《功能材料学概论》求取 ⇩

绪论1

参考文献6

第1篇 功能金属材料9

1 电性材料9

1.1 金属的电导理论9

1.1.1 固体中的电子9

1.1.2 金属中的电子输运14

1.1.3 霍耳效应16

1.2 金属的热电性17

1.3 电学性能与微观结构之间的关系19

1.3.1 纯金属的电阻20

1.3.2 固溶体的电阻22

1.3.3 金属间化合物、中间相及多相合金的电阻率26

1.4.1 导电材料27

1.4.2 电阻材料27

1.4 一些电性材料27

1.4.3 电热材料28

1.4.4 热电材料29

1.5 广义“金属”电性材料的某些进展30

1.5.1 超高纯铜(UHPC)的生产和应用31

1.5.2 高电导率高机械强度合金31

1.5.3 用于电子设备的金属碳化物、氮化物和硼化物33

1.5.5 光透明导电膜材料34

1.5.4 导电性MoSi2的开发和应用34

1.5.6 磁场引起的电导率变化及CMR材料的应用36

1.6 结束语37

参考文献37

2 磁性材料39

2.1 铁磁性理论基础39

2.1.1 磁学量定义与单位39

2.1.2 原子磁性41

2.1.3 自发磁化理论要点41

2.1.4 铁磁体中的磁自由能与磁畴结构45

2.1.5 技术磁化与反磁化过程49

2.1.6 磁性材料的技术磁参量52

2.2 金属软磁材料58

2.2.1 电工纯铁和低碳电工钢58

2.2.2 Fe-Si软磁合金(简称硅钢或电工钢)59

2.2.3 Ni-Fe系软磁合金63

2.2.4 Fe-Al系和Fe-Co系软磁合金65

2.3 金属永磁材料66

2.3.1 马氏体磁钢67

2.3.2 α/γ相变的铁基永磁材料67

2.3.3 铁镍铝和铝镍钴系铸造永磁合金68

2.3.4 Fe-Cr-Co可加工永磁合金71

2.3.5 Mn基和Pt基永磁合金72

2.3.6 钴基稀土永磁合金72

2.3.7 铁基稀土永磁合金(Nd-Re-B系永磁合金)75

2.4.1 概述80

2.4 磁致伸缩材料80

2.4.2 稀土超磁致伸缩材料的发展及其晶体结构与内禀特性81

2.4.3 Tb-Dy-Fe合金的制造方法和晶体生长83

2.4.4 磁畴结构、技术磁化与磁致伸缩曲线84

2.4.5 Tb-Dy-Fe合金成份、组织、工艺与性能的关系85

2.5 铁氧体磁性材料86

2.5.1 引言86

2.5.2 铁氧体的晶体结构和内禀磁特性87

2.5.4 硬磁铁氧体材料89

2.5.3 铁氧体磁性材料的制造工艺89

2.5.5 软磁铁氧体材料90

2.6 磁学中常用的单位制及其物理量数值的换算91

2.6.1 SI制单位与CGS制单位的公式91

2.6.2 磁学量在国际单位制(SI)和绝对电磁单位制(CGS-e.m.u)间的换算92

参考文献93

3.1.2 超导体的基本物理性质95

3.1.1 超导电性的发现95

3.1 超导体的基本性质95

3 超导材料95

3.13 传统超导体的超导电性理论96

3.2 两类超导体的基本特征100

3.3 超导隧道效应102

3.3.1 正常电子隧道效应102

3.3.2 约瑟夫森隧道电流效应103

3.4 超导材料的发展103

3.4.1 常规超导体104

3.4.2 高温超导体106

3.4.3 其他类型的超导材料113

3.5 超导材料的应用114

3.5.1 低温超导材料的应用115

3.5.2 高温超导体的应用及进展116

参考文献118

4.1.1 金属与合金的热膨胀特性120

4.1 膨胀合金120

4 膨胀材料和弹性材料120

4.1.2 低膨胀合金122

4.1.3 定膨胀合金124

4.1.4 热双金属130

4.2 弹性合金133

4.2.1 金属与合金的弹性133

4.2.2 高弹性合金136

4.2.3 恒弹性合金139

第2篇 功能无机非金属材料147

5 功能陶瓷147

5.1 概述147

5.2 绝缘陶瓷148

5.2.1 绝缘性148

5.2.2 绝缘陶瓷的分类和性质149

5.2.3 普通电瓷150

5.2.4 氧化铝瓷151

5.2.5 镁质瓷152

5.2.6 基片材料和高导热陶瓷154

5.3 介电、铁电陶瓷155

5.3.1 介电性质155

5.3.2 高频介质瓷157

5.3.3 微波介质瓷158

5.3.4 多层电容器陶瓷159

5.3.5 半导体电容器陶瓷161

5.3.6 铁电陶瓷162

5.3.7 反铁电陶瓷164

5.4 压电、热释电陶瓷164

