先进功能材料复习资料汇总[精选]

第一篇：先进功能材料复习资料汇总[精选]

1、说明功能材料与结构材料的区别并举例。

1)功能材料的功能对应于材料的微观结构和微观物体的运功，结构材料则主要利用其力学和机械性能。

2)功能材料的聚集态和形态非常多样化，除了晶态外，还有气态、液态、液晶态、非晶态、混合态、等离子态等；除了三维体相材料外，还有二维、一维和零维材料；除了平衡态外，还有非平衡态。而结构材料的形态较为单一。

3)功能材料多以元件形式为最终产品，如纳米氧化锌薄膜用于特种气体敏感材料，制作传感器，如汽车司机酒精检测。而结构材料多以材料形式为最终产品，如钢材、铝合金用在汽车和飞机结构、大梁、门框上，起力学支撑和结构固定作用。

4)功能材料的制备技术涉及新工艺和新技术，如急冷、超净、超微、超纯、薄膜化、集成化、微型化、智能化、精细控制等。而结构材料的制备多涉及传统的方法，如轧制、铸造、烧结等。

2、说明一次功能材料与二次功能材料的区别并举例。

一次功能材料：当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于同一种形式时，材料起到能量传输部件的作用。材料的这种功能称为一次功能。以一次功能为使用目的的材料又称为载体材料。如：1)力学功能：粘、润滑、超塑、高弹、防震性等。2)声功能：隔音、吸音性等。3)热功能：传热、隔热、吸热、蓄热性等。4)电功能：导电、超导性、绝缘、电阻等。5)磁功能：硬磁性(记录介质)、软磁性（磁头等）等。6)光功能：透光、反折射光、吸光、偏振光、聚光性等。7)化学功能：吸附、催化、生化反应、酶反应等。8)其他功能：如放射特性、电磁波特性等。

二次功能材料：当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于不同形式时，材料起能量的转换部件作用，材料的这种功能称为二次功能或高次功能。如：1)光能→其他形式（如光合成、光分解、光致抗蚀、化学发光、感光、光致伸缩、光伏、光导电等）。2)电能→其他形式（如电磁、电热、热电、光电、场致发光、电化学、电光效应等）。3)磁能→其他形式（如光磁效应、热磁效应、磁冷冻（磁热）效应等）。4)机械→其他形式（如形状记忆、热弹性、机械化学、压电、电致伸缩、光压、声光、光弹性效应等）。

3、氢与其他元素形成的氢化物有几种键合类型？哪些键合的材料适合用作储氢？

氢与其他元素形成的氢化物大致有三种键合类型：

1)离子键型，氢与IA及IIA族元素间MH、MH2型，如LiH、MgH2等。稳定，呈白色粉末状，氢以H-存在。

2)金属键型，氢与过渡族元素间，稳定，呈黑色粉末。如TiH1.7、LaH3、TiH2、VH2、NbH2等。

3)共价键型，氢与硼及其附近元素间，如B2H6、AlH3、NH3、AsH3、SiH4、H2O，多是低沸点挥发性化合物，不能作储氢材料。

4、形状记忆合金与形状记忆聚合物机理有何区别？

形状记忆合金是通过马氏体相变而呈现形状记忆效应的。马氏体相变具有可逆性，将马氏体向高温相（奥氏体）的转变称为逆转变。形状记忆效应是热弹性马氏体相变产生的低温相在加热时向高温相进行可逆转变的结果。SMA有双程、全程形状记忆。

聚合物SME由其内部结构决定。SMP一般由保持形状的固定相和在某种温度下能可逆地发生软化-硬化的可逆相组成。固定相：交联结构、部分结晶结构或分子链的缠绕等。可逆相：能够产生结晶、熔融可逆变化的部分结晶相，或发生玻璃态与橡胶态可逆转变的相。SMP只有单程形状记忆。

5、材料磁性来源是什么？

物质的磁性来源于组成物质中原子的磁性。1)带电的粒子漂移或运动产生磁场； 2)电子的自旋；

3)电子的轨道运动：核外电子的运动相当于一个闭合电流，具有一定的轨道磁矩；

4)原子核的磁矩。

材料的磁性主要来源于电子的轨道磁矩和自旋磁矩。原子核的磁矩很小，只有电子的几千分之一，通常可以略去不计。

6、何谓顺磁性与抗磁性？

1)顺磁性是在磁场作用下，物质中相邻原子或离子的热无序磁矩在一定程度上与磁场强度方向一致的定向排列的现象。顺磁性是一种弱磁性。顺磁(性)物质的主要特点是原子或分子中含有没有完全抵消的电子磁矩，因而具有原子或分子磁矩。但是原子(或分子)磁矩之间并无强的相互作用(一般为交换作用)，因此原子磁矩在热骚动的影响下处于无规(混乱)排列状态，原子磁矩互相抵消而无合磁矩。但是当受到外加磁场作用时，这些原来在热骚动下混乱排列的原子磁矩便同时受到磁场作用使其趋向磁场排列和热骚动作用使其趋向混乱排列，因此总的效果是在外加磁场方向有一定的磁矩分量。

2)抗磁性是在受到外加磁场作用时，物质获得反抗外加磁场的磁化强度的现象。抗磁性是一些物质的原子中电子磁矩互相抵消，合磁矩为零。但是当受到外加磁场作用时，电子轨道运动会发生变化，而且在与外加磁场的相反方向产生很小的合磁矩。

7、超导材料的三个临界参数。

1)临界温度Tc：超导体从常导态转为超导态温度，是在外磁场、电流、应力和辐射等条件足够低时，电阻突然变为零的温度。

2)临界磁场Hc(T)：温度为T(T＜Tc)超导体，外磁场>Hc(T)时，超导电性消失，由超导态转为常导态, 电阻恢复。这种能够破坏超导所需最小磁场强度，叫做临界磁场Hc(T)。在临界温度Tc，临界磁场为零。

3)临界电流Ic(T)：温度为T(T＜Tc)超导体通过足够强电流，导电性消失。破坏超导电性最小电流就是超导态允许流动最大电流，称临界电流Ic(T)。

三者具有明显的相关性。只有当三个条件均满足超导材料本身的临界值时，才能发生超导现象。

8、如何理解超导材料的两个基本特性？

1)零电阻效应：温度降至Tc以下，超导体电阻突然变为零-----零电阻效应，也称为超导电性。

2)超导体的完全抗磁性（迈斯纳效应）：超导体在外磁场中磁力线无法穿透，超导体内磁通量为零。当温度低于Tc时，置于外磁场中超导体始终保持其内部磁场为零，磁力线被全部排斥在外。即便原处在磁场中正常态样品，温度下降变成超导体时，也会把磁场完全排出去，即超导体具有完全抗磁性-----迈斯纳效应，超导体另一个独立基本特性。

零电阻效应和迈斯纳效应相互独立又相互联系，单纯的零电阻不能保证具有迈斯纳效应，而迈斯纳效应存在必定满足零电阻效应。

9、半导体器件有哪四种基础结构？

1)金属半导体接触：可以用来做整流接触,具有单向导电性；也可以用来做欧姆接触,电流双向通过。

2)p-n结：p-n结最重要特性是整流。

3)异质结：两种不同半导体接触形成的结；是快速器件和光电器件的关键构成要素。

4)MOS结构：金属-氧化物-半导体结构——MOS结构；MOS结构作栅极，再用两个p-n结分别当作漏极和源极，就可以制作出MOS场效应晶体管(MOSFET)；目前集成电路中最重要的器件。

