第一章功能材料概述功能材料的概念、分類及特點(diǎn)功能設(shè)計(jì)的概念及方法功能材料定義 以特殊的電、磁、聲、光、熱、力、化學(xué)及生物學(xué)等性能作為主要性能指標(biāo)的一類材料。即在聲、光、電、磁、熱及化學(xué)性能上有特殊效應(yīng)的，用于非結(jié)構(gòu)目的的高技術(shù)材料。

1965年由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的J.A.Morton博士首先提出功能材料概念。功能材料一般可將一種物理量轉(zhuǎn)換成另一種物理量，例如太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換。功能材料定義…continue科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)對(duì)功能材料的需求日益迫切。新的功能材料已成為新技術(shù)和新興工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。例：沒(méi)有超純石英玻璃纖維，激光-光纖通信就難以實(shí)現(xiàn)；高分子反滲透薄膜應(yīng)用于海水淡化，正在代替耗能大、成本高的蒸發(fā)法和離子交換法；非晶硅光電材料，使太陽(yáng)能電池具有工業(yè)應(yīng)用意義。此外，還有壓電、熱敏、光敏、透紅外、微波、傳感、電磁、換能及生物功能陶瓷、形狀記憶合金、超導(dǎo)材料、防振合金、超塑性金屬、超微粒子等等。它們?cè)诂F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中，有各種神奇妙用。每一種新功能材料的誕生都標(biāo)志著新技術(shù)的進(jìn)步，而每一項(xiàng)新技術(shù)都伴隨著新功能材料的突破。

功能材料的的品種繁多，目前已達(dá)十多萬(wàn)種，而且還以每年百分之五的增長(zhǎng)率不斷增加。功能材料分類功能材料種類繁多，涉及面廣，有多種分類方法。目前主要是根據(jù)材料的化學(xué)組成、應(yīng)用領(lǐng)域、使用性能進(jìn)行分類。

按化學(xué)組成分類金屬功能材料

陶瓷功能材料

有機(jī)高分子功能材料

復(fù)合功能材料…按應(yīng)用領(lǐng)域分類電工功能材料

能源功能材料

信息功能材料

光學(xué)功能材料

儀器儀表功能材料

航空航天功能材料

生物醫(yī)學(xué)功能材料

傳感器用功能材料…按使用性能分類電功能材料

磁功能材料

光功能材料

熱功能材料

化學(xué)功能材料

生物功能材料

聲功能材料

隱形功能材料…功能材料的現(xiàn)狀

近年來(lái)，功能材料迅速發(fā)展，已有幾十大類，10多萬(wàn)種，且每年都有大量新品種問(wèn)世。現(xiàn)已開(kāi)發(fā)的以物理功能材料最多，主要有：

1）單功能材料，如：導(dǎo)電材料、介電材料、鐵電材料、磁性材料、磁信息材料、發(fā)熱材料、熱控材料、光學(xué)材料、激光材料、紅外材料等。

2）功能轉(zhuǎn)換材料，如：壓電材料、光電材料、熱電材料、磁光材料、聲光材料、磁敏材料、磁致伸縮材料、電色材料等。功能材料的現(xiàn)狀

…continue3）多功能材料：如防振降噪材料、三防材料（防熱、防激光和防核）、電磁材料等。4）復(fù)合和綜合功能材料，如：形狀記憶材料、隱身材料、傳感材料、智能材料、顯示材料、分離功能材料、環(huán)境材料、電磁屏蔽材料等。5）新形態(tài)和新概念功能材料，如：液晶材料、梯度材料、納米及其它非隨機(jī)缺陷材料、非平衡材料等。

*化學(xué)和生物功能材料的種類較少，但其發(fā)展速度很快，其功能也更多樣化。

功能材料的發(fā)展趨勢(shì)

1）開(kāi)發(fā)高技術(shù)所需的新型功能材料，特別是尖端領(lǐng)域（航空航天、分子電子學(xué)、新能源、海洋技術(shù)和生命科學(xué)等）所需和在極端條件下（超高溫、超高壓、超低溫、強(qiáng)腐蝕、高真空、強(qiáng)輻射等）工作的高性能功能材料；2）功能材料的功能從單功能向多功能和復(fù)合或綜合功能發(fā)展，從低級(jí)功能向高級(jí)功能發(fā)展；3）功能材料和器件的一體化、高集成化、超微型化、高密積化和超分子化；功能材料的發(fā)展趨勢(shì)…continue

4）功能材料和結(jié)構(gòu)材料兼容，即功能材料結(jié)構(gòu)化，結(jié)構(gòu)材料功能化；5）進(jìn)一步研究和發(fā)展功能材料的新概念、新設(shè)計(jì)和新工藝；6）完善和發(fā)展功能材料檢測(cè)和評(píng)價(jià)的方法；7）加強(qiáng)功能材料的應(yīng)用研究，擴(kuò)展功能材料的應(yīng)用領(lǐng)域，加強(qiáng)推廣成熟的研究成果，以形成生產(chǎn)力。功能材料的特點(diǎn)

電功能材料

以特殊的電學(xué)性能或各種電效應(yīng)作為主要性能指標(biāo)的一類材料。

半導(dǎo)體材料

常規(guī)導(dǎo)體材料

超導(dǎo)材料

電接點(diǎn)（觸頭）材料 …功能材料的特點(diǎn)…continue

按導(dǎo)電機(jī)理可分為：電子導(dǎo)電材料和離子導(dǎo)電材料兩大類。

電子導(dǎo)電材料包括導(dǎo)體、超導(dǎo)體和半導(dǎo)體.

