喷涂法是将原料粉末送至等离子射流中,以熔融状态 状态直接喷射到基材上形成涂层[4]。该方法使用粉末作喷涂材 料,以气体作载体将粉末吹入等离子射流中,依靠等离子弧将粉末熔化,熔融的粒子被进一步加速,然后以极高的速度打在经过净化和粗化处理的基材表面,产生强烈的塑性变形,相互挤嵌、填塞,形成扁平的层状结构涂层。
功能梯度材料
用于新一代航天飞机的热防护系统,即在与高温气体接触侧采用陶瓷耐高温材料,在液氢冷却侧采用金属材料保证其力学强度和热传导性，继日本之后,美国、德国、俄罗斯、瑞士等国家也纷纷关注并开始了这一新兴的研究领域。 梯度材料成形方法及性能优势 梯度材料复合成型分析（参考）
Ti64和NiCr梯度材料能谱分析照片 (源于DOI：10.1016/j.addma.2014.10.002) SS304L和In625梯度材料成型组织金相分析照片
（源于DOI：10.1016/j.actamat.2016.02.019)激光3D打印技术的一个重要发展方向就是制备功能梯度材料,激光3D打印制备梯度材料适应面较广，既可以制备 FGM 涂层也可以制 备 FGM 体材，而且其生产周期短、加工速度快、设计灵活、材料利用率高，其成形件尺寸精度高、组织致密、晶粒细化、具有优良的使用性能。利用LDM4030同轴送粉系统，通过调整粉末的输送量和输送比例使两种或两种以上材料含量实现层与层之间连续变化，成分设计更加灵活，过渡更加均匀，能制备出成分比例连续变化的梯度功能材料。 LDM4030助力梯度材料开发 新款LDM4030同轴送粉设备，是基于高校和科研院所等研究型单位的需求特点，针对新材料开发过程中材料种类繁多、材料间切换频繁等问题，在保证基本功能前提下，对设备进行了进一步的优化升级。
LDM4030同轴送粉3D打印机外观 LDM4030同轴送粉3D打印机设备参数
双筒双控式（左）和三桶三控式（右）
可实现加工设备（激光器）控制主机的集成控制； 送粉器连续稳定，送粉量和载粉气流量精确可控； 多个料仓可单独送粉，也可同时送粉； 有机玻璃可视粉桶； 触摸屏和PLC控制，性能稳定、安全可靠。 双桶、三桶送粉器参数 利用LDM4030实验平台，开展了对In718(镍基合金) + Fe313（铁基）、In718(镍基合金）和316L（不锈钢）等梯度材料的成形工艺及组织进行了相关的研究分析，在梯度材料研究方面做了一定的技术探索。