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1、功能復(fù)合材料功能復(fù)合材料功能復(fù)合材料是指除力學(xué)性能以外還提供其他物理性能并包括部分化學(xué)和生物性能的復(fù)合材料，如有導(dǎo)電、超導(dǎo)、半導(dǎo)、磁性、壓電、阻尼、吸聲、摩擦、吸波、屏蔽、阻燃、防熱等功能。功能復(fù)合材料主要由功能體和一種或多種基體組成。在單一功能體的復(fù)合材料中，功能性質(zhì)由功能體提供；基體既起到粘接和賦形的作用，也會(huì)對(duì)復(fù)合材料整體的物理性能合影響。多元功能體的復(fù)合材料具有多種功能，還可能因復(fù)合效應(yīng)出現(xiàn)新的功能。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)合學(xué)科發(fā)展的主流。功能復(fù)合材料的主要類(lèi)型功能復(fù)合材料的主要類(lèi)型功能特征功能特征主要類(lèi)型主要類(lèi)型用途用途磁功能磁功能復(fù)合材料復(fù)合材料屏蔽復(fù)合材

2、料屏蔽復(fù)合材料吸波復(fù)合材料吸波復(fù)合材料透波復(fù)合材料透波復(fù)合材料柔韌磁體、磁記錄柔韌磁體、磁記錄隱身材料隱身材料雷達(dá)罩、天線罩雷達(dá)罩、天線罩導(dǎo)電導(dǎo)電復(fù)合材料復(fù)合材料聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料本征導(dǎo)電聚合物材料本征導(dǎo)電聚合物材料壓電復(fù)合材料壓電復(fù)合材料陶瓷基導(dǎo)電復(fù)合材料陶瓷基導(dǎo)電復(fù)合材料水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料金屬基導(dǎo)電復(fù)合材料金屬基導(dǎo)電復(fù)合材料導(dǎo)電納米復(fù)合材料導(dǎo)電納米復(fù)合材料超導(dǎo)復(fù)合材料超導(dǎo)復(fù)合材料屏蔽屏蔽防靜電、開(kāi)關(guān)防靜電、開(kāi)關(guān)壓電傳感器壓電傳感器高壓絕緣高壓絕緣建筑物絕緣建筑物絕緣高強(qiáng)、耐熱導(dǎo)電材料高強(qiáng)、耐熱導(dǎo)電材料鋰電池鋰電池醫(yī)用核磁成像技術(shù)醫(yī)用核磁成像技術(shù)減少電

3、磁波對(duì)信息減少電磁波對(duì)信息系統(tǒng)的干擾、減弱系統(tǒng)的干擾、減弱電磁波對(duì)人體健康電磁波對(duì)人體健康的損害。的損害。吸收或衰減入射的吸收或衰減入射的電磁波，使其因干電磁波，使其因干涉而消失或?qū)⑵潆娚娑Щ驅(qū)⑵潆姶拍苻D(zhuǎn)換為其他形磁能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量。式的能量。功能特征功能特征主要類(lèi)型主要類(lèi)型用途用途光功能光功能復(fù)合材料復(fù)合材料透光復(fù)合材料透光復(fù)合材料光傳導(dǎo)復(fù)合材料光傳導(dǎo)復(fù)合材料發(fā)光復(fù)合材料發(fā)光復(fù)合材料光致變色復(fù)合材料光致變色復(fù)合材料感光復(fù)合材料感光復(fù)合材料光電轉(zhuǎn)換復(fù)合材料光電轉(zhuǎn)換復(fù)合材料光記錄復(fù)合材料光記錄復(fù)合材料農(nóng)用溫室頂板農(nóng)用溫室頂板光纖傳感器光纖傳感器熒光顯示板熒光顯示板變色眼鏡變色眼鏡光刻膠

