3.5 新材料简介(课件）-高一《机械基础》同步教学（人民邮电版）

3.5 新材料简介 3.5.1 新型的高温材料 1．高温合金 2．弥散强化合金 3．难熔合金 4．陶瓷材料 3.5.2 形状记忆材料 1．形状记忆材料工程方面应用 2．形状记忆材料在医学方面应用 3.5.3 超导材料 1．超导材料的分类 （1）超导元素 （2）合金材料 （3）超导化合物 （4）超导陶瓷 2．超导材料的应用 3.5.4 非晶态材料 1．非晶态材料的特性 （1）力学性能具有高的强度和硬度。 （2）耐蚀性非晶态合金具有很强的耐腐蚀能力。 （3）电性能与晶态合金相比，非晶态合金的电阻率显著增高（2～3倍）。 （4）软磁性非晶态合金磁性材料具高导磁率、高磁感、低铁损和低矫顽力等特性，且无磁各向异性。 2．非晶态材料的应用 3.5.5 纳米材料 1．纳米材料的分类 纳米材料的分类方法有很多，常见纳米材料的分类形式如表3.25所示。 分 类 方 式 类 别 按纳米颗粒结构状态 纳米晶体材料 纳米非晶态材料 按材料性质 纳米金属材料 纳米陶瓷材料 纳米复合高分子材料（纳米塑料、纳米橡胶、纳米胶粘剂、纳米涂料、纳米纤维） 按组成相数量 纳米相材料（由单相微粒构成的固体） 纳米复相材料（每个纳米微粒本身由两相构成） 表3.25 纳米材料分类的常见形式 2．纳米材料的特性 运用纳米技术，将物质加工到100nm以下尺寸时，由于它的尺寸已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，如熔点、磁性、导热、导电特性等，往往产生既不同于微观原子、分子，也不同于该物质在整体状态时所表现的宏观性质，也即纳米材料表现出物质的超常规特性，主要有4个方面（见表3.26）。 分 类 方 式 类 别 体积效应（小尺寸效应） 当粒径减小到一定值时，纳米材料的许多物性都与颗粒尺寸有敏感的依赖关系，表现出奇异的小尺寸效应。如，对于粗晶状态下难以发光的半导体Si、Ge等，当其粒径减小到纳米量级时会表现出明显的可见光发光现象，并随着粒径的进一步减小，发光强度逐渐增强，发光光谱逐渐蓝移；又如，在纳米磁性材料中，随着晶粒尺寸的减小，样品的磁有序状态将发生本质的变化，粗晶状态下为铁磁性的材料，当颗粒尺寸小于某一临界值时可以转变为超顺磁状态，当金属颗粒减小到纳米量级时，电导率已降得非常低，这时原来的良导体实际上会转变成绝缘体 表面与界面效应 粒子的尺寸越小，表面积越大。纳米材料中位于表面的原子占相当大的比例，随着粒径的减小，引起表面原子数迅速增加。如粒径为10nm时，比表面积为90m2/g；粒径为5nm时，比表面积为180m2/g；粒径小到2nm时，比表面积猛增到450m2/g。这样高的比表面，使处于表面的原子数越来越多，使其表面能、表面结合能迅速增加致使它表现出很高的粒子化学性 量子尺寸效应 当粒子尺寸下降到最低值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级现象称为量子尺寸效应。1993年，美国贝尔实验室在硒化镉中发现，随着粒子尺寸的减小，发光的颜色从红色变成绿色进而变成蓝色，有人把这种发光带或吸收带由长波长移向短波长的现象称为“蓝移” 宏观量子隧道效应 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。用此概念可定性地解释超细镍微粒在低温下继续保持超顺磁性。科学工作者通过实验证实了在低温下确实存在磁的宏观量子隧道效应。这一效应与量子尺寸效应一起，确定了微电子器件进一步微型化的极限，也限定了采用磁带磁盘进行信息储存的最短时间 表3.26 纳米材料的四个超常规特性 3．纳米材料的应用 （1）医药 （2）电子计算机和电子工业 （3）环境保护 （4）纺织工业 （5）机械工业 图3.9 服务器 图3.10 纳米衣服和鞋子 3.6 企业现场参观、材料选用调查 1．调查目的 2．调查方法 3．调查任务 4．调查过程 $