智能材料简介
智能材料简介
智能材料(Intelligent material)，是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。它是一种集材料与结构、智然处理、执行系统、控制系统和传感系统于一体的复杂的材料体系。它的设计与合成几乎横跨所有的高技术学科领域。
智能材料的构想来源于仿生(仿生就是模仿大自然中生物的一些独特功能制造人类使用的工具，如模仿蜻蜓制造飞机等等)，它的目标就是想研制出一种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能的"活"的材料。因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素。但是现有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求，所以智能材料一般由两种或两种以上的材料复合构成一个智能材料系统。这就使得智能材料的设计、制造、加工和性能结构特征均涉及到了材料学的最前沿领域，使智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。
智能材料的类别
（一）按材料基质的不同分类 (1)金属系智能材料主要种类：形状记忆合金、磁致伸缩材料等 (2)无机非金属系智能材料主要种类：电(磁)流变流体、压电陶瓷、光致变色和电致变色材料等光纤智能材料。 (3)高分子系智能材料主要种类刺激响应性高分子凝胶，智能高分子膜材，智能药物释放体系，智能纤维与织物等 (4)复合和杂化型智能材料构成智能材料的基本材料组元有压电材料、形状记忆材料、光导纤维、电(磁)流变液、磁致伸缩材料和智能高分子材料等。
（二）按材料的智能特性不同分类1、形状记忆合金；2、电流变体和磁流变体；3、磁致伸缩材料；4、压电陶瓷；5、电致伸缩陶瓷；
6、光纤智能材料；
7、光致变色玻璃；
8、电致变色材料；
下面从定义，分类，代表性材料，优缺点及应用简要介绍几种智能材料：
1.形状记忆材料
定义：
具有一定形状的固体材料，在某一低温状态下经过塑性变形后，通过加热到这种材料固有的某一临界温度以上时，材料又恢复到初始形状的现象，称为形状记忆效应。具有形状记忆效应的材料称为形状记忆材料。例如，在高温时将处理成一定形状的金属急冷下来，在低温相状态下经塑性变形成另
一种形状，然后加热到高温相成为稳定状态的温度时通过马氏体逆相变会恢复到低温塑性变形前的形状。具有这种形状记忆效应的金属，通常是由2种以上的金属元素构成的合金，故称为形状记忆合金(Shape Memory Alloys ，简称SMA).
分类：
形状记忆效应可分为3种类型：单程形状记忆效应、双程形状记忆效应和全程形状记忆效应。所谓单程形状记忆效应就是材料在高温下制成某种形状，在低温时将其任意变形，再加热时恢复为高温相形状，而重新冷却时却不能恢复低温相时的形状。若加热时恢复高温相时的形状，冷却时恢复低温相形状，即通过温度升降自发可逆的反复恢复高低温相形状的现象称为双程形状记忆效应。当加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的高温相形状的现象称为全程形状记忆效应。它是一种特殊的双程形状记忆效应，只能在富Ti-Ni合金中出现。
形状记忆材料可以分为形状记忆合金、形状记忆陶瓷和形状记忆高分子材料。形状记忆合金按照组成和相变特征可以分为三大类：Ti-Ni系，Cu基以及Fe基形状记忆合金。
代表性材料及优缺点：
1）Ti-Ni合金是目前所有形状记忆合金中研究得最全面、记忆性能最好、实用性强的合金材料，Ti—Ni合金有3种金属化合物：Ti2Ni，TiNi和TiNi2。
优点：可记忆形变最大，性能稳定，有生物相容性，且可逆转变温度与人体体温相似；
缺点：价格昂贵，制作工艺复杂；可以通过多元合金化改善。
2）铜基系形状记亿合金种类比较多，以Cu-Zn-Al及Cu-Al-Ni合金为主。
优点：价格低，记忆效应较好，加工容易；
缺点：稳定性差，不具有生物相容性，可通过分级淬火改善。
3）Fe基形状记忆合金分为热弹性马氏体相变及非热弹性马氏体相变。
优点：扩展到非热弹性马氏体相变体系；
缺点：价格高，应用范围不大
4）形状记忆陶瓷ZrO2陶瓷，大多属于非弹性马氏体相变体系，但可记忆形变量小，寿命短，无双程记忆效应。
5）形状记忆聚合物：聚降冰片烯，聚氨酯等，与形状记忆合金相比：优点：形变量大，形状恢复应力低，形状恢复温度可调整
缺点：耐疲劳性差，只有单程记忆效应。
应用：形状记忆材料作为新型功能材料在航空航天、自动控制系统、医学、能源等领域具有重要的应用。例如用于各种管件的接头及热发动机等。
形状记忆合金应用最典型的例子是制造人造卫星天线，由Ti—Ni 合金板制成的天线能卷入卫星体内，当卫星进入轨道后，利用太阳能或其他热源加热就能在太空中展开。美国宇航局(NASA)曾利用Ti—Ni合金加工制成半球状的月面天线，并加以形状记忆热处理，然后压成一团，用阿波罗运载火箭送上月球表面，小团天线受太阳照射加热引起形状记忆而恢复原状，即构成正常运行的半球状天线，可用于通讯。
2.压电材料
定义：压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差(称之为正压电效应)，反之施加电压,则产生机械应力(称为逆压电效应)。如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号(机械震动)。
分类：分为无机压电材料和有机压电材料。无机压电材料又分为分为压电晶体和压电陶瓷，压电晶体一般是指压电单晶体;压电陶瓷则泛指压电多晶体。压电陶瓷是指用必要成份的原料进行混合、成型、高温烧结，由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的微细晶粒无规则集合而成的多晶体。具有压电性的陶瓷称压电陶瓷，实际上也是铁电陶瓷。在这种陶瓷的晶粒之中存在铁电畴，铁电畴由自发极化方向反向平行的180 畴和自发极化方向互相垂直的90畴组成，这些电畴在人工极化(施加强直流电场)条件下，自发极化依外电场方向充分排列并在撤消外电场后保持剩余极化强度，因此具有宏观压电性。如:钛酸钡BT、锆钛酸铅PZT、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂PBLN、改性钛酸铅PT等。
