復(fù)合材料學(xué)導(dǎo)論課件

1、復(fù)合材料(f h ci lio)學(xué) 材料(cilio)學(xué)院卞軍共一百五十二頁(yè)引言(ynyn)一、課程介紹(jisho)1、課程性質(zhì)：2、課程內(nèi)容：3、課程目標(biāo)：4、學(xué)科產(chǎn)生的背景：共一百五十二頁(yè)引言(ynyn)人類為了謀求生存和發(fā)展，企求用理想材料制成新工具的愿望總是隨著歷史的發(fā)展不斷探索不斷前進(jìn)。因此，人類發(fā)展的歷史就和材料的發(fā)展的歷史息息相關(guān)。研究人類歷史的人們都可以清楚地知道，人類歷史上各方面的進(jìn)步是與新材料的發(fā)現(xiàn)、制造和應(yīng)用分不開(kāi)的。歷史學(xué)家把人類發(fā)展史劃分(hu fn)為： 石器時(shí)代、陶器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代。 其后人類又發(fā)明了高分子材料、先進(jìn)復(fù)合材料和智能材料。 共一百五十二

2、頁(yè) 人類從天然物質(zhì)中選擇提煉出人類生活所必要的物質(zhì)而加以利用。 制造這些物質(zhì)有兩種方法：一種是利用了化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)合成；另一種是通過(guò)組合兩種以上的物質(zhì)，制成具有更高性能的材料(cilio)。用后一種方法制造出的物質(zhì)稱之為復(fù)合材料。 共一百五十二頁(yè)科學(xué)(kxu)中的復(fù)合思想復(fù)合是自然界的基本規(guī)律天然材料(cilio)是最完美的材料(cilio)， 人的心臟，75*60分*24小時(shí)*365天*80年 =3，153，600，000跳/一生 該完美的特性就來(lái)源于復(fù)合與自修復(fù) 共一百五十二頁(yè) 生命體是多層次意義上的復(fù)合體系：生命體基本單位-細(xì)胞，是細(xì)胞膜、細(xì)胞基質(zhì)、細(xì)胞核的復(fù)合體，各自擔(dān)任營(yíng)養(yǎng)、信息表達(dá)

3、和力學(xué)支撐(zh chng)的作用。即使細(xì)胞膜也是有磷脂雙分子層，蛋白質(zhì)組成的復(fù)合功能體系。 共一百五十二頁(yè) 共一百五十二頁(yè)2.復(fù)合(fh)是科學(xué)的基本思想 諾貝爾獎(jiǎng) 白川英樹(shù) 導(dǎo)電(dodin)聚合物 vs導(dǎo)電復(fù)合材料 超分子科學(xué)3. 材料的復(fù)合化是材料發(fā)展的基本趨勢(shì) 共一百五十二頁(yè)The Materials Science Tetrahedron材料科學(xué)四面體結(jié)構(gòu)(jigu)固有(gyu)特性制作方法測(cè)定性能使用性能性能價(jià)格比Cost(price)performance共一百五十二頁(yè)復(fù)合材料(f h ci lio)的定義復(fù)合材料(Composite materials)，是由兩種或兩種以上

4、不同性質(zhì)的材料，通過(guò)物理或化學(xué)的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹(shù)脂(h chn sh zh)、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細(xì)粒等。共一百五十二頁(yè)復(fù)合材料(f h ci lio)的定義 復(fù)合材料是由兩種或兩種以上異質(zhì)、異形、異性的材料復(fù)合形成的新型材料。一般由基體組元與增強(qiáng)體或功能組裝所組成。 復(fù)合材料可經(jīng)

5、設(shè)計(jì)(shj)，即通過(guò)對(duì)原材料的選擇、各組份分布的設(shè)計(jì)(shj)和工藝條件的保證等，使原組份材料優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ)，因而呈現(xiàn)出色的綜合性能。共一百五十二頁(yè)共一百五十二頁(yè)共一百五十二頁(yè)復(fù)合材料(f h ci lio)的命名 把增強(qiáng)材料的名稱放在前面，基體材料的名稱放在后面(hu mian)來(lái)命名，如碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料或碳/環(huán)氧復(fù)合材料。共一百五十二頁(yè)分類(fn li)1、材料(cilio)的分類：按化學(xué)性質(zhì)分：金屬和非金屬材料按物理性質(zhì)分：絕緣，磁性、透光，導(dǎo)電、半導(dǎo)體材料等。按用途分：航空、建筑、包裝材料等。2、復(fù)合材料的分類：共一百五十二頁(yè)分類(fn li)復(fù)合材料(f h ci lio)是一種混合物

6、。在很多領(lǐng)域都發(fā)揮了很大的作用，代替了很多傳統(tǒng)的材料。復(fù)合材料按其組成分為：金屬與金屬?gòu)?fù)合材料、非金屬與金屬?gòu)?fù)合材料、非金屬與非金屬?gòu)?fù)合材料。共一百五十二頁(yè)分類(fn li)按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又分為：纖維復(fù)合材料。將各種纖維增強(qiáng)體置于基體材料內(nèi)復(fù)合而成。如纖維增強(qiáng)塑料、纖維增強(qiáng)金屬等。夾層復(fù)合材料。由性質(zhì)不同的表面(biomin)材料和芯材組合而成。通常面材強(qiáng)度高、??；芯材質(zhì)輕、強(qiáng)度低，但具有一定剛度和厚度。分為實(shí)心夾層和蜂窩夾層兩種。細(xì)粒復(fù)合材料。將硬質(zhì)細(xì)粒均勻分布于基體中，如彌散強(qiáng)化合金、金屬陶瓷等?；祀s復(fù)合材料。由兩種或兩種以上增強(qiáng)相材料混雜于一種基體相材料中構(gòu)成。與普通單增強(qiáng)相復(fù)合材料比，其

7、沖擊強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和斷裂韌性顯著提高，并具有特殊的熱膨脹性能。分為層內(nèi)混雜、層間混雜、夾芯混雜、層內(nèi)層間混雜和超混雜復(fù)合材料。 共一百五十二頁(yè)復(fù)合材料(cilio)按基體材料(cilio)分類共一百五十二頁(yè)復(fù)合材料按功能(gngnng)分類共一百五十二頁(yè)復(fù)合材料(f h ci lio)的組成共一百五十二頁(yè)復(fù)合材料(f h ci lio)的性能特點(diǎn) 比強(qiáng)度、比剛度（比模量）大； 性能(xngnng)可設(shè)計(jì)； 易制成結(jié)構(gòu)件； 各向異性、非均勻性等。 以聚合物基復(fù)合材料為例：共一百五十二頁(yè) 1. 比強(qiáng)度和比模量高 比強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度與密度之比）和比模量(彈性模量(tn xn m lin)與密度之比)高

8、，說(shuō)明材料輕而且剛性大。 2. 良好的抗疲勞性能 疲勞是材料在循環(huán)應(yīng)力作用下的性質(zhì)。復(fù)合材料能有效地阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展。共一百五十二頁(yè) 3. 減振性能好 在工作過(guò)程中振動(dòng)問(wèn)題十分突出，復(fù)合材料為多相(du xin)系統(tǒng)，大量的界面對(duì)振動(dòng)有反射吸收作用。且自振動(dòng)頻率高，不易產(chǎn)生共振。 4. 高溫性能好 復(fù)合材料在高溫下強(qiáng)度和模量基本不變。共一百五十二頁(yè) 5. 各向異性和性能可設(shè)計(jì)性 復(fù)合材料的性能與纖維，基體的種類和含量有關(guān)，還與纖維的排列方向，鋪層次序和層數(shù)有關(guān)?？梢愿鶕?jù)實(shí)際使用時(shí)的載荷分布和使用條件，采取相應(yīng)的材料和鋪層設(shè)計(jì)來(lái)滿足需要。 6. 材料與結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性 復(fù)合材料的制造和制品(zhp