5.4.1 压电性、热释电性164

5.4.2 压电陶瓷材料166

5.4.3 热释电陶瓷170

5.5 热敏陶瓷171

5.5.1 概述171

5.5.2 PTC热敏电阻陶瓷172

5.5.3 NTC热敏电阻陶瓷173

5.5.4 临界温度电阻陶瓷174

5.6 压敏陶瓷175

5.6.1 概述175

5.6.2 氧化锌压敏陶瓷176

5.6.3 压敏ZnO半导体陶瓷的导电机制177

5.7 气敏陶瓷178

5.7.1 概述178

5.7.2 氧化锡系陶瓷180

5.7.3 氧化锌系陶瓷181

5.7.4 氧化铁系陶瓷181

5.7.5 氧化钛系陶瓷182

5.8 湿敏陶瓷182

5.8.1 概述182

5.8.2 湿敏陶瓷材料183

5.8.3 湿敏机制185

5.9.1 陶瓷的导电性186

5.9 导电陶瓷186

5.9.2 快离子导体187

5.9.3 电热、电极陶瓷188

5.10 多功能化和智能化188

5.10.1 MgCr2O4-TiO2气湿敏陶瓷189

5.10.2 MgCr2O4-MgO温湿敏陶瓷189

5.10.3 BaTiO3-SrTiO3温湿敏陶瓷190

5.10.4 集成化多功能敏感陶瓷191

5.10.5 智能化气体传感器191

5.10.6 有源可调柔顺性装置191

参考文献191

6 功能玻璃材料194

6.1 光学玻璃材料195

6.1.1 无色光学玻璃196

6.1.2 滤色玻璃199

6.1.4 光色玻璃200

6.1.3 耐辐照玻璃200

6.2 电介质玻璃材料201

6.2.1 电容器玻璃201

6.2.2 半导体玻璃202

6.2.3 超离子导体玻璃205

6.3 光电子功能玻璃材料205

6.3.1 激光玻璃205

6.3.2 声光玻璃209

6.3.3 磁光玻璃210

6.3.4 玻璃光纤材料214

参考文献219

7 半导体材料220

7.1 引言220

7.1.1 物质的导电性和半导体材料220

7.1.2 半导体材料的分类220

7.2 半导体材料的结构与键合222

7.2.1 金刚石结构222

7.2.2 闪锌矿和纤锌矿结构224

7.2.4 四面体共价键与轨道杂化226

7.2.3 氯化钠结构226

7.3 半导体材料的物理基础228

7.3.1 导电特性228

7.3.2 能带结构228

7.3.3 载流子的散射与迁移率231

7.3.4 非平衡载流子233

7.3.5 p-n结235

7.3.6 半导体表面和界面239

7.3.7 异质结和超晶格241

7.3.8 半导体的光、热、电、磁性质244

7.4 半导体材料中的杂质247

7.4.1 杂质的种类247

7.4.2 杂质对半导体材料电学性能的影响249

7.5.1 点缺陷250

7.5.2 位错250

7.5 半导体中的缺陷250

7.5.3 堆垛层错251

7.5.4 化合物半导体中的缺陷252

7.6 典型半导体材料及应用252

7.6.1 硅材料252

7.6.2 锗材料255

7.6.4 镓砷磷材料256

7.6.5 薄膜导体材料256

7.6.3 砷化镓材料256

7.6.6 非晶半导体和非晶超晶格材料257

7.7 结束语260

参考文献261

第3篇 功能高分子材料265

8 光功能高分子材料265

8.1 感光性高分子材料265

8.1.1 光化学反应过程265

8.1.3 重要的感光性高分子267

8.1.2 感光性高分子分类267

8.2 光致变色高分子材料277

8.2.1 光致变色高分子材料的定义和分类277

8.2.2 光致变色高分子的变色机理279

8.2.3 光致变色高分子材料的应用280

8.3 塑料光导纤维281

8.3.1 概述281

8.3.2 塑料光纤材料的组成及其制备281

8.3.3 塑料光纤的性能282

参考文献285

9 电功能高分子材料286

9.1 导电高分子材料286

9.1.1 概述286

9.1.2 复合型导电高分子材料286

9.1.3 结构型导电高分子289

9.2.2 光电导机理295

9.2.1 概述295

9.2 光电导高分子材料295

9.2.3 典型的高分子光电导体297

9.2.4 光电导高分子的应用298

9.3 高分子压电材料299

9.3.1 概述299

9.3.2 高分子压电材料299

9.3.3 应用302

9.4 高分子超导体302

9.5 结构型高分子磁性材料304