代表性材料及优缺点：
压电晶体：水晶(石英晶体)、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂等；
优点：稳定性很高，机械品质因子高；
缺点：压电性弱，介电常数很低，受切型限制存在尺寸局限。
压电陶瓷：钛酸钡BT、锆钛酸铅PZT、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂PBLN、改性钛酸铅PT等；
优点：压电性强、介电常数高、可以加工成任意形状；
缺点：机械品质因子较低、电损耗较大、稳定性差。
有机压电材料：聚偏氟乙烯(PVDF)(薄膜)及以它为代表的其他有机压电(薄膜)材料；
优点：材质柔韧，低密度，低阻抗和高压电电压常数；
缺点：压电应变常数(d)偏低，使之作为有源发射换能器受到很大的限制。
应用：压电材料的应用领域可以粗略分为两大类:即振动能和超声振动能-电能换能器应用，包括电声换能器，水声换能器和超声换能器等，以及其它传感器和驱动器应用。例如PbTiO3系压电陶瓷具最适合制作高频高温压电陶瓷元件，无机压电陶瓷和有机高分子树脂构成的压电复合材料，兼备无机和有机压电材料的性能，并能产生两相都没有的特性。因此，可以根据需要，综合二相材料的优点，制作良好性能的换能器和传感器。它的接收灵敏度很高，比普通压电陶瓷更适合于水声换能器。在其它超声波换能器和传感器方面，压电复合材料也有较大优势。压电材料除了以上用途外还有其它相当广泛的应用。如鉴频器、压电震荡器、变压器、滤波器等。
3.敏感材料
敏感材料，是指能将各种物理的或化学的非电参量转换成电参量的功能材料。这类材料的共同特点是电阻率随温度、电压、湿度以及周围气体环境等的变化而变化。用敏感材料制成的传感器具有信息感受、交换和传递的功能，可分别用于热敏、气敏、湿敏、压敏、声敏以及色敏等不同领域。
敏感材料是当前最活跃的无机功能材料，各种传感器的开发应用具有重要意义，对遥感技术、自动控制技术、化工检测、防爆、防火、防毒、防止缺氧以及家庭生活现代化等都有直接的关系。
分类及代表性材料特点应用：按材料的特性可以分为热敏，光敏，压敏，湿敏，气敏及热释电陶瓷等；
热敏材料,是材料的某些性能岁温度的变化而变化的功能材料.目前可以分为两大类:热敏电阻材料和热释电材料。热敏电阻材料是指材料的电阻值随温度的变化而变化，又可分为三种情况：（1）材料所具有的电阻值随温度的上升而增大的特性*即具有正温度系数，称为PTC热敏电阻。典型的PTC热敏系列有BaTiO3、以BaTiO3为基的BaTiO3-SrTiO3-PbTiO3固溶体、以氧化钡和氧化溴为基的多元材料等。其中以BaTiO3材料最具代表性，它是当前研究得最成熟实用范围员广的PTC热敏材料。（2）材料所具有的电阻值随温度的上升而减少的特性，即具有负温度系数，称为NTC热敏电阻。NTC热敏电阻是研究最早、生产最成熟、应用最广泛的热敏材树之一。这类热敏材料大都是用锰、钻、镍、铁等过渡金屑氧化物按一定配比混合，采用陶瓷工艺制备而成。如NiO中掺入微量Li2O或CaO、FeO、MnO2中掺入Li2O形成的P型半导体。（3）材料所具有的电阻值随温度的升高而下降，当在某一温度下电阻值猛烈减小(下降达2—4个数量级)的特性，即具有临界温度特性，称为CTR热敏电阻。属于这种材料的有氧化钒系的非线性电阻材料，这种材料是V2O5与钡、硅、磷等的氧化物混合后．在含有H2，CO2，混合气体的弱还原气氛中烧结而成。居里点(转交点)的温度可以通过添加锗、镍、钨、锰等元累来移动。利用这类热敏电阻可以
制成固态无触点开关，广泛用于温度自动控制、过热保护、火灾报警器及致冷设备中。
因温度变化引起自发极化值变化的现象，称为热释电现象。具有热释电现象的材料称为热释电材料。即热释电材料是指材料两端产生的电压随温度变化而变化的一类功能材料。其主要特点是，材料随着温度的变化会引起材料内部介质的极化。即加热该材料，材料的两端会产生效量相等符号相反的电荷，如果将其冷却，电荷的极性与加热时恰好相反。材料的这种性质称为热释电性。这种热释电效应是由于材料的晶体中存在着自发极化所引起的。自发极化与感应极化不同，它不是由外电场作用而发生的，而是由于材料本身的结构在某个方面上正、负电荷重心不重合而引起的。当温度恒定时，电自发极化出现在表面的电荷与吸附存在于空气中相反的电荷产生电中和。若温度发生变化，自发极化的大小产生变化，于是中性状态受到破坏，而产生电荷的不平衡。具有热释电效应的材料有上干种，但目前能应用的仅十几种，其中纯属无机材料的有锆铁酸铅镧[（Pb，La）（Zr，Ti）O3]等，这是近年来才发展起来的透明陶瓷材料，工作温度可高达240℃。
气敏材料是指材料的电阻随周围气体环境的变化而变化的一类功能材料。利用这种材料与相应的电子线路则可组成“电子鼻”，它不仅能区分不同的气体，而且可以指示浓度。例如，在ZrO2中固溶CaO，MgO，Y2O3等而得到氧化锆材料，这种材料的晶格中产生了缺陷，有利于氧离子在其中的移动；同时这种材料又具有多孔性，使气体容易渗透进去，因此可以用来制成测定氧分压的包传感器。这种传感器响应速度快，电动势稳定，可测定氧分压范围宽，且耐高温、现已大量用于汽车排气和炼钢过程中氧的检测。除了氧化锆用于O2的传感器外，氧化钛系亦可制成O2的传感器。其他气体传感器可使用氧化锡、氧化锌、氧化镍、氧化铬、氧化钒、氧化铁、氧化钨等多种材料，用于检测H2，CO2．NOf 烃等。
例如SnO2，,ZnO等半导体材料，在通常的气体介质中吸附氧气，电阻变大，而一日接触丙烷气、氢气等可燃性气体时，与吸附的氧气发生反应，使电阻变小，因此通过电阻的变化可以检查可燃性气体是否泄漏。
利用气敏材料制成的敏感元件，近几十年来在国内外已有了很大的发展，其检测灵敏度通常为百万分之一的数量级，个别甚至可达十亿分之一的数量级，远远超过了动物的嗅觉感知度，故有“电子鼻”之称。已经在石油、化工、煤矿、汽车制造、电子、发电等工业部门以及环境监测、住宅有害气体报警、国防等部门进入了实用化阶段。
压敏材料是指材料的电阻值随加于其上电压不同而显著变化的非欧姆性电阻材料。具有这种特殊性能的材料包括硅、锗等单晶半导体，以及SiC，TiO2，
SrTiO3，ZnO等。其中以ZnO压敏材料的特性最佳，它的配料组成因对产品性能参数要求不同而异。