4、光刻膠光電導(dǎo)攝像管光電導(dǎo)攝像管光學(xué)存儲(chǔ)器光學(xué)存儲(chǔ)器熱功能熱功能復(fù)合材料復(fù)合材料燒蝕防熱復(fù)合材料燒蝕防熱復(fù)合材料熱適應(yīng)復(fù)合材料熱適應(yīng)復(fù)合材料阻燃復(fù)合材料阻燃復(fù)合材料固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管半導(dǎo)體支撐板半導(dǎo)體支撐板車(chē)、船、飛行器等內(nèi)裝飾材料車(chē)、船、飛行器等內(nèi)裝飾材料功能特征功能特征主要類(lèi)型主要類(lèi)型用途用途摩擦摩擦復(fù)合材料復(fù)合材料摩阻復(fù)合材料摩阻復(fù)合材料減摩復(fù)合材料減摩復(fù)合材料汽車(chē)剎車(chē)片汽車(chē)剎車(chē)片軸承軸承阻尼阻尼復(fù)合材料復(fù)合材料熱損耗阻尼復(fù)合材料熱損耗阻尼復(fù)合材料磁損耗阻尼復(fù)合材料磁損耗阻尼復(fù)合材料電損耗阻尼復(fù)合材料電損耗阻尼復(fù)合材料洗衣機(jī)外殼、網(wǎng)球拍洗衣機(jī)外殼、網(wǎng)球拍橋梁減振橋梁減振智

5、能聲控智能聲控防彈防彈復(fù)合材料復(fù)合材料軟質(zhì)防彈裝甲軟質(zhì)防彈裝甲復(fù)合材料層合板防彈裝甲復(fù)合材料層合板防彈裝甲陶瓷陶瓷/復(fù)合材料防彈裝甲復(fù)合材料防彈裝甲防彈衣防彈衣防彈頭盔防彈頭盔航空復(fù)合裝甲航空復(fù)合裝甲抗輻射抗輻射復(fù)合材料復(fù)合材料防紫外線復(fù)合材料防紫外線復(fù)合材料防防X射線復(fù)合材料射線復(fù)合材料防防射線復(fù)合材料射線復(fù)合材料防中子復(fù)合材料防中子復(fù)合材料防核輻射復(fù)合材料防核輻射復(fù)合材料遮陽(yáng)傘遮陽(yáng)傘X射線攝影紗射線攝影紗射線防護(hù)服射線防護(hù)服中子輻射防護(hù)服中子輻射防護(hù)服核廢料容器核廢料容器功能復(fù)合材料的設(shè)計(jì)功能材料很難用一種物理量來(lái)衡量，需要用材料的優(yōu)值進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。材料的優(yōu)值是由幾個(gè)物理參數(shù)組合起來(lái)對(duì)材料

6、使用性能進(jìn)行表征的量。一般單質(zhì)材料很難達(dá)到高優(yōu)值，但復(fù)合材料可按照要求調(diào)整其特有的參數(shù)，達(dá)到高優(yōu)值。此外還可應(yīng)用復(fù)合材料的復(fù)合效應(yīng)設(shè)計(jì)、制造各種功能復(fù)合材料。由于功能復(fù)合材料是由兩種(或兩種以上)材料組分所組成的，由此功能復(fù)合材料具有很大的設(shè)計(jì)自出度。功能復(fù)合材料調(diào)整優(yōu)值的途徑功能復(fù)合材料可以通過(guò)改變復(fù)合結(jié)構(gòu)的因素，即復(fù)合度、聯(lián)接方式、對(duì)稱性、尺度和周期性等，大幅度定向化地調(diào)整物理張量組元的數(shù)值，找到最佳組合，獲得最高優(yōu)值。調(diào)整復(fù)合度復(fù)合度是參與復(fù)合各組分的體積分?jǐn)?shù)。把物理性質(zhì)不同的物質(zhì)復(fù)合在一起，可以改變各組分的含量，使復(fù)合材料的某物理參數(shù)在較大范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。例如，介電性質(zhì)為A的A物質(zhì)和B