9.5.1 二炔烃类衍生物的聚合物304

9.5.2 热解聚丙烯腈304

9.5.3 三氨基苯304

9.5.4 电荷转移络合物304

9.5.5 金属有机高分子磁性体304

参考文献305

10.1.1 离子交换树脂306

10.1 化学功能高分子材料306

10 化学功能高分子材料及其他功能高分子306

10.1.2 高吸水性树脂309

10.2 高分子液晶312

10.2.1 高分子液晶的分类及特点312

10.2.2 主链型高分子液晶314

10.2.3 侧链型高分子液晶315

10.2.4 高分子液晶材料的应用318

10.3 高分子分离膜材料320

参考文献321

10.4 医用高分子321

第4篇 功能晶体材料325

11 光学晶体325

11.1 光学晶体分类325

11.1.1 金属卤化物晶体325

11.1.2 氧化物和含氧酸盐晶体326

11.2.3 N族与Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体晶体327

11.2.1 透过光谱329

11.2 光学晶体性质和应用329

11.2.2 折射率和双折射330

11.2.3 色散330

11.2.4 偏光器件330

11.3 人造宝石晶体333

11.3.1 宝石的评价和表征333

11.3.2 宝石的分类336

11.3.3 重要的人造宝石晶体337

参考文献342

12 非线性光学晶体343

12.1 引言343

12.2 非线性晶体光学基础344

12.2.1 激光频率转换的参量过程344

12.2.2 非线性光学过程的位相匹配345

12.2.3 非线性光学系数347

12.3 探索新的非线性光学晶体的理论模型及途径349

12.3.2 非线性光学晶体计算的几个经典理论模型350

12.3.1 非线性光学晶体应具备的性质350

12.3.3 阴离子基团理论351

12.3.4 双重基元结构模型352

12.3.5 探索非线性光学新晶体的途径352

12.4 激光频率转换晶体354

12.4.1 强激光频率转换晶体355

12.4.2 低功率激光频率转换晶体355

12.4.3 参量振荡晶体357

12.4.4 超短脉冲激光频率转换晶体357

12.5 几种重要的无机非线性光学晶体357

12.5.1 三硼酸锂(LiB3O5,LBO)晶体357

12.5.2 三硼酸锂铯(CsLiB6O40,CLBO)晶体358

12.5.3 磷酸二氢钾(KH2PO4，KDP)和磷酸二氘钾(KD2PO4,DKDP)晶体358

12.5.4 偏硼酸钡(β-BaB2O4,BBO)晶体359

12.5.5 α-碘酸锂(α-LiIO3)晶体359

12.5.7 铌酸锂(LiNbO3,LN)晶体360

12.5.6 磷酸钛氧钾(KTiOPO4,KTP)晶体360

12.5.8 铌酸钾(KNbO3,KN)晶体361

12.6 红外非线性光学晶体361

12.6.1 单质晶体361

12.6.2 二元化合物晶体362

12.6.3 三元化合物晶体362

12.7 有机非线性光学晶体362

12.7.2 有机物晶体363

12.7.1 有机晶体分类、结构特点和生长方法363

12.7.3 有机盐类晶体365

12.7.4 有机金属络合物晶体366

12.8 结束语366

参考文献366

13 激光晶体367

13.1 激光物理基础367

13.1.1 光的受激发射367

13.1.2 固体激光器370

13.2.1 掺杂型激光晶体373

13.2 激光晶体分类373

13.2.3 色心激光晶体375

13.2.2 自激活激光晶体375

13.2.4 半导体激光器376

13.3 激光晶体的现状和发展趋势378

13.3.1 高平均功率密度激光晶体378

13.3.2 可调谐激光晶体378

13.3.3 新波长激光晶体380

13.3.4 半导体激光器和小型固体激光器用激光晶体380

13.4 新型激光晶体的探索381

13.4.1 激活离子和基质晶体381

13.4.2 探索新型激光晶体的若干方面384

参考文献387

14.2 电光效应388

14.2.1 电光效应的基本原理388

14 电光和光折变晶体388

14.1 引言388

14.2.2 线性电光效应(Pockels效应)389

14.2.3 42m晶类的线性电光效应389

14.2.4 二次电光效应(Kerr效应)391

14.3 电光器件392

14.3.1 电光开关392