離子導(dǎo)電材料的導(dǎo)電機(jī)理源于離子的運(yùn)動(dòng)，由于離子的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于電子的運(yùn)動(dòng)速度，因此其電導(dǎo)率較小。

功能材料的特點(diǎn)…continue導(dǎo)體材料電阻率隨著溫度升高而升高，這是導(dǎo)體的一個(gè)特征分類:（1）金屬材料。電導(dǎo)率在107~108

s/m之間；例:銀（6.63×107

s/m

）銅（5.85×107

s/m

）鋁

（3.45×107

s/m

） （2）合金材料。電導(dǎo)率在105~107S/m之間；例:黃銅（1.60×107

s/m

），鎳鉻合金（9.30×105s/m

） （3）無(wú)機(jī)非金屬材料。電導(dǎo)率在105~108

s/m之間。例:石墨在基晶方向?yàn)?.5×106

s/m。功能材料的特點(diǎn)…continue導(dǎo)體材料應(yīng)用金屬導(dǎo)體材料主要用作：電纜材料、電機(jī)材料、導(dǎo)電引線材料、導(dǎo)體布線材料、輻射屏蔽材料、電池材料、開(kāi)關(guān)材料、傳感器材料、信息傳輸材料、釋放靜電材料和接點(diǎn)材料等，還可以作成各種金屬填充材料和金屬?gòu)?fù)合材料。

合金導(dǎo)體材料主要用作電阻材料和熱電偶材料，如鉑銠-鉑熱電偶等。非金屬導(dǎo)體材料主要用作耐腐蝕導(dǎo)體和導(dǎo)電填料。功能材料的特點(diǎn)…continue半導(dǎo)體材料

導(dǎo)電性能介于金屬和絕緣體之間；（σ＝10-7～104）具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)。（導(dǎo)體具有正的電阻溫度系數(shù)）功能材料的特點(diǎn)…continue半導(dǎo)體材料當(dāng)大量原子(N個(gè))結(jié)合成晶體時(shí)（1019個(gè)原子大約可形成1mm3的晶體）,

原來(lái)分屬于N個(gè)原子的相同的價(jià)電子能級(jí)分裂成屬于整個(gè)晶體的N個(gè)能量稍有差別的能級(jí)。這些能級(jí)基本連成一片，稱為能帶。

半導(dǎo)體能帶相關(guān)概念帶隙:

能帶之間的區(qū)域

禁帶

:

帶隙不存在電子的能級(jí)

價(jià)帶

:

對(duì)應(yīng)價(jià)電子能級(jí)的能帶空帶:

價(jià)帶上面的能帶

導(dǎo)帶

:

最靠近價(jià)帶的空帶

滿帶

:

價(jià)帶被電子填滿功能材料的特點(diǎn)…continue半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)下面部分是價(jià)帶，價(jià)帶是充滿電子，因此是一個(gè)滿帶。上面部分是導(dǎo)帶，而導(dǎo)帶是空的。滿價(jià)帶和空導(dǎo)帶之間是禁帶，其禁帶寬度比較窄，一般在1ev左右。價(jià)帶中的電子受能量激發(fā)后，如果激發(fā)能大于Eg，電子可以從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶上，同時(shí)在價(jià)帶中留下一個(gè)空的能級(jí)位置(空穴)。導(dǎo)體的能帶中都有末被填滿的價(jià)帶，在外電場(chǎng)的作用下，電子可由價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，從而形成電流。絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)是滿帶與導(dǎo)帶之間被一個(gè)較寬的禁帶所隔開(kāi)，在常溫下幾乎很少有電子可以被激發(fā)越過(guò)禁帶，因此其電導(dǎo)率很低。功能材料的特點(diǎn)…continue半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

半導(dǎo)體價(jià)帶中的電子受激發(fā)后從滿價(jià)帶躍到空導(dǎo)帶中，躍遷電子可在導(dǎo)帶中自由運(yùn)動(dòng)，傳導(dǎo)電子的負(fù)電荷。同時(shí)，在滿價(jià)帶中留下空穴，空穴帶正電荷，在價(jià)帶中空穴可按電子運(yùn)動(dòng)相反的方向運(yùn)動(dòng)而傳導(dǎo)正電荷。因此，半導(dǎo)體的導(dǎo)電來(lái)源于電子和空穴的運(yùn)動(dòng)，電子和空穴都是半導(dǎo)體中導(dǎo)電的載流子。功能材料的特點(diǎn)…continue典型半導(dǎo)體材料及其應(yīng)用

按組成分類

元素半導(dǎo)體

化合物半導(dǎo)體

固溶體半導(dǎo)體功能材料的特點(diǎn)…continue元素半導(dǎo)體

-本征半導(dǎo)體

&雜質(zhì)半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體:高純度、無(wú)缺陷的元素半導(dǎo)體。雜質(zhì)濃度小于10-9

雜質(zhì)半導(dǎo)體:在本征半導(dǎo)體中有意加入少量的雜質(zhì)元素，以控制電導(dǎo)率，形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。功能材料的特點(diǎn)…continue本征半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體廣泛研究的元素是Si、Ge和金剛石。金剛石可看作是碳元素半導(dǎo)體，它的性質(zhì)是1952年發(fā)現(xiàn)的。除了硅、鍺、金剛石外，其余的半導(dǎo)體元素一般不單獨(dú)使用。因?yàn)楸菊靼雽?dǎo)體單位體積內(nèi)載流子數(shù)目比較少，需要在高溫下工作電導(dǎo)率才大，故應(yīng)用不多。功能材料的特點(diǎn)…continue雜質(zhì)半導(dǎo)體

利用將雜質(zhì)元素?fù)饺爰冊(cè)刂?，把電子從雜質(zhì)能級(jí)（帶）激發(fā)到導(dǎo)帶上或者把電子從價(jià)帶激發(fā)到雜質(zhì)能級(jí)上，從而在價(jià)帶中產(chǎn)生空穴的激發(fā)叫非本征激發(fā)或雜質(zhì)激發(fā)。這種半導(dǎo)體叫雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體本身也存在本征激發(fā)，一般雜質(zhì)半導(dǎo)體中摻雜雜質(zhì)的濃度很低，如十億分之一就可達(dá)到目的。雜質(zhì)能級(jí)功能材料的特點(diǎn)…continue雜質(zhì)半導(dǎo)體:

n型半導(dǎo)體

&p型半導(dǎo)體

n型半導(dǎo)體:摻雜原子的價(jià)電子多于純?cè)氐膬r(jià)電子，又稱施主型半導(dǎo)體

p型半導(dǎo)體:摻雜原子的價(jià)電子少于純?cè)氐膬r(jià)電子，又稱受主型半導(dǎo)體功能材料的特點(diǎn)…continuen型半導(dǎo)體（電子型，施主型）ⅣA族元素（C、Si、Ge、Sn）中摻入VA族元素（P、As、Sb、Bi）后，造成摻雜元素的價(jià)電子多于純?cè)氐膬r(jià)電子，其導(dǎo)電機(jī)理是電子導(dǎo)電占主導(dǎo)，這類半導(dǎo)體是n型半導(dǎo)體。p型半導(dǎo)體（空穴型，受主型）ⅣA族元素（C、Si、Ge、Sn）中摻入ⅢA族元素（如B）時(shí)，摻雜元素的價(jià)電子少于純?cè)氐膬r(jià)電子，它們的原子間生成共價(jià)鍵以后，還缺一個(gè)電子，而在價(jià)帶其中產(chǎn)生空穴。以空穴導(dǎo)電為主，摻雜元素是電子受主，這類半導(dǎo)體是p型半導(dǎo)體。功能材料的特點(diǎn)…continue雜質(zhì)半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)

N型半導(dǎo)體逾量電子處于施主能級(jí)，施主能級(jí)與導(dǎo)帶底能級(jí)之差Ed遠(yuǎn)小于禁帶寬度Eg（相差近三個(gè)數(shù)量級(jí)）。因此，雜質(zhì)電子比本征激發(fā)更容易激發(fā)到導(dǎo)帶。例如Si摻雜十億分之一As時(shí)，其Eg為1.6×10-19J，Ed為6.4×10-21J。Ge摻雜十億分之一Sb時(shí)，其Eg為1.15×10-19J，Ed為1.6×10-21J。P型半導(dǎo)體逾量空穴處于受主能級(jí)。由于受主能級(jí)與價(jià)帶頂端的能隙Ea遠(yuǎn)小于禁帶寬度Eg，價(jià)帶上的電子很容易激發(fā)到受主能級(jí)上，在價(jià)帶形成空穴導(dǎo)電。

功能材料的特點(diǎn)…continue化合物半導(dǎo)體

二元化合物GaAs（砷化鎵）、CdS鎘、SiC、GeS鍺、AsSe3硒等。三元化合物AgGeTe2、AgAsSe2、CuCdSnTe4等（碲）功能材料的特點(diǎn)…continue固溶體半導(dǎo)體:由兩種或多種元素或化合物互溶而成的。二元系固溶體半導(dǎo)體Bi-Sb三元系固溶體半導(dǎo)體（碲鎘汞）Hg1-xCdxTe（鎵砷磷）GeAs1-xPx

功能材料的特點(diǎn)…continue

雜質(zhì)半導(dǎo)體 固溶體

化合物半導(dǎo)體

原子數(shù)比: 1/109

1/100

1/100原子站位: 同位

同位 異位功能材料的特點(diǎn)…continue半導(dǎo)體材料的應(yīng)用

半導(dǎo)體材料在集成電路上的應(yīng)用：最早用鍺單晶制造二極管和三極管；現(xiàn)在發(fā)展硅器件，以硅單晶為基材的集成電路在電子器件中占主導(dǎo)地位?；衔锇雽?dǎo)體砷化鎵做微波、超高頻晶體管等；半導(dǎo)體在光電子器件、微波器件和電聲耦合器上的應(yīng)用：發(fā)光管、激光器、光電池、光集成等；半導(dǎo)體材料在傳感器上的應(yīng)用：半導(dǎo)體傳感器功能材料的特點(diǎn)…continue超導(dǎo)材料

1911年OnnesHK在研究極低溫度下金屬導(dǎo)電性時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度降到4.2K時(shí)，汞的電阻率突然降低到接近于零。這種現(xiàn)象稱為汞的超導(dǎo)現(xiàn)象。從此，超導(dǎo)材料的研究引起了廣泛的關(guān)注，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)了上千種超導(dǎo)材料。概念

超導(dǎo)電現(xiàn)象：材料的電阻隨溫度降低而減小并最終出現(xiàn)零電阻的現(xiàn)象。超導(dǎo)體：低于某一溫度出現(xiàn)超導(dǎo)電性的物質(zhì)。功能材料的特點(diǎn)…continue超導(dǎo)體的基本特性 特性一：完全導(dǎo)電性（零電阻） File和Mills利用精確核磁共振方法測(cè)量超導(dǎo)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，來(lái)研究螺線管內(nèi)超導(dǎo)電流的衰變，得出的結(jié)論是超導(dǎo)電流的衰變時(shí)間不短于10萬(wàn)年。功能材料的特點(diǎn)…continue超導(dǎo)體的基本特性 特性二：完全抗磁性 處于超導(dǎo)狀態(tài)的材料，磁感應(yīng)強(qiáng)度B始終為零。即磁力線不能進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)部。

這一現(xiàn)象為邁斯納（Meissner）1933年發(fā)現(xiàn)，稱為邁斯納效應(yīng)。功能材料的特點(diǎn)…continue超導(dǎo)體的基本特性 特性三：臨界溫度（Tc）、臨界磁場(chǎng)（Hc）、臨界電流Jc是約束超導(dǎo)現(xiàn)象的三大臨界條件。

當(dāng)溫度超過(guò)臨界溫度時(shí)，超導(dǎo)態(tài)就消失； 當(dāng)電流超過(guò)臨界電流時(shí)，超導(dǎo)態(tài)就消失； 當(dāng)磁場(chǎng)超過(guò)臨界磁場(chǎng)時(shí)，超導(dǎo)態(tài)就消失； 三者具有明顯的相關(guān)性。只有當(dāng)上述三個(gè)條件均滿足超導(dǎo)材料本身的臨界值時(shí)，才能發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象（由Tc、Hc，Jc形成的閉合曲面內(nèi)為超導(dǎo)態(tài)）。功能材料的特點(diǎn)…continue超導(dǎo)體的基本特性 特性四：約瑟夫森（BDJosephson）效應(yīng) 承擔(dān)超導(dǎo)電的超導(dǎo)電子還可以穿越極薄絕緣體勢(shì)壘經(jīng)典力學(xué)中，若兩個(gè)區(qū)域被一個(gè)勢(shì)壘隔開(kāi)，則只有粒子具有足夠的能量時(shí)，其才會(huì)從一個(gè)區(qū)域進(jìn)入另一個(gè)區(qū)域。量子力學(xué)中，粒子具有足夠的能力不再是一個(gè)必要條件，一個(gè)能量不太高的粒子也可能會(huì)以一定的概率“穿過(guò)”勢(shì)壘，即所謂的“隧道效應(yīng)”。功能材料的特點(diǎn)…continue第一類超導(dǎo)體&第二類超導(dǎo)體

