材料结构与性能的关系

材料结构与性能的关系 关于新型材料结构与性能的关系相关文章读后感 通过阅读文献，我了解了关于新型材料的一些基础知识。 新型材料是指那些新近发展或正在发展的、具有优异性能和应用前景的一类材料。新型材料的特征： （1）生产制备为知识密集、技术密集和资金密集； （2）与新技术和新工艺发展密切结合。如：大多新型材料通过极端条（如超高压、超高温、超高真空、超高密度、超高频、超高纯和超高速快冷等）形成。 （3）一般生产规模小，经营分散，更新换代快，品种变化频繁。 （4）具有特殊性能。如超高强度、超高硬度、超塑性，及超导性、磁性等各种特殊物理性能。 （5）其发展与材料理论关系密切。 新型材料的分类，根据性能与用途分为新型结构材料和功能材料。新型结构材料是指以力学性能为主要要求，用以制造各种机器零件和工程结构的一类材料。新型结构材料具有更高力学性能（如强度、硬度、塑性和韧性等），能在更苛该介质或条件下工作。功能材料指具有特定光、电、磁、声、热、湿、气、生物等性能的种类材料。广泛用于能源、计算机、通信、电子、激光、空间、生命科学等领域。根据材料本性或结合键分为金属材料、元机非金属材料、高分子材料、复合材料 新型材料，在国民经济中具有举足轻重的地位。对新一代材 料的要求是：（1）材料结构与功能相结合。（2）开发智能材料。智能材料必须具备对外界反应能力达到定量的水平。目前的材料还停留在机敏材料水平上，机敏材料只能对外界有定性的反应。 （3）材料本身少无污染，生产过程少污染，且能再生。（4）制造材料能耗少，本身能创造新能源或能充分利用能源。 材料科学发展趋势：（1）研究多相复合材料。指两个或三个主相都在一个材料之中，如多相复合陶瓷材料，多相复合金属材料，多相复合高分子材料，金属—陶瓷、金属—有机物等。（2）研究并开发纳米材料。 ①把纳米级晶粒混合到材料中，以改善材料脆性。②利用纳米材料本身的独特性能。 基于材料结构和性能关系研究的材料设计,其核心科学问题有三: (l)寻找决定材料体系特性的关键功能基元； (2)材料微观结构和宏观功能特性的关系的研究； (3)基于功能基元材料体系的设计原理。 各种新型材料的开发研究越来越引起人们的重视,活性碳纤维(ACF)(或纤维状活性碳(FAC)是近几十年迅速发展起来的一种新颖的高效吸附材料。 ACF的吸附性能与其结构特征有密切关系.影响性能的结构因素可分为两个方面:其一为孔结构因素,如比表面积、孔径、孔容等。在通常情况下,比表面积与吸附量有正比关系;其二为表面官能团的种类和含量,例如含氮官能团的ACF对含硫化合物有优异的吸附能力. 但是,表面官能团与吸附性能的关系较复杂,人们对这方面的了解还不多。 碳除了具有传统观念上的石墨和金刚石两种同素异形体外，还有C60。作为一种跨世纪的新型材料，C60被科学界评为“明星分子”。并被认为是变革材料工业的先头兵。 室温下，靠范德华力结合成固体的C60分子占据布拉格点阵位置, 在 C60分子的空隙内可以容纳各类原子或小分子形成所谓的 C60插入化合物。另外, 以 C60为骨架, 在其笼内或笼外连接其它原子或分子基团, 还可以形成具有各种不同物化性质的 C60络合物。日本丰桥大学的研究人员发现 C60络合物 C60Pd3具有高度的催化活性, 能在常压下催化二苯乙炔的反应, 此外人们还发现合成出来的 Pt( pph3)2C60络合物也具有很高的催化活性。总之, 由C60所表现出的烯烃电子性质, 注定其具有较高的催化性能, 将其作为高效催化剂的原料无疑具有重大的现实意义。 C60特有的结构使之具有快速的非线性光学响应效应、较大的非共振的非线性系数、在较低的光能量下便能实现反饱和吸收、以及近共轭双光子吸收等特性, 是制成光开关、光学限制器以及各种光电子器件等非线性光学材料的基础。研究还发现, C60具有较强的光敏感性, 特别是紫外光辐射会对 C60晶体表面产生重要的影响, 使单晶表面分子聚合而出现龟裂, 其物理性质也发生了相应的改变, 这一性质为 C60在工业中的应用提供了新的途径, 也为 C60在照相制版与光刻蚀工艺中的应用奠定了基础。 