9、n)的成型一次完成。共一百五十二頁(yè)復(fù)合材料的其它性能(xngnng)特點(diǎn)1、過(guò)載時(shí)安全性好2、具有多種功能性3、有很好的加工(ji gng)工藝性缺點(diǎn)：穩(wěn)定性稍差，耐溫和老化性差，層間剪切強(qiáng)度低等共一百五十二頁(yè)現(xiàn)代復(fù)合材料(f h ci lio)學(xué)科 包括增強(qiáng)材料、基體材料、界面粘結(jié)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、成型(chngxng)工藝、性能測(cè)定等方面并逐步形成了一門與化學(xué)、物理、力學(xué)及各種應(yīng)用學(xué)科有關(guān)的跨學(xué)科的、有著廣泛內(nèi)在聯(lián)系并互相滲透和互相推動(dòng)的材料學(xué)科。 共一百五十二頁(yè)復(fù)合材料在21世紀(jì)中應(yīng)起的作用 IT產(chǎn)業(yè)和航天航空領(lǐng)域： 信息獲得：熱電材料 信息處理：散熱板 信息存儲(chǔ)：磁盤，光盤 信息傳輸：光導(dǎo)纖

10、維 信息執(zhí)行(zhxng)：壓電復(fù)合材料在微操作中的應(yīng)用 生物醫(yī)學(xué)（略） 環(huán)境友好材料 自增強(qiáng)的淀粉材料 生活，房屋，汽車，體育 軍事共一百五十二頁(yè)材料(cilio)新秀一熱電材料熱電材料是一種能將熱能和電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料，1823年發(fā)現(xiàn)的塞貝克效應(yīng)和1834年發(fā)現(xiàn)的帕爾帖效應(yīng)為熱電能量轉(zhuǎn)換器和熱電制冷的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。如隨著空間探索興趣的增加、醫(yī)用物理學(xué)的進(jìn)展以及在地球難于日益增加的資源考察與探索活動(dòng)，需要開(kāi)發(fā)一類能夠自身供能且無(wú)需照看的電源系統(tǒng)，熱電發(fā)電(fdin)對(duì)這些應(yīng)用尤其合適。 共一百五十二頁(yè)材料(cilio)新秀一熱電材料對(duì)于遙遠(yuǎn)的太空探測(cè)器來(lái)說(shuō)，放射性同位素供熱的熱電發(fā)

11、電器是目前唯一的供電系統(tǒng)。已被成功的應(yīng)用于美國(guó)宇航局發(fā)射的“旅行者一號(hào)”和“伽利略火星探測(cè)器”等宇航器上。 利用自然界溫差和工業(yè)廢熱均可用于熱電發(fā)電，它能利用自然界存在的非污染能源，具有良好的綜合社會(huì)效益。 利用帕爾帖效應(yīng)制成的熱電制冷機(jī)具有機(jī)械壓縮制冷機(jī)難以媲美的優(yōu)點(diǎn)：尺寸小、質(zhì)量輕、無(wú)任何機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分，工作無(wú)噪聲，無(wú)液態(tài)或氣態(tài)介質(zhì)，因此不存在污染環(huán)境的問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)精確控溫，響應(yīng)速度快，器件使用壽命長(zhǎng)。還可為超導(dǎo)材料的使用提供低溫環(huán)境。 另外利用熱電材料制備的微型元件用于制備微型電源、微區(qū)冷卻、光通信激光二極管和紅外線傳感器的調(diào)溫系統(tǒng)，大大(d d)拓展了熱電材料的應(yīng)用領(lǐng)域。 因此，熱電材料

12、是一種有著廣泛應(yīng)用前景的材料，在環(huán)境污染和能源危機(jī)日益嚴(yán)重的今天，進(jìn)行新型熱電材料的研究具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義 。共一百五十二頁(yè)材料(cilio)新秀一熱電材料 另外利用熱電材料制備的微型元件用于制備微型電源、微區(qū)冷卻、光通信激光二極管和紅外線傳感器的調(diào)溫系統(tǒng)，大大拓展了熱電材料的應(yīng)用領(lǐng)域。 因此，熱電材料是一種有著廣泛應(yīng)用前景的材料，在環(huán)境污染和能源危機(jī)日益嚴(yán)重的今天，進(jìn)行新型熱電材料的研究(ynji)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義 。共一百五十二頁(yè)熱電材料的特點(diǎn)制造熱電產(chǎn)生器或熱電致冷器的材料稱為熱電材料,是一種將電能與熱能交互(jioh)轉(zhuǎn)變的材料。其優(yōu)點(diǎn)如下: （1）體積小,重量輕，堅(jiān)固,且工作中無(wú)噪

13、音;（2）溫度控制可在0.1之內(nèi);（3）不必使用CFC(CFC氯氟碳類物質(zhì)，氟里昂。被認(rèn)為會(huì)破壞臭氣層)，不會(huì)造成任何環(huán)境污染;（4）可回收熱源并轉(zhuǎn)變成電能(節(jié)約能源)，使用壽命長(zhǎng)，易于控制。共一百五十二頁(yè)熱電材料的特點(diǎn)雖然其優(yōu)點(diǎn)眾多，但目前利用熱電材料制成的裝置其效率(5%)仍遠(yuǎn)比傳統(tǒng)冰箱或發(fā)電機(jī)小。所以若能大幅度提升這些熱電材料的效率，將對(duì)廣泛用于露營(yíng)(l yng)的手提式致冷器，太空應(yīng)用和半導(dǎo)體晶片冷卻等產(chǎn)生相當(dāng)重要的影響。家庭與工業(yè)上的冷卻將因熱電裝置無(wú)運(yùn)動(dòng)的部件，是堅(jiān)固的，安靜的，可靠的，且避免使用會(huì)破壞臭氣層的含氯氟碳?xì)浠衔?。電熱材料需要有高?dǎo)電性以避免電阻所引起電功率之損失，同

14、時(shí)亦需具有低熱傳導(dǎo)系數(shù)以使冷熱兩端的溫差不會(huì)因熱傳導(dǎo)而改變。 共一百五十二頁(yè)熱電材料的分類目前電熱(dinr)材料的選擇可依其運(yùn)作溫度分為三類： (1)碲化鉍及其合金：這是目前被廣為使用于熱電致冷器的材料，其最佳運(yùn)作溫度450。 (2)碲化鉛及其合金：這是目前被廣為使用于熱電產(chǎn)生器的材料，其最佳運(yùn)作溫度大約為1000。 (3)硅鍺合金：此類材料亦常應(yīng)用于熱電產(chǎn)生器,其最佳運(yùn)作溫度大約為1300。 共一百五十二頁(yè)近年來(lái),納米科技相關(guān)研究蓬勃發(fā)展，熱電材料應(yīng)用的相關(guān)研究亦是歐美日各國(guó)在納米科技中全力發(fā)展的重點(diǎn)之一，目前不論在理論方面或?qū)嶒?yàn)方面均有很大的研究空間，納米材料具有比塊材更大的界面，以及量

15、子局限化效應(yīng)(xioyng)，故納米結(jié)構(gòu)的材料具有新的物理性質(zhì)，產(chǎn)生新的界面與現(xiàn)象，這對(duì)提升ZT(熱電優(yōu)值)值遭遇瓶頸的熱電材料預(yù)期應(yīng)有突破性的改善，故納米科技目前被視為尋找高ZT值熱電材料的希望。 共一百五十二頁(yè)熱電材料未來(lái)展望熱電材料必將成為我國(guó)新材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。今后研究重點(diǎn)應(yīng)集中在幾個(gè)(j )方面： （1）利用傳統(tǒng)半導(dǎo)體能帶理論和現(xiàn)代量子理論，對(duì)具有不同晶體結(jié)構(gòu)的材料進(jìn)行塞貝克系數(shù)、電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率的計(jì)算，以求在更大范圍內(nèi)尋找熱電優(yōu)值ZT更高的新型熱電材料。 （2）從理論和實(shí)驗(yàn)上研究材料的顯微結(jié)構(gòu)、制備工藝等對(duì)其熱電性能的影響，特別是對(duì)超晶格熱電材料、納米熱電材料和熱電材料薄膜的研究，

16、以進(jìn)一步提高材料的熱電性能。 (3)對(duì)己發(fā)現(xiàn)的高性能材料進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究，使其達(dá)到穩(wěn)定的高熱電性能。 (4)加強(qiáng)器件的制備工藝研究，以實(shí)現(xiàn)熱電材料的產(chǎn)業(yè)化。 共一百五十二頁(yè)直到1960年，美國(guó)科學(xué)家Maiman發(fā)明了世界上第一臺(tái)激光器后，為光通訊提供了良好的光源。隨后二十多年，人們對(duì)光(du gung)傳輸介質(zhì)進(jìn)行了攻關(guān)，終于制成了低損耗光纖，從而奠定了光通訊的基石。從此，光通訊進(jìn)入了飛速發(fā)展的階段。材料(cilio)新秀二光導(dǎo)纖維共一百五十二頁(yè)光通訊是人類最早應(yīng)用的通訊方式之一。從烽火傳遞信號(hào)，到信號(hào)燈旗語(yǔ)等通訊方式，都是光通訊的范疇。但由于受到視距大氣衰減地形阻擋等諸多因素的限制，光通訊