10、何谓本征半导体、p型及n型半导体？

本征半导体：完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。但实际半导体不能绝对的纯净，此类半导体称为杂质半导体。本征半导体一般是指其导电能力主要由材料的本征激发决定的纯净半导体。更通俗地讲，完全纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体或I型半导体。主要常见代表有硅、锗这两种元素的单晶体结构。p型半导体：也称为空穴型半导体。P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。在这样的材料中传导主要是由带正电的空穴引起的，因而在这种情况下电子是“少数载流子”。

n型半导体：也称为电子型半导体。N型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。在N型半导体中，自由电子为多子，空穴为少子，主要靠自由电子导电，由于N型半导体中正电荷量与负电荷量相等，故N型半导体呈电中性。自由电子主要由杂质原子提供，空穴由热激发形成。掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，导电性能就越强。

11、何谓施主、受主？

半导体内部如果有杂质原子最外层电子数少于4，比如3个，那么它核内正电子容易吸引外界的一个电子进入最外电子层，形成饱和状态，这个杂质原子因为得到电子被叫做受主；反之最外层有5个电子，则杂质原子容易失去一个电子成为自由电子，这个杂质原子叫施主。

12、P-N结的概念和原理？

采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结。PN结具有单向导电性，是电子技术中许多器件所利用的特性，例如半导体二极管、双极性晶体管的物质基础。

原理：在P型半导体和N型半导体结合后，由于N型区内自由电子为多子空穴几乎为零称为少子，而P型区内空穴为多子自由电子为少子，在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差。由于自由电子和空穴浓度差的原因，有一些电子从N型区向P型区扩散，也有一些电子要从P型区向N型区漂移。它们扩散的结果就使P区一边失去空穴，留下了带负电的杂质离子，N区一边失去电子，留下了带正电的杂质离子。开路中半导体中的离子不能任意移动，因此不参与导电。这些不能移动的带电粒子在P和N区交界面附近，形成了一个空间电荷区，空间电荷区的薄厚和掺杂物浓度有关。在空间电荷区形成后，由于正负电荷之间的相互作用，在空间电荷区形成了内电场，其方向是从带正电的N区指向带负电的P区。显然，这个电场的方向与载流子扩散运动的方向相反，阻止扩散。

另一方面，这个电场将使N区的少数载流子空穴向P区漂移，使P区的少数载流子电子向N区漂移，漂移运动的方向正好与扩散运动的方向相反。从N区漂移到P区的空穴补充了原来交界面上P区所失去的空穴，从P区漂移到N区的电子补充了原来交界面上N区所失去的电子，这就使空间电荷减少，内电场减弱。因此，漂移运动的结果是使空间电荷区变窄，扩散运动加强。

最后，多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。在P型半导体和N型半导体的结合面两侧，留下离子薄层，这个离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。PN结的内电场方向由N区指向P区。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。

13、储氢材料的机制？

分为以下三个部分：

1、金属与氢气生成金属氢化物反应

氢与其他元素反应生成的氢化物有三种键合方式：1)离子键型，氢与IA及IIA族元素间MH、MH2型，如LiH、MgH2等。稳定，呈白色粉末状，氢以H—存在。2)金属键型，氢与过渡族元素间，稳定，呈黑色粉末。如TiH1.7、LaH3、TiH2、VH2、NbH2等。3)共价键型，氢与硼及其附近元素间，如B2H6、AlH3、NH3、AsH3、SiH4、H2O，多是低沸点挥发性化合物，不能作储氢材料。

2、金属氢化物的能量储存、转换

金属氢化物能量储存、转换的原理：金属吸氢→氢化物，对氢化物加热，把它置于比其平衡压低的氢压力环境中，放氢，其反应式如下：

吸氢放热22M(固)H2(气,p)MHn(固)Hn放氢吸热nM---金属，MHn---金属氢化物，p---氢压力，---焓变.实际，上式反应过程具有化学能(氢)、热能(反应热)、机械能(平衡氢气压力)的储存和相互转换功能。注：储氢材料最佳特性是在实际使用温度、压力范围内，以适当速度，可逆地进行氢储藏、释放。

经验法则：“储氢合金是氢的吸收元素和氢的非吸收元素所形成的合金”。合金氢化物性质介于其组元纯金属的氢化物的性质之间。

经验法则并非绝对正确。即并非所有氢吸收元素和氢非吸收元素合金，都具储氢功能。总之，氢化物作为储氢条件：氢吸、放反应是否可逆。氢在金属合金中吸收和释放可由相平衡关系描述。

3、金属氢化物的相平衡和热力学

金属-氢系的相平衡由温度T、压力p和组成成分c三个状态参数控制。金属间化合物中，放热型组分起到吸储氢作用；吸热型组分起到调整储氢材料氢分解压适度。另，金属间化合物生成热对氢化物生成焓有较大影响

14、什么是磁性材料、软磁性材料和硬磁性材料？

磁性材料：通常所说的磁性材料是指强磁性物质，是古老而用途十分广泛的功能材料。而通常认为，磁性材料是指由过度元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质。磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料。

软磁材料：较弱的磁场下易于磁化，也易于退磁的材料。其特点是磁导率大，剩磁较小，矫顽力小(<100A/m)，滞损耗低，磁滞回线呈细长条形。典型材料：Fe、硅钢、MnZn、LiZn铁氧体、NiZn、NiCuZn 铁氧体、MnFe2O4、NiFe2O4。应用：适用于交变磁场场合，如发电机和电动机定子和转子；变压器，电感器，电抗器，继电器和镇流器铁芯；磁记录磁头与介质；磁屏蔽；电磁铁的铁芯。

硬磁性材料：磁化后不易退磁，能长期保留磁性的铁氧体材料。也称永磁材料或恒磁材料。其特点是磁滞回线包围面积大，矫顽力大(Hc >104 A/m)。剩磁较大。典型材料：硬磁铁氧体(CoFeO4与Fe3O4烧结)、FeCoV、NdFeB合金等。应用 ：产生强磁场，利用磁极与磁极相互作用，磁场对载电流导体作用做功，或实现能量，信息转换。

第二篇：先进功能材料

探析现代新型建筑材料的特点

文学院

汉语言文学（文秘方向）一班

曹璐 201001020662

摘 要：随着科学技术的发展，构成建筑的基本物质要素——建筑材料也在发展变化。长期以来，我国建材行业沿用了粗放型传统生产模式，对自然资源重开发、轻保护，对生态环境重利用、轻改善。新型建筑材料是在传统建筑材料基础上产生的新一代建筑材料。现代新型建筑材料首先要具有时代性才能符合现代建筑的要求，是节约能源，降低能耗，保护生态环境的迫切要求，同时又对实现我国21世纪经济和社会的可持续性发展有着现实和深远的意义。

关键词：新型建筑材料 特点 环保 生态

建筑是时代的橱窗，构成建筑的基本物质要素——建筑材料，也就按着时代的脉搏而呈现出自己的价值。几千年来，建筑材料产品有了长足的进展，从最早的土坯发展到现在门类繁多，充满技术含量。各个历史时代都有代表各个时代风貌的建筑，也有与之相匹配的建筑材料。随着时代的变化，建筑物的风格、功能以及人们对它的要求都有很大的不同，因此新型的建筑材料也会相应的出现。

