第七章 新材料.ppt

新材料的定义 新材料是指新近发现的在成分、组织结构和性能等方面不同于传统材料的材料。主要包括：纳米材料、碳材料、非晶合金、生物材料、超导材料、环境材料等。 还有一些传统材料，由于采用了新工艺，使其性能得到较大改善，也可看做新材料。 另一说法是指为高技术领域,如信息、生物、新能源、航天航空、海洋、环境等高技术的发展提供的先进材料。 新材料与传统材料的对比 建筑 交通 超导磁悬浮列车 西南交通大学已研制成功全国唯一一辆“世纪号”超导磁悬浮列车，这种高温超导磁悬浮列车最大特点就是乘坐平稳、安全和快捷。和世界上最先进的轻轨列车比较，它没有一点轰隆隆的噪声，十分安静。 能源 新能源材料则是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料。 主要包括储氢电极合金材料为代表的镍氢电池材料 嵌锂碳负极和LiCoO2正极为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料 Si半导体材料为代表的太阳能电池材料 铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料等。 核能材料 电子管——晶体管——集成电路 生物、生活－材料技术的发展改变我们的生活 （2）在化工产品中的应用 纳米粒子表面积大、表面活性中心多，为做催化剂提供了必要的条件。如：利用纳米镍粉作为火箭固体燃料反应催化剂，燃烧效率可提高100倍 。 （3）在电子工业产品中的应用 纳米材料达到单畴临界尺寸，产生很高的矫顽力，可用于制成各种磁卡，用于信息存储系统。 纳米敏感材料 纳米电磁波、光波吸收材料 2、碳纤维 碳纤维是一种主要由碳元素组成的特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有碳素材料的特性，如耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各项异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，有很高的比强度。碳纤维是由含碳量较高、在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。 碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，做成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。碳纤维复合材料在高温条件下以及对材料强度、刚度、重量、疲劳度等有苛刻要求的应用领域具有很强的优势。碳纤维及其复合材料是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而发展起来的，在航空航天领域有着极其重要的应用。此外，还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。 三 富勒烯 1985年，美国化学家史莫利与英国化学家科尔托利用激光照射石墨，使其蒸发而成碳灰。质谱分析发现，这些碳灰中含有两种不明物质，其分子量分别为碳的60倍与70倍，故将它们分别命名为 C60与C70。C60中20个正六边形和12个正五边形构成圆球形结构，共有60个顶点，分别由60个碳原子所占有，经证实它们属于碳的第三种同素异形体，命名为富勒烯 (Fullerene）。 后来人们又发现了碳纳米管和洋葱状富勒烯。 2、纳米材料的发展与重要性 纳米材料是80年代初发展起来的新材料领域，它具有奇特的性能和广阔的应用前景，被誉为跨世纪的新材料，引起了科学界和企业界的极大关注。一些国家政府高度重视纳米材料，先后将其列入美国的“星球大战”、欧洲的“尤里卡”及日本的“高技术探索研究”等高技术研究计划，发展迅速。我国也及时地编制“863”计划，对其进行跟踪和研究开发，国家火炬计划重点支持研究成果向生产力的转化，使纳米材料的研究开发取得了可喜的进展。 3、纳米材料的特性 纳米材料具有极佳的力学性能，如高强、高硬和良好的塑性。 纳米材料的表面效应和量子尺寸效应对纳米材料的光学特性有很大的影响。 纳米材料具有特殊的导电性，当晶粒尺寸达到纳米量级，金属会显示非金属特征。 　　纳米材料与常规材料在磁结构方面的很大差异，具有特殊磁学性能。 　　纳米材料的比表面积／体积很大，因此它具有相当高的化学活性，在催化等，敏感和响应等性能方面显得尤为突出。 4、纳米材料的应用 纳料材料由于具有特异的光、电、磁、热、声、力、化学和生物学性能，广泛应用于宇航、国防工业、磁记录设备、计算机工程、环境保护、化工、医药、生物工程和核工业等领域。不仅在高科技领域有不可替代的作用，也为传统产业带来生机和活力。 （1）在结构材料中的应用 纳米Co－WC的硬度提高一倍以上，且韧性和耐磨性均显著改善。 纳米氧化铝添加到氧化铝陶瓷中，显著地起到增强和增韧作用。 在硬度高的，耐磨涂层中添加纳米相，可进一步提高涂层的硬度和耐磨性能，并保持较高的韧性。 （4）在环保健康、医药卫生领域的应用　 在传统表面涂层技术中，可以用纳米技术来加以改造