17、的發(fā)展緩慢。1870年的一天，英國(guó)物理學(xué)家丁達(dá)爾到皇家學(xué)會(huì)的演講廳講光的全反射原理，他做了一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)：在裝滿水的木桶上鉆個(gè)孔，然后用燈從桶上邊把水照亮。結(jié)果使觀眾們大吃一驚。人們看到，放光的水從水桶的小孔里流了出來(lái)，水流彎曲，光線也跟著彎曲，光居然被彎彎曲曲的水俘獲(fhu)了（圖411）。 人們?cè)?jīng)發(fā)現(xiàn)，光能沿著從酒桶中噴出的細(xì)酒流傳輸；人們還發(fā)現(xiàn)，光能順著彎曲的玻璃棒前進(jìn)。這是為什么呢？難道光線不再直進(jìn)了嗎？這些現(xiàn)象引起了丁達(dá)爾的注意，經(jīng)過(guò)他的研究，發(fā)現(xiàn)這是全反射的作用，即光從水中射向空氣，當(dāng)入射角大于某一角度時(shí)，折射光線消失，全部光線都反射回水中。表面上看，光好像在水流中彎曲前進(jìn)。實(shí)

18、際上，在彎曲的水流里，光仍沿直線傳播，只不過(guò)在內(nèi)表面上發(fā)生了多次全反射，光線經(jīng)過(guò)多次全反射向前傳播。 共一百五十二頁(yè)通信用的激光(jgung)一般在特殊的管道-光導(dǎo)纖維里傳播。目前，光導(dǎo)纖維的主要成分是二氧化硅。 光導(dǎo)纖維(un do xin wi)的燒制共一百五十二頁(yè)材料(cilio)新秀三壓電材料(cilio)超聲波傳感器換能器壓電材料(cilio)壓電石英晶體材料共一百五十二頁(yè)材料(cilio)新秀三壓電材料(cilio)壓電材料是受到壓力作用時(shí)會(huì)在兩端面間出現(xiàn)電壓的晶體材料。1880年，法國(guó)物理學(xué)家P. 居里和J.居里兄弟發(fā)現(xiàn)，把重物放在石英晶體上，晶體某些表面會(huì)產(chǎn)生電荷，電荷量與壓力

19、成比例。這一現(xiàn)象被稱為壓電效應(yīng)。隨即，居里兄弟又發(fā)現(xiàn)了逆壓電效應(yīng)，即在外電場(chǎng)作用下壓電體會(huì)產(chǎn)生形變。壓電效應(yīng)的機(jī)理是：具有壓電性的晶體對(duì)稱性較低，當(dāng)受到外力作用發(fā)生形變時(shí)，晶胞中正負(fù)離子的相對(duì)位移(wiy)使正負(fù)電荷中心不再重合，導(dǎo)致晶體發(fā)生宏觀極化，而晶體表面電荷面密度等于極化強(qiáng)度在表面法向上的投影，所以壓電材料受壓力作用形變時(shí)兩端面會(huì)出現(xiàn)異號(hào)電荷。反之，壓電材料在電場(chǎng)中發(fā)生極化時(shí)，會(huì)因電荷中心的位移(wiy)導(dǎo)致材料變形。利用壓電材料的這些特性可實(shí)現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)（聲波）和交流電的互相轉(zhuǎn)換。因而壓電材料廣泛用于傳感器元件中，例如地震傳感器，力、速度和加速度的測(cè)量元件以及電聲傳感器等。 現(xiàn)在，這類

20、材料被廣泛運(yùn)用，舉一個(gè)很生活化的例子，打火機(jī)的火花即運(yùn)用此技術(shù)。 共一百五十二頁(yè)壓電效應(yīng)的應(yīng)用壓電現(xiàn)象是100多年前居里兄弟研究石英時(shí)發(fā)現(xiàn)的。那么，什么是壓電效應(yīng)呢？ 當(dāng)你在點(diǎn)燃煤氣灶或熱水器時(shí),就有一種壓電陶瓷已悄悄地為你服務(wù)了一次。生產(chǎn)廠家在這類壓電點(diǎn)火裝置內(nèi)，藏著一塊壓電陶瓷，當(dāng)用戶按下點(diǎn)火裝置的彈簧(tnhung)時(shí)，傳動(dòng)裝置就把壓力施加在壓電陶瓷上，使它產(chǎn)生很高的電壓, 進(jìn)而將電能引向燃?xì)獾某隹诜烹姟Ｓ谑?，燃?xì)饩捅浑娀鸹c(diǎn)燃了。壓電陶瓷的這種功能就叫做壓電效應(yīng)。共一百五十二頁(yè)壓電效應(yīng)的應(yīng)用(yngyng)壓電效應(yīng)的原理是，如果對(duì)壓電材料施加壓力，它便會(huì)產(chǎn)生電位差（稱之為正壓電效應(yīng)），

21、反之施加電壓,則產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力（稱為逆壓電效應(yīng)）。如果壓力是一種高頻震動(dòng)，則產(chǎn)生的就是高頻電流。而高頻電信號(hào)加在壓電陶瓷上時(shí)，則產(chǎn)生高頻聲信號(hào)（機(jī)械震動(dòng)），這就是我們平常所說(shuō)的超聲波信號(hào)。也就是說(shuō)，壓電陶瓷具有機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換和逆轉(zhuǎn)換的功能，這種相互對(duì)應(yīng)的關(guān)系確實(shí)非常有意思。 壓電材料可以因機(jī)械變形產(chǎn)生電場(chǎng)，也可以因電場(chǎng)作用產(chǎn)生機(jī)械變形，這種固有的機(jī)-電耦合效應(yīng)使得壓電材料在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。例如，壓電材料已被用來(lái)制作智能結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)除具有自承載能力外,還具有自診斷性、自適應(yīng)性和自修復(fù)性等功能，在未來(lái)的飛行器設(shè)計(jì)中占有重要的地位。 共一百五十二頁(yè)材料分類無(wú)機(jī)壓電材料分為壓電晶體和壓

22、電陶瓷，壓電晶體一般是指壓電單晶體；壓電陶瓷則泛指壓電多晶體。壓電陶瓷是指用必要成份的原料進(jìn)行混合、成型、高溫?zé)Y(jié)，由粉粒之間的固相反應(yīng)和燒結(jié)過(guò)程而獲得的微細(xì)晶粒無(wú)規(guī)則集合而成的多晶體。有機(jī)壓電材料又稱壓電聚合物，如偏聚氟乙烯（PVDF）（薄膜）及其它為代表的其他(qt)有機(jī)壓電（薄膜）材料。這類材料及其材質(zhì)柔韌，低密度，低阻抗和高壓電電壓常數(shù)(g)等優(yōu)點(diǎn)為世人矚目，且發(fā)展十分迅速，現(xiàn)在水聲超聲測(cè)量，壓力傳感，引燃引爆等方面獲得應(yīng)用。不足之處是壓電應(yīng)變常數(shù)（d）偏低，使之作為有源發(fā)射換能器受到很大的限制。 第三類是復(fù)合壓電材料，這類材料是在有機(jī)聚合物基底材料中嵌入片狀、棒狀、桿狀、或粉末狀壓電

23、材料構(gòu)成的。至今已在水聲、電聲、超聲、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。如果它制成水聲換能器，不僅具有高的靜水壓響應(yīng)速率，而且耐沖擊，不易受損且可用與不同的深度。 共一百五十二頁(yè)復(fù)合材料的發(fā)展(fzhn)歷史復(fù)合材料使用的歷史可以追溯到古代。從古至今沿用的稻草增強(qiáng)(zngqing)粘土和已使用上百年的鋼筋混凝土均由兩種材料復(fù)合而成。20世紀(jì)40年代，因航空工業(yè)的需要，發(fā)展了玻璃纖維增強(qiáng)塑料（俗稱玻璃鋼），從此出現(xiàn)了復(fù)合材料這一名稱。50年代以后，陸續(xù)發(fā)展了碳纖維、石墨纖維和硼纖維等高強(qiáng)度和高模量纖維。70年代出現(xiàn)了芳綸纖維和碳化硅纖維。這些高強(qiáng)度、高模量纖維能與合成樹(shù)脂、碳、石墨、陶瓷、橡膠等非金屬基

