绿色建筑与生态材料.ppt

19十一月2024本节提纲1化学与材料材料(material)：经过某种加工后具有一
定组成，结构和性能，适合于某种用途的物质。从性能上可分为：
结构材料:具有一定强度、韧性和塑性等
力学性能的材料。
功能材料:具有电、磁、光、声和热等特
殊效应和功能的材料。

从组成上可分为：金属材料、无机非金属
材料、有机高分子材料和复合材料等。1.复合材料概论复合材料(compositematerial)是有机高分子、无机非金属或金属等几种不同材料，通过复合工艺组合而成的新型材料。或者说是由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料组合而成的多相固体材料。复合材料按增强相形状
可分为三类：
1纤维增强复合材料
2层合增强复合材料
3颗粒增强复合材料按基体相材料类型可分为三类：

1树脂基复合材料

2金属基复合材料

3陶瓷基复合材料
1.比强度和比模量高
比强度（抗拉强度与密度之比）和比模量(弹性模量与密度之比)高，说明材料轻而且刚性大。
2.良好的抗疲劳性能
疲劳是材料在循环应力作用下的性质。复合材料能有效地阻止疲劳裂纹的扩展。3.减振性能好
在工作过程中振动问题十分突出，复合材料为多相系统，大量的界面对振动有反射吸收作用。且自振动频率高，不易产生共振。
4.高温性能好
复合材料在高温下强度和模量基本不变。以树脂为基体，玻璃纤维为增强材料制成
的复合材料。
玻璃纤维是由熔
融的玻璃经快速拉伸,
冷却所形成的纤维。
玻璃纤维增强工程塑
料即玻璃钢。由于玻璃钢比重小、强度高、耐腐蚀、
耐燃且成型性能好，现已广泛用于汽车车身、
氧气瓶、轻型船体及石油化工的管道、阀门等。
缺点是刚性差，易变形，耐热性能差，
易老化。碳纤维增强材料与树脂基体组成的材料称为碳纤维增强复合材料。
这类材料保持了玻璃钢的许多优点，而且性能优于玻璃钢。因此
可作宇宙飞行器的外层
材料，人造卫星和火箭
的机架、壳体等。硼纤维是一种强度、刚度均比碳纤维高的纤维。硼纤维增强复合材料是硼纤维增强材料与树脂基体组成的复合材料。用作高温材料，但因为价格昂贵，应用受到限制。主要用于航
空工业。双层金属复合材料是将特性不同的两种金属，用胶合或者熔合铸造、热压、焊接、喷涂等方法复合在一起以满足某种性能要求的材料。夹层复合材料是性质完全不同的表面材料与芯材复合而成的一种材料。颗粒复合材料是一种或多种材料的颗粒均匀分散在基体材料内所组成的材料。5.4.4纳米材料1990年7月，第一届国际纳米科学技术(NanoScienceandTechnology,简称NST)会议在美国巴尔的摩召开，标志着纳米科学技术的正式诞生。纳米材料既不同于宏观物体，又不同于微观粒子，正好处于中间地带。具有纳米尺度的物质由于其结构的特殊
性，使纳米材料具有许
多特殊的性能。(1)小尺寸效应：当颗粒尺寸减小到纳米量级时，一定条件下导致材料宏观物理、化学性质发生变化。
由于比表面积大大增加，使纳米材料具有极强的吸附能力。如光吸收显著增强；纳米陶瓷可以被弯曲，其塑性变形可达100%；纳米微粒的熔点低于块状金属，如块状金熔点为1337K，而2nm的金微粒的熔点只有600K。(2)表面效应：指纳米粒子表面原子数与总原子数之比，随粒径的变小而急剧增大后所引起性质上的变化。
例如，5nm的粒子，表面原子占50%；而2nm的粒子，表面原子占80%。(4)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。纳米粒子的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。扫描隧道显微镜的基本原理就是基于量子隧道效应.
宏观量子隧道效应限定了磁带、磁盘进行信息存储的时间极限。2纳米材料的制备化学气相反应法中的等离子体化学气相合成是目前最先进的一种方法，其制备过程为：
产生等离子体→原料蒸发→化学反应→冷却凝聚→颗粒捕集→尾气处理
我国近来利用该法成功地合成出纳米Si3N4粉体，平均粒度为20nm，纯度达97%。化学气相沉淀法:在制备SiC-C纳米复
合材料时,采用SiCl4-C3H8-H2系统,在Si/C比为0~2.8的条件下,最佳温度为1600K时,可获得SiC-C纳米级粉体.液相法是以均相溶液为出发点，通过各种途经使溶质和溶剂分离，溶质形成一定形状和大小的颗粒，热解后得到纳米微粒。
液相法包括沉淀法、水解法、喷雾法、乳液法、溶胶—凝胶法、电解法、溶剂蒸发法和熔融法等。
水解法(金属醇盐法)：金属醇盐是金属与醇类物质反应，生成含M-O-C键的金属有机化合物，例如，
M+xROH→M(OR)x+x/2H2
金属醇盐能溶于有机溶剂，加水后很容易分解成金属的氧化物、水氧化物和水合物等沉淀，经过滤，干燥，焙烧等过程就可得到纳米粒子。
溶胶-凝胶(Sol-Gel)法的基本