（按邁斯納效應(yīng)分）第一類超導(dǎo)體（軟超導(dǎo)體）當(dāng)H<Hc

時(shí)，B＝0（B為磁感應(yīng)強(qiáng)度）當(dāng)H>Hc

時(shí)，B＝μH第一類超導(dǎo)體只有一個(gè)臨界磁場(chǎng)，即Hc只有一個(gè)特征值。除釩、鈮、釕外，元素超導(dǎo)體都是第一類超導(dǎo)體功能材料的特點(diǎn)…continue第二類超導(dǎo)體（硬超導(dǎo)體）當(dāng)H<Hc1

時(shí)，B＝0，處于邁斯納狀態(tài)，完全抗磁當(dāng)Hc1<H<Hc2

時(shí)，處于混合狀態(tài)，但電阻仍為零，這時(shí)體內(nèi)有磁感應(yīng)線穿過(guò)，形成許多半徑很小的圓柱形正常區(qū)，正常區(qū)周圍是連通的超導(dǎo)區(qū)。當(dāng)H>Hc2

時(shí)，B＝μH

釩、鈮以及大多數(shù)合金或化合物超導(dǎo)體均屬于第二類功能材料的特點(diǎn)…continue元素超導(dǎo)體 在低溫常壓下，具有超導(dǎo)特性的化學(xué)元素共有26種，由于臨界溫度太低，無(wú)太大實(shí)用價(jià)值

Nb的Tc最高，僅為9.26K

功能材料的特點(diǎn)…continue合金超導(dǎo)體

合金超導(dǎo)體是機(jī)械強(qiáng)度最高、應(yīng)力應(yīng)變較小、磁場(chǎng)強(qiáng)度低、臨界電流密度高的超導(dǎo)體，在早期得到實(shí)際應(yīng)用。 超導(dǎo)合金主要有Ti-V、Nb-Zr、Mo-Zr、Nb-Ti等合金系，其中Ge-Nb3的臨界溫度最高（23.2K）。

功能材料的特點(diǎn)…continue金屬間化合物超導(dǎo)體

金屬間化合物超導(dǎo)體的臨界溫度與臨界磁場(chǎng)一般比合金超導(dǎo)體的高，但此類超導(dǎo)體的脆性大，不易直接加工成帶材或線材。

功能材料的特點(diǎn)…continue陶瓷超導(dǎo)體

1986年發(fā)現(xiàn)了陶瓷超導(dǎo)體，使超導(dǎo)材料獲得了更高的臨界溫度，如YBaCuO（Tc＝90K）、TiBaCaCuO（Tc＝120K）等。最大缺點(diǎn)為脆性大，加工困難。高溫超導(dǎo)材料：Tc＞77K（液N溫度）功能材料的特點(diǎn)…continue高分子超導(dǎo)體

高分子材料通常為絕緣體，但在數(shù)億帕氣壓作用下也可以轉(zhuǎn)變成為超導(dǎo)體。如：四硫富瓦稀四腈代對(duì)苯醌二甲烷目前高分子超導(dǎo)體的最高臨界溫度僅僅達(dá)到10K功能材料的特點(diǎn)…continue超導(dǎo)材料的應(yīng)用

-基本上可以分為強(qiáng)電強(qiáng)磁和弱電弱磁兩大類。超導(dǎo)強(qiáng)電強(qiáng)磁應(yīng)用

-主要基于超導(dǎo)體的零電阻特性和完全抗磁性以及非理想第二類超導(dǎo)體所特有的高臨界電流密度和高臨界磁場(chǎng)。主要應(yīng)用在電力方面如超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)磁體（如超導(dǎo)磁懸浮列車）、巨大環(huán)形超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)磁分離等。功能材料的特點(diǎn)…continue超導(dǎo)弱電弱磁的應(yīng)用

基于Josephson效應(yīng)為基礎(chǔ)，建立極靈敏的電子測(cè)量裝置為目標(biāo)的超導(dǎo)電子學(xué)，發(fā)展了低溫電子學(xué)。如超導(dǎo)量子干涉器件是一種高靈敏度的測(cè)量裝置，主要功能是測(cè)量磁場(chǎng)。它可以在電工儀表、醫(yī)學(xué)、生物、資源開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護(hù)、固體材料、地球物理等領(lǐng)域應(yīng)用。功能材料的特點(diǎn)…continue電力輸送與儲(chǔ)存目前有大約30%的電能損耗在輸電線路上，采用超導(dǎo)體輸電，可大大減少損耗，且省去了變壓器和變電所。使用巨大的超導(dǎo)線圈，經(jīng)供電勵(lì)磁產(chǎn)生磁場(chǎng)而儲(chǔ)存能量。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)所存能量幾乎可以無(wú)損耗的儲(chǔ)存下去，其轉(zhuǎn)換率可高達(dá)95%。功能材料的特點(diǎn)…continue電接點(diǎn)（觸頭）材料 電接點(diǎn)是建立和解除電接觸的導(dǎo)電構(gòu)件，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、電器裝置，儀器儀表、電信和電子設(shè)備。按電負(fù)荷的大小，電接點(diǎn)分為：強(qiáng)電和弱電。功能材料的特點(diǎn)…continue強(qiáng)電接點(diǎn)材料

-電負(fù)荷大，要求電接點(diǎn)材料接觸電阻低、耐電蝕、耐磨損、高的耐電壓強(qiáng)度、良好的耐電弧能力，一定的機(jī)械強(qiáng)度。

一般采用合金材料。空氣開(kāi)關(guān)接點(diǎn)材料銀系合金：Ag-CdO、Ag-Fe、Ag-W、Ag-石墨等。銅系合金如：Cu-W、Cu-石墨真空開(kāi)關(guān)接點(diǎn)材料Cu-Bi-Ce、Cu-Fe-Ni-Co-Bi、W-Cu-Bi-Zr合金等功能材料的特點(diǎn)…continue弱電接點(diǎn)材料

弱電接點(diǎn)電負(fù)荷及機(jī)械負(fù)荷都很小，要求接點(diǎn)材料有極好的導(dǎo)電性、極高的化學(xué)穩(wěn)定性、良好的抗電火花燒損性和耐磨性。大多用貴金屬合金材料。常用的弱電接點(diǎn)材料有：Au系（金）Ag系（銀）Pt系（鉑）Pd系（鈀）功能材料的特點(diǎn)…continue復(fù)合接點(diǎn)材料

通過(guò)合理工藝將貴金屬接點(diǎn)材料與非貴金屬基體材料結(jié)合在一起.

