前沿材料科学ppt课件.ppt

前沿材料科学前沿材料科学一、课程的目的：二、课程教学内容：第二章纳米科学第三章超导科学第四章半固态加工科学第五章超声加工科学第六章激光加工科学主要教学参考书：考核方式：三、前沿科学及其交叉1复合材料科学及其交叉二十世纪九十年代，美国和前苏联等的科学家进行声学研究与复合材料研究交叉1.2复合材料科学与纳米加工科学的交叉1.3复合材料科学与磁学科学的交叉半固态加工处于固液二相区，可利用挤压手段将含有杂质的液体挤出，留下初生纯固相，然后再从新进行半固态挤压，进一步提纯，这样一次一次地提纯，最后就可获得超纯材料3超声振动科学及其交叉超声振动科学与冶金科学交叉图0-1铝铅合金从上述前沿科学及其交叉的介绍可见，前沿科学交叉一方面拓宽了其本身研究领域，另一方面也给其它科学带来了勃勃生机，成功地解决了各领域中存在的难题，使得现代科技产生了史无前例的飞跃。第一章复合材料科学复合材料：由二种或二种以上材料组合的新材料，其中含量多的称为基体，含量少的称为添加体特点：具有相补效应，即各组分复合后可以相互弥补各自的弱点，形成优异的综合性能§1.2复合材料的分类、研究方法按用途分：结构复合材料功能复合材料按基体分：金属基复合材料陶瓷基复合材料聚合物基复合材料金属基复合材料：以金属（铝合金、金属间化合物）为基体的各种复合材料。陶瓷基复合材料：是以陶瓷、玻璃和玻璃陶瓷为基体的复合材料。如玻璃钢（玻璃纤维增强塑料），强度是钢的3~4倍，密度为1/4~1/16；导电塑料等。1.2.2复合材料的研究§1.3复合材料的加工技术2.液相复合技术3.其它技术§1.4复合材料科学与其它科学的交叉复合材料科学与纳米加工科学的交叉复合材料学科与磁学学科的交叉§1.5小结三、复合材料的分类按性能高低分：常用复合材料、先进复合材料；按用途分：结构复合材料、功能复合材料；按基体分：金属基复合材料、陶瓷基复合材料和聚合物基复合材料；按添加体分：颗粒复合材料、纤维复合材料和层片复合材料。四、复合材料的研究集中在：界面研究和可靠性研究08Al钢板目前典型的成形方法图1-3固固相复合界面工艺简单，能耗小；界面形成冶金结合，结合强度大，60MPa；符合材料发展方向，其研究占主导地位。固液相成形存在的问题图1-6理想的界面层钢板复合界面结构图1-10高频振动复合成形第二章纳米科学2.1.1纳米的概念小尺寸效应：纳米材料中的微粒尺寸小到与光波波长或德布罗意波波长、超导态的相干长度等物理特征相当或更小时，晶体周期性的边界条件被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，使得材料的声、光、电、磁、热、力学等特性出现改变而导致新的特性出现的现象。表面效应：纳米材料由于其组成材料的纳米粒子尺寸小，微粒表面所占有的原子数目远远多余相同质量的非纳米材料粒子表面所占有的原子数目，单位质量粒子表面积的增大，表面原子数目的聚增，使原子配位数严重补助不足，高表面积带来的高表面能，使粒子表面原子极其活跃，很容易与周围的气体反应，也容易吸附气体，这一现象称为表面效应。量子尺寸效应：在纳米材料中，微粒尺寸达到与光波波长或其他相干波长等物理特征尺寸相当或更小时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散并使能隙变宽的现象叫纳米材料的量子尺寸效应。几十年来，形成了系统的纳米材料科学，纳米科技已经在材料与制造（纳米陶瓷）、微电子、光电子与计算机（磁盘）、医学与健康（纳米药）、生物工程与农业（基因改变）、环境与能源（处理污水）、航空与航天（纳米涂料）、国家安全（吸波材料）等广泛领域得到应用。1.2.1纳米材料的分类1.纳米颗粒：是指线度处于1~100nm之间的粒子聚合体。2.纳米固体:是由纳米微粒聚集而成的凝聚体。按微粒结构状态可分为：按组成材料相数多少可分为：3.纳米组装体系:由人工组装合成的纳米结构的材料体系称为纳米组装体系。2.2.2纳米材料的研究§2.3纳米材料的加工技术1.物理法1）惰性气体沉淀技术3）热物理技术2.化学法1）化学沉淀技术2）水热技术4）溶胶-凝胶技术3.综合法二、纳米膜的加工技术1）还原技术2）溅射技术是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质在衬底表面上进行化学反应生成薄膜的技术。2.4.1纳米材料学科与计算机学科的交叉2.4.2纳米材料学科与军事学科的交叉2.4.3纳米材料学科与磁学学科的交叉§2.5本章小结三、纳米材料的分类第三章超导科学3.1.1超导的概念零电阻特性：任何超导材料的电阻均为零。完全抗磁性（零磁感）：在超导状态下，超导材料在磁场作用下，表面产生一个无损耗感应电流，这个电流产生的磁场与外加磁场大小相等、方向相反，因此超导材料内磁感应强度为零，即B=0，此即为完全抗磁性。3.2.1超导材料的分类一、常规超导材料二、高温超导材料（>30K）+高温超导材料（>30K）主要有：地