24、體或鋁、鎂、鈦等金屬基體復(fù)合，構(gòu)成各具特色的復(fù)合材料。 共一百五十二頁(yè)復(fù)合材料發(fā)展(fzhn)的幾個(gè)階段天然復(fù)合材料 竹、木、茅草、貝殼、骨骼(gg) 傳統(tǒng)復(fù)合材料麻刀（紙筋）石灰；土坯（草稈、粘土）；鋼筋混凝土；通用復(fù)合材料1940年玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP），并出現(xiàn)了復(fù)合材料的名稱 先進(jìn)復(fù)合材料 1960 年，復(fù)合材料從結(jié)構(gòu)復(fù)合材料單功能復(fù)合材料多功能復(fù)合材料機(jī)敏材料和智能材料。 智能材料具有接受、傳遞、處理和發(fā)射信息的功能，是信息科學(xué)溶入材料科學(xué)的產(chǎn)物。 共一百五十二頁(yè)一種天然生物復(fù)合材料(f h ci lio) 竹子共一百五十二頁(yè)先進(jìn)(xinjn)復(fù)合材料的產(chǎn)生和發(fā)展 60年代，為滿

25、足航空航天等尖端技術(shù)所用材料的需要，先后研制和生產(chǎn)了以高性能纖維（如碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維等）為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料，其比強(qiáng)度大于4106厘米（cm），比模量大于4108cm。為了與第一代玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料相區(qū)別，將這種復(fù)合材料稱為先進(jìn)復(fù)合材料。按基體材料不同，先進(jìn)復(fù)合材料分為樹(shù)脂基、金屬基和陶瓷基復(fù)合材料。其使用溫度分別達(dá)250350、3501200和1200以上(yshng)。先進(jìn)復(fù)合材料除作為結(jié)構(gòu)材料外，還可用作功能材料，如梯度復(fù)合合材料(材料的化學(xué)和結(jié)晶學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、空隙等在空間連續(xù)梯變的功能復(fù)合材料)、機(jī)敏復(fù)合材料（具有感覺(jué)、處理和執(zhí)行功能，能適應(yīng)環(huán)境變化的功能復(fù)合

26、材料）、仿生復(fù)合材料、隱身復(fù)合材料等 。共一百五十二頁(yè)先進(jìn)(xinjn)復(fù)合材料 先進(jìn)(xinjn)復(fù)合材料是比原有的通用復(fù)合材料有更高性能的復(fù)合材料。包括用各種高性能增強(qiáng)劑(纖維等)與耐溫性好的熱固性和熱塑性樹(shù)脂基體所構(gòu)成的高性能樹(shù)脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、玻璃基復(fù)合材料、碳基復(fù)合材料。包括使用其力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和使用熱、電、磁、光、核、生物及其他性能的功能復(fù)合材料。共一百五十二頁(yè)先進(jìn)(xinjn)復(fù)合材料功能材料是指除力學(xué)性能以外還提供其它物理、化學(xué)、生物等性能的復(fù)合材料。包括壓電、導(dǎo)電、雷達(dá)隱身、永磁、光致變色、吸聲、阻燃、生物自吸收等種類繁多的復(fù)合材料，具有廣

27、闊的發(fā)展前途。未來(lái)的功能復(fù)合材料比重將超過(guò)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，成為復(fù)合材料發(fā)展的主流。未來(lái)復(fù)合材料的研究方向主要集中在納米(n m)復(fù)合材料、仿生復(fù)合材料、和發(fā)展多功能、機(jī)敏、智能復(fù)合材料等領(lǐng)域。 共一百五十二頁(yè)隱身(yn shn)材料 隱身材料可以降低被探測(cè)率，提高自身的生存率，是隱身技術(shù)的重要組成部分。按頻譜可分為聲、雷達(dá)、紅外、可見(jiàn)光、激光隱身材料。按材料用途可分為隱身涂層材料和隱身結(jié)構(gòu)材料。隱身材料是隱身技術(shù)的重要組成部分，在裝備外形不能改變的前提下，隱身材料（stealth material）是實(shí)現(xiàn)隱身技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)。武器系統(tǒng)采用隱身材料可以降低被探測(cè)率，提高自身的生存率，增加攻擊性，獲得

28、最直接的軍事效益。因此隱身材料的發(fā)展及其在飛機(jī)、主戰(zhàn)坦克、艦船、箭彈上應(yīng)用，將成為國(guó)防高技術(shù)的重要組成部分。對(duì)于地面武器裝備，主要防止空中雷達(dá)或紅外設(shè)備探測(cè)、雷達(dá)制導(dǎo)武器和激光制導(dǎo)炸彈的攻擊 ；對(duì)于作戰(zhàn)(zu zhn)飛機(jī)，主要防止空中預(yù)警機(jī)雷達(dá)、機(jī)載火控雷達(dá)和紅外設(shè)備的探測(cè)，主動(dòng)和半主動(dòng)雷達(dá)、空對(duì)空導(dǎo)彈和紅外格斗導(dǎo)彈的攻擊。為此，常需要雷達(dá)、紅外和激光隱身技術(shù)。F-117A隱身攻擊機(jī)共一百五十二頁(yè)結(jié)構(gòu)型雷達(dá)吸波材料是一種多功能復(fù)合材料，它既能承載作結(jié)構(gòu)件，具備復(fù)合材料質(zhì)輕、高強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又能較好地吸收或透過(guò)電磁波，已成為當(dāng)前(dngqin)隱身材料重要的發(fā)展方向。 近年來(lái)，復(fù)合材料的高速發(fā)展為

29、結(jié)構(gòu)吸波材料的研制提供了保障。新型熱塑性PEEK(聚醚醚酮)、PES(聚醚砜)、PPS(聚苯硫醚)以及熱固性的環(huán)氧樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺和異氰酸酯等都具有比較好的介電性能，由它們制成的復(fù)合材料具有較好的雷達(dá)傳輸和透射性。采用的纖維包括有良好介電透射性的石英纖維、電磁波透射率高的聚乙烯纖維、聚四氟乙烯纖維、陶瓷纖維，以及玻纖、聚酰胺纖維。碳纖維對(duì)吸波結(jié)構(gòu)具有特殊意義，近年來(lái)，國(guó)外對(duì)碳纖維作了大量改良工作，如改變碳纖維的橫截面形狀和大小，對(duì)碳纖維表面進(jìn)行表面處理，從而改善碳纖維的電磁特性，以用于吸波結(jié)構(gòu)。 美國(guó)空軍研究發(fā)現(xiàn)將PEEK、PEK和PPS抽拉的單絲制成復(fù)絲分別與碳纖維、

30、陶瓷纖維等按一定比例交替混雜成紗束，編織成各種織物后再與PEEK或PPS制成復(fù)合材料，具有優(yōu)良的吸收雷達(dá)波性能，又兼具有重量輕、強(qiáng)度大、韌性好等特點(diǎn)。據(jù)稱美國(guó)先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)(ATF)結(jié)構(gòu)的50%將采用這一類結(jié)構(gòu)吸波材料，材料牌號(hào)為APC(HTX)。 在結(jié)構(gòu)吸波材料領(lǐng)域，西方國(guó)家中以美國(guó)和日本的技術(shù)最為先進(jìn)，尤其在復(fù)合材料、碳纖維、陶瓷纖維等研究領(lǐng)域，日本顯示出強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力。英國(guó)的Plesey公司也是該領(lǐng)域的主要研究機(jī)構(gòu)。 共一百五十二頁(yè)永磁材料(cilio)對(duì)于磁感應(yīng)強(qiáng)度以及磁極化強(qiáng)度具有高矯頑性的磁性材料。 矯頑力相當(dāng)(xingdng)大、磁能積相當(dāng)(xingdng)高的磁性材料。 又稱“