新型建筑材料是在传统建筑材料基础上产生的新一代建筑材料，主要包括新型墙体材料、保温隔热材料、防水密封材料和装饰装修材料。我国新型建材工业是伴随着改革开放的不断深入而发展起来的，从 1979—1998年是我国新型建材发展的重要历史时期。经过20年的发展，我国新型建材工业基本完成了从无到有、从小到大的发展过程，在全国范围内形成了一个新兴的行业，成为建材工业中重要产品门类和新的经济增长点。经济建设的迅速发展和人民生活水平的不断提高，给新型建材的发展提供了良好的机遇和广阔的市场。目前，全国新型建材企业星罗棋布，在市场需求的带动下，已经形成了全国范围的建材流通网；大部分国外产品我国已能生产，三星宾馆所需的新型建筑材料国内已能自给；不同档次、不同花色品种装饰装修材料的发展，为改善我国城乡人民居住条件、改变城市面貌提供了材料保证。我国已形成了新型建材科研、设计、教育、生产、施工、流通的专业队伍。但是，一种现代新型的建筑材料应该具备怎样的特性才能让人们感觉更舒适，才能适合时代的要求呢？只有充分考虑了以下这些因素才能让新型材料得到有效发展。

一、具有时代价值

一位日本学者在讲学时曾经说过，最好的建筑材料是土坯，他是在分析了各种现有建筑材料功能的优缺点之后，不无感慨地做出了这样的评论的。土坯是人类从筑巢而居时就开始利用普通的黏土做建筑材料，兼有保温、吸湿、透气等特性，更适合人体要求，人住在土坯房屋里比住在混凝土房屋里或者砖房里舒适得多，所以这位日本学者的话具有一定的道理。

但是，虽然土坯具有这样的优点，可还是遭到了人们的抛弃。因为现代建筑已经不能仅仅满足居住的功能了，现代建筑是人类技术进步的集合体。除了保温、吸湿、透气这些功能要求之外，还有高强、轻质、防水、防火、防腐、采光、吸音、装饰性以及利于快速装配化施工等等其他重要要求向建筑材料提出来。因此，现代新型建筑材料首先就必须具备时代价值，必须适合现代建筑的要求以及现代人类的审美。现代建筑材料以不同方式进行组合、复合后可以达到比土坯更好的性能，更加适用于现代化建筑的要求!玻璃作为一种建筑材料就因为其适合时代的要求而普遍存在了。纵观历史，建筑物的形式和内容都是在不断改变着的过去。

“我国的建筑材料工业，长期以来处于品种单调、技术落后的状态。其标志就是小块实心黏土烧结砖在我国各类墙体材料中仍然占居近95%的高比例。我国是个人口众多的，可耕地面积相对较少的国家，保护耕地关系到子孙后代。我国推出了建筑材料改革系统工程，主要目标之一就是如何尽量限制小块实心黏土砖的发展，加速采用及开发新型建筑材料并改造建筑物的功能。”中国描写一座宏伟建筑的用词是青砖碧瓦、合抱大柱、雕梁画栋等等。在西方，石砌的古建筑表现出凝重高贵的风格。尽管今天每当人们看到这些建筑时仍不免衷心赞美，深深为当时建筑大师们付出的难以想象的繁重劳动而赞叹、敬佩。但是，事情仅此而已。今天没有人会再想去建造那样的房屋了，因为它只适合观赏，而不完全适合现代建筑。

二、绿色、环保

优良舒适的居住环境历来是人们孜孜以求的生活目标之一，丰富多彩的建材产品不仅使我们广厦万间的追求成为现实，更为人们从“居者有其屋”向“居者优其屋”的转变提供了坚实的物质基础。

然而，享受现代物质文明的同时，我们却不得不面临着一个严峻的事实：资源短缺，能源耗竭，环境恶化等问题正日益威胁着人类自身的生存和发展。而建筑材料作为能耗高，资源消耗大，污染严重的工业产业，在改善人居住环境的同时，对人类的环境污染负有不可推卸的责任。因而，如何减轻建筑材料的环境负荷，实现建筑材料的生态化，成为21世纪建材工业可持续发展的重要课题。

绿色建筑材料是指对人体及周边环境无害的健康型、环保型、安全型的建筑材料。与传统建筑材料相比绿色建材主要有以下特点：(1)生产原料尽可能少利用天然材料，尤其是不可再生材料。(2)低能耗的生产工艺和无污染的生产技术。(3)建筑产品生产过程不得添加使用甲醛、卤化物、芳香烃等，不得使用含汞及其化合物、镍、铬及其化合物的颜料和添加剂。

在日益发达的物质社会里，新型建筑材料的生态化考虑显得尤其重要。建筑材料所造成的环境污染建筑材料从原料采掘到生产使用直至废弃的全生命周期中造成大量的环境污染，在我国，每生产1吨普通硅酸盐水泥熟料要排放1吨的二氧化碳，0.74kg二氧化硫，130kg粉尘，建筑材料在生产和使用过程中还会产生噪声污染、水污染、玻璃幕墙的光污染、矿渣岩石的放射性污染、化学建材的化学污染、建筑物拆除后的建筑垃圾等多种环境问题。建筑材料与环境的协调性当然建筑材料与环境之间也有着某种程度的协调性。许多建筑材料本身就具有一定的环保性。例如抗菌建材、空气净化建材等。建筑材料也是消纳废弃物的大户，大部分固体废弃物都可用于建筑材料的生产中。例如粉煤灰、矿渣可作为水泥和混凝土的掺和料，煤矸石已普遍用于制作烧结砖，甚至于一些有毒可燃废弃物及垃圾可作为燃料用于煅烧。随利用建筑材料实现固体废弃物的再生资源化将成为环境保护的重要途径之一。

随着科学技术的发展、社会的进步，人类越来越追求舒适、美好的生活环境,各种社会基础设施的建设规模日趋庞大，建筑材料越来越显示出其重要地位。新型建筑材料发展也有了广阔的天空，只有掌握新型建筑材料的特点，才能有的放矢的研究、生产。

参考文献：

[1]郑迎朝，李富.新型建筑材料的商业发展前景.中国科技信息，2008，4.[2]叶萌.未来建筑材料展望.中华建设，2007，4.[3]丁大钧.砌体结构[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.[4]魏鸿汉.建筑材料[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.[5]唐岱新.砌体建筑的发展和应用[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2001.[6]涂逢祥.建筑节能大发展[J].砖瓦，2003，(12).

第三篇：复习资料——先进装备材料

《先进装备材料》复习大纲

核装备及风电装备材料

1、名词

快中子与热中子：裂变产生的中子平均动能约2MeV称为快中子；与环境达到热平衡的中子，能量约为0.025eV称为热中子。

质量亏损: 在核反应中，指原子核的质量与组成原子核的所有单个质子与单个中子的质量之和的差,质量差以能量的形式存在。衰变热：放射性核素衰变时所产生的热。

中子慢化：中子与介质原子核碰撞，引起中子能量减少而减速的现象。天然铀和浓缩铀：直接从矿石中提取的铀叫天然铀，经过同位素提炼后，铀235含量超过90%的铀金属。

S（E）玻璃纤维：高强度玻璃纤维，纤维强度高的玻璃纤维。无碱玻璃纤维，碱金属含量低的玻璃纤维。

真空灌注：一种利用真空压力制作成型的工艺技术。将材料铺放在模具上，抽气至负压，树脂通过胶管进入整个体系，浸透构件铺层。

树脂传递模塑：将树脂注入到闭合模具中浸润增强材料并固化的工艺方法

2、高温气冷堆的作用与特点。

答：高温气冷堆是以氦气作为冷却剂，以石墨作为慢化剂，采用全陶瓷涂敷颗粒燃料，出口温度高的反应堆，主要用来发电，钢铁和有色金属冶炼，石油精炼，海水淡化等。特点：出口温度高、中子吸收小传热好、安全性好、发电效率高、系统简单建造周期短。