90%以上的弱電接點(diǎn)采用復(fù)合接點(diǎn)材料。

功能材料的特點(diǎn)…continue磁功能材料磁性是物質(zhì)的基本屬性之一。磁性現(xiàn)象是與各種形式的電荷運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的，由于物質(zhì)內(nèi)部的電子運(yùn)動(dòng)和自旋會(huì)產(chǎn)生一定大小的磁場(chǎng)，因而產(chǎn)生磁性。一切物質(zhì)都具有磁性。但磁性材料通常是指那些在實(shí)際工程意義上具有較強(qiáng)磁性的材料。

磁性材料是電子工業(yè)的重要基礎(chǔ)功能材料，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、電子器件、通訊、汽車和航空航天等工業(yè)領(lǐng)域，隨著世界經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，磁性材料的需求將空前廣闊。當(dāng)前我國(guó)磁性材料的發(fā)展居世界之首，已經(jīng)成為世界上永磁材料生產(chǎn)量最大的國(guó)家。功能材料的特點(diǎn)…continue基本概念

“磁”來(lái)源于電。一個(gè)環(huán)形電流在其運(yùn)動(dòng)中心產(chǎn)生的磁矩為P=is，i為電流強(qiáng)度，s為環(huán)形回路所包圍的面積。原子內(nèi)的電子做循軌運(yùn)動(dòng)和自旋運(yùn)動(dòng)，這必然產(chǎn)生磁矩，產(chǎn)生的磁矩分別稱為軌道磁矩P1和自旋磁矩Ps。

原子核雖然也產(chǎn)生磁矩，但它的值比電子磁矩小三個(gè)數(shù)量級(jí)，一般情況下可忽略不計(jì)。因此，原子磁矩的產(chǎn)生是電子的循軌運(yùn)動(dòng)、電子自旋這二者組合的結(jié)果。

功能材料的特點(diǎn)…continue基本概念

磁場(chǎng)強(qiáng)度（H）：指空間某處磁場(chǎng)的大小，單位：安/米；

磁化強(qiáng)度（M）：物質(zhì)的磁性來(lái)源于內(nèi)部的磁矩，只有當(dāng)內(nèi)部磁矩同向有序排列時(shí)才對(duì)外顯示強(qiáng)磁性。單位體積內(nèi)磁矩矢量和稱為M，單位：安/米；

磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）：物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下，其內(nèi)部原子磁矩的有序排列還將產(chǎn)生一個(gè)附加磁場(chǎng)。在磁性材料內(nèi)部外加磁場(chǎng)與附加磁場(chǎng)的和，稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度。B=μ0(H+M)，μ0是一個(gè)系數(shù)，叫做真空磁導(dǎo)率。磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱為磁通密度，單位是特斯拉（T）功能材料的特點(diǎn)…continue基本概念

磁導(dǎo)率（μ）：μ =磁感應(yīng)強(qiáng)度/磁場(chǎng)強(qiáng)度 =B/H

μ是磁化曲線上任意一點(diǎn)上B和H的比值。磁導(dǎo)率實(shí)際上代表了磁性材料被磁化的容易程度，或者說(shuō)是材料對(duì)外部磁場(chǎng)的靈敏程度；

磁化率（χ

）：磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的比值，χ=M/H。功能材料的特點(diǎn)…continue磁滯回線

在外加磁場(chǎng)的作用下磁體會(huì)被磁化，磁體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨外磁場(chǎng)H的變化是非線性的，當(dāng)H減少為零時(shí)，B并未回到零值，出現(xiàn)剩磁Br。磁感應(yīng)強(qiáng)度滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的性質(zhì)稱為磁滯性。左圖為磁性物質(zhì)的磁滯曲線；要使剩磁消失，通常需進(jìn)行反向磁化。將B=0時(shí)的H

值稱為矯頑磁力Hc；Br稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，Bm稱為最大磁感應(yīng)強(qiáng)度（飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度）。

功能材料的特點(diǎn)…continue磁性材料的分類

:根據(jù)滯回曲線和磁化曲線的不同，分成三類：軟磁材料其矯頑磁力較小，磁滯回線較窄。(鐵心)

硬磁材料其矯頑磁力較大，磁滯回線較寬。(磁鐵)

矩磁材料其剩磁大而矯頑磁力小，磁滯回線為矩形。(記憶元件)

功能材料的特點(diǎn)…continue軟磁材料

：指在外磁場(chǎng)作用下，很容易磁化，去掉外磁場(chǎng)時(shí)又很容易去磁的磁性材料。

特性高的磁導(dǎo)率和磁感應(yīng)強(qiáng)度；矯頑力和磁滯損耗低；（矯頑力一般小于1kA/m）電阻率較高，反復(fù)磁化和退磁時(shí)產(chǎn)生的渦流損耗小。功能材料的特點(diǎn)…continue典型軟磁材料及其應(yīng)用

常用的軟磁材料有：電工純鐵、硅鋼片、鐵鋁合金、鎳鐵合金、鐵氧體軟磁材料等。電工用純鐵

:一種含碳量低，wFe>99.95％的軟鋼。電工用純鐵具有高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、高的磁導(dǎo)率、較小的矯頑力、良好的冷加工性能，且成本低廉。缺點(diǎn)是電阻小，只適用于直流情況。主要用于制造電磁鐵的鐵心和磁極，繼電器的磁路和各種零件，電話中的振動(dòng)膜等。功能材料的特點(diǎn)…continue硅鋼片（硅鐵合金）