14.4.1 实用电光晶体应具备的性质393

14.4.2 几种实用的电光晶体393

14.3.3 电光偏转器393

14.4 电光晶体393

14.3.2 电光调制器393

14.5 光折变效应的基本概念395

14.5.1 光折变效应的定义和特点395

14.5.2 光折变效应的机理395

14.5.3 光折变晶体中的光束耦合397

14.5.4 光折变材料的基本性能和参数397

14.6.1 光学位相共轭器件400

14.6 光折变效应的应用400

14.6.2 光折变自泵浦位相共轭器的应用401

14.6.3 光折变二波耦合的应用401

14.6.4 光折变四波混频的应用401

14.6.5 光存储402

14.7 光折变晶体及其性能403

14.7.1 铁电体氧化物光折变晶体403

14.7.2 非铁电氧化物光折变晶体407

14.7.3 半导体光折变晶体408

14.7.4 量子阱光折变材料409

14.7.5 有机光折变晶体聚合物409

14.8 应用中光折变晶体的选择410

参考文献411

15 其他交互效应功能晶体412

15.1 晶体在外场作用下的交互效应412

15.2 压电晶体412

15.2.1 压电效应412

15.2.2 水晶413

15.2.3 其他压电晶体414

15.2.4 压电晶体及压电材料的应用415

15.3 声光晶体416

15.3.1 声光效应416

15.3.2 几种典型声光晶体417

15.3.3 声光晶体的应用418

15.4 磁光晶体419

15.4.1 磁光效应419

15.4.2 几种磁光晶体420

15.4.3 磁光晶体的应用421

15.5 热释电晶体422

15.5.1 热释电晶体422

15.5.2 几种典型热释电晶体422

参考文献424

16.1.1 复合材料的分类427

16.1 功能复合材料基础427

16 功能复合材料(Functional composite materials)427

第5篇 功能复合材料427

16.1.2 功能复合材料的复合效应428

16.1.3 功能复合材料的设计428

16.2 磁性复合材料(Magnetic composite materials)429

16.2.1 永磁复合材料429

16.2.2 软磁复合材料429

16.2.3 磁记录复合材料430

16.2.4 磁流体433

16.3 电性复合材料(Electric composite materials)434

16.3.1 金属填充材料的导电特性434

16.3.2 电磁屏蔽复合材料435

16.3.3 复合材料压电性能436

16.3.4 超导复合材料437

16.4 梯度功能复合材料(Functionally gradient materials)437

16.4.1 梯度功能材料的概念437

16.4.3 梯度功能材料的制造方法438

16.4.2 梯度功能材料的应用438

16.5 隐身复合材料440

16.5.1 隐身复合材料440

16.5.2 抗声的复合材料441

16.6 其他功能复合材料442

16.6.1 抗X射线辐射复合材料442

16.6.2 仿生复合材料442

16.6.3 磨擦功能复合材料443

16.6.4 透光复合材料443

16.6.5 热性能复合材料444

参考文献444

第6篇 具有特殊结构的功能材料449

17 非晶态合金449

17.1 绪论449

17.3 制备方法450

17.3.1 熔体急冷法450

17.2 金属玻璃的分类450

17.3.2 气相沉积法451

17.3.3 化学法451

17.3.4 固态反应法451

17.3.5 大块非晶合金的制备451

17.4 结构弛豫和晶化451

17.5 性能453

17.5.1 磁性453

17.5.2 化学性质456

17.5.3 电学性质457

17.5.4 热学性质457

17.5.5 力学性质458

17.6 应用和展望458

17.6.1 磁性器件458

17.6.2 非晶态光存储薄膜461

17.6.3 非晶态硅(a-Si)461

参考文献462

18 纳米结构材料464

18.1 引言464

18.2 合成与制备465

18.2.1 气相冷凝法465

18.2.2 非晶晶化法466

18.2.3 高能球磨法466

18.2.4 溶胶-凝胶法467

18.3 纳米材料的微结构467

18.3.1 界面结构467

18.3.2 晶粒结构468