3、高温气冷堆的球形燃料元件及其包覆燃料颗粒的构造与用料。

答：球形燃料原件由包覆颗粒燃料和燃料元件石墨基体组成。包覆颗粒燃料由内而外：UO2核心，疏松的PyC层（热解炭缓冲），内致密PyC层（承压，防接触），SiC层（承压，防裂变产物扩散），外致密PyC层（保护SiC层）。石墨基体则是由64%天然鳞片石墨，16%的人造石墨和20%的酚醛树脂 组成。

4、核反应堆慢化原理与用材。

答：使裂变中子与慢化剂原子核发生碰撞，把其携带的能量传递给被撞原子，经多次碰撞，变为热中子。轻水堆用轻水作慢化剂，重水堆用重水做慢化剂，气冷堆用石墨作慢化剂。

5、对比分析锆和石墨在核反应堆中的应用。

答：锆用作轻水堆的包壳材料，空气中稳定，中子吸收截面小，良好的耐腐蚀性。从矿石中提炼的时候需要锆铪分离，合金化可以抵消杂质，提高综合性能。石墨分为燃料基体石墨和反射层

1.燃料元件中石墨作基体，作用保持一定燃料结构，中子慢化，导热 2.结构核级石墨：构成堆芯砌体，起到反射中子作用，纯度要求极高。

6、风力机叶片的制造工艺及其用材。

生产准备——SS面壳体制作——PS面壳体制作——前缘腹板制作——后缘腹板制作——根部平台制作——合模——补强——表面处理——配重

用材：基体材料（树脂），增强材料（纤维），夹芯材料（泡沫），胶粘剂和辅助材料（优异附着力，良好弹性等）

碳纤维及其复合材料

1、名词：

纤维的预氧化：对碳纤维原丝进行高温热稳定化处理，得到具有高阻燃性，良好耐腐蚀性能的预氧丝。

纤维的石墨化：将碳纤维置于石墨化炉内保护介质中加热到高温，使六角碳原子平面网格从二维空间的无序重叠转变为三维空间的有序重叠，且具有石墨结构的高温热处理过程。2500 湿（干）法纺丝：湿法纺丝是将溶解制备的纺丝液从喷丝孔喷出，在液体凝固剂固化成丝。特点是纺丝速度慢，喷丝孔多，成本低，较常用；干法纺丝的纺丝液喷出后在热空气挥发固化成丝，特点孔少，速度高，成本高，较少使用。等离子体氧化：通过电解液与相应电参数的组合，在铝、镁、钛等金属及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用，原位生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。

纤维缠绕成形：将浸过树脂胶液的连续纤维按照一定规律缠绕到芯模上，然后经固化、脱模，获得制品。

碳纤维捻度：在单位长度的纱中,纤维所捻成的回旋数,一般捻度大强度也大。

2、碳纤维的定义、分类与特点。答：定义：是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。

分类 ：按原料来源：聚丙烯腈基碳纤维，沥青基碳纤维，粘胶基碳纤维等；

按性能：通用型，高强型，高模型，中模高强型，超高模型；

按状态：长丝，短纤维，短切纤维

特点：高强度，高模量，密度低，线膨胀系数小，耐腐蚀，抗放射等特点。

3、PAN 基与沥青基碳纤维的制备工艺流程。

PAN基：聚合——溶液纺丝——预氧化——炭化——石墨化——精加工 沥青基：熔化过滤——熔纺法纺丝——不熔化处理——炭化——石墨化——精加工

4、纤维的预氧化、碳化、石墨化。答：预氧化和石墨化已论述

碳化：将预氧丝在隔绝空气下热分解为碳和其他产物，去除杂志和挥发分，得到目标产物。1000-1500

5、碳纤维的高性能化与低成本化的途径。答：解决途径主要包括——设计，稳定性与制造技术。

第一，选用整体化设计工艺，可起到减少零件数和装配工时的作用；

第二，第二，原材料应选用低成本中大丝束碳纤维以及适合低成本工艺的树脂；第三，碳纤维制品的加工工艺应选用非热压罐工艺，包括真空袋成形、RTM等；第四，应采用制造自动化，提高工效和降低废品率；

第五，需要利用碳纤维优良的抗疲劳和耐腐蚀性能，降低维护成本和提高出勤率。

6、树脂基复合材料的复合原则。

答：1.对纤维具有好的润湿性，从而使基体与增强材料间具有较强的结合力；2.基体应具有较好的塑性和韧性，延缓裂纹扩展；3.基体能够很好地保护纤维表面，不产生损伤；4.纤维有很高的强度和刚度；5.纤维必须具有适当的的含量，直径和分布；6.纤维和基体应有相近的热膨胀系数

7、碳纤维复合材料的制备工艺方法。答：预浸——成型——固化——脱模

成型方法有：手糊成型、喷射成型、纤维缠绕成型、拉挤成型、模压成型 【后面可不答】

手糊成型工艺：在模具表面上涂抹脱模剂、胶衣，将事先裁好的碳纤维预浸布铺设在模具工作面上，在工作面上刷涂或喷射树脂胶液，达到所需要的厚度之后，成型固化、脱模、后处理。喷射成型工艺：一般利用短切纤维和树脂混合，在喷枪中利用压缩空气均匀喷洒在模具表面上，达到所需厚度后，再利用手工橡胶锟来回刷平，最后固化成型。

纤维缠绕成型工艺：将经过树脂液体浸渍的连续纤维或碳布按照一定规则缠绕到芯模上面，然后经过固化、脱模、后处理成为复合材料制品的加工工艺。

拉挤成型工艺：将事先浸渍树脂胶液的碳纤维丝束、带或布等原材料，通过牵引力的作用，挤压模具成型、固化，连续不断地生产规格、长度不同的碳纤维型材。

8、碳纤维及其复合材料在航空航天、汽车的应用需求及需要解决的问题。答：航空：火箭飞机导弹等航天设备需要——结构轻质化、防热要求高尺寸稳定、可安全重复使用。

需要解决问题：成本高；生产周期长效率低；产品设计开发难度大；回收技术不够；存在各向异性。

汽车：车身更高的轻量化效果，抗冲吸能，高结构承载能力

需解决的问题：理念问题，复合材料不是金属材料的替代材料；复合材料供应商与汽车制造企业的合作模式——战略合作；发展低成本材料；高效率低成本的制造工艺技术

纳米碳材料

1、名词

富勒烯：任何由碳一种元素组成，以球状，椭圆状，或管状结构存在的物质，都可以被叫做富勒烯，富勒烯指的是一类物质。

金属型（半导体型）碳纳米管：单壁碳纳米管按其卷曲方向有(n,m)两个参数，当（n-m）可以被3整除时，单壁碳纳米管是金属性的；反之则为半导体性的。石墨烯：是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。

库仑阻塞效应：一旦某个电子进入了金属微粒，它将阻止随后的第二个电子再进入同一金属微粒． 因为这样的过程将导致系统总能的增加，所以是不允许发生的过程。

有机太阳能电池：以具有光敏性质的有机物作为半导体的材料，以光伏效应而产生电压形成电流, 实现太阳能发电的效果.2、富勒烯的结构特点。

答：五角环数12个，六角环数因笼大小而异。杂化方式介于SP2和SP3之间，整个表面形成大的一个大的共轭体系。满足欧拉公式，凸多面体定点数（V），面数（F），棱边数（E），V+F-E=2。