在電工用純鐵中加入0.5～4.5％的硅，形成固溶體，這種材料稱為硅鐵合金，或者稱電工用硅鋼片。 純鐵中加入硅后，材料的物理性能發(fā)生變化：熱導(dǎo)率的變化-鐵的熱導(dǎo)率在加入硅后劇烈的降低。電阻率的變化-隨著硅含量的增加到5％，硅鐵合金的電阻率急劇上升。相對(duì)密度d的變化-隨著含硅量的增加，比重幾乎是直線的降低。 硅鐵合金屬于高飽和材料，主要用于各種形的發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和變壓器中。功能材料的特點(diǎn)…continue鎳鐵合金

鎳鐵合金主要是含鎳量為34-80％的Fe-Ni合金，通常稱坡莫合金。

鎳鐵合金有很高的起始磁導(dǎo)率和最大磁導(dǎo)率。鎳鐵合金廣泛應(yīng)用在電訊工業(yè)、儀表、電子計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)等領(lǐng)域中。功能材料的特點(diǎn)…continue鐵氧體

鐵氧體是氧離子和金屬離子組成的尖晶石結(jié)構(gòu)的氧化物，是以Fe2O3為主要成分的復(fù)相氧化物。根據(jù)磁滯回線特征，可分為軟磁、硬磁和矩磁鐵氧體。軟磁鐵氧體是鐵氧體材料中的一種容易磁化和退磁的鐵氧體。其特點(diǎn)是起始的磁導(dǎo)率高，矯頑力小，損耗小，使用頻率可達(dá)高頻、超高頻范圍。常用的軟磁鐵氧體有鎳鋅鐵氧體和錳鋅鐵氧體軟磁鐵氧體廣泛應(yīng)用于錄音、錄像記錄磁頭，變壓器磁心等。利用軟磁鐵氧體的磁導(dǎo)率或飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度在居里溫度附件的激烈變化，還可以制成熱敏器件等。功能材料的特點(diǎn)…continue硬磁材料

硬磁材料是具有很強(qiáng)的抗退磁能力和高的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度的強(qiáng)磁性材料，又稱永磁材料。硬磁材料一旦經(jīng)外加磁場(chǎng)飽和強(qiáng)化后，如果撤去外加磁場(chǎng)，在磁鐵兩個(gè)磁極之間的空隙便可產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，對(duì)外界提供有用的磁能。硬磁材料的磁滯回線又寬又高，有較大的矯頑力(104～106A/m)。硬磁材料抗干擾性好，對(duì)溫度、振動(dòng)、時(shí)間、輻射及其它因素的干擾不敏感。功能材料的特點(diǎn)…continue典型的硬磁材料主要包括鋁鎳鈷系永磁、鐵氧體永磁和稀土系永磁。鋁鎳鈷系永磁主要有Fe及Al、Ni、Co組成，有良好的磁特性和熱穩(wěn)定性，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度高，磁能積大，矯頑力適中，但硬而脆，難以加工，主要用鑄造和粉末燒結(jié)兩種方法成形。鐵氧體永磁包括鋇鐵氧體BaFe12O19，鍶鐵氧體SrFe12O19。它具有剩余磁通量小，矯頑力大，電阻率大，密度小，重量輕、溫度系數(shù)大，制造工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是硬磁材料中價(jià)格最低、用量最大的一類磁鐵。功能材料的特點(diǎn)…continue稀土硬磁材料包括稀土鈷和稀土鐵系金屬間化合物，為硬磁材料中性能最高的一類其中最著名的是釹鐵硼永磁合金，具有其它永磁材料所不及的高矯頑力和最大磁能積，而且體積小、重量輕、效率高、成本較低等特點(diǎn)。不含戰(zhàn)略物質(zhì)Co和Ni，它能吸起相當(dāng)于自重640倍的重物，而鐵氧體只能吸起自重的120倍。

如一臺(tái)核磁共振成像儀需用鐵氧體永磁材料100t，而改用釹鐵硼永磁后，僅需10t。知識(shí)產(chǎn)權(quán)意識(shí)!功能材料的特點(diǎn)…continue磁致伸縮材料

磁致伸縮效應(yīng)：磁性材料在外磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生伸長(zhǎng)或縮短的現(xiàn)象－為磁致伸縮效應(yīng)。 λ

為磁致伸縮系數(shù)

常用磁致伸縮材料室溫下的飽和磁致伸縮系數(shù)為10-8~10-6

例:Fe隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大而伸長(zhǎng)

Ni隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大而縮短常見(jiàn)磁致伸縮材料

鎳

/鐵鎳

/鐵鋁

/鐵鈷釩

/鐵氧體功能材料的特點(diǎn)…continue磁致伸縮材料的應(yīng)用

在磁（電）-聲換能器中的應(yīng)用聲納、超聲換能器、揚(yáng)聲器等。在磁(電)-機(jī)械致動(dòng)器中的應(yīng)用精密流體控制、超精密加工、超精密定位、機(jī)器人、精密閥門(mén)、微馬達(dá)以及振動(dòng)控制等工程領(lǐng)域。傳感器敏感元件利用磁致伸縮效應(yīng)或逆效應(yīng)可以制作檢測(cè)磁場(chǎng)、電流、應(yīng)變、位移、扭矩、壓力和加速度等的傳感器敏感元件。

磁致伸縮液位傳感器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的高精度計(jì)量,其測(cè)量分辨率高于0.11mm。

功能材料的特點(diǎn)…continue功能高分子

-指當(dāng)有外部刺激時(shí)，能通過(guò)化學(xué)或物理的方法做出反應(yīng)的高分子材料。即帶有特殊物理、力學(xué)、化學(xué)性質(zhì)和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料的范疇。功能高分子-指具有化學(xué)反應(yīng)活性、催化性、光敏性、導(dǎo)電性、磁性、生物相容性、藥理性、選擇分離性，或具有轉(zhuǎn)換或貯存物質(zhì)、能量和信息作用等功能的高分子及其復(fù)合材料。

