材料化学第六章.ppt

第六章 新型功能材料 绪论 新型功能材料：具有电、磁、光、声、热、力学、生物、化学等特殊性质的材料。 领域：信息、能源、生物、环保、空间等高技术领域以及农业、化工建材等领域。 主要内容： 形状记忆合金，液晶材料 ，超导材料 一、形状记忆合金(Shape Memory Alloy) 1、形状记忆合金 合金的形状被改变后，一旦加热到一定的跃变温度时，又可魔术般地恢复原状。 “记忆”的原因：外界温度的提高 2、发展 1932年，瑞典人在金镉合金中首次观察到“记忆”效应； 1951年，美国也发现金镉合金通过简单加热恢复原形。 1963年，美国研制钛镍（1：1）合金进一步证实记忆效应。 1971年，发现铁基记忆合金。 3、类型 金镉系、镍钛系、铜系和铁系合金 4、应用 工程：最早用于制作管接头和紧固件。 航天：镍钛系合金→制造人造卫星天线（卷入卫星体内，当 卫星进入轨道后，借助于太阳热能或其他热源能在太 空展开） 医学：血栓过滤器，脊柱矫形棒、牙齿矫形唇弓丝、人工关 节、人造心脏等。 汽车外壳：用形状记忆合金制作的汽车被撞瘪一块时，浇上 一桶热水就可以恢复原有的形状。 安全报警装置 等 工程方面：最早用于制作管接头和紧固件 航天：卫星天线（卷入卫星体内，进入轨道后，借 助于太阳热能或其他热源在太空展开） 5 机理 — 弹性马氏体相变 形状记忆效应：利用合金的马氏体相变与其逆转变的特性 在高温下将处理成一定形状的合金急冷下来，再在低温 下经塑性变形成另一种形状，然后加热到一定温度，此时合 金产生马氏体相变，并逐渐恢复到低温变形前的原始状态。 通常形状记忆合金的这种马氏体相变为可逆的热弹性马 氏体相变，即随温度下降马氏体长大，温度升高马氏体缩小， 马氏体的长大、缩小随温度而弹性变化。 6、记忆效应类型： 一次记忆:加热回复原形后，再改变温度，物体不再 改变形状。 可逆记忆:不但能记忆高温形状，而且也能记忆低温 的形状。 全方位记忆:除可逆记忆外，当温度比较低时，物体 的形状向与高温形状相反的方向变化。 加热比冷却时回复力大很多。 新型功能材料 形状记忆合金 类型—金镉系、镍钛系； 机理—弹性马氏体相变； 液晶 结构—固、液之间，有序 （液态流动特性 + 晶体的光学特性） 超导材料 二、液晶材料 1 液晶：处于固态和液态之间具有一定有序性的 有机物质。 （液态流动特性 + 晶体的光学特性） 2 转变过程： 有机晶体-（T1)→混浊液体-(T2)→透明液体 液晶（各向异性） 4 发展 1888年，奥地利植物学家，观察安息香酸胆固醇的融解行为， 发现加热至145度时呈白浊状液体,至179度才形成均 相性液体 1890年,德国物理学家,偏光显微镜发现，白浊液体具有异方性 结晶所特有的双折射率，故命名为液晶. 50年代，迅速发展。 70年代：我国开始研究。 90年代：中科院长春物理所、电子部南京五十五所、清华大学 3 液晶的性质与应用 显示器：电光效应、热效应、光化学效应。 洗涤剂：乳化效应 三、超导材料 1、简介 特征：1）超导电性—某低温下电阻为零 2）完全抗磁性—超导体内磁通为零 参数：临界温度Tc， 临界磁场强度Hc， 临界电流密度Jc 超导材料：临界条件下具有超导性的物质。 应用特点：没有电阻→无热耗，节省电能，减小设备体积 2 研究进展 1911年，荷兰低温物理学（家昂尼斯）发现： 水银4.2k电阻消失→超导； 进一步研究：除水银，26种金属具有超导，但10k以下； 继续研究：合金，需液氦（-269℃）制冷→低温超导； 应用—加速器，聚变装置，核磁共振等 问题— 温度Tc低，成本高 1986年前， Tc=23.2k（仍是1973年结果）； 1986年,瑞士，美国，日本宣布：Ba-La-Cu-O体系Tc=30k； 1987.2，中国科学院宣布：Y- Ba-Cu-O体系Tc=93k 液氮（-195℃）制冷→高温超导 3、应用前景 1）超导电机：超导线圈→铜线圈