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JIANGSUUNIVERSITY《现代功能材料》课程总结报告学院：江苏大学班级：机械1203姓名：张夺学号：31203010882015年12月现代功能材料简介为了生存和发展，人类一方面从大自然只选择天然物质进行加工和改造，获得适用的材料；另一方面通过物理化学加工方法研制合金、玻璃、有、陶瓷、合成高分子材料来满足生产和生活的需要。人们使用这些出来是，有的是利用某些材料具有抵抗外力的作用而保持自己的形状和结构不变的优良力学性能（如强度和韧性）来制造工具、机械、车辆以及修建房屋、桥梁、铁路等，这些侧重于强调强度功能的材料统称为结构材料。与此相应，我们把侧重于“切断以外的功能”的材料称为“功能材料”，这通常是通过光、电、磁、声、热、化学、生物化学等的作用，使出来具有特定的功能，主要是光学功能、电磁功能、电绝缘功能、声学功能、身体功能、分离功能、梯度功能、形状记忆功能、自适应功能等。根据出来的性质特征和用途，可将功能材料定义为：具有优良的电学、磁学、光学、声学、力学、化学和生物学功能及其相互转换的功能，被用于非结构目的的高技术材料。也可以表述为：为了赋予材料以有用的功能，通过改变材料的成分、结构、添加剂和制作方法而作成的材料。例如把材料制作成超微粉末、超薄膜而使之产生新的功能，或对一种材料加上某种能量，使之产生另一种能量释放出来等等。《现代功能材料》作为机械专业的一门专业方向选修课，本课程涵盖材料领域前沿的研究成果，是拓展机械专业课程体系的重要课程之一。通过本课程的学习，使学生理解现代功能材料的基本理论、基础知识和工程应用，了解现代功能材料在现代科学中（尤其是机械工程领域）的重要地位及发展概况；使学生通过文献检索等信息收集方式跟踪现代功能材料最新的研究成果，激发学生自主学习与探索的积极性，同时为机械专业的学生拓展材料领域的视野，初步培养学生具有运用材料的功能特性来解决工程问题的思路和能力。从而为将来从事专业生产技术工作奠定必要的材料方面的基础，这是培养综合素质高、具有创新精神的工程技术人才所必需的。超导材料超导材料，是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。1911年，荷兰物理学家昂尼斯(1853～1926)发现，水银的电阻率并不像预料的那样随温度降低逐渐减小，而是当温度降到4.15K附近时，水银的电阻突然降到零。某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近某一特定温度时，它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体。超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度(或临界温度)TC。现已发现大多数金属元素以及数以千计的合金、化合物都在不同条件下显示出超导性。1、技术原理零电阻：超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感应电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。抗磁性：超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。临界温度：外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度，以Tc表示。Tc值因材料不同而异。已测得超导材料的最低Tc是钨，为0.012K。到1987年，临界温度最高值已提高到100K左右。临界磁场：使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度，以Hc表示。Hc与温度T的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0为0K时的临界磁场。临界电流和临界电流密度：超导体的临界温度Tc与其同位素质量M有关。M越大，Tc越低，这称为同位素效应。例如，原子量为199.55的汞同位素，它的Tc是4.18开，而原子量为203.4的汞同位素，Tc为4.146开。通过超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破坏而转变为正常态，以Ic表示。Ic一般随温度和外磁场的增加而减少。单位截面积所承载的Ic称为临界电流密度，以Jc表示。超导材料的这些参量限定了应用材料的条件，因而寻找高参量的新型超导材料成了人们研究的重要课题。以Tc为例，从1911年荷兰物理学家H.开默林－昂内斯发现超导电性(Hg，Tc=4.2K)起，直到1986年以前，人们发现的最高的Tc才达到23.2K(Nb3Ge，1973)。1986年瑞士物理学家K.A.米勒和联邦德国物理学家J.G.贝德诺尔茨发现了氧化物陶瓷材料的超导电性，从而将Tc提高到35K。之后仅一年时间，新材料的Tc已提高到100K左右。这种突破为超导材料的应用开辟了广阔的前景，米勒和贝德诺尔茨也因此荣获1987年诺贝尔物理学奖金。2、主要产品在常压下有28种元素具超导电性，其中铌（Nb）的Tc最高，为9.26K。电工中实际应用的主要是铌和铅(Pb，Tc=7.201K)，已用于制造超导交流电力电缆、高Q值谐振腔等。合金材料：超导元素加入某些其他元素作合金成分，可以使超导材料的全部性能提高。如最先应用的铌锆合金(Nb-75Zr)，其Tc为10.8K，Hc为8.7特。继后发展了铌钛合金，虽然Tc稍低了些，但Hc高得多，在给定磁场能承载更大电流。其性能是Nb-33Ti，Tc=9.3K，Hc=11.0特；Nb-60Ti，Tc=9.3K，Hc=12特(4.2K)。三元合金，性能进一步提高，Nb-60Ti-4Ta的性能是，Tc=9.9K，Hc=12.4特（4.2K）；Nb-70Ti-5Ta的性能是，Tc=9.8K，Hc=12.8特。化合物：超导元素与其他元素化合常有很好的超导性能。如已大量使用的Nb3Sn，其Tc=18.1K，Hc=24.5特。其他重要的超导化合物还有V3Ga，Tc=16.8K，Hc=24特；Nb3Al，Tc=18.8K，Hc=30特。例如：超导陶瓷20世纪80年代初，米勒和贝德诺尔茨开始注意到某些氧化物陶瓷材料可能有超导电性，他们的小组对一些材料进行了试验，于1986年在镧－钡－铜－氧化物中发现了Tc=35K的超导电性。1987年，中国、美国、日本等国科学家在钡－钇－铜氧化物中发现Tc处于液氮温区有超导电性，使超导陶瓷成为极有发展前景的超导材料。3、应用领域超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起，就向人类展示了诱人的应用前景。但要实际应用超导材料又受到一系列因素的制约，这首先是它的临界参量，其次还有材料制作的工艺等问题（例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列工艺问题）。到80年代，超导材料的应用主要有：①利用材料的超导电性可制作磁体，应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等；可制作电力电缆，用于大容量输电（功率可达10000MVA）；可制作通信电缆和天线，其性能优于常规材料。②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。③利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件，其运算速度比高性能集成电路的快10～20倍，功耗只有四分之一。4、研发产品2014年3月28日，日本物质材料研究机构研究小组研究、合成了含有金和硅元素的新型超导化合物。研究小组在1500度、6万个大气压的高温高压条件下，使金和硅以及二硅化锶等发生化学反应，生成了被称为“SrAuSi3”的新型超导体，在1.6K绝对温度下达到超导状态。经理论计算分析，该新型超导体电子结构与原子序号较大的金元素相比，电子数有增加、电子磁性和自旋轨道耦合均较强，属于BaNiSn3构造的化合物。该研究成果已在美国化学学会主编的《材料化学》上发表。见解与收获通过学习这门课程，我了解的好多以前不知道的高精尖材料，在我今后的工作与生活中，我会积极了解功能材料的发展动态。在学习的过程中有苦有甜，苦的是那么多的知识需要去了解去掌握，甜的是当你知识学到手里时的满足感。这门课对于我们就会机械专业的学生来说是非常重要的一门课程，材料是机械行业的基础，如果没有好的材料研究制造，那么机械制造业也不能迅猛发展，作为新一代的机械人，我们有必要掌握材料发展的大方向，才能让自己未来的职业生涯不留遗憾。在学习中我渐渐了解的材料的新的明天，也让我能为随之而来的机械新时代做好准备。