以ZnO为主体的压敏电阻器，它具有优良的非线性、耐强浪涌能力、能在宽阔的范围内调变压敏电压等性能．因此在电力、通讯、交通、工业保护及军事电子学等领域得到了广泛的应用。除了主要用于过电压保护和稳压方面外，目前正在开发电涌吸收元件、高压输电、集成电路的保护等方面的应用。
湿敏材料是指材料的电阻值随所处环境的湿度变化而变化以功能材料，又称为湿敏电阻(材料)。它是在电绝缘物质中渗入容易吸潮的物质，如氯化锂、氧化锌等加工而成。它能将湿度的变化转换成电的信号，所以又叫湿度传感器。有了它就可以实现湿度的自动指示、自动记录、自动控制与调节。
4.电流变体与磁流变体
电流变体：1947年，一个叫温斯洛的美国人发现了一个奇怪的现象。他把石膏、石灰和炭粉加在橄榄油中，然后加水搅成一种悬浮液，想看看这种悬浮液能不能导电。在试验中，他意外地发现，这种悬浮液没有加上电场时，可以像水或油一样自由地流动；可是一加上电场，就能立即由自由流动的液体变成固体，而且随着电场强度的增加，固体的强度也在增加。当撤消电场时，它又能立即由固体变回液体。由于这种悬浮液可以用电场来控制，因此科学家们就把它叫做“电流变体”，并把这种现象称为“温斯洛现象”。
组成：1，连续相2，分散相3，添加剂
电流变体材料必须具备介电不匹配性、密度匹配性和高的屈服应力及低电场强度的特性。介电不匹配性是指电流变体材料中, 分散相和连续相的介电不匹配性, 在外电场作用下, 这种介电不匹配性将导致悬浮液内部产生不均匀的电场, 粒子极化后就会沿电场方向形成链状、柱状的纤维结构; 密度匹配性是指电流变体材料的液-固两相的密度尽可能相一致, 以解决长期存放后粒子的沉降问题; 高屈服应力和低电场强度特性是指在较低的电场强度下获得高的动态剪切应力, 以满足电流变体材料在实际中应用的需要。
分类及优缺点：粒子分散型电流变体和均一型电流变体，其中粒子分散型电流变体又分为含水系和无水系电流变体。
含水系的电流变体一般由连续相( 分散介质)、悬浮颗粒( 被分散相) 和添加剂组成。连续相一般是硅油、矿物油和变压器油等液体, 这些液体通常应具备高沸点、低粘度、电阻大、介电常数高等特点。悬浮颗粒一般利用吸附水的淀粉或二氧化硅颗粒等, 添加剂一般有水和表面活性剂等。Winslow 发现的电流变体就是典型的含水系粒子分散型电流变体, 他是将吸附水的二氧化硅胶粒加入到硅油中, 发现悬浮液具有电流变效应。此外,金属氧化物、纤维素、淀粉等也是含水电流变体的常用分散介质。
缺点：含水系的电流变体具有许多无法克服的缺点, 通常含水的电流变体, 当温度升高时, 会增加电荷在粒子间的流动, 例如,温度每升高6℃,它们的电导率会提高一倍, 从而导致了大量的电力消耗; 同时,高温时逸出的水会腐蚀电流变体工作的设备; 另外,这些含水系电流变体工作的最高温度为80℃,这将很难用于高温下工作的电流变体控制器件中。
无水系电流变体有机半导体粒子制得的电流变体、用复合材料粒子制得的电流变体以及用其他粒子制得的电流变体等。
有机半导体粒子电流变体具有比含水电流变体宽得多的工作温度范围、少得多的电源消耗。聚丙烯腈焦化物、聚吡醌、聚苯胺等有机半导体粒子分散在液体介质中都具有电流变性能。其中,聚苯胺粒子由于具有化学及热力学性质稳定、电性能可调、比重与油接近、成本低的特性, 所得到的屈服应力也较大,作为一类很有希望的电流变材料倍受研究者的青睐。
复合材料粒子则可以充分利用几种材料的优异性能而得到综合性能良好的新型材料,所以, 利用复合材料粒子作为分散介质是很有前途的研究方向。例如γ-Fe2O3 和聚丙烯酸锂的复合微粒作为分散介质的电流变体; 二氧化硅和聚苯胺复合粒子作为分散相的电流变体; 在聚苯胺的表面涂上一层多糖物质,分散在硅油中, 发现复合粒子制得电流变体的屈服应力、漏电电流及零场粘度都比单一聚苯胺粒子分散在硅油中得到的电流变体有所改善。
利用其他粒子制得电流变体的例子有焦炭材料、硅铝酸盐粒子、添加了I2 的聚吡啶嗡盐等。
均一型：粒子分散型的电流变体都是固液两相悬浮液, 由于动力学不稳定性导致了其易沉降的特点, 严重的会使电流变效应丧失或破坏密封件等装置。添加合适的表面活性剂或不停搅拌可以暂缓粒子下沉即两相分离现象,但也不能解决长期储存和工作的问题。为克服上述困难, 单相电流变体的研究逐渐引起了人们的重视。目前以液晶材料为基础的均一型电流变体的开发是电流变体材料研究的另一热点。因为液晶材料在低的电场强度下就会有电流变效应,因此特别受到关注。但是低分子液晶的电流变效应较弱。液晶电流变体的缺点是由液态向固态转变所需的响应时间太长。
应用及发展：电流变体材料的应用范围大致可分为三类,即离合器、液压阀和减振器, 另外的应用领域还有机器人等。
理论上,电流变体应该有在工业上大规模应用的潜力,但是由于种种原因, 目前还没有一项产品实现商品化。阻碍电流变体工程应用的主要因素有: 对电流变体的作用机理至今尚了解不透彻,电流变体的屈服应力太低, 磨耗性能达不到要求,形成电流变效应的电场强度过高, 长期使时粒子易沉降且电流变效应不稳定等。要使电流变体在工业上得以应用,还需要加强以下几个方面的工作: 1.进一步
研究电流变体的作用机理,对电流变现象有关的物理、化学概念作彻底了解,弄清有关材料的性质与电流变现象的关系以及影响电流变现象的因素, 然后根据相关的联系进行材料的设计; 2.寻找更好的粒子材料, 特别是加强无机-有机复合粒子的研究, 使电流变体的屈服应力从现在的1～5kPa/2. 5kV 提高到10 ～15kPa 2. 5kV 以上; 3.电流变添加剂有必要进行深入的研究, 以改善电流变体的稳定性并提高屈服应力,这方面的研究是电流变体实用化的关键,值得充分重视; 4.单相均一电流变体有望彻底解决体系的沉降稳定性问题,需要进行更多的研究工作。
磁流变体：磁流变液（Magnetorheological Fluid , 简称MR流体）属可控流体，是智能材料中研究较为活跃的一支。磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性；而在强磁场作用下，则呈现出高粘度、低流动性的Bingham体特性。由于磁流变液在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的、而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系，因此是一种用途广泛、性能优良的智能材料。