31、硬磁材料”。一經(jīng)磁化即能保持恒定磁性的材料。具有寬磁滯回線、高矯頑力和高剩磁。實(shí)用中，永磁材料工作于深度磁飽和及充磁后磁滯回線的第二象限退磁部分。常用的永磁材料分為鋁鎳鈷系永磁合金、鐵鉻鈷系永磁合金、永磁鐵氧體、稀土永磁材料和復(fù)合永磁材料。 鋁鎳鈷系永磁合金以鐵、鎳、鋁元素為主要成分，還含有銅、鈷、鈦等元素。具有高剩磁和低溫度系數(shù)，磁性穩(wěn)定。分鑄造合金和粉末燒結(jié)合金兩種。20世紀(jì)3060年代應(yīng)用較多，現(xiàn)多用于儀表工業(yè)中制造磁電系儀表、流量計(jì)、微特電機(jī)、繼電器等其它：鐵鉻鈷系永磁合金；稀土永磁材料；復(fù)合永磁材料共一百五十二頁(yè)光致變色材料(cilio)光致變色材料，是指受到光源激發(fā)后能夠發(fā)生顏色變

32、化的一類材料 ?；衔镌谝欢ǖ牟ㄩL(zhǎng)和強(qiáng)度的光作用下分子結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致其對(duì)光的吸收峰值即顏色的相應(yīng)改變，且這種改變一般是可逆的。人類發(fā)現(xiàn)光致變色現(xiàn)象已有一百多年的歷史。第一個(gè)成功的商業(yè)應(yīng)用始于20世紀(jì)(shj)60年代，美國(guó)的Corning工作室的兩位材料學(xué)家Amistead和Stooky首先發(fā)現(xiàn)了含鹵化銀(AgX)玻璃的可逆光致變色性能，隨后人們對(duì)其機(jī)理和應(yīng)用作了大量研究并開(kāi)發(fā)出變色眼鏡。但由于其較高的成本及復(fù)雜的加工技術(shù)，不適于制作大面積光色玻璃，限制了其在建筑領(lǐng)域的商業(yè)應(yīng)用。此后AgX光致變色的應(yīng)用重心轉(zhuǎn)向了價(jià)格便宜且質(zhì)量較輕的聚合物基材料，而各種新型光致變色材料的性能及其應(yīng)用也

33、開(kāi)始了系統(tǒng)研究。 共一百五十二頁(yè)光致變色材料(cilio)的分類1、有機(jī)光致變色化合物(l)螺毗喃類：螺毗喃是有機(jī)光致變色材料中研究和應(yīng)用最早、最廣泛的體系之一，在紫外光照射下，無(wú)色螺毗喃結(jié)構(gòu)中的C一O鍵斷裂開(kāi)環(huán)，分子局部發(fā)生旋轉(zhuǎn)且與叫噪形成一個(gè)共平面的部花青結(jié)構(gòu)而顯色 (3)二芳基乙烯(y x)類：二芳基乙烯(y x)類具有非常好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性以及優(yōu)良的靈敏度和抗疲勞性，其研究正受到國(guó)內(nèi)外材料工作者越來(lái)越多的關(guān)注。 (4)偶氮苯類：偶氮苯類化合物光致變色性能良好，并其有超高存儲(chǔ)密度和非破壞性信息讀出等特點(diǎn)一7，其光致變色原理見(jiàn)圖7。行。 2、無(wú)機(jī)光致變色化合物(1)過(guò)渡金屬氧化物：這

34、類物質(zhì)主要有WO3、MoO3、TiO2等。(2)金屬鹵化物:金屬鹵化物具有一定的光致變色性.如碘化鈣和碘化汞混合晶體、氯化銅、氯化銀等。3)稀土配合物：目前對(duì)稀土配合物光致變色的研究較少。共一百五十二頁(yè)光致變色材料(cilio)應(yīng)用前景(l)信息存儲(chǔ)元件：利用光致變色化合物受不同強(qiáng)度和波長(zhǎng)光照射時(shí)可反復(fù)循環(huán)變色的特點(diǎn)，可以將其制成計(jì)算機(jī)的記憶存儲(chǔ)兀件，實(shí)現(xiàn)信息的記憶與消除過(guò)程.其記錄信息的密度大得難以想象，而且抗疲勞性能好，能快速寫人和擦除信息。這是新型記憶存儲(chǔ)材料的一個(gè)新的發(fā)展方向。 (2)裝飾(zhungsh)和防護(hù)包裝材料：光致變色化合物可用作指甲漆、漆雕工藝品、T恤衫、墻壁紙等裝飾品。

35、為了適應(yīng)不同的需要，可將光致變色化合物加入到一般油墨或涂料用的膠粘劑、稀釋劑等助劑中混合制成絲網(wǎng)印刷油墨或涂料;還可將光致變色化合物制成包裝膜、建筑物的調(diào)光玻璃窗、汽車及飛機(jī)的屏風(fēng)玻璃等，防護(hù)日光照射，保證全。 共一百五十二頁(yè)(3)自顯影全息記錄照相：這是利用光致變色材料的光敏性制作的一種新型自顯影+法照相技術(shù)。在透明膠片等支持體上涂一層很薄的光致變色物質(zhì)(如螺毗喃、俘精酸醉等)，其對(duì)可見(jiàn)光不感光，只對(duì)紫外光感光，從而形成有色影像。這種成像方法分辨率高，不會(huì)發(fā)生操作誤差，而且影像可以反正錄制和消除。 (4)國(guó)防上的用途：光致變色材料對(duì)強(qiáng)光特別敏感，因此可以用來(lái)制作強(qiáng)光輻劑量(jling)劑。它

36、能測(cè)量電離輻射，探測(cè)紫外線、X射線、y射線等的劑量。如將其涂在飛船的外部，能快速精確地計(jì)量出高輻射的劑量。光致變色材料還可以制成多層濾光器，控制輻射光的強(qiáng)度，防止紫外線對(duì)人眼及身體的傷害。如果把高靈敏度的光致變色體系指示屏用于武器上，可記錄飛機(jī)、軍艦的行蹤，形成可褪色的暫時(shí)痕跡。 共一百五十二頁(yè)吸聲材料吸聲材料，是具有較強(qiáng)的吸收聲能、減低噪聲性能的材料。借自身的多孔性、薄膜作用(zuyng)或共振作用(zuyng)而對(duì)入射聲能具有吸收作用(zuyng)的材料，超聲學(xué)檢查設(shè)備的元件之一。吸聲材料要與周圍的傳聲介質(zhì)的聲特性阻抗匹配，使聲能無(wú)反射地進(jìn)入吸聲材料，并使入射聲能絕大部分被吸收。金字塔型吸

37、聲材料吸聲材料共一百五十二頁(yè)智能(zh nn)材料智能材料（Intelligent material），是一種能感知外部刺激，能夠判斷并適當(dāng)處理且本身可執(zhí)行的新型功能材料。智能材料是繼天然材料、合成高分子材料、人工設(shè)計(jì)(shj)材料之后的第四代材料，是現(xiàn)代高技術(shù)新材料發(fā)展的重要方向之一，將支撐未來(lái)高技術(shù)的發(fā)展，使傳統(tǒng)意義下的功能材料和結(jié)構(gòu)材料之間的界線逐漸消失，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能化、功能多樣化?？茖W(xué)家預(yù)言，智能材料的研制和大規(guī)模應(yīng)用將導(dǎo)致材料科學(xué)發(fā)展的重大革命。一般說(shuō)來(lái)，智能材料有七大功能，即傳感功能、反饋功能、信息識(shí)別與積累功能、響應(yīng)功能、自診斷能力、自修復(fù)能力和自適應(yīng)能力。共一百五十二頁(yè)應(yīng)用(y

38、ngyng) 在建筑方面，科學(xué)家正集中力量研制使橋梁、高大的建筑設(shè)施以及地下管道等能自診其“健康”狀況，并能自行“醫(yī)治疾病”的材料。英國(guó)科學(xué)家已開(kāi)發(fā)出了兩種“自愈合”纖維。這兩種纖維能分別感知混凝土中的裂紋和鋼筋的腐蝕，并能自動(dòng)粘合混凝土的裂紋或阻止鋼筋的腐蝕。粘合裂紋的纖維是用玻璃絲和聚丙烯制成的多孔狀中空纖維，將其摻入混凝土中后，在混凝土過(guò)度撓曲時(shí)，它會(huì)被撕裂，從而釋放出一些化學(xué)物質(zhì)，來(lái)充填和粘合混凝土中的裂縫。防腐蝕纖維則被包在鋼筋周圍。當(dāng)鋼筋周圍的酸度達(dá)到一定值時(shí)，纖維的涂層就會(huì)溶解，從纖維中釋放出能阻止混凝土中的鋼筋被腐蝕的物質(zhì)。 在飛機(jī)制造方面，科學(xué)家正在研制具有如下功能的智能材料