功能高分子是目前高分子學(xué)科中發(fā)展最快、研究最活躍的新領(lǐng)域之一。

功能材料的特點(diǎn)…continue功能高分子材料的分類力學(xué)功能材料強(qiáng)化功能材料，如 超高強(qiáng)材料 高結(jié)晶材料等；彈性功能材料，如 熱塑性彈性體等?；瘜W(xué)功能材料分離功能材料，如 分離膜 離子交換樹(shù)脂 高分子絡(luò)合物等；反應(yīng)功能材料，如 高分子催化劑 高分子試劑；生物功能材料，如 固定化酶 生物反應(yīng)器等。功能材料的特點(diǎn)…continue功能高分子材料的分類物理化學(xué)功能材料耐高溫高分子，高分子液晶等；電學(xué)功能材料，如導(dǎo)電性高分子、超導(dǎo)高分子，感電子性高分子等；光學(xué)功能材料，如感光高分子、導(dǎo)光性高分子，光敏性高分子等；能量轉(zhuǎn)換功能材料，如壓電性高分子、熱電性高分子等。生物化學(xué)功能材料人工臟器用材料，如人工腎、人工心肺等；高分子藥物，如藥物活性高分子、緩釋性高分子藥物、高分子農(nóng)藥等；生物分解材料，如可降解性高分子材料等。功能材料的特點(diǎn)…continue功能高分子的發(fā)展最早的功能高分子可追述到1935年離子交換樹(shù)脂的發(fā)明，作為一門(mén)獨(dú)立的完整的學(xué)科，功能高分子是從20世紀(jì)80年代中后期開(kāi)始發(fā)展的。當(dāng)時(shí),高分子傳感器、人工臟器、高分子分離膜等技術(shù)得到快速發(fā)展。功能高分子材料是一門(mén)涉及范圍廣泛，與眾多學(xué)科相關(guān)的新興邊緣學(xué)科，涉及內(nèi)容包括有機(jī)化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、生物化學(xué)、電子學(xué)、甚至醫(yī)學(xué)等眾多學(xué)科，是目前國(guó)內(nèi)外異常活躍的一個(gè)研究領(lǐng)域。功能高分子材料之所以能成為國(guó)內(nèi)外材料學(xué)科的重要研究熱點(diǎn)之一，最主要的原因在于它們具有獨(dú)特的“性能”和“功能”，可用于替代其他功能材料，并提高或改進(jìn)其性能，使其成為具有全新性質(zhì)的功能材料。在今后很長(zhǎng)的歷史時(shí)期中，特種與功能高分子材料研究將代表了高分子材料發(fā)展的主要方向。功能材料的特點(diǎn)…continue熱功能材料

隨著溫度的變化，有些材料的某些物理性能會(huì)發(fā)生顯著變化，如熱脹冷縮、出現(xiàn)形狀記憶效應(yīng)或熱電效應(yīng)等，這類材料稱為熱功能材料。分類:(正/負(fù))熱膨脹材料形狀記憶材料測(cè)溫材料功能材料的特點(diǎn)…continue(正/負(fù))熱膨脹材料

(正)熱膨脹是指材料的尺度在不加外力時(shí)隨溫度的升高而變大的現(xiàn)象。負(fù)熱膨脹是指材料的尺度在不加外力時(shí)隨溫度的升高而變小的現(xiàn)象。尺度=長(zhǎng)度or體積？（單晶/多晶）材料熱膨脹的本質(zhì)是原子間的平均距離隨溫度的升高而增大或減小，是由原子的非簡(jiǎn)諧振動(dòng)引起的。

一般而言,材料熱膨脹系數(shù)的大小與其原子間的接合鍵強(qiáng)弱有關(guān)，結(jié)合鍵越強(qiáng)，則給定溫度下的熱膨脹系數(shù)越小，材料中陶瓷的結(jié)合鍵（離子鍵和共價(jià)鍵）最強(qiáng)，金屬的（金屬鍵）次之，高聚物的（范德華力）最弱，因此熱膨脹系數(shù)依次增大。功能材料的特點(diǎn)…continue常用的膨脹材料負(fù)膨脹材料‘熱縮冷脹’材料。主要應(yīng)用于特殊環(huán)境下的密封件.低膨脹材料熱膨脹系數(shù)較小的材料，也叫因瓦（Invar）合金。主要應(yīng)用于精密儀器、標(biāo)準(zhǔn)量具等以保證儀器精度的穩(wěn)定及設(shè)備的可靠性。定膨脹材料在某一溫度范圍內(nèi)具有一定膨脹系數(shù)的材料，也稱可伐（Kovar）合金；主要用于與玻璃、陶瓷等材料相封接，要求與被封接材料的膨脹系數(shù)相匹配。熱雙金屬材料由膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片沿層間焊合在一起的疊層復(fù)合材料；可用作各種測(cè)量和控制儀表的傳感元件。功能材料的特點(diǎn)…continue形狀記憶材料

將具有某種初始形狀的制品進(jìn)行變形后，通過(guò)加熱等手段處理時(shí)，制品又恢復(fù)到初始形狀。包括：形狀記憶合金形狀記憶聚合物形狀記憶陶瓷。應(yīng)用

機(jī)械工程領(lǐng)域

熱套

生物醫(yī)學(xué)方面

接骨板、人工關(guān)節(jié)等

空間技術(shù)

壓縮天線功能材料的特點(diǎn)…continue測(cè)溫材料

熱電偶是應(yīng)用最廣的一種測(cè)溫原件，它是由兩種不同材料導(dǎo)線連接成的回路，其感溫的基本原理是熱電效應(yīng)。

由兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B組成閉合回路，當(dāng)兩接觸點(diǎn)保持在不同的溫度T1，T2時(shí)，回路中將有電流通過(guò)，此回路稱為熱電回路?；芈分谐霈F(xiàn)的電流稱為熱電流?；芈分谐霈F(xiàn)的電動(dòng)勢(shì)EAB稱為珀?duì)栙N電動(dòng)勢(shì)。功能材料的特點(diǎn)…continue其它功能材料-光功能材料