磁流变液应满足的指标：
（1）零磁场粘度低，以便使其在磁场作用下，具有同等剪切屈服强度增长时，具有更大的可调范围。
（2）强磁场下剪切屈服强度高，至少应达到20～30Kpa，这是衡量磁流变液特性的主要指标之一。
（3）杂质干扰小，以增加其使用范围。
（4）温度使用范围宽，即在相当宽的温度范围具有极高的稳定性。
（5）响应速度快，最好能达到毫秒级，以使磁流变液减振器作为主动和半主动控制器时，基本不存在时迟问题。
（6）抗沉降性好，长时间存放应基本不分层。
（7）能耗低，在较弱的磁场下可产生较大的剪切屈服强度。
（8）无毒、不挥发、无异味，这是由其应用领域所决定的。
磁流变液应用范围
目前，磁流变液已经开始应用于研磨（抛光）工艺、阀门和密封、家庭健身器、机械手的抓持机构、装配车间不规则形体的依托架、以及自动化仪表、机器人的传感器和采矿、印刷等行业。
在其众多应用领域当中，研究最多、发展最快的应用领域是汽车座位减振器、刹车器、主动驱动器以及土模机构减振器。基于磁流变液的装置还包括冲击吸收器、缓冲器、阻尼器、隔振器、密封装置、制动器、离合器、柔性机械卡具、机器人手臂、直升机旋翼、油缸运动的控制以及电源高速开关、抛光装置和液压阀
等这些都有很大的潜在发展前景。
磁流变弹性体是一种高分子聚合物中嵌有铁磁性颗粒的智能材料，在外磁场的作用下固化，使颗粒在基体中形成链状及柱状有序结构，这种有序结构导致材料的力学性能特别是剪切性能可控，因此可以设计出由磁场控制的变刚度器件。
5.电致伸缩及磁滞伸缩材料
电致伸缩效应：它是指当外电场作用于电介质上时, 所产生的应变正比于电场强度或极化强度的平方的现象由于电致伸缩效应引起的应变与外加电场的方向无关, 所以一般固体电介质都能产生电致伸缩效应。
电致伸缩材料：于某些高介电常数的铁电材料，当高出居里温度时，具有相当大的电致伸缩效应，其应变数量级甚至大于压电效应的一类材料。
已经发现电致伸缩效应显著的材料有：铌镁酸铅一钦酸铅固溶体（PMN-PT）,铌镁酸铅一钦酸铅一铌锌酸钡固溶体（PMN-PT-BNZ）,掺钡的错钦酸铅(Ba2PZT),掺翻的锆酸铅（La2PZT）。
分类：
按其所组成的固溶体的化合物成分构成可分为一元系压电陶瓷, 如钛酸钡(BaTiO3 )、钛酸铅(PbTiO3)和偏铌酸铅(Pb(NbO3)2)等;二元系压电陶瓷, 如目前使用最多的锆钛酸铅(xPbZrO3-(1- x )PbTiO3或Pb(ZrxTi1-xO3)),这是目前使用最为广泛的PZT 系列压电陶瓷;三元系及多元系压电陶瓷,通常是在具有钙钛矿型结构的PZT二元系中再加入第三种或第四种化学通式为ABO3型化合物而形成三元系或多元系固溶体,以获得所需要的宽性能调节范围, 得到不同性能参数的压电陶瓷,以满足不同的市场需求。
与PZT 压电陶瓷相比,三元系或多元系压电陶瓷的烧结性能良好,不但烧成温度范围宽,而且PbO 挥发也少,陶瓷的工艺重现性好,易获得气孔率少的致密陶瓷体,可获得具有高机械强度和电气性能, 及在某些方面有显著特点的压电陶瓷。因此多元系压电陶瓷已成为众多研究机构开发热点之一。
应用：天文学，光通讯等方面电致伸缩器件。
磁滞伸缩材料：具有磁滞伸缩效应材料
磁滞伸缩效应：所谓磁致伸缩是铁磁物质(磁性材料）由于磁化状态的改变，其尺寸在各方向发生变化。大家知道物质有热胀冷缩的现象。除了加热外，磁场和电场也会导致物体尺寸的伸长或缩短。铁磁性物质在外磁场作用下，其尺寸伸长（或缩短），去掉外磁场后，其又恢复原来的长度，这种现象称为磁致伸缩现象（或效应）。
分类：主要有三大类：即：磁致伸缩的金属与合金，如镍和金煤（Ni）基合金（Ni，Ni－Co合金，Ni－Co－Cr合金）和铁基合金（如F e－Ni合金，Fe－Al合金，Fe－Co－V合金等）和铁氧体磁致伸缩材料，如N i－Co和Ni－Co－
Cu铁氧体材料等。这两种称为传统磁致伸缩材料，其λ值（在20—80ppm之间）过小，它们没有得到推广应用，后来人们发现了电致伸缩材料，如（Pb，Zr，Ti）C03材料，（简称为P ZT或称压电陶瓷材料），其电致伸缩系数比金属与合金的大约200—400ppm，它很快得到广泛应用；第三大类是近期发展的稀土金属间化合物磁致伸缩材料，例如以（Tb，Dy）Fe2化合物为基体的合金Tbo0．3Dy0．7Fe1．95材料（下面简称T b－Dy—Fe材料）的λ达到1500~2000ppm，比前两类材料的λ大1~2个数量级，因此称为稀土超磁致伸缩材料。
特点：和传统超磁致伸缩材料及压电陶瓷材料（PZT）相比，稀土超磁致伸缩材料是佼佼者，它具有下列优点：磁致伸缩应变λ比纯 N i大50倍，比PZT材料大5—25倍，比纯 N i和 Ni－Co合金高400~800倍，比PZT材料高14~30倍；磁致伸缩应变时产生的推力很大，直径约l0mm的 Tb－Dy－Fe的棒材，磁致伸缩时产生约200公斤的推力：能量转换效率高达70％，而 Ni基合金仅有16％，PZT材料仅有40~60％；其弹性模量随磁场而变化，可调控；响应时间（由施加磁场到产生相应的应变λ所需的时间称响应时间）仅百万分之一秒，比人的思维还快；频率特性好，可在低频率（几十至1000赫兹）下工作，工作频带宽；稳定性好，可靠性高，其磁致伸缩性能不随时间而变化，无疲劳，无过热失效问题。
应用：由于磁致伸缩材料在磁场作用下，其长度发生变化，可发生位移而做功或在交变磁场作用可发生反复伸张与缩短，从而产生振动或声波，这种材料可将电磁能（或电磁信息）转换成机械能或声能（或机械位移信息或声信息），相反也可以将机械能（或机械位移与信息）。转换成电磁能（或电磁信息），它是重要的能量与信息转换功能材料。它在声纳的水声换能器技术，电声换能器技术、海洋探测与开发技术、微位移驱动、减振与防振、减噪与防噪系统、智能机翼、机器人、自动化技术、燃油喷射技术、阀门、泵、波动采油等高技术领域有广泛的应用前景。
材料类期刊影响因子排名