3、纳米碳管的性质及其应用。

答：奇异的导电性：可呈金属导电性，也可呈半导体特性；存在库伦阻塞效应；优异的场发射性能。

优异的热学性质：真空下2800℃下保持稳定；导热性能是金刚石的2倍 优异的力学性质：极高的强度和韧性，SWNT杨氏模量高达5Tpa,强度是钢的100倍，而密度只有钢的1/6 应用：场发射显示（LED），冷光电灯泡的灯丝，锂离子电池的负极材料，太阳能的窗口曾和高性能吸附材料。

4、石墨烯的性质及其应用。

答：高强度，高热导率，高载流子迁移率，室温量子霍尔效应，室温铁磁性。应用：场效应晶体管，透明电极，高导热材料，储能器件，传感器。

轻量化材料-铝合金

1、名词

变形铝合金：变形性铝合金是通过冲压、弯曲、挤压等工艺使其组织、形状发生变化的铝合金。分为可热处理强化和不可热处理强化。这类铝合金加热可形成单相α固溶体，塑性好。

超高强铝合金：具有超高强度的铝-锌-镁-铜系合金，是现有铝合金中强度最高的。这类合金可热处理强化，在人工时效状态下使用。

硬铝：指铝合金中以Cu为主要合金元素的一类合金，代号2xxx。

防锈铝：防锈铝主要是Al-Mn系及Al-Mg系合金。因其时效强化效果不明显，所以不宜热处理强化，但可以通过加工硬化来提高强度及硬度。

硅铝明：是以硅为主要合金元素的一类铸造铝合金，可分为简单硅铝明和特殊硅铝明。具有良好的铸造性能、焊接性能、抗蚀性能和足够的力学性能。

2、铝合金的编号（1000~7000 系），各个系列的主要合金元素和性能特点。答：1系：含铝99%以上，也称做纯铝系列，它的特点是导电性好，耐腐蚀性能好，焊接性能好，强度低，不可热处理强化。

2系：以铜为主要合金元素的铝合金，高温强度高，易腐蚀

3系：以锰为主要合金元素的铝合金，不可热处理强化，耐腐蚀性能好，焊接性能好，塑性好，可通过冷加工硬化来加强强度。

4系：以硅为主要合金元素的铝合金，铸造机械性能良好，不常用 5系：以镁为主要合金元素的铝合金，强度塑性高，耐受性能好，不可热处理强化

6系：以镁和硅为主要合金元素的铝合金，中等强度，耐腐蚀性能好，焊接性能好，工艺性能好（易成型），多做锻铝。

7系：以锌镁铜为主要合金元素的铝合金，硬度非常大，焊接性能好，可热处理强化。工艺性能好。

3、铝合金的强化方式。

答：固溶强化：合金元素加入纯铝中，形成铝基固溶体，起固溶强化作用，使其强度提高。铝的合金化一般具有较大的极限溶解度。镁的强化效果最好，锌的强化效果最差。

弥散强化：当加入合金元素过量后，淬火加热时会产生少量Al3Er初生相粒子，冷却后固态中产生弥散分布的Al3Er颗粒，阻碍位错滑移运动。【绕过机制】

细晶强化：加入一些合金元素起形核剂作用，减少基体Al的孕育周期，抑制其长大，晶界变多，对位错塞积阻碍严重，起到强化作用

时效强化：铝合金的热处理强化,主要是由于合金元素在铝中有较大固溶度且随温度降低而急剧减小,故铝合金经加热到一定温度淬火后,可以得到过饱和的铝基固溶体,这种过饱和的铝基固溶体放置在室温或加热到某一温度时,其强度、硬度随时间的延长而提高,塑性、韧性则降低。【切过机制】

4、铝合金时效过程中相结构及组织的变化、及其对性能的影响。

答：相结构及组织变化：α过——α+GP——α+cita”——α+cita’——α+cita 其中GP区，cita”，cita’均为亚稳相，cita为平衡相。

GP区是溶质原子富集的排列有序的，均匀分布在基体上，存在一定的共格应变，起到强化效果；cita”为完全共格，比GP区有更大的共格应变，强化效果更大；cita’为部分共格，接近于平衡相；平衡相完全不共格，晶粒尺寸粗大，降低了强化效果。整个强化过程中存在峰值失效

超高强度钢

1、名词

二次硬化型超高强度钢：经过加热淬火后在480～550℃温度范围回火时，析出合金碳化物产生弥散强化效应，其屈服强度大于1380MPa的超高强度钢 马氏体时效钢：以无碳（或微碳）马氏体为基体的，时效时能产生金属间化合物沉淀硬化的超高强度钢。

沉淀硬化不锈钢：在不锈钢化学成分的基础上添加不同类型、数量的强化元素，通过沉淀硬化过程析出不同类型和数量的碳化物、氮化物、碳氮化物和金属间化合物，既提高钢的强度又保持足够的韧性的一类高强度不锈钢 超细晶粒钢:超细晶粒钢是指通过特殊的冶炼和轧制方法得到的晶粒尺寸在微米级或亚微米级的新一代超强结构钢。

Q&P 钢:淬火-碳分配马氏体钢，采用淬火配分工艺生产一种具有TRIP效应的高强度高韧性的马氏体钢

Q-P-T 钢：淬火-碳分配-回火马氏体钢，采用淬火配分工艺生产，并经过低温回火处理，得到一种强度更高马氏体钢

2、低合金超高强钢的主要合金元素及其作用。答：1.保证钢的淬透性（Cr，Mn，Ni）2.增加钢的抗回火稳定性（V，Mo）

3.推迟低温回火脆性（Si）4.细化晶粒（V，Mo）

5.均能使得Ms点降低下降，淬火冷却到室温时残余奥氏体量增加

3、马氏体时效钢的强化原理和热处理工艺及其应用。

答：原理：利用金属间化合物在含C极低的马氏体中弥散析出来强化（时效强化）

工艺：高温奥氏体——淬火马氏体（合金元素溶解在M中）——时效马氏体（沉淀强化）应用：已在包括火箭发动机壳体，直升飞机起落架，精密模具中得到广泛应用

4、Q&P 和 Q-P-T 过程与强韧化原理。

答：QP：将中高含硅碳淬火至高于室温并在Ms和Mf之间的某一淬火温度，并保温一段时间，使得碳从过饱和的马氏体中分配到奥氏体中去。奥氏体富碳以致在随后冷却到室温的过程中保持稳定不发生马氏体相变。

QPT：通过回火处理，使得一部分碳化物析出强化进一步提高钢的强度。添加了既能析出强化又能细晶强化的元素，Nb，V,Ti。

高温合金

1、名词

铁基(镍、钴)高温合金：以铁钴镍为基体，能在600-1200℃，一定应力条件下适应不同环境短时或长时试用的金属材料。

热疲劳：金属材料由于温度梯度循环引起的热应力循环（或热应变循环），而产生的疲劳破坏现象，称为热疲劳。

持久强度：试样在一定温度和规定的持续时间下，引起断裂的应力称持久强度，反映抗高温断裂能力 晶界强化；向钢中加入一些微量的表面活性元素，如硼和稀土元素等，产生内吸附现象浓集于晶界，从而使钢的蠕变极限和持久强度显著提高的方法