39、：當(dāng)飛機(jī)在飛行中遇到渦流或猛烈的逆風(fēng)時(shí)，機(jī)翼中的智能材料能迅速變形，并帶動(dòng)機(jī)翼改變形狀，從而消除渦流或逆風(fēng)的影響，使飛機(jī)仍能平穩(wěn)地飛行?？蛇M(jìn)行損傷評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)的飛機(jī)自診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可自行判斷突然的結(jié)構(gòu)損傷和累積損傷，根據(jù)飛行經(jīng)歷和損傷數(shù)據(jù)預(yù)計(jì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的壽命，從而在保證安全的情況下，大大減少停飛檢修次數(shù)(csh)和常規(guī)維護(hù)費(fèi)用，使商業(yè)飛機(jī)能獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。此外，還有人設(shè)想用智能材料制成涂料，涂在機(jī)身和機(jī)翼上，當(dāng)機(jī)身或機(jī)翼內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力時(shí)，涂料會(huì)改變顏色，以此警告。 共一百五十二頁(yè)應(yīng)用(yngyng)在醫(yī)療方面，智能材料和結(jié)構(gòu)可用來(lái)制造無(wú)需馬達(dá)控制并有觸覺(jué)響應(yīng)的假肢。這些(zhxi)假肢可

40、模仿人體肌肉的平滑運(yùn)動(dòng)，利用其可控的形狀回復(fù)作用力，靈巧地抓起易碎物體，如盛滿水的紙杯等。藥物自動(dòng)投放系統(tǒng)也是智能材料一顯身手的領(lǐng)地。日本推出了一種能根據(jù)血液中的葡萄糖濃度而擴(kuò)張和收縮的聚合物。葡萄糖濃度低時(shí)，聚合物條帶會(huì)縮成小球，葡萄糖濃度高時(shí)，小球會(huì)伸展成帶。借助于這一特性，這種聚合物可制成人造胰細(xì)胞。將用這種聚合物包封的胰島素小球，注入糖尿病患者的血液中，小球就可以模擬胰細(xì)胞工作。血液中的血糖濃度高時(shí)，小球釋放出胰島素，血糖濃度低時(shí)，胰島素被密封。這樣，病人血糖濃度就會(huì)始終保持在正常的水平上。 應(yīng)用在人體中共一百五十二頁(yè)智能材料的再一個(gè)重要進(jìn)展標(biāo)志就是形狀記憶合金，或稱記憶合金。這種合金

41、在一定溫度下成形后，能記住自己的形狀。當(dāng)溫度降到一定值（相變溫度）以下時(shí)，它的形狀會(huì)發(fā)生變化；當(dāng)溫度再升高到相變溫度以上時(shí)，它又會(huì)自動(dòng)恢復(fù)原來(lái)的形狀。目前記憶合金的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究已比較成熟。一些國(guó)家用記憶合金制成了衛(wèi)星用自展天線。在稍高的溫度下焊接成一定形狀后，在室溫下將其折疊，裝在衛(wèi)星上發(fā)射(fsh)。衛(wèi)星上天后，由于受到強(qiáng)的日光照射，溫度會(huì)升高，天線自動(dòng)展開(kāi)。除此之外，還有人用記憶合金制成了窗戶自動(dòng)開(kāi)閉器。當(dāng)溫度升至一定程度后窗戶自動(dòng)打開(kāi)，溫度下降時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。形狀(xngzhun)記憶合金共一百五十二頁(yè)研究(ynji)方向智能材料是一種集材料與結(jié)構(gòu)、智然處理、執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和傳感系

42、統(tǒng)于一體的復(fù)雜的材料體系。它的設(shè)計(jì)與合成幾乎橫跨所有的高技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域。構(gòu)成智然材料的基本材料組元有壓電材料、形狀記憶材料、光導(dǎo)纖維、電（磁）流變液、磁致伸縮材料和智能高分子材料等。智能材料的出現(xiàn)將使人類文明進(jìn)入一個(gè)(y )新的高度，但目前距離實(shí)用階段還有一定的距離。今后的研究重點(diǎn)包括以下六個(gè)方面： （1） 智能材料概念設(shè)計(jì)的仿生學(xué)理論研究 （2） 材料智商評(píng)價(jià)體系的研究 （3） 耗散結(jié)構(gòu)理論應(yīng)用于智能材料的研究 （4） 機(jī)敏材料的復(fù)合-集成原理及設(shè)計(jì)理論 （5） 智能結(jié)構(gòu)集成的非線性理論 （6） 仿人智能控制理論 共一百五十二頁(yè)智能材料(cilio)的選材一般來(lái)說(shuō)智能材料由基體材料、敏感材料、

43、驅(qū)動(dòng)材料和信息處理器四部分構(gòu)成。 （1）基體材料 基體材料擔(dān)負(fù)著承載的作用，一般宜選用輕質(zhì)材料。一般基體材料首選高分子材料，因?yàn)槠渲亓枯p、耐腐蝕，尤其具有粘彈性的非線性特征。其次也可選用金屬材料，以輕質(zhì)有色合金為主。 （2）敏感材料 敏感材料擔(dān)負(fù)著傳感的任務(wù)，其主要(zhyo)作用是感知環(huán)境變化（包括壓力、應(yīng)力、溫度、電磁場(chǎng)、PH值等）。常用敏感材料如形狀記憶材料、壓電材料、光纖材料、磁致伸縮材料、電致變色材料、電流變體、磁流變體和液晶材料等。 共一百五十二頁(yè)智能(zh nn)材料的選材（3）驅(qū)動(dòng)材料 因?yàn)樵谝欢l件下驅(qū)動(dòng)材料可產(chǎn)生較大的應(yīng)變和應(yīng)力，所以它擔(dān)負(fù)著響應(yīng)和控制的任務(wù)。常用有效驅(qū)動(dòng)材

44、料如形狀記憶材料、壓電材料、電流變體和磁致伸縮材料等?？梢钥闯?，這些材料既是驅(qū)動(dòng)材料又是敏感材料，顯然起到了身兼二職的作用，這也是智能材料設(shè)計(jì)時(shí)可采用的一種(y zhn)思路。 （4）其它功能材料 包括導(dǎo)電材料、磁性材料、光纖和半導(dǎo)體材料等 共一百五十二頁(yè)機(jī)敏(jmn)材料機(jī)敏(jmn)材料smart material 能檢知環(huán)境變化，并通過(guò)改變自身一個(gè)或多個(gè)性能參數(shù)對(duì)環(huán)境變化作出響應(yīng)， 使之與變化后的環(huán)境相適應(yīng)的材料。 共一百五十二頁(yè)先進(jìn)(xinjn)復(fù)合材料的發(fā)展史 40年代，玻璃纖維(b lixinwi)增強(qiáng)塑料（GFRP） 復(fù)合材料發(fā)展的第一代 6080年代，先進(jìn)復(fù)合材料 復(fù)合材料發(fā)展

45、的第二代 80 年，先進(jìn)復(fù)合材料充分發(fā)展 復(fù)合材料發(fā)展的第三代共一百五十二頁(yè)飛機(jī)(fij)上用的復(fù)合材料碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂(hun yn sh zh)碳纖維/芳綸/環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維增強(qiáng)塑料芳綸/杜邦聚酰胺芳綸/泡沫芯板碳纖維/杜邦聚酰胺共一百五十二頁(yè)飛機(jī)(fij)上用的復(fù)合材料增韌石墨(shm)石墨混雜復(fù)合材料玻璃纖維共一百五十二頁(yè)共一百五十二頁(yè)開(kāi)創(chuàng)性的大量(dling)應(yīng)用源自F1賽車的碳纖維復(fù)合材料共一百五十二頁(yè)GLARE蒙皮用于A380飛機(jī)(fij)的上機(jī)身蒙皮共一百五十二頁(yè)中國(guó)自研大飛機(jī)面臨發(fā)動(dòng)機(jī)與復(fù)合材料(f h ci lio)兩大難題共一百五十二頁(yè)大推力、高涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)大量運(yùn)用了