近年来，人们已经在石墨烯的制备方面取得了积极的进展，发展了机械剥离、晶体外延生长、化学氧化、化学气相沉积和有机合成等多种制备方法。石墨烯制备技术的不断完善，为基于石墨烯的基础研究和应用开发提供了原料保障。但是，在石墨烯通往应用的道路上，还面临着两个重要的问题，如何实现可控功能化和有序组装。通常组装所用的 石墨烯氧化物是通过氧化石墨得到的层状材料，表征结果显示石墨烯氧化物含有大量的含氧官能团，包括羟基、环氧官能团、羰基、羧基等，通过各种手段引入一些官能团和有机分子，对其表面进行修饰，使其具有一些新的功能，提升其分散和溶解性能。 通过阅读文献，我知道了材料的结构是影响其性能的主要因素，微观结构的不同，表现出来的性能也不同。材料的结构包括其晶体的结构、晶体大小以及晶体之间的相互作用力。材料的晶体结构虽然与它的化学成分、组成以及质点的大小等性质有关，但是，并非所有的化学组成不同的晶体，都有不同的结构。 镁钙系耐火材料具有热力学稳定性好、抗碱性渣侵蚀性强和独特的净化钢水能力，是冶炼特殊钢，尤其是洁净钢的优质耐火材料，一直是国内外备受关注的高性能耐火材料。但其易水化特性严重限制了其广泛应用。到目前为止消除镁钙系耐火材料的主要手段还是要提高其结构，使其致密，从而防止水蒸汽的进入。 MgO、CaO比Mg(OH)2、Ca(OH)2要致密，价键也不同，所表现出 来的性能也不相同。众所周知，Mg(OH)2、Ca(OH)2的高温性能很差， 人们理解其结构与性能关系的根本性手段之一。 1968年，美国发现Mg-Ni合金具有储氢性能。此后，储氢合金研究开发进一步加强。目前，利用金属或合金储氢已取得很大的进展，先后发现了Ni-Mg-Fe基三个系列的储氢材料，其中LaNi5性能良好，储氢密度超过液氢。LaNi5是CaCu5型结构，六方晶系，晶胞中 含1个LaNi5，晶体由两种结构不同的层交替堆积而成。晶胞中有6 个变形四面体储氢空隙，每个空隙由2La+2Ni共四个原子围成。晶胞中还有3个变形八面体空隙，每个空隙由2La+4Ni共6个原子围成。但H原子通常并不填充这种空隙，而只填在较大的变形四面体空隙中，组成LaNi5H6。各种储氢材料的储氢机制不尽相同。对于LaNi5来说，H2分子在合金表面上首先原子化，然后进入合金内部的间隙位置，因此同时起到了纯化和功能转化作用。 近年来，储氢材料的研究转向高容量、长寿命材料，主要是固溶体储氢材料、络合催化氢化物、纳米储氢材料、纳米碳管或纳米碳纤维。有的文献指出：碳纳米管的纯度、两端是否开口、长度和孔径是影响储氢性能的关键。 纳米科学技术诞生于20世纪80年代末，它的出现引导了一轮新的技术革命。纳米材料学是纳米科技的分支。材料在纳米这个尺度上，显示出极为特殊的表面和界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。碳纳米管有多层和单层之分。多层碳纳米管通常是2~50个单层碳纳米管组成的同轴管，层间距约0.34nm，直径约2-20nm。有文献提到用甲烷为碳源，硝酸铁为催化剂，氧化镁为载体， 通过化学气相沉积法制备。单层纳米管的结构可分为单臂纳米管、锯齿形纳米管、手性纳米管三种类型。 金属材料也可以看作是由晶体的聚集体构成的。对纯金属一般认为是微细晶粒的聚集体；对合金可看作母相金属原子的晶体与加入的合金晶体等聚合而成的聚集体。晶粒间的结合力要比晶粒内部的结合力要小。软钢、铜、金、铝等之所以能够承受较大的塑性变形，是由于在发生滑移变形的同时，原子相互间的位置依次错开又形成了新的键，从整体看，是由于原子间的键难于断开的缘故。晶粒晶界上的结合是机械结合，即金属由高温熔体凝固析晶时，相互啮合牢固地结合在一起。晶粒间的接触面越大，结合力也越大。 自 1946 年软磁铁氧体工业化生产以来，Mn-Zn铁氧体凭借其高磁导率、低损耗、高饱和磁化强度、低矫顽力和高稳定性等特点，已广泛应用于各种开关电源变压器磁芯、计算机存储系统、军用民用的抗电磁干扰器件以及磁带录音和录像磁头等设备中。经过对烧结气氛、烧结温度、添加物等影响 Mn-Zn 铁氧体材料性能因素的深入研究，发现 Mn-Zn 铁氧体材料的性能不仅与其基础配方密切相关，微量添加剂的掺杂也会显著影响材料的起始磁导率(μi)、饱和磁化强度(Ms)、居里温度(TC)和磁损耗(Pv)等性能参数。