2、高温合金的高温性能要求。

答：高温下的力学性能，高温下的抗腐蚀性能。力学包括：蠕变，持久强度，抗热疲劳，松弛 抗腐蚀性能包括：抗氧化，硫化，热腐蚀等

3、提高高温合金性能的途径和方法。答：结构强化和工艺强化。

结构强化：固溶，沉淀，晶界，碳化物和氧化物强化

工艺强化：定向凝固（消除垂直应力方向晶界），粉末冶金（偏析出降低），快速凝固（组织细化，偏析降低）

第四篇：功能材料

2010-1011学年第2学期《功能材料》期末考试

超轻超宽带电磁波吸收材料研究动态

（海南大学材料与化工学院，材料科学与工程系）

摘 要：结合超宽带新体制雷达的研究动态及军事应用潜力，说明研制超轻超宽带吸波材料的必要性。并就多种新型吸收剂及雷达吸波材料的吸波性能，应用现状等方面做了介绍。关键词：超宽带雷达；新型吸波材料;研究进展

所谓雷达吸波材料(简称吸波材料)是指能够吸收衰减入射的电磁波，并将其电磁能转换成热能而耗散掉或使电磁波因干涉而消失的一类材料［1］。吸波材料在军事中起着无可比拟的作用。1991年在海湾战争中，美方F-117A隐形飞机在历时42天的战斗中执行任务1270架次，摧毁伊军95%的重要军事目标而无一架损毁。但是随着新体制雷达及反隐身技术研究的深入，迫切需要开发吸收强、频带宽、质量轻、厚度薄的新型吸波材料，以使我们在未来的战争中立于不败之地。

1新型雷达吸波材料分类

新型雷达吸波材料分类标准有很多。按吸波原理来分，吸波材料可分为吸波型和干涉型。按材料对电磁波的损耗机理来分，吸波材料可分为导电损耗型、介电损耗型和磁损耗型三类[2]。电损耗型吸波材料按成型工艺和承载能力，又可分为涂层、贴片、泡沫及结构吸波材料等[3] 按材料的成型工艺和承载能力来分，吸波材料可分为涂敷型吸波材料和结构型吸波材料。

1.1涂层型吸波材料

一直以来，对于各种飞行器来说，可行且比较简单的隐身技术主要是在其表面涂上一层吸波层。吸波层的大体做法是将吸收剂(金属或合金粉末、铁氧体、导电纤维等)与粘合剂混合后，涂覆于目标表面形成吸波层。现实中对吸波涂层的要求是薄、轻、宽[4]。薄即厚度薄，轻即质量轻，宽即吸收频带宽。吸波涂层的作用是吸收入射的电磁波，并将电磁能转换成热能损耗掉。涂层型吸波材料可以分为下面几类： 1.1.1铁氧体吸波材料

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铁氧体吸波材料是研究较多而且比较成熟的吸波材料，它在高频下有较高的磁导率，电阻率也较大，电磁波易于进入并快速衰减，因此被广泛地应用在雷达吸波材料领域中。铁氧体吸波材料通常分为尖晶石型铁氧体与六角晶系铁氧体两种类型。国内对铁氧体吸波材料主要有安徽大学，武汉理工大学等。国外的技术要比国内好的多。例如日本Tohoku大学对通过控制BaFe12-xTi0.5Mn0.5）xO19取代量x 调整复数磁导率的大小，能够获得宽的吸收频带，并且混合两种铁氧体能够获得更宽的吸波频带。1.1.2空心微珠吸波材料

空心微珠按其形成的方式,可分为人造微珠和粉煤灰空心微珠。其具有颗粒微细、中空、质轻、耐温高、绝缘、化学性能稳定等特性，故其用途涉及到各个领域[6]。空心微珠的加入不仅会降低材料的密度,而且会提高材料的刚度、强度、绝缘性等。近年来,国外对空心微珠开展了较多研究,美国以3um左右玻璃球为载体,镀上以Ni,Al,W等为损耗层的10nm左右薄膜。当采用厚度为2nm的球形多层颗粒膜时，在8-18GHz频率范围厚度为2.5mm时,吸收率可达-20dB[7]。葛凯勇等利用化学镀镍对空心微珠表面进行镀镍改性,改性后的微珠表面均匀的附着金属镍,用其制备的吸波材料在16.6-18GHz波段吸收率小于-10dB,最大吸收率可达-13dB[8]。

1.1.3纳米吸波涂层材料

纳米材料是指材料组分的特征尺寸处于纳米量级(1 nm-100 nm)的材料[9]。纳米材料具有极好的吸波特性，同时具有宽频带、兼容性好、质量好和厚度薄等特点，其特殊结构引起的量子尺寸效应和隧道效应等，导致它产生许多不同于常规材料的特异性能。以及它的高透过率等诸多优点，很多国家都把纳米材料作为新一代吸波材料加以研究和探索。沈增民等用竖式炉浮游法制备的碳纳米管的外径为40-70nm，内径为7-10nm，长度为50-1000um，碳纳米管呈直线状,用化学镀方法在碳纳米管的表面镀上一层均匀的过渡金属镍。碳纳米管吸波涂层在厚度为0.97mm时，在8-18GHz,反射率<-10dB的频宽为3.0GHz,反射率<-5dB的频宽为4.7GHz。镀镍碳纳米管吸波涂层在厚度为0.97nm时，R<-10dB的频宽为2.23GHz，反射率<-5dB的频宽为4.6GHz[10]。1.1.4多晶纤维吸波材料

多晶纤维吸波材料是靠涡流耗损和磁滞损耗一起构成磁损耗,在外界交变电磁场的作用下,纤维内的自由电子产生振荡运动,产生振荡电流,将电磁波的能量转换为热能而损耗掉。它是一种质轻的磁性雷达波吸收剂,具有吸收强、频带宽、面密度低等特点,克服了大多数磁性吸收剂存在的严重缺点[11]。美国3M公司研制出的亚微米级多晶铁纤维吸波涂层在4-6GHz

[5]

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频带内的反射率低于-5dB，在6-0GHz频带内的反射率低于10dB，在10.5-3.5GHz频带内的反射率低于-20dB[12]。欧洲伽玛(GAMMA)公司研制出一种新型雷达波吸收涂层,采用多晶铁纤维作为吸收剂,这是一种轻质的磁性雷达波吸收剂,可在很宽的频带内实现高吸收效果,且质量减轻40%-60%。据报道,该技术已成功用于法国国家战略防御部队服役的导弹和载入飞行器[11]。

1.1.5手性吸波涂料

手性吸波材料是利用手性物质的旋光色散性吸收电磁波能量的。其具有吸波频率高、吸收频带宽的优点，并可通过调节旋波参量来改善吸波特性在提高吸收性能、扩展吸波带宽方面具有很大潜能[11]。俄罗斯Teriyaki(1995，1996)理论计算了含单圈螺旋体的手性复合体的电磁波反射衰减，0-12GHz最高达35dB，此后他在芬兰与semchenk(2001)一道从理论上报道了电磁波与人造手性体层叠结构吸波材料的相互作用，采用多圈金属螺旋线圈成同轴排列。国内GC.Sun(2000)实验证实，在Fe3O4聚苯胺复合体中加人手性体(3圈铜螺线圈)后，最小反射衰减分别为25dB(未加人时为17.8dB)。国内外的手性吸波实验研究大多采用石蜡、环氧树脂、聚苯胺等进行粘合，康青等人还在混凝土中引人手性吸波材料，其结果令人满意[13]。