光介質(zhì)材料

固體激光材料

固體發(fā)光材料

非線性光學(xué)材料

金鐵電光晶體材料

光導(dǎo)纖維

光學(xué)薄膜

…功能材料的特點(diǎn)…continue其它功能材料-敏感材料聲敏感材料光敏感材料電壓敏感材料磁敏感材料氣敏感材料熱敏感材料濕敏感材料力敏感材料電化學(xué)敏感材料生物敏感材料

…功能材料的特點(diǎn)…continue其它功能材料-儲(chǔ)氫材料高T、P

時(shí)與氫作用生成氫化物以儲(chǔ)氫

降低T、或壓力時(shí)氫化物分解放出氫儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫密度高于液態(tài)氫的密度儲(chǔ)氫合金鎂系

稀土系

鈦系

功能材料的特點(diǎn)…continue其它功能材料–隱形材料隱形材料可降低武器裝備等目標(biāo)的可探測(cè)信息特征，使敵方探測(cè)系統(tǒng)難以發(fā)現(xiàn)或者發(fā)現(xiàn)距離縮短的綜合技術(shù)。包括:吸波涂料/吸波結(jié)構(gòu)材料

透波材料智能蒙皮材料廣泛用于：飛機(jī)、導(dǎo)彈、坦克、艦船等。功能材料的特點(diǎn)…continue化學(xué)功能材料

生物功能材料

聲功能材料

…功能材料種類很多，本課程只作選擇性介紹！功能材料設(shè)計(jì)的概念及方法

“如果沒(méi)有實(shí)驗(yàn)學(xué)家的話，理論學(xué)家就傾向于漂浮。”

“沒(méi)有理論學(xué)家，實(shí)驗(yàn)學(xué)家傾向于搖擺不定?！? ---李政道功能材料設(shè)計(jì)概念功能設(shè)計(jì) 根據(jù)材料應(yīng)用的特殊功能要求,設(shè)計(jì)并通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬來(lái)調(diào)控材料的結(jié)構(gòu)、性能及其間的關(guān)系,進(jìn)而依據(jù)理論設(shè)計(jì)制備出具有所要求的功能的材料.

MaterialsDesignMustBridgeBasicSciencetoAppliedEngineering。Certaindesignedpropertiesservingspecifiedapplicationneeds。

Importantistobeabletocontrol

theproperties。Toamaterialsscientistormaterialsengineer,designcanbetakeninseveralcontexts：(3)

developingaprocessforproducingamaterialhavingbetterproperties.(1)designingnewmaterialshavinguniquepropertycombinations.(2)selectinganewmaterialhavingabettercombinationofcharacteristicsforaspecificapplication;choiceofmaterialcannotbemadewithoutconsiderationofnecessarymanufacturingprocesses(e.g.,forming,welding,etc.)功能材料設(shè)計(jì)-范疇與層次原料材料試樣組織結(jié)構(gòu)特性評(píng)價(jià)可否制備觀測(cè)測(cè)試試用改進(jìn)微觀組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備方法設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)材料設(shè)計(jì)空間尺度/m模擬方法典型應(yīng)用10-10-10-6MetropolisMC熱力學(xué)、擴(kuò)散及有序化系統(tǒng)10-10-10-6集團(tuán)變分法熱力學(xué)系統(tǒng)10-10-10-6Ising模型磁性系統(tǒng)10-10-10-6Bragg-Williams-Gorsky模型熱力學(xué)系統(tǒng)10-10-10-6分子場(chǎng)近似熱力學(xué)系統(tǒng)10-10-10-6分子動(dòng)力學(xué)晶格缺陷與動(dòng)力學(xué)特征10-12-10-8從頭計(jì)算分子動(dòng)力學(xué)晶格缺陷與動(dòng)力學(xué)特征功能設(shè)計(jì)的概念及方法功能設(shè)計(jì)的概念及方法空間尺度/m模擬方法典型應(yīng)用10-10-100元胞自動(dòng)機(jī)再結(jié)晶、生長(zhǎng)、相變、流體10-7-10-2彈簧模型斷裂力學(xué)10-7-10-2頂點(diǎn)模型、拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型、晶界動(dòng)力學(xué)成核、結(jié)晶、疲勞10-7-10-2幾何模型、拓?fù)淠Ｐ?、組分模型結(jié)晶、生長(zhǎng)、織構(gòu)、凝固10-9-10-4位錯(cuò)動(dòng)力學(xué)塑性、微結(jié)構(gòu)、位錯(cuò)分布10-9-10-5動(dòng)力學(xué)金茲堡-朗道型相場(chǎng)模型擴(kuò)散、晶界、晶粒粗化10-9-10-5多態(tài)動(dòng)力學(xué)波茨模型結(jié)晶、生長(zhǎng)、相變、織構(gòu)功能設(shè)計(jì)的概念及方法空間尺度/m模擬方法典型應(yīng)用10-5-100有限元、有限差分、線性迭代宏觀尺度場(chǎng)方程的平均解10-6-100有限元微結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)、凝固10-6-100Tailor-Bishop-Hill模型等彈性、塑性、晶體滑移10-8-100集團(tuán)模型多晶體彈性10-10-100滲流模型成核、相變、斷裂、塑性功能設(shè)計(jì)的概念及方法基本思想BasicStructure+/-d(Structure)=NewStructureBasicProperties/functions…+3+NewProperties/functions…功能設(shè)計(jì)的概念及方法任何地方加/減/取代任何原子/原子基團(tuán)

新結(jié)構(gòu)任何方向任意程度的變形

新結(jié)構(gòu)…BasicProperties/functions…NewProperties/functions…功能設(shè)計(jì)的概念及方法理論基礎(chǔ)-量子力學(xué)功能設(shè)計(jì)的概念及方法StepsinDesigningaSystemDevelopasimulationmodelofthesystemExperimentwiththemodel(bysimulation)refinementofthemodelDevelopaprototypeandexperimentwithitrefinementofthemodelImplementandtestthesystemrefinementofthemodel功能設(shè)計(jì)的概念及方法WhatisaSimulatorAsimulatorisanimplementationofamodel(e.g.,acomputerprogramwhichmimicsthebehavioroftherealworldsystem)Simulatoroutputisasetofmeasurementsconcerningtheobservablereactions,propertiesandperformanceofthesystemWARNING:MeasurementsareonlyESTIMATESofwhatthere