7、的B物質(zhì)做成復(fù)合材料：混合法則并聯(lián)時(shí)：串聯(lián)時(shí)：上述公式即為常用的混合法則（或稱混合率）。調(diào)整聯(lián)接方式復(fù)合材料中各組分在三維空間中的聯(lián)接方式可任意調(diào)整材料組分具有多種幾何形狀：顆粒狀（零維，以0表示）；纖維狀（一維，以1表示）；片膜狀（二維，以2表示）；網(wǎng)絡(luò)狀（三維，以3表示）可以選擇不同形狀的組分進(jìn)行復(fù)合 例如：需要功能材料各向同性時(shí)，可用03型；需要具有單向性能則可用13型。調(diào)整對(duì)稱性對(duì)稱性是功能復(fù)合材料組分在空間幾何布局上的特征。調(diào)整尺度當(dāng)功能體尺寸從微米、亞微米減小到納米時(shí)，原有的宏觀物理性能會(huì)發(fā)生變化。它與基體之間的界面還能產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的電學(xué)、光學(xué)、光化學(xué)、非線性光學(xué)等出現(xiàn)

8、異常的行為。調(diào)整周期性使功能體在基體內(nèi)呈結(jié)構(gòu)上的周期分布，并使外加作用場(chǎng)（光、聲、電磁波）的波長(zhǎng)與此周期呈一定的匹配關(guān)系，而產(chǎn)生功能作用利用復(fù)合效應(yīng)創(chuàng)造新型功能復(fù)合材料 復(fù)合材料的復(fù)合效應(yīng)復(fù)合材料的復(fù)合效應(yīng)線性效應(yīng)非線性效應(yīng)加和效應(yīng)乘積效應(yīng)平均效應(yīng)系統(tǒng)效應(yīng)相補(bǔ)效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)相抵效應(yīng)共振效應(yīng) 機(jī)理不清楚，但存在，如彩色膠機(jī)理不清楚，但存在，如彩色膠片由紅、黃、蘭三種感光層復(fù)合，結(jié)片由紅、黃、蘭三種感光層復(fù)合，結(jié)果是五彩繽紛的畫(huà)面，復(fù)合涂層使材果是五彩繽紛的畫(huà)面，復(fù)合涂層使材料表面硬度大幅度提高，超過(guò)按混合料表面硬度大幅度提高，超過(guò)按混合定則的計(jì)算值。說(shuō)明組成了復(fù)合系統(tǒng)定則的計(jì)算值。說(shuō)明組成了復(fù)合系

9、統(tǒng)才能出現(xiàn)的現(xiàn)象。才能出現(xiàn)的現(xiàn)象。兩個(gè)相鄰物體在一定兩個(gè)相鄰物體在一定條件下發(fā)生共振。條件下發(fā)生共振。在一定條件下，復(fù)合材料中的一在一定條件下，復(fù)合材料中的一組分材料可以通過(guò)誘導(dǎo)作用使另組分材料可以通過(guò)誘導(dǎo)作用使另一組分材料的結(jié)構(gòu)改變而改變整一組分材料的結(jié)構(gòu)改變而改變整體性能或產(chǎn)生新的效應(yīng)。體性能或產(chǎn)生新的效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)體的晶形會(huì)通過(guò)界面實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)體的晶形會(huì)通過(guò)界面誘導(dǎo)基體結(jié)構(gòu)改變而形成界面層相誘導(dǎo)基體結(jié)構(gòu)改變而形成界面層相乘積效應(yīng)的作用乘積效應(yīng)是在復(fù)合材料兩組分之間產(chǎn)生可以用乘積關(guān)系表達(dá)的協(xié)同作用 熱形變材料形變導(dǎo)電材料熱導(dǎo)電功能復(fù)合材料A相換能材料B相換能材料AB功能復(fù)合材料用途熱形

10、變形變電導(dǎo)熱電導(dǎo)熱敏電阻磁形變（磁致伸縮）壓力電流（壓電）磁力電流磁場(chǎng)測(cè)量元件光導(dǎo)電電形變（電致伸縮）光形變（光致伸縮）光控機(jī)械運(yùn)作元件壓力電場(chǎng)電場(chǎng)磁場(chǎng)壓力磁場(chǎng)壓磁換能器壓力電場(chǎng)電場(chǎng)發(fā)光（場(chǎng)致發(fā)光）壓力發(fā)光壓力過(guò)載指示壓電復(fù)合材料壓電陶瓷和聚合物基體按照一定的聯(lián)接方式、一定的體積比例和一定的空間幾何分布復(fù)合而成。在電場(chǎng)的作用下，可以引起電介質(zhì)中帶電粒子的相對(duì)位移而發(fā)生極化。但是，在某些電介質(zhì)晶體中，也可以通過(guò)純粹的機(jī)械作用(拉應(yīng)力、壓應(yīng)力或切應(yīng)力)而發(fā)生極化，并導(dǎo)致介質(zhì)兩端表面內(nèi)出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷，其電荷密度與外力成比例。這種由于機(jī)械力的作用而使電介質(zhì)晶體產(chǎn)生極化并形成表面荷電的效應(yīng)，稱為