1.1.6导电高聚物吸波涂料

导电高聚物是由具有共轭π-键的高聚物经化学或电化学“掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料,其导电机制一般认为是掺杂导电高聚物的载流子是孤子、极化子和双极化子等[8]。美国已研制出一种由导电高聚物复合成的雷达吸波材料。这种吸波材料具有光学透明特性，可以喷涂在飞机座舱盖、精确制导武器和巡航导弹的光学透明窗口上，以减弱目标的雷达回波。这种导电聚合物为聚苯胺混合物，可使材料导电性发生改变，从而提高其对雷达波的吸收能力[14]。

另外，可见光、红外及雷达兼容吸波材料，智能材料等新型的超轻超宽带电磁波吸收材料也是众多材料专家研究的方向。相信不久的将来，关于这方面的成绩就会展现在大家面前。

1.2其它类型的吸波材料

近几年，其他类型材料也在蓬勃发展。例如，而多孔层叠吸波材料[15]具有低体密度、宽吸波频段、强吸收性能等特点，既可应用于测试场背景处理材料，也可将其作为芯材料、武器材料等。夹层结构复合材料是一种典型的轻质、高强度、高刚度的新型材料，其有泡沫夹芯和蜂窝夹芯两种最重要的形式。在航空航人等领域中有着极其重要的应用价值[16]。

结构型吸波材料是一种新型的功能复合材料，它是在涂敷型吸波材料与先进复合材料的

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基础上发展起来的，这种材料既具有复合材料的重量轻、强度高、刚性好等优点，又克服了涂敷型吸波材料的增重大，高速飞行时易脱落等缺点。由于它兼具承载与吸波两大功能，是当代吸波材料发展的主要方向[17]。美国比较注重这方面的研究，国内这方面的研究较少。其热门研究[18]主要有热塑性混杂纱吸波复合材料，多层结构型和多层夹芯结构型吸波复合材料，耐高温结构型吸波复合材料，C/C材料、智能结构型吸波复合材料等。其大部分已经用于实践中。超宽带雷达及反隐身技术研究现状

超宽带雷达(又称冲击雷达或无载波雷达)，指工作带宽大于或等于其中心频率25%的雷达。具有高的距离分辨率、低截获概率、反隐身、抗干扰、抗反辐射导弹、强穿透力等常规雷达无法比拟的优点［19］。自上世纪50年代末开始发展至今，已有200多篇UWB论文在IEEE上发表,获得100多项专例［20］。由于商界的推动及而今的军事需求，超宽带雷达已趋于成熟。下面简单介绍几种新型超宽带雷达。

斯坦福研究所所研制的机载商用雷达，工作频段为200 MHz-400 MHz。还研究出了第一部VHF GPR SAR，工作频段为200 MHz-600 MHz，分辨率为1 m×1 m，带宽达200 MHz×2。美国ARL(Army Research Laboratory)为研究叶簇和地下埋藏目标的基本特性,解决地雷探测问题而研制的低频、宽波束、超宽带基地合成孔径雷达系统撑竿合成孔径雷达(BoomSAR)系统，其带宽宽达60 MHz-1.1 GHz，瞬时带宽1 GHz，距离分辨率小于0.3m［21，22］。

瑞典国防研究军事组织(FOA-Defense Research Establishment)研制出一种超宽带、宽波束机载雷达系统相干全无线电频段传感器(CARABAS)。他的第一代机载SAR传感器CARABASⅠ已于1992年投入使用。第二代CARABASⅡ于1996年10月进行了首次飞行试验，目前处于测试与定标阶段。其频率范围介于20-90 MHz(HF高端和VHF低端)，信号带宽70 MHz，方位向分辨率1.5 m，离向分辨率3m［23］。1994年由美国密歇根环境研究学院升级的UHF UWB SAR，频率范围为215-900 MHz，信号带宽509 MHz，距离向分辨率为0.33 m，方位向分辨率为0.663m［24］。且早已用于海军军事活动中。

美国防御评估研究机构研制的DERA UWB SAR堪称世界带宽最宽、分辨率最高的雷达。其工作频段为200 MHz-3.2 GHz，瞬时带宽为3 G，分辨率为0.5 m×0.05 m(方位向可优于0.3 m)［25］。已经在科索沃地区进行了多次实际军事应用潜力巨大，在未来战争中的作用令人惊叹！

目前许多吸波材料研发技术己经比较成熟，如被称为“铁球”的APP-021吸波涂料、4

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Dallenbach层和Jaumann吸收体等

[26]

。随着隐身技术的发展，反隐身技术也在酝酿。隐身的物体在不同的观察角度，隐身能力是不同的，采用双基地、多基地雷达，即发射机和接收机异地配置，这样就可以接收到隐身物体偏转了的雷达回波，使目标暴露。还可以采用长波雷达，现存隐身技术一般是对付厘米雷达的，波长较长时，隐身性能减弱，因此长波雷达便显示了极大的优势。与此同时，高功率微波束武器由于其可以极易伤害隐身材料，因此也是反隐身技术发展的一个方向

［27］。

3.结束语

综上所述，吸波材料在军事领域中起着举足轻重的作用。虽然新型超轻超宽带电磁波吸收材料的研究已经在各个国家开展，但是目前，只是起步阶段。其在民用方面仅仅用于微波暗室里的测试[28]。现在应用的吸波材料仍存在频带窄、效率低、密度大等缺点，应用范围受到一定限制。在此领域的研究前景还是非常广阔。

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Application Research and Prospects of ultra lightweight and UWB absorbing materials

Abstract ：Combining recent developments of studies and military application potential on the new system UWB radar materials ,the necessity of developing ultra lightweight and UWB absorbing materials will be expounded.And aspects like functions of obsorbing radar and application status of plenty kinds of new system absorbing agent and absorbing materials are introduced.Key words: new system UWB radar；new electromagnetic wave absorbing materials； application research

第五篇：功能材料论文

《功能材料》课程论文

纳米材料及其应用

姓 名： 虎少奇 班 级：金材132班 学 号：***3

材料科学与工程学院

河南科技大学

纳米材料及其应用

摘 要：纳米材料由于其独特的效应，使得纳米材料具有不同于常规材料的特殊用途。近年来，随着科学技术尤其是纳米技术的发展，纳米材料已经从高精尖领域逐渐走到百姓的生活之中，它的科学价值及应用价值逐渐被发现和认识，纳米技术的研究得到了更多的关注。逐渐新兴起的的纳米材料进入人们的眼球，就需要我们对纳米材料进行更多的研究与发展，揭秘其中的奥秘之处，就像人们所认知的那样被大家熟知。为此，我们应该付出更多的努力。本文将带大家探索我们不太熟知的纳米材料的奥秘，关键词：纳米材料；效应；纳米技术；纳米结构；应用范围；

1.纳米材料

纳米级结构材料简称为纳米材料，广义上是三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围超精细颗粒材料的总称。根据2011年10月18日欧盟委员会通过的定义，纳米材料是一种由基本颗粒组成的粉状、团块状的天然或人工材料，这一基本颗粒的一个或多个三维尺寸在1纳米至100纳米之间，并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有颗粒总数中占50％以上。从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000纳米，1纳米=10埃），即100纳米以下。因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。

纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。

2.纳米材料的发展史

1962年，久保提出超微颗粒的量子限域理论，推动了实验物理学家对纳米微粒的探索。第一个真正认识到纳米粒子的性能并引用纳米概念的是日本科学家。他们在20世纪70年代用蒸发法做了超微粒子，并发现，导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。

