第10章材料研究新进展 217· 模型,进行了理论计算,但距离真正掌握自然界生物材料的奧秘还有很大差距,可以肯定 这是复合材料发展的必由之路,而且前景广阔。 10.2功能材料 般认为,功能材料是指应用材料的物理和化学性能如光、电、磁、声、热等特性的 各种材料,包括电功能材料、磁功能材料、光功能材料、超导材料、形状记忆合金、储氢 材料、生物医学材料、组织工程材料、纳米药物载体、功能膜、功能陶瓷、功能纤维等。 但是功能材料本身的范围还没有公认的严格的界定,所以对它的分类也就很难有统一的认 识。比较常见的分类法有: ①按材料的化学键分类,功能材料分为功能性金属材料、功能性无机非金属材料、功 能性有机材料和功能性复合材料。 ②按材料物理性质分类,这样就有磁性材料、电性材料、光学材料、声学材料、力学 材料、化学功能材料等。 ③按功能材料的应用领域分类,这样有电子材料、军工材料、核材料、信息工业用材 料、能源材料、医学材料等。 ④按使用性能,可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用 材料、生态环境材料、能源材料和机敏(智能)材料等 这里主要介绍形状记忆合金、超导材料、储氢材料、非晶态合金、智能材料和梯度功 能材料。 10.21形状记忆合金 所谓形状记忆材料是指具有一定初始形状的材料经变形并固定成另一种形状后,通过 热、光、电等物理刺激或化学刺激的处理后,又可恢复成初始状态(形状)的材料,即无生 命的材料却具有一定的“记忆”功能。在研究Ti-Ni合金时发现:原来弯曲的合金丝被拉 直后,当温度升高到一定值时,它又恢复到原来弯曲的形状。人们把这种现象称为形状记 忆效应( Shape Memory Effect,SME,具有形状记忆效应的金属称为形状记忆合金(SMA) 迄今为止,已有10多个系列、50多个品种形状记忆合金。形状记忆合金已广泛应用于人 造卫星、机器人和自动控制系统、仪器仪表和医疗设备。近年来,又在高分子聚合物、陶 瓷、玻璃材料、超导材料中发现形状记忆现象。 1.形状记忆原理 形状记忆合金与普通金属变形及恢复有不同,如图10.5所示。普通金属材料,当变形 在弹性范围内除去载荷后可以恢复到原来形状,无永久变形,但当变形超过弹性范围,再 去载荷,材料就发生永久变形,如图10.5(a)所示。而形状记忆合金在变形超过弹性范围, 去除载荷也会发生残留变形,但这部分残留变形在其后加热到某一温度即会消除而恢复原 来形状,如图10.5(c)所示。形状记忆合金又是一种超弹性合金,当变形超过弹性范围后在 某一程度内,当去除载荷后,它能慢慢地返回原形,如图10.5(b)所示,这种现象称为起弹 性或伪弹性。大部分形状记忆合金的形状记忆机理是热弹性马氏体相变。马氏体相变往往第 10 章 材料研究新进展 ·217· ·217· 模型，进行了理论计算，但距离真正掌握自然界生物材料的奥秘还有很大差距，可以肯定 这是复合材料发展的必由之路，而且前景广阔。 10.2 功 能 材 料 一般认为，功能材料是指应用材料的物理和化学性能如光、电、磁、声、热等特性的 各种材料，包括电功能材料、磁功能材料、光功能材料、超导材料、形状记忆合金、储氢 材料、生物医学材料、组织工程材料、纳米药物载体、功能膜、功能陶瓷、功能纤维等。 但是功能材料本身的范围还没有公认的严格的界定，所以对它的分类也就很难有统一的认 识。比较常见的分类法有： ① 按材料的化学键分类，功能材料分为功能性金属材料、功能性无机非金属材料、功 能性有机材料和功能性复合材料。 ② 按材料物理性质分类，这样就有磁性材料、电性材料、光学材料、声学材料、力学 材料、化学功能材料等。 ③ 按功能材料的应用领域分类，这样有电子材料、军工材料、核材料、信息工业用材 料、能源材料、医学材料等。 ④ 按使用性能，可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用 材料、生态环境材料、能源材料和机敏(智能)材料等。 这里主要介绍形状记忆合金、超导材料、储氢材料、非晶态合金、智能材料和梯度功 能材料。 10.2.1 形状记忆合金 所谓形状记忆材料是指具有一定初始形状的材料经变形并固定成另一种形状后，通过 热、光、电等物理刺激或化学刺激的处理后，又可恢复成初始状态(形状)的材料，即无生 命的材料却具有一定的“记忆”功能。在研究 Ti-Ni 合金时发现：原来弯曲的合金丝被拉 直后，当温度升高到一定值时，它又恢复到原来弯曲的形状。人们把这种现象称为形状记 忆效应(Shape Memory Effect，SME)，具有形状记忆效应的金属称为形状记忆合金(SMA)。 迄今为止，已有 10 多个系列、50 多个品种形状记忆合金。形状记忆合金已广泛应用于人 造卫星、机器人和自动控制系统、仪器仪表和医疗设备。近年来，又在高分子聚合物、陶 瓷、玻璃材料、超导材料中发现形状记忆现象。 1. 形状记忆原理 形状记忆合金与普通金属变形及恢复有不同，如图 10.5 所示。普通金属材料，当变形 在弹性范围内除去载荷后可以恢复到原来形状，无永久变形，但当变形超过弹性范围，再 去载荷，材料就发生永久变形，如图 10.5(a)所示。而形状记忆合金在变形超过弹性范围， 去除载荷也会发生残留变形，但这部分残留变形在其后加热到某一温度即会消除而恢复原 来形状，如图 10.5(c)所示。形状记忆合金又是一种超弹性合金，当变形超过弹性范围后在 某一程度内，当去除载荷后，它能慢慢地返回原形，如图 10.5(b)所示，这种现象称为起弹 性或伪弹性。大部分形状记忆合金的形状记忆机理是热弹性马氏体相变。马氏体相变往往