材料类期刊影响因子排名 1 NATURE 自然31.434 2 SCIENCE 科学28.103 3 NATURE MATERIAL 自然（材料）23.132 4 NATURE NANOTECHNOLOGY 自然（纳米技术）20.571 5 PROGRESS IN MATERIALS SCIENCE 材料科学进展18.132 6 NATURE PHYSICS 自然（物理）16.821 7 PROGRESS IN POLYMER SCIENCE 聚合物科学进展16.819 8 SURFACE SCIENCE REPORTS 表面科学报告12.808 9 MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING R-REPORTS材料科学与工程报告12.619 10 ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION 应用化学国际版10.879 11 NANO LETTERS 纳米快报10.371 12 ADVANCED MATERIALS 先进材料8.191 13 JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 美国化学会志8.091 14 ANNUAL REVIEW OF MATERIALS RESEARCH 材料研究年度评论7.947 15 PHYSICAL REVIEW LETTERS 物理评论快报7.180 16 ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS 先进功能材料6.808 17 ADVANCES IN POLYMER SCIENCE 聚合物科学发展6.802 18 BIOMATERIALS 生物材料6.646 19 SMALL微观？6.525 20 PROGRESS IN SURFACE SCIENCE 表面科学进展5.429 21 CHEMICAL COMMUNICATIONS 化学通信5.34 22 MRS BULLETIN 材料研究学会（美国）公告5.290 23 CHEMISTRY OF MATERIALS 材料化学5.046 24 ADVANCES IN CATALYSIS 先进催化4.812 25 JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY 材料化学杂志4.646 26 CARBON 碳4.373 27 CRYSTAL GROWTH & DESIGN 晶体生长与设计4.215 28 ELECTROCHEMISTRY COMMUNICATIONS 电化学通讯 4.194
计算材料学
计算材料学 计算材料学是近20年里发展起来的一门边缘学科. 它运用固体物理理论, 理论化学和计算机算法来研究材料里的一些实验研究有困难的课题. 它是材料研究里的"计算机实验". 本课程主要介绍计算材料学里的原子和纳米尺度模拟的一些常用方法, 如原子相互作用势、最小能量法、分子动力学、蒙特卡洛方法, 也简单介绍了电子－原子尺度的模拟方法、微观－介观尺度的模拟方法、介观－宏观尺度的模拟方法和跨尺度模拟方法. 本课程还采用材料研究中的实际例子来说明这些方法的运用. 课程性质： 学时：32 对象：研究生 教学用语：中文/英语 先修课要求：高等数学, 大学物理, 量子与统计，固体物理 教学内容 1．绪论(2学时) 1.1 计算材料学的发展概况 1.2 计算材料学的范围与层次 2．原子相互作用势(4学时) 2.1 原子相互作用势的一般形式 2.2经验性对势 2.3 多体势 2.4 壳模型 2.5 键级势 3．最小能量法(6学时) 3.1 完整晶体结构模拟
3.2 缺陷模拟 3.3 自由能最小能量法 3.4 表面结构模拟 4．分子动力学方法(6学时) 4.1 原子系统的运动方程 4.2 运动方程的积分 4.3 边界条件 4.4 分子动力学方法在材料科学中的应用 5．蒙特卡洛方法(6学时) 5.1 随机数 5.2 蒙特卡洛积分 5.3 Metropolis蒙特卡洛方法 5.4蒙特卡洛方法的误差 5.5 蒙特卡洛方法在材料科学中的应用 6．电子－原子尺度的模拟方法简介(3学时) 6.1 Hartree-Fock 方法 6.2 分子轨道理论 6.3 从头计算法 6.4 紧束缚势方法 6.5 局域电子密度泛函理论 7．微观－介观尺度的模拟方法简介(3学时) 7.1 离散位错静力学和动力学 7.2 Ginzburg-Landau相场动力学模型
超硬材料及制品的基本知识
超硬材料及制品基本知识 一、超硬材料概念:对于超硬材料的含义至今没有一 个公认为满意的解释。1981年国际硬物质科学会议认为,硬度大于1000HV的物质均可称为硬物质，这就自然包括了金刚石和立方碳化硼。后来对这个定义进行了补充,认为能加工诸如硬质合金(硬度1600—1８00ＨV)、刚玉（—２00０ＨV）、碳化硅(—22００HV）等这一类物质的材料称为超硬材料。目前由于金刚石和立方氮化硼等材料有其极高的硬度，所以统称为超硬材,具有硬度高、耐磨和热传导性能好、热膨胀系数低等优异性能。 二、超硬材料的分类:分为单晶超硬材料和聚晶超硬 材料(也称为“复合超硬材料”）及3．金刚石薄膜三类。 单晶超硬材料和聚晶超硬材料的主要区别为:单晶金刚石/立方氮化硼材料的特点为硬度更高、耐热性更好,但尺寸较小，多用于制造锯片等切割工具;聚晶金刚石/立方氮化硼是指以金刚石和立方氮化硼微粉等单晶超硬材料为主要原料,添加金属或非金属粘结剂通过超高压高温烧结工艺制成的聚晶复合材料。它的特点是硬度、耐热性略逊于单晶材料,但是由于聚晶超硬材料是内部结构紧密的金刚石致密体,可以增加工具的切割面积，同时克服了单晶超硬材料由于粘结面积小造成的轻易从锯片表面脱落的弊端,具有更高的耐磨性。 金刚石薄膜是用化学气相沉积(CVＤ）法或其它方法在非金刚石衬底上制备出的超硬薄
膜。它不仅可用于制作各种金刚石刀具,还可作为功能材料用于制作声传感器、扬声器振动膜、红外窗口、Ｘ光检测窗口等，应用领域十分广泛。国际上从七十年代初开始进行金刚石薄膜的试制并迅速掀起金刚石薄膜研究开发热潮。我国从八十年代中期开始此项研究，并已列入国家“863计划”，现已能制备出8０ｍm、厚2mm的金刚石薄膜，并在应用研究方面取得了不少成果,但目前总体上仍处于研制阶段,尚未达到工业化应用阶段。有人预计,金刚石薄膜将是２１世纪金刚石工业的主要材料，各国科学家都在为使金刚石薄膜产业化而不懈努力。 三、金刚石按用途分为两类:质优粒大可用作装饰品的称宝石级金刚石，质差粒细用于工业的称工业用金刚石。 宝石级金刚石,又称钻石，光泽灿烂,晶莹剔透,被誉为“宝石之王”,价值昂贵，是世界公认的第一货品，其占有程度和消费水平往往被视为是衡量个人和国家经济富裕程度的标志。达不到宝石级的金刚石(工业用金刚石）,以其超硬性广泛用于机电、光学、建筑、交 ?总的来说，复合超硬材料相对于传统合金材料具有强大的替代性,市场潜力更大,广泛应用于机械、冶金、地质、石油、煤炭、石材、建筑等传统领域,电子信息、航天航空、国防等高技术领域以及汽车、家电等新兴产业。 1．1复合超硬材料的主要产品用途?当前,复合超硬材料的产品主要分为四类:石油天然气钻头用聚晶金刚石复合片、煤田矿山用聚晶金刚石复合片、聚晶金刚石高品级拉丝模坯和刀具用聚晶金刚石/聚晶立方氮化硼复合片。 (1）石油天然气钻头用聚晶金刚石复合片 石油天然气聚晶金刚石复合片是由无数微小金刚石颗粒和粘结剂混合组成的切削层和硬质合金衬底层在高温高压下烧结合成的，具有很高强度、硬度、耐磨性、抗冲击
功能材料课程简介
课程编号：02014925 课程名称：功能材料/Functional Materials 学分：2 学时：32 开课单位：材料科学与工程学院金属材料工程系 课程负责人：张庆安 先修课程：物理化学、材料科学基础 考核方式：开卷笔试 主要教材：功能材料概论，殷景华等主编，哈尔滨工业大学出版社，2002.9. 参考书目：现代功能材料，陈玉安等编，重庆大学出版社，2008.6. 课程简介： 《功能材料》是材料科学与工程等材料类专业的一门专业课，重点介绍具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型功能材料发展状况、基本原理以及应用情况。通过本课程学习，使学生对特种功能材料，如新能源材料、形状记忆合金、非晶态合金、磁性材料、纳米材料、半导体材料、超导材料等的研究现状及其应用有一定的了解，掌握各种特种功能材料的基本原理。
课程编号：02014925 课程名称：功能材料/Functional Materials 学分：2 学时：32 开课单位：材料科学与工程学院金属材料系 适用专业：材料科学与工程等材料类专业 先修课程：物理化学、材料科学基础 一、课程性质、目的与任务 《功能材料》是金属材料工程专业选修课，重点介绍当今各种特种功能材料的发展状况、基本原理以及应用情况。通过本课程学习，使学生对特种功能材料，如新能源贮氢材料、形状记忆合金、非晶态合金、磁性材料、纳米材料、半导体材料、超导材料等的研究现状及其应用有一定的了解，掌握各种特种功能材料性能的基本原理。 二、教学内容、基本要求及学时分配（按章节列出内容要求学时等，实验上机项目要列在课程内容一栏）
（教学基本要求：A-熟练掌握；B-掌握；C-了解） 三、能力培养要求 了解各种功能材料的基本原理、用途和制备方法，开阔学生视野，拓宽知识面。 四、教学方法与教学手段 以课堂讲授为主，采用多媒体教学手段进行教学。 五、教材与主要参考书目 1．功能材料概论，殷景华等主编，哈尔滨工业大学出版社，2002.9. 2．现代功能材料，陈玉安等编，重庆大学出版社，2008.6. 六、考核方式 开卷笔试。 七、大纲编写的依据与说明 本大纲依据“安徽工业大学材料类专业本科指导性培养方案（2016版）”编写。
SCI(EI)收录的材料类期刊
SCI(EI)收录的材料类期刊 1 NATURE NATURE 自然0028-0836 27.955 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/ 2 SCIENCE SCIENCE 科学0036-8075 23.329 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/ 3 SURF SCI REP SURFACE SCIENCE REPORTS 表面科学报告0167-5729 14.091 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/science/journal/01675729 4 Prog Mater Sci Progress In Materials Science 材料科学进展0079-642 5 14 http//www.elsevier.nl/inca/publications/store/4/1/4/ 5 Prog Surf Sci Progress In Surface Science 表面科学进展0079-681 6 7.96 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/science/journal/00796816 6 PHYS REV LETT PHYSICAL REVIEW LETTERS 物理评论快报0031-900 7 6.668 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/ 7 MA T SCI ENG R MA TERIALS SCIENCE & ENGINEERING R-REPORTS 材料科学与工程报告0927-796X 6.143 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/science/journal/0927796X 8 ADV POL YM SCI ADV ANCES IN POL YMER SCIENCE 聚合物科学发展0065-3195 6.053 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/science/journal/00796700 9 ADV MATER ADV ANCED MA TERIALS 先进材料0935-9648 5.579 http://www.wiley-vch.de/publish/en/journals/alphabeticIndex/2089/ 10 ANNU REV MATER SCI ANNUAL REVIEW OF MA TERIALS SCIENCE 材料科学年度评论0084-6600 5.405 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/loi/matsci?cookieSet=1
超硬材料及制品的基本知识
超硬材料及制品基本知识 一、超硬材料概念：对于超硬材料的含义至今没有一 个公认为满意的解释。1981 年国际硬物质科学会议认为，硬度大于 1000HV 的物质均可称为硬物质，这就自然包括了金刚石和立方碳化硼。后来对这个定义进行了补充，认为能加工诸如硬质合金（硬度 1600—1800HV ）、刚玉 （—2000HV）、碳化硅（—2200HV）等这一类物质的材料称为超硬材料。目前由于金刚石和立方氮化硼等材料有其极高的硬度，所以统称为超硬材，具有硬度高、耐磨和热传导性能好、热膨胀系数低等优异性能。 二、超硬材料的分类：分为单晶超硬材料和聚晶超 硬材料（也称为“复合超硬材料”）及 3．金刚石薄膜三类。 单晶超硬材料和聚晶超硬材料的主要区别为：单晶金刚 石/立方氮化硼材料的特点为硬度更高、耐热性更好，但尺寸 较小，多用于制造锯片等切割工具；聚晶金刚石/立方氮化硼 是指以金刚石和立方氮化硼微粉等单晶超硬材料为主要原料，添加金属或非金属粘结 剂通过超高压高温烧结工艺制成的聚晶复合材料。它的特点是硬度、耐热性略 逊于单晶材料，但是由于聚晶超硬材料是内部结构紧密的金 刚石致密体，可以增加工具的切割面积，同时克服了单晶超 硬材料由于粘结面积小造成的轻易从锯片表面脱落的弊端， 具有更高的耐磨性。
金刚石薄膜是用化学气相沉积（CVD）法或其它方法在非金刚石衬底上制备出的超硬薄膜。它不仅可用于制作各种金刚石刀具，还可作为功能材料用于制作声传感器、扬声器振 动膜、红外窗口、X 光检测窗口等，应用领域十分广泛。国际上从七十年代初开始进行金刚 石薄膜的试制并迅速掀起金刚石薄膜研究开发热潮。我国从八十年代中期开始此项研究，并 已列入国家“863 计划”，现已能制备出 80mm、厚 2mm 的金刚石薄膜，并在应用研究方面取 得了不少成果，但目前总体上仍处于研制阶段，尚未达到工业化应用阶段。有人预计，金刚 石薄膜将是 21 世纪金刚石工业的主要材料，各国科学家都在为使金刚石薄膜产业化而不懈努力。 三、金刚石按用途分为两类：质优粒大可用作装饰品的称宝石级金刚石，质差粒细用于工业的称工业用金刚石。 宝石级金刚石，又称钻石，光泽灿烂，晶莹剔透，被誉为“宝石之王”，价值昂贵，是世界公认的第一货品，其占有程度和消费水平往往被视为是衡量个人和国家经济富裕程度的标志。达不到宝石级的金刚石（工业用金刚石），以其超硬性广泛用于机电、光学、建筑、交通、冶金、地勘、国防等工业领域和现代高、新技术领域。 总的来说，复合超硬材料相对于传统合金材料具有强大的替代性，市场潜力更大，广泛应用于机械、冶金、地质、石油、煤炭、石材、建筑等传统领域，电子信息、航天航空、国防等高技术领域以及汽车、家电等新兴产业。 1.1 复合超硬材料的主要产品用途 当前，复合超硬材料的产品主要分为四类：石油天然气钻头用聚晶金刚石复合片、煤田矿山用聚晶金刚石复合片、聚晶金刚石高品级拉丝模坯和刀具用聚晶金刚石/聚晶立方氮化硼复合片。 （1）石油天然气钻头用聚晶金刚石复合片 石油天然气聚晶金刚石复合片是由无数微小金刚石颗
功能材料课程教学大纲
功能材料课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称、所属专业、课程性质、学分； 功能材料；材料物理与材料化学专业；专业必修课；54学时，3学分（二）课程简介、目标与任务； 《功能材料》具有很强的理论性和应用性。本课程除了要求学生了解所学功能材料外，还要掌握材料学基础知识，重点在于如何将所学理论知识运用到实际的功能材料中 去，并了解相关功能材料的结构，性能与制备及其之间的关系。 （三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接； 先修课程要求：材料学科的基础课程，如材料科学基础，金属物理，扩散与相变等； 这些先修课程介绍材料学里的最基础理论知识，本课程则深入介绍这些基础理论知识在实际功能材料中的应用 （四）教材与主要参考书 《功能材料学概论》冶金工业出版社，2006年，马如璋，蒋民华，徐祖 雄 《磁学基础与磁性材料》浙江大学出版社，2006年，严密，彭晓领 《超导物理基础》北京大学出版社，1997年，伍勇，韩汝珊 《功能材料与纳米技术》化学工业出版社，2002年，李玲，向航 《块体非晶合金》化学工业出版社，2007年，惠希东，陈国良 《形状记忆合金》中国科学技术大学出版社，1993年，杨杰，吴月华 《金属氢化物的性质与应用》1986年，大角泰章著，吴永宽，苗艳秋 译 、课程内容与安排
第一章绪论 第一节概述 第二节功能材料的概念及分类功 能设计的原理和方法功能 第三节 第四节材料的现状及发展趋势 一）教学方法与学时分配讲授，2 学时二）内容及基本要求主要内容：功能材料的概念，分类；功能显示过程，一次功能材料；二次功能材料【掌握】：功能材料的概念【了解】：功能材料分类，功能显示过程 第二章磁性材料铁第一节磁学基础软第二节磁材料第三节永磁材料一）教学方法与学时分配 讲授，10 学时二）内容及基本要求主要内容： 1.物质磁性的分类 2.磁化过程与技术磁参量 3.电工纯铁，硅钢；坡莫合金 4.FeNiAl 和AlNiCo 合金 5.Nd-Fe-B 材料【重点掌握】： 1.磁畴的运动与磁化过程 2.电工纯铁的磁时效，微观组织的变化如何影响磁性能 3.成分和微观组织的变化对硅钢软磁性能的影响 4.成分和微观组织的变化对坡莫合金性能的影响 5.磁场热处理如何影响永磁合金（FeNIAI和AINICo）的性能 【掌握】： 基本概念和定义：磁化强度，磁感应强度，磁化率，磁导率，磁化曲线和磁滞回线，磁致伸缩，磁晶各项异性，矫顽力，磁损耗，磁能积；软磁材料的性能要求；永磁材料的性能要求 【了解】： 磁性的起源；磁性材料的稳定性；Fe-AI和Fe-Co系软磁合金；矩磁 合金和恒磁合金 【一般了解】： 铁氧体软磁材料；铁氧体永磁材料
材料类期刊投稿指南
材料类期刊投稿指南 SCI(EI)收录的科技期刊（2003） 1 NATURE NATURE 自然 0028-0836 27.955 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/ 2 SCIENCE SCIENCE 科学 0036-8075 23.329 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/ 3 SURF SCI REP SURFACE SCIENCE REPORTS 表面科学报告 0167-5729 14.091 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/science/journal/01675729 4 PROG MATER SCI PROGRESS IN MATERIALS SCIENCE 材料科学进展 0079-642 5 14 http//www.elsevier.nl/inca/publications/store/4/1/4/ 5 PROG SURF SCI PROGRESS IN SURFACE SCIENCE 表面科学进展 0079-681 6 7.96 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/science/journal/00796816 6 PHYS REV LETT PHYSICAL REVIEW LETTERS 物理评论快报 0031-900 7 6.668 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/ 7 MAT SCI ENG R MATERIALS SCIENCE & ENGINEERING R-REPORTS 材料科学与工程报告0927-796X 6.143 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/science/journal/0927796X 8 ADV POLYM SCI ADVANCES IN POLYMER SCIENCE 聚合物科学发展 0065-3195 6.053 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/science/journal/00796700 9 ADV MATER ADVANCED MATERIALS 先进材料 0935-9648 5.579 http://www.wiley-vch. de/publish/en/journals/alphabeticIndex/2089/ 10 ANNU REV MATER SCI ANNUAL REVIEW OF MATERIALS SCIENCE 材料科学年度评论0084-6600 5.405 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/loi/matsci?cookieSet=1 11 APPL PHYS LETT APPLIED PHYSICS LETTERS 应用物理快报 0003-6951 3.849 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/aplo/ 12 PROG POLYM SCI PROGRESS IN POLYMER SCIENCE 聚合物科学进展 0079-6700 3.738 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/science/journal/00796700 13 CHEM MATER CHEMISTRY OF MATERIALS 材料化学 0897-4756 3.69 http://pubs.acs. org/journals/cmatex/ 14 PHYS REV B PHYSICAL REVIEW B 物理评论B 0163-1829 3.07 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/ 15 ADV CHEM PHYS ADVANCES IN CHEMICAL PHYSICS 物理化学发展0065-2385 2.828 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/WileyCDA /WileyTitle/productCd-0471214531.html 16 J MATER CHEM JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY 材料化学杂志 0959-9428 2.736 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/is/journals/current/jmc/mappub.htm 17 ACTA MATER ACTA MATERIALIA 材料学报 1359-6454 2.658 http://www.elsevier. nl/locate/actamat/ 18 MRS BULL MRS BULLETIN 材料研究学会（美国）公告 0883-7694 2.606 http://www. https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/publications/bulletin/ 19 BIOMATERIALS BIOMATERIALS 生物材料 0142-9612 2.489 http://www.biomaterials. org/ 20 CARBON CARBON 碳 0008-6223 2.34 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/inca/publications/store/2/5/8/ 21 SURF SCI SURFACE SCIENCE 表面科学 0039-6028 2.189 https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/science/journal/01694332
材料类期刊影响因子
现将以前存有的材料类期刊名称影响因子可能不是最新的但希望对大家投稿时选杂志有用2009 材料类期刊影响因子 Nature 34.48 Science 29.747 Nature Materials 29.504 Nature Nanotechnology 26.309 Nature Physics 15.491 Angewandte Chemie-International Edition 11.829 Nano Letters 9