18.3.3 结构弛豫和晶界偏聚468

18.3.4 热稳定性469

18.4 纳米材料的性能470

18.4.1 热学性能470

18.4.2 磁学性能471

18.4.3 纳米陶瓷的超塑性474

18.4.4 纳米颗粒膜和颗粒合金的磁电输运性质475

18.5 应用和展望476

参考文献477

19 储氢材料480

19.1 绪论480

19.2 金属氢化物480

19.3 储氢合金的分类481

19.3.1 镁系合金481

19.3.2 稀土系合金482

19.3.3 钛系和锆系合金482

19.4 应用484

19.4.1 氢的贮存、净化和回收484

19.4.2 氢燃料发动机484

19.4.3 热-压传感器和热液激励器484

19.4.4 氢同位素分离和核反应堆中的应用484

19.4.5 空调、热泵及热贮存485

19.4.7 氢化物-镍电池486

19.4.6 加氢及脱氢反应催化剂486

参考文献489

20 薄膜功能材料491

20.1 薄膜材料制备方法简介491

20.1.1 物理气相沉积491

20.1.2 化学气相沉积493

20.2 薄膜材料的特点494

20.2.1 二维材料的特点494

20.2.3 薄膜制备方法能够实现的特点495

20.2.2 薄膜制备过程决定的特点495

20.3 主要薄膜功能材料496

20.3.1 半导体薄膜496

20.3.2 电学薄膜498

20.3.3 信息记录用薄膜499

20.3.4 敏感薄膜502

20.3.5 光学薄膜503

参考文献504

21.1.1 形状记忆效应505

21 形状记忆材料505

21.1 形状记忆效应及原理505

21.1.2 形状记忆效应机理508

21.2 形状记忆材料及性能512

21.2.1 TiNi形状记忆合金512

21.2.2 铜基形状记忆合金515

21.2.3 铁基形状记忆合金518

21.3 形状记忆合金的应用520

21.3.1 工业应用521

21.3.2 医学上的应用522

21.4 陶瓷和树脂中的形状记忆效应523

21.4.1 形状记忆效应机理的多样性523

21.4.2 陶瓷中的形状记忆效应523

21.4.3 树脂中的形状记忆效应525

参考文献528

22.1.1 材料的分类和术语530

22.1 引言530

22 智能材料与结构530

22.1.2 智能材料是多学科融合化的结果532

22.2 关于智能材料的概念533

22.2.1 智能材料的初级功能534

22.2.2 材料固有的智能534

22.2.3 从人类观点看的材料智能534

22.2.4 结构材料和功能材料535

22.3 智能(机敏)结构和系统中的材料535

22.3.1 敏感器材料、致动器材料和机械材料535

22.3.2 制作工艺和材料复合538

22.3.3 杂化材料(hybrid materials)540

22.3.4 电流变体540

22.4 机敏材料和结构542

22.4.1 被动敏感机敏结构543

22.4.2 仅有致动器的机敏结构544

22.4.3 受控结构(被动型智能结构)545

22.4.4 智能皮肤546

22.5 结束语547

参考文献549

23.减振材料550

23.1 引言550

23.2 内耗的表述及各表示法之间的关系550

23.3 动滞后(dynamic hysteresis)型内耗551

23.4 静滞后(static hysteresis)型内耗553

23.5 阻尼共振型内耗553

23.6 金属强度与衰减系数的关系554

23.7 从材料的内部组织结构观点看减振机制555

23.8 典型减振合金的特点和减振合金的应用558

参考文献561

24 生物医学材料562

24.1 前言562

24.2 生物医学材料的发展简史563

24.3.1 宿主反应与材料反应564

24.3 生物医学材料的特征与评价564

24.3.2 生物相容性566

24.3.3 生物相容性评价566

24.4 生物医学材料的分类、特性与应用567

24.4.1 医用金属材料568

24.4.2 生物陶瓷572

24.4.3 医用高分子材料577

24.4.4 医用复合材料579

24.4.6 多种生物医学材料的综合应用582

24.4.5 几种新型的生物材料582

24.5 结束语583

参考文献585

附录一 物理学基本常数587

附录二 国际单位制(SI)单位表588

元素周期表590

编后记591

编者通讯录592