根据各种添加物在铁氧体中的存在形式和作用机理，其大致可以分为以下三类：（1）大尺寸离子由于离子半径大于尖晶石相中四面体和八面体空隙，不能进入尖晶石晶格，主要富集于晶界并影响材料电阻率。（2）熔点较低的添加剂在烧结过程中会形成液相促进烧结，部分高价离子掺杂也会引 起晶界附近金属离子的空位增多，加速晶界移动、促进烧结，改善微结构。（3）部分较大尺寸离子掺杂不仅富集于晶界，也部分固溶于尖晶石晶格。适量小尺寸离子掺杂通常都进入尖晶石晶格，它们能起到改变材料饱和磁化强度、起始磁导率等电磁性能参数的作用。 泡沫铝是一种在铝基体中均匀分布着大量连通或不连通孔洞的新型轻质多功能材料。它兼有连续金属相和分散空气相的特点, 是集多种优良性能(高比强度、高比表面积、阻尼、冲击能量吸收、隔声、隔热和电磁屏蔽等)于一身的新型结构功能泡沫材料。它是世界上目前研究最为成熟的一种泡沫金属材料, 具有特殊的多孔结构、优良性能以及广泛的应用前景, 从而成为21世纪前沿热点材料之一。 泡沫铝的结构泡沫铝(foam Aluminum) 的铝基体中分散着无数气泡, 因此它是一种超轻型的多孔性金属材料。按孔结构划分, 泡沫铝通常可分为泡状铝( 闭孔泡沫铝) 和多孔铝( 通孔泡沫铝) 两类。前者孔隙率在80%以上, 孔径一般为Φ2~5mm, 各孔互不相通; 后者的孔隙率在60%~75%, 孔径一般为Φ0.8~2mm, 各孔相互连通。前者是采用直接发泡法制造, 即向铝液中直接加发泡剂进行发泡, 气孔互不连通相对独立, 泡沫体为闭孔结构。采用直接发泡生产泡沫铝,尽管气泡尺寸难以均匀, 但该法生产成本低廉, 已经成为当前生产泡沫铝的主要方法。后者采用加压渗流法制造, 气孔相互连通, 泡沫体为通孔结构。但是, 在大多数的泡沫铝金属中, 通常同时存在开孔结构和通孔结构。为开孔泡沫铝的微观结构和闭孔泡沫铝的微观结构。 泡沫铝的性能泡沫铝是由少量铝金属骨架及大量气泡组成, 气泡所造成的宏观对称破缺 (macroscopic broken sym-metry)是其轻质和多功能兼容性的根源所在。泡沫铝不但具有金属的特性: 强度、韧性、钢性、耐热性、传热性、可加工性、金属光泽, 而且还具有气泡的一系列特性: 重量轻、吸音、吸收冲击波、减震耗能、绝热等。 泡沫铝材料应用范围虽然广泛, 但是它侧重于其功能特性的利用, 而发挥泡沫铝的功能特性又常常是以牺牲其力学性能为代价。因此, 今后的研究中, 应在保持其良好的功能特性的基础上, 加大其力学性能的研究力度, 这样可以进一步拓宽泡沫铝的应用范围。泡沫铝是一种结构功能一体化的新型材料, 具有广义的阻尼特性, 这些特性对其结构十分敏感。由于制造过程中孔洞结构参数随机性较大, 因而对其功能性的研究和利用也是有限的。 关于新型材料结构与性能的关系相关文章读后感 通过阅读文献，我了解了关于新型材料的一些基础知识。 新型材料是指那些新近发展或正在发展的、具有优异性能和应用前景的一类材料。新型材料的特征： （1）生产制备为知识密集、技术密集和资金密集； （2）与新技术和新工艺发展密切结合。如：大多新型材料通过极端条（如超高压、超高温、超高真空、超高密度、超高频、超高纯和超高速快冷等）形成。 （3）一般生产规模小，经营分散，更新换代快，品种变化频繁。 （4）具有特殊性能。如超高强度、超高硬度、超塑性，及超导性、磁性等各种特殊物理性能。 （5）其发展与材料理论关系密切。 新型材料的分类，根据性能与用途分为新型结构材料和功能材料。新型结构材料是指以力学性能为主要要求，用以制造各种机器零件和工程结构的一类材料。新型结构材料具有更高力学性能（如强度、硬度、塑性和韧性等），能在更苛该介质或条件下工作。功能材料指具有特定光、电、磁、声、热、湿、气、生物等性能的种类材料。广泛用于能源、计算机、通信、电子、激光、空间、生命科学等领域。根据材料本性或结合键分为金属材料、元机非金属材料、高分子材料、复合材料 新型材料，在国民经济中具有举足轻重的地位。对新一代材 料的要求是：（1）材料结构与功能相结合。（2）开发智能材料。智能材料必须具备对外界反应能力达到定量的水平。