46、復(fù)合材料或鈦合金空心寬弦葉片(ypin)、整體葉盤。共一百五十二頁(yè)B-2隱形轟炸機(jī) 除主體結(jié)構(gòu)是鈦復(fù)合材料(f h ci lio)外，其它部分均由碳纖維和石墨等復(fù)合材料構(gòu)成，不易反射。共一百五十二頁(yè)輕巧(qng qio)的碳/碳復(fù)合材料共一百五十二頁(yè)全復(fù)合材料機(jī)身：輕型機(jī)的價(jià)格，中型機(jī)的寬敞(kun chng)客艙，客艙內(nèi)站立高度為1.65米。共一百五十二頁(yè)目前商用飛機(jī)上復(fù)合材料僅占全機(jī)重量(zhngling)的50%，而某些直升機(jī)早已達(dá)到90%共一百五十二頁(yè)荷蘭計(jì)劃研發(fā)新型綠色環(huán)保飛機(jī) 外形將酷似飛碟,另一個(gè)(y )設(shè)想就是使用復(fù)合材料，如纖維增強(qiáng)塑料。這種復(fù)合材料強(qiáng)度可與金屬媲美，而重量卻

47、比金屬輕得多，因此可以節(jié)省燃油。共一百五十二頁(yè)復(fù)合材料(f h ci lio)軍用吉普車玻璃纖維/碳纖維/增強(qiáng)樹(shù)脂(shzh)美洲輕木泡沫共一百五十二頁(yè)凱夫拉防彈衣“凱夫拉”材料于1935年誕生在美國(guó)杜邦公司，它是一種芳香族聚酰胺有機(jī)纖維，我國(guó)稱它為芳綸復(fù)合材料，“凱夫拉”有多種化學(xué)物質(zhì)融合而成，其特點(diǎn)是密度高，重量輕，強(qiáng)度高，韌性好，耐高溫，耐化學(xué)腐蝕，絕緣性能和紡織性好，它于1972年投入工業(yè)生產(chǎn)，并付諸實(shí)用。 美國(guó)用了6年時(shí)間，花費(fèi)了250萬(wàn)美元，研制出用“凱夫拉”材料制成的頭盔，從而結(jié)束了作為美國(guó)陸軍象征有名的“鋼盔”時(shí)代。這種頭盔僅重1.45千克，其防彈性能比原標(biāo)準(zhǔn)鋼盔高出了33%。

48、同時(shí)，這種新頭盔更貼近頭部，使用者感覺(jué)更加(gnji)舒適。共一百五十二頁(yè)凱夫拉防彈衣?lián)娛聦＜医y(tǒng)計(jì)，戰(zhàn)場(chǎng)人員傷亡總數(shù)的75是由低速或中速流彈和炸彈的碎片造成的，而子彈造成的直接傷亡僅占25，為了提高作戰(zhàn)人員的生存能力，人們對(duì)避彈衣的研制越來(lái)越重視。在制造避彈衣的眾多防彈材料中，“凱夫拉”纖維后來(lái)居上，一躍成為材料技術(shù)領(lǐng)域的佼佼者。用“凱夫拉”代替尼龍和玻璃纖維(b lixinwi)，可使避彈衣的重量減輕50%：在單位面積質(zhì)量相同的情況下，其防護(hù)力至少可增加1倍，并且具有很好的柔韌性。用這種材料制成的防彈衣僅重2-3千克，而且穿著舒適，行動(dòng)方便，很快就被世界上許多國(guó)家的軍隊(duì)采用。 共一百五十二

49、頁(yè)復(fù)合材料(f h ci lio)制防彈衣共一百五十二頁(yè)凱夫拉纖維防彈頭盔(tu ku)救了英國(guó)大兵一條命 英國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)40突擊隊(duì)士兵艾力克-沃爾德曼在26日烏姆蓋斯?fàn)柕膽?zhàn)斗中頭部中彈。幸虧有“凱夫拉纖維”(kevlar)防彈(fn dn)頭盔，他才撿了一條命。圖為沃爾德曼戴著留有彈孔的救命頭盔。 共一百五十二頁(yè)超級(jí)跑車車身大量應(yīng)用(yngyng)碳纖維復(fù)合材料共一百五十二頁(yè)生產(chǎn)充氣船及其膠布制品，采用國(guó)際(guj)上先進(jìn)的A級(jí)RTP復(fù)合材料共一百五十二頁(yè)新型日光溫室復(fù)合材料溫室骨架和縱拉桿全部(qunb)采用復(fù)合材料制成共一百五十二頁(yè)綠可木，生態(tài)(shngti)木塑復(fù)合材料，木塑復(fù)合材料吸

50、音板復(fù)合材料(f h ci lio)（玻璃鋼）制品共一百五十二頁(yè)采用高分子復(fù)合材料(f h ci lio)制作浮雕和雕塑共一百五十二頁(yè)碳纖維/樹(shù)脂(shzh)復(fù)合材料共一百五十二頁(yè)碳/碳復(fù)合材料(f h ci lio)共一百五十二頁(yè)生物醫(yī)學(xué)制品(zhpn)和體育運(yùn)動(dòng)復(fù)合材料被用來(lái)預(yù)防(yfng)受傷，矯正生理機(jī)能，和幫助病人復(fù)原。生物醫(yī)學(xué)制品和以體育運(yùn)動(dòng)器材為主的碳纖維復(fù)合材料制品共一百五十二頁(yè)熱塑性復(fù)合材料(f h ci lio)再近20年中，增長(zhǎng)速率持續(xù)較快，是熱固性的3倍。共一百五十二頁(yè)JS系列自潤(rùn)滑復(fù)合材料(f h ci lio)與部件共一百五十二頁(yè)三維紡織預(yù)成型技術(shù)和RTM技術(shù)是研制

51、和開(kāi)發(fā)高性能復(fù)合材料(f h ci lio)結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵技術(shù)。RTM成型的復(fù)合材料頭盔。共一百五十二頁(yè)鋰/復(fù)合材料(f h ci lio)聚合物電解質(zhì)-熱電池共一百五十二頁(yè)聚合物納米(n m)復(fù)合材料聚合物層狀粘土(zhn t)傳統(tǒng)的復(fù)合材料插入的納米復(fù)合材料片狀剝離的納米復(fù)合材料共一百五十二頁(yè)新型(xnxng)的納米黏土片層越小，分散(fnsn)得越好，則復(fù)合材料的性能越好共一百五十二頁(yè)復(fù)合材料(f h ci lio)的鋪層優(yōu)化設(shè)計(jì)共一百五十二頁(yè)當(dāng)前常用的模壓料品種有 熱固性復(fù)合材料(f h ci lio)，包括SMC、BMC和TMC等；熱塑性復(fù)合材料共一百五十二頁(yè) 國(guó)際上的材料專家普遍認(rèn)為

52、當(dāng)前人類已經(jīng)從合成材料的時(shí)代進(jìn)入復(fù)合材料時(shí)代。因?yàn)橄胍铣梢环N新的單一材料使之滿足各種高要求的綜合指標(biāo)是非常困難的。即使能研制出某種滿意的單一材料，則從實(shí)驗(yàn)室到生產(chǎn)的周期也很長(zhǎng)。如果把現(xiàn)有的有機(jī)高分子、無(wú)機(jī)非金屬和金屬材料通過(guò)復(fù)合工藝組成復(fù)合材料則可以利用它們所特有的復(fù)合效應(yīng)使之產(chǎn)生原組成材料不具備的性能而且還可以通過(guò)材料設(shè)計(jì)以達(dá)到(d do)預(yù)期的性能指標(biāo)，并起到節(jié)約材料和費(fèi)用的作用。共一百五十二頁(yè)復(fù)合材料概念的提出只有50年左右。上世紀(jì)60年代的中后期由于出現(xiàn)了碳纖維和芳酰胺纖維等高性能增強(qiáng)劑和一些耐高溫樹(shù)脂基體，從而構(gòu)成性能更高的復(fù)合材料。雖然由于技術(shù)難度大，造價(jià)高因而產(chǎn)量小，但是它們能