11、壓電效應(yīng)。晶體的這一性質(zhì)就叫壓電性。壓電性當(dāng)在某些各向異性的晶體上施加應(yīng)力時(shí)，晶體的某些表面上就會(huì)有電荷產(chǎn)生，這一效應(yīng)被稱為正壓電效應(yīng)，在晶體上施加電場(chǎng)時(shí)，晶體會(huì)產(chǎn)生幾何形變，這一效應(yīng)被稱為逆壓電效應(yīng)。晶體的這一性質(zhì)被稱為壓電性。壓電材料能夠自適應(yīng)環(huán)境的變化實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能之間的相互轉(zhuǎn)化，具有集傳感、執(zhí)行和控制于一體的特有屬性和響應(yīng)速度快、測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，可廣泛用作傳感材料和驅(qū)動(dòng)材料。雖然壓電陶瓷材料提供了較高的機(jī)電耦合性能，較寬的介電選擇范圍以及較低的介電和機(jī)械損耗，但是在水聲、超聲換能器的應(yīng)用中，由于壓電陶瓷的高密度，高聲速，高聲阻抗，難以實(shí)現(xiàn)與水及人體相匹配，更難實(shí)現(xiàn)空氣的匹

12、配。此外，壓電陶瓷的脆性大，耐機(jī)械沖擊和非對(duì)稱應(yīng)力小，成型加工困難、不能獲得任意形狀以及耐沖擊性較差等缺點(diǎn)，使其應(yīng)用受到一定限制。壓電聚合物具有密度低，聲速低，聲學(xué)阻抗與水或人體軟組織匹配；彈性柔順性好，可制成大面積均勻的薄膜或異型件;低介電常數(shù)、高熱釋電優(yōu)值等優(yōu)點(diǎn)，但其壓電系數(shù)和機(jī)電藕合系數(shù)很小，介電和機(jī)械損耗很高，溫度和老化特性差，因而限制了它們的應(yīng)用。用于壓電復(fù)合材料的壓電陶瓷主要有鈦酸鉛PT)、鋯鈦酸鉛（PZT）及其改性材料、鈦酸鋇（BT）及其改性材料等。Electric dipoles in domains;(1)unpoled ferroelectric ceramic,(2)du

13、ring and(3)after poling(piezoelectric ceramic).壓電陶瓷壓電陶瓷的應(yīng)用范圍 能量轉(zhuǎn)換 壓電陶瓷壓電陶瓷可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能,故可用于制造壓電打火機(jī),壓電點(diǎn)火機(jī),移動(dòng)X光機(jī)電源,炮彈引爆裝置等.用壓電陶瓷壓電陶瓷也可以把電能轉(zhuǎn)換為超聲振動(dòng),用于探尋水下魚(yú)群,對(duì)金屬進(jìn)行無(wú)損探傷,以及超聲清洗,超聲醫(yī)療等.傳感 用壓電陶瓷壓電陶瓷制成的傳感器可用來(lái)檢測(cè)微弱的機(jī)械振動(dòng)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào),可應(yīng)用于聲納系統(tǒng),氣象探測(cè),遙感遙測(cè),環(huán)境保護(hù),家用電器等.驅(qū)動(dòng) 壓電驅(qū)動(dòng)器是利用壓電陶瓷壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生形變,以精確地控制位移,可用于精密儀器與精密機(jī)械,微電子