目前的材料还停留在机敏材料水平上，机敏材料只能对外界有定性的反应。 （3）材料本身少无污染，生产过程少污染，且能再生。（4）制造材料能耗少，本身能创造新能源或能充分利用能源。 材料科学发展趋势：（1）研究多相复合材料。指两个或三个主相都在一个材料之中，如多相复合陶瓷材料，多相复合金属材料，多相复合高分子材料，金属—陶瓷、金属—有机物等。（2）研究并开发纳米材料。 ①把纳米级晶粒混合到材料中，以改善材料脆性。②利用纳米材料本身的独特性能。 基于材料结构和性能关系研究的材料设计,其核心科学问题有三: (l)寻找决定材料体系特性的关键功能基元； (2)材料微观结构和宏观功能特性的关系的研究； (3)基于功能基元材料体系的设计原理。 各种新型材料的开发研究越来越引起人们的重视,活性碳纤维(ACF)(或纤维状活性碳(FAC)是近几十年迅速发展起来的一种新颖的高效吸附材料。 ACF的吸附性能与其结构特征有密切关系.影响性能的结构因素可分为两个方面:其一为孔结构因素,如比表面积、孔径、孔容等。在通常情况下,比表面积与吸附量有正比关系;其二为表面官能团的种类和含量,例如含氮官能团的ACF对含硫化合物有优异的吸附能力. 但是,表面官能团与吸附性能的关系较复杂,人们对这方面的了解还不多。 碳除了具有传统观念上的石墨和金刚石两种同素异形体外，还有C60。作为一种跨世纪的新型材料，C60被科学界评为“明星分子”。并被认为是变革材料工业的先头兵。 室温下，靠范德华力结合成固体的C60分子占据布拉格点阵位置, 在 C60分子的空隙内可以容纳各类原子或小分子形成所谓的 C60插入化合物。另外, 以 C60为骨架, 在其笼内或笼外连接其它原子或分子基团, 还可以形成具有各种不同物化性质的 C60络合物。日本丰桥大学的研究人员发现 C60络合物 C60Pd3具有高度的催化活性, 能在常压下催化二苯乙炔的反应, 此外人们还发现合成出来的 Pt( pph3)2C60络合物也具有很高的催化活性。总之, 由C60所表现出的烯烃电子性质, 注定其具有较高的催化性能, 将其作为高效催化剂的原料无疑具有重大的现实意义。 C60特有的结构使之具有快速的非线性光学响应效应、较大的非共振的非线性系数、在较低的光能量下便能实现反饱和吸收、以及近共轭双光子吸收等特性, 是制成光开关、光学限制器以及各种光电子器件等非线性光学材料的基础。研究还发现, C60具有较强的光敏感性, 特别是紫外光辐射会对 C60晶体表面产生重要的影响, 使单晶表面分子聚合而出现龟裂, 其物理性质也发生了相应的改变, 这一性质为 C60在工业中的应用提供了新的途径, 也为 C60在照相制版与光刻蚀工艺中的应用奠定了基础。 近年来，人们已经在石墨烯的制备方面取得了积极的进展，发展了机械剥离、晶体外延生长、化学氧化、化学气相沉积和有机合成等多种制备方法。石墨烯制备技术的不断完善，为基于石墨烯的基础研究和应用开发提供了原料保障。但是，在石墨烯通往应用的道路上，还面临着两个重要的问题，如何实现可控功能化和有序组装。通常组装所用的 石墨烯氧化物是通过氧化石墨得到的层状材料，表征结果显示石墨烯氧化物含有大量的含氧官能团，包括羟基、环氧官能团、羰基、羧基等，通过各种手段引入一些官能团和有机分子，对其表面进行修饰，使其具有一些新的功能，提升其分散和溶解性能。 通过阅读文献，我知道了材料的结构是影响其性能的主要因素，微观结构的不同，表现出来的性能也不同。材料的结构包括其晶体的结构、晶体大小以及晶体之间的相互作用力。材料的晶体结构虽然与它的化学成分、组成以及质点的大小等性质有关，但是，并非所有的化学组成不同的晶体，都有不同的结构。 镁钙系耐火材料具有热力学稳定性好、抗碱性渣侵蚀性强和独特的净化钢水能力，是冶炼特殊钢，尤其是洁净钢的优质耐火材料，一直是国内外备受关注的高性能耐火材料。但其易水化特性严重限制了其广泛应用。到目前为止消除镁钙系耐火材料的主要手段还是要提高其结构，使其致密，从而防止水蒸汽的进入。 MgO、CaO比Mg(OH)2、Ca(OH)2要致密，价键也不同，所表现出 来的性能也不相同。众所周知，Mg(OH)2、Ca(OH)2的高温性能很差，