53、滿足當(dāng)時(shí)高技術(shù)進(jìn)展的需要，所以仍能迅速發(fā)展起來(lái)(q li)。為了與一般通用復(fù)合材料(指玻璃纖維增強(qiáng)塑料)有所區(qū)別，而獲得了“先進(jìn)復(fù)合材料”的名稱。隨后又把金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、碳基復(fù)合材料以及功能復(fù)合材料等充實(shí)到先進(jìn)復(fù)合材料的范疇里來(lái)，充分體現(xiàn)出先進(jìn)復(fù)合材料量小但性能特殊而優(yōu)異的特點(diǎn)。 共一百五十二頁(yè)雖然它所包括的各種基體的復(fù)合材料和功能復(fù)合材料各有特點(diǎn)和缺陷，但綜合起來(lái)看，先進(jìn)復(fù)合材料可以通過(guò)選擇，使之具備密度小、強(qiáng)度和剛度高、耐溫、耐磨、導(dǎo)熱、導(dǎo)電、膨脹系數(shù)小、抗疲勞性好、阻尼性能好、耐燒蝕、耐沖刷、抗輻射、吸波、換能以及其他物理功能等特點(diǎn)。這些正是推動(dòng)高技術(shù)的發(fā)展中迫切需要解決

54、的問(wèn)題，因此，可以說(shuō)先進(jìn)復(fù)合材料的發(fā)展有力地促進(jìn)了高技術(shù)的進(jìn)步。同時(shí)高技術(shù)的進(jìn)展也帶動(dòng)(didng)和加速了先進(jìn)復(fù)合材料的不斷更新，到上世紀(jì)90年代初，復(fù)合材料的世界總產(chǎn)量約為三百萬(wàn)噸，已在建筑、交通運(yùn)輸、化工、船舶、航空航天和通用機(jī)械等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。 共一百五十二頁(yè)先進(jìn)復(fù)合材料(f h ci lio)在高技術(shù)中的作用 高技術(shù)對(duì)材料的選用是非常嚴(yán)格和苛刻(kk)的，先進(jìn)復(fù)合材料的優(yōu)越性能比一般材料更能適合各種高技術(shù)發(fā)展的需要。 共一百五十二頁(yè)幾種典型先進(jìn)(xinjn)復(fù)合材料和常用材料性能對(duì)比材料密度(g/cm3)拉伸強(qiáng)度(GPa)比強(qiáng)度107(mm)拉伸模量(GPa)比模量109(mm)沖擊

55、強(qiáng)度(kgcm/cm2)線脹系數(shù)10-6(-1)復(fù)合材料碳纖維(高強(qiáng))/環(huán)氧1.61.811.31288.0760.2芳綸/環(huán)氧1.41.510.7805.72001.8硼纖維/環(huán)氧2.11.67.622010.5-4.0碳化硅纖維/環(huán)氧2.01.57.51306.52602.6石墨纖維/鋁2.20.83.623110.5-2.0金屬鋼7.81.41.82102.7-12鋁合金2.80.51.7772.8-23鈦合金4.51.02.21102.4-9.0高聚物尼龍61.20.070.062.70.021240共一百五十二頁(yè)復(fù)合材料(f h ci lio)的比強(qiáng)度和比模量玻璃纖維(b lixin

56、wi)/環(huán)氧樹(shù)脂芳綸纖維/環(huán)氧樹(shù)脂石墨纖維/環(huán)氧樹(shù)脂硼纖維/環(huán)氧樹(shù)脂石墨纖維/環(huán)氧樹(shù)脂鈹石墨纖維/環(huán)氧樹(shù)脂比拉伸模量=彈性模量/密度（任意單位）比拉伸強(qiáng)度=拉伸強(qiáng)度/密度（任意單位）共一百五十二頁(yè)開(kāi)發(fā)(kif)空間是人類進(jìn)步的重要標(biāo)志，已所需要的各種結(jié)構(gòu)材料如運(yùn)載火箭的殼體，航天飛機(jī)的支架、桁條、蒙皮，衛(wèi)星的支架、蒙皮、天線，空間站的各種結(jié)構(gòu)件，都要求用輕質(zhì)高強(qiáng)和高剛度材料以節(jié)約推動(dòng)所需的燃料，先進(jìn)復(fù)合材料能滿足這些要求。特別是像導(dǎo)彈的頭部防熱材料、航天飛機(jī)的防熱前緣和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管等需要耐高溫、抗燒蝕材樹(shù)，更是非先進(jìn)復(fù)合材料莫屬。其他如抗粒子流、隱身功能等方而，先進(jìn)復(fù)合材料也是候選的優(yōu)先對(duì)

57、象。先進(jìn)復(fù)合材料在航天技術(shù)的建立方面已經(jīng)作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)，而且在未來(lái)的發(fā)展中還將繼續(xù)起關(guān)鍵作用。 共一百五十二頁(yè)開(kāi)發(fā)新能源、節(jié)能和儲(chǔ)能等能源新技術(shù)(jsh)是高技術(shù)(jsh)的另一重要組成部分。能源技術(shù)(jsh)同樣也需要輕質(zhì)高強(qiáng)、耐溫耐腐蝕的材料，先進(jìn)復(fù)合材料也是理想的選用對(duì)象(見(jiàn)下表)。 共一百五十二頁(yè)在能源技術(shù)中先進(jìn)(xinjn)復(fù)合材料的應(yīng)用范例功 能構(gòu) 件先進(jìn)復(fù)合材料新能源太陽(yáng)能發(fā)電太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)支架碳纖維樹(shù)脂基太陽(yáng)能發(fā)電熱變換器的吸熱層吸熱功能風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片及塔身混雜碳纖維樹(shù)脂基核能源核同位素分離離心機(jī)轉(zhuǎn)子碳纖維樹(shù)脂基核能源核燃料包覆管碳纖維碳節(jié)能汽車轉(zhuǎn)動(dòng)軸、輪箍活塞碳纖維樹(shù)脂

58、基汽車活塞連桿及銷子氧化鋁纖維鋁燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片陶瓷基和耐高溫金屬基儲(chǔ)能高效鉛酸蓄電磁電極碳纖維鉛高能鋰電池固體電解質(zhì)離子導(dǎo)電功能共一百五十二頁(yè)信息技術(shù)是現(xiàn)代發(fā)展最迅速的高技術(shù)。在信息技術(shù)中包括信息的檢測(cè)、傳輸、貯存、處理運(yùn)算和執(zhí)行等方面，先進(jìn)復(fù)合材料也能起到重要(zhngyo)的作用(見(jiàn)下表)。 共一百五十二頁(yè)先進(jìn)復(fù)合材料(f h ci lio)在信息技術(shù)中的應(yīng)用功 能部 件先進(jìn)復(fù)合材料檢 測(cè)換能敏感元件換能功能傳 輸光纖光纜的纜芯和管碳纖維或芳綸/樹(shù)脂基存 儲(chǔ)磁記錄和磁光記錄盤片磁性功能處理與計(jì)算大規(guī)模集成電路基片 碳纖維/銅計(jì)算機(jī)及終端用屏幕罩高頻覆銅電路板半導(dǎo)體及導(dǎo)電性鍵盤觸點(diǎn)柔

59、性導(dǎo)電執(zhí) 行打印機(jī)機(jī)械零件碳纖維/樹(shù)脂基機(jī)械手與機(jī)器人碳纖維/樹(shù)脂基或金屬基共一百五十二頁(yè)在高技術(shù)的生物工程方面，先進(jìn)復(fù)合材料不僅在力學(xué)性能上能滿足各種生物工程用容器的要求，同時(shí)還能滿足耐腐蝕、抗生物破壞以及生物相容性的要求。此外，功能復(fù)合材料還可以制造(zhzo)用于生物工程的物質(zhì)分離的各種膜材料。 共一百五十二頁(yè)上世紀(jì)70年代以來(lái)。先進(jìn)(xinjn)復(fù)合材料的發(fā)展非常迅速特別是80年代更為顯著。 共一百五十二頁(yè)復(fù)合材料(f h ci lio)網(wǎng)站和網(wǎng)頁(yè)/topic/composite-material/rusmeeha/labNotes/composites.html/researchgr

60、oups/composites/links.html/details.asp?ArticleID=962/what-are-composite-materials.htm/OCW_CN/Materials-Science-and-Engineering/index.htm共一百五十二頁(yè)復(fù)合材料網(wǎng)站(wn zhn)和網(wǎng)頁(yè)中國(guó)復(fù)合材料(f h ci lio)網(wǎng)/中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)/西安航天復(fù)合材料研究所-復(fù)合材料專家/材料復(fù)合新技術(shù)信息門戶 /中國(guó)玻璃纖維復(fù)合材料信息網(wǎng)/pd/bx/index.php武漢理工大學(xué)復(fù)合材料系復(fù)合材料技術(shù)網(wǎng)/北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院/lab.php?id=1共