14、技術(shù),光纖技術(shù)及生物工程等領(lǐng)域.頻率控制 壓電陶瓷壓電陶瓷還可以用來(lái)制造各種濾波器和諧振器 壓電陶瓷點(diǎn)火器 可固定在家用灶具上點(diǎn)燃煤氣，轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪開(kāi)關(guān)1，利用凸輪凸出部分推動(dòng)沖擊塊3，并壓縮沖擊塊后的彈簧2。當(dāng)凸輪凸出部分脫離沖擊塊后。由于彈簧彈力作用，沖擊塊給陶瓷壓電元件4一個(gè)沖擊力，便在壓電元件兩端產(chǎn)生高壓，并從中間電極5輸出高壓，產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃?xì)怏w。雙聲道陶瓷拾音器 壓電陶瓷彎曲變形器 壓電陶瓷風(fēng)扇和繼電器 壓電振動(dòng)加速計(jì) 0-3型壓電復(fù)合材料由不連續(xù)的陶瓷顆粒分散于三維連通的聚合體基體中形成的。可以做成薄片、棒或線材。澆注樹(shù)脂是非常關(guān)鍵的步驟,為了使樹(shù)脂與 PZT柱結(jié)合緊密,樹(shù)脂與PZT

15、柱的界面上不能存在氣孔,因?yàn)闅饪椎拇嬖谝资孤暡óa(chǎn)生全反射,而且會(huì)導(dǎo)致力的傳遞不連續(xù)。因此,要求樹(shù)脂的流動(dòng)性好，固化時(shí)間長(zhǎng)。1-3型水泥基壓電復(fù)合材料1-3型水泥基壓電復(fù)合材料是由一維的壓電陶瓷柱平行地排列于三維連通的水泥基體中而構(gòu)成的兩相壓電復(fù)合材料。這種復(fù)合材料集中了各相材料的優(yōu)點(diǎn),互補(bǔ)了單相的缺點(diǎn),具有低聲阻抗、高機(jī)電耦合系數(shù)和低機(jī)械品質(zhì)因數(shù)等優(yōu)點(diǎn),更重要的是通過(guò)調(diào)節(jié)壓電陶瓷柱的體積分?jǐn)?shù)及形狀參數(shù)便可使復(fù)合材料的聲阻抗與混凝土材料的聲阻抗相匹配,從而有效地解決智能材料在土木工程中的相容性問(wèn)題。導(dǎo)電復(fù)合材料導(dǎo)電發(fā)合材料是由導(dǎo)電材料和作為基體的絕緣材料復(fù)合得到的具有導(dǎo)電功能的材料?；w包括聚合

16、物、金屬、陶瓷甚至水泥等；碳素、金屬、金屬氧化物等。導(dǎo)電機(jī)理通過(guò)導(dǎo)電粒子之間的直接接觸而產(chǎn)生傳導(dǎo)；通過(guò)導(dǎo)電體之間的電子躍遷，即隧道效應(yīng)，產(chǎn)生傳導(dǎo)。智能復(fù)合材料的概念智能復(fù)合材料是一類(lèi)基于仿生學(xué)概念發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)材料，是集成了傳感器、信息處理器和功能驅(qū)動(dòng)器的新型復(fù)合材料。智能材料通過(guò)傳感器感知內(nèi)外環(huán)境狀態(tài)的變化，將變化所產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)信息處理器做出判斷處理，并發(fā)出指令，而后通過(guò)功能驅(qū)動(dòng)器調(diào)整材料的各種狀態(tài)，以適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境的變化，從而實(shí)現(xiàn)自檢測(cè)、自診斷、自調(diào)節(jié)、自恢復(fù)、自我保護(hù)等多種特殊功能，類(lèi)似于生物系統(tǒng)。智能復(fù)合材料是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與材料科學(xué)交叉的產(chǎn)物，在許多領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景，如機(jī)械裝置噪音與振動(dòng)的自我控制等，飛機(jī)的智能蒙皮與自適應(yīng)機(jī)翼，橋梁與高速公路等大型結(jié)構(gòu)的自增強(qiáng)、自診斷、自修復(fù)功能。智能材料的基本構(gòu)成和工作原理智能材料一般由基體材料、敏感材料、驅(qū)動(dòng)材料和信息處理器四部分組成?；w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。敏感材料敏感