1984年德国的H.Gleiter教授等合成了纳米晶体Pd, Fe等。并且1987年美国阿贡国立实验室Siegel博士制备出纳米TiO2多晶陶瓷，呈现良好的韧性，在100多度高温弯曲仍不裂。这一突破性进展造成第一次世界性纳米热潮，使其成为材料科学的一个分支。这使得纳米材料飞速发展。1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办《Nanotechnology》和《Nanobiology》两种国际性专业期刊也在同年相继问世。标志着纳米科学技术的正式诞生。今天，纳米科技的发展使费曼的预言已逐步成为现实。纳米材料的奇特物性正对人们的生活和社会的发展产生重要的影响。

纳米材料的发展分为三个阶段：第一个阶段（在1990年以前）主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体（包括薄膜），研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在80年代末期一度形成热潮。研究的对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这类纳米材料称纳米晶或纳米相材料。第二个阶段（1994年以前）是人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料，通常采用纳米微粒与纳米微粒复合，纳米微粒与常规块体复合及发展复合材料的合成及物性的探索一度成为纳米材料研究的主导方向。第三个阶段（1994年以后）主要是纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注，正在成为纳米材料研究的新的热点。

3.纳米材料的五大效应

（1）体积效应

当纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化，这就是纳米粒子的体积效应。

（2）表面效应

表面效应是指纳米粒子表面原子与总原子数之比随着粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。表9-2给出了纳米粒子尺寸与表面原子数的关系。

（3）量子尺寸

粒子尺寸下降到一定值时，费米能级接近的电子能级由准连续能级变为分立能级的现象称为量子尺寸效应。例如，导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体，磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关，比热亦会反常变化，光谱线会产生向短波长方向的移动，这就是量子尺寸效应的宏观表现。因此，对超微颗粒在低温条件下必须考虑量子效应，原有宏观规律已不再成立。

（4）量子隧道

微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度、量子相干器件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产生变化，故称为宏观的量子隧道效应。用此概念可定性解释超细镍微粒在低温下保持超顺磁性等。

（5）介电限域

纳米粒子的介电限域效应较少不被注意到。实际样品中，粒子被空气﹑聚合物﹑玻璃和溶剂等介质所包围，而这些介质的折射率通常比无机半导体低。光照射时，由于折射率不同产生了界面，邻近纳米半导体表面的区域﹑纳米半导体表面甚至纳米粒子内部的场强比辐射光的光强增大了。这种局部的场强效应，对半导体纳米粒子的光物理及非线性光学特性有直接的影响。对于无机-有机杂化材料以及用于多相反应体系中光催化材料，介电限域效应对反应过程和动力学有重要影响。

4.纳米技术

纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产（超微粉、镀膜、纳米改性材料等），性能检测技术（化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能）。纳米加工技术包含精密加工技术（能量束加工等）及扫描探针技术。目前，纳米技术主要应用于“袖珍军团“，微型环状激光器，纳米级微电子软件，超微型计算机等方面。

5.纳米结构

纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础按一定规律构筑或营造的一种新体系。它包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系。对纳米阵列体系的研究集中在由金属纳米微粒或半导体纳米微粒在一个绝缘的衬底上整齐排列所形成的二位体系上。而纳米微粒与介孔固体组装体系由于微粒本身的特性，以及与界面的基体耦合所产生的一些新的效应，也使其成为了研究热点，按照其中支撑体的种类可将它划分为无机介孔复合体和高分子介孔复合体两大类，按支撑体的状态又可将它划分为有序介孔复合体和无序介孔复合体。在薄膜嵌镶体系中，对纳米颗粒膜的主要研究是基于体系的电学特性和磁学特性而展开的。

6.纳米材料的制备

（1）惰性气体下蒸发凝聚法。通常由具有清洁表面的、粒度为1-100nm的微粒经高压成形而成，纳米陶瓷还需要烧结。国外用上述惰性气体蒸发和真空原位加压方法已研制成功多种纳米固体材料，包括金属和合金，陶瓷、离子晶体、非晶态和半导体等纳米固体材料。我国也成功的利用此方法制成金属、半导体、陶瓷等纳米材料。

（2）化学方法：1水热法，包括水热沉淀、合成、分解和结晶法，适宜制备纳米氧化物；2水解法，包括溶胶-凝胶法、溶剂挥发分解法、乳胶法和蒸发分离法等。

（3）综合方法。结合物理气相法和化学沉积法所形成的制备方法。其他一般还有球磨粉加工、喷射加工等方法。

6.纳米材料的应用范围

就目前而言，纳米材料应用主要是天然纳米材料，纳米磁性材料，纳米陶瓷材料，纳米传感器，纳米倾斜功能材料，纳米半导体材料，纳米催化材料，纳米计算机，纳米碳管，医

疗应用，家电，环境保护，纺织工业，机械工业等方面。而被我们所了解的纳米材料大概就有纳米磁性材料，纳米陶瓷，纳米半导体材料了。

（1）纳米磁性材料

在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。

（2）纳米陶瓷材料

传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使纳米材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度和化学稳定性，而内部仍具有纳米材料的延展性的高性能陶瓷。（3）纳米半导体材料

将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料，具有许多优异性能。例如，纳米半导体中的量子隧道效应使某些半导体材料的电子输运反常、导电率降低，电导热系数也随颗粒尺寸的减小而下降，甚至出现负值。这些特性在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。

利用半导体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的新型太阳能电池。由于纳米半导体粒子受光照射时产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能力，因而它能氧化有毒的无机物，降解大多数有机物，最终生成无毒、无味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半导体纳米粒子利用太阳能催化分解无机物和有机物。

总之，纳米材料存在我们生活中一切事物之中，只是我们没有发现而已，就像鸽子大脑里的导航，生活的一些半导芯片，很多的精密仪器之中都可能存在纳米材料。纳米材料已经在我们身边大量事物中出现。它的应用前景非常广阔，我们应该更深一步的研究纳米材料，揭开其神秘的面纱。

参考文献

1.丁秉钧，《纳米材料》，普通高等教育材料科学与工程专业规划教材，2011-07-27；

2.原继红，黄楠，韩晓云，康传红，孙治尧，闫尔云，纳米材料的应用，《绥化学院学报》2012年第1期 184-186, 3.王仁清，纳米材料的应用，《中国科技信息》，2004年第22期 19,21，课程学习后的收获与建议： 收获：

自当学习了功能材料之后，我便从中更深一步了解到了材料的本质，这对我们材料专业的学生来说无疑是最有帮助的，我们是学习材料的，就必须从材料的多个层面去了解，并且熟悉材料，这样才可以更加熟悉的运用材料的特性，掌握材料的本质。学习本课程之后，我们便可以从只知道材料的一些浅显的的特性像更深一层的特性去了解掌握。例如导电陶瓷的原理，铁电体，压敏陶瓷，气敏陶瓷等等这些我们听过和没有见识过的材料和材料方面的其他知识。就拿形状记忆合金来说，我们能想到的是它会记忆自己的形态，就像之前学过的Ti合金一样，但是，却没有了解它的基本原理，不知道合金的这种记忆效应是由合金的 “相变化”来实现的，随着温度的改变，合金的结构从一相转变到另一相。

总而言之，学习这门课程对我们来说还是收益颇多的，对我们今后的学习工作都将有颇为重要的作用。

建议：

总的来说对这门课程还是比较感兴趣的，当初选这门课程就是冲着自己的兴趣去的，龙老师对这门课程也是投入了大量的精力，讲课也是相当认真负责；但是，由于课程内容比较抽象，同学们的热情并不是很高。要是实验的内容占大部分的比例，或许更容易去理解和感受，更有兴趣去了解功能材料。希望在今后的学习中，老师可以带领我们多去实验室，在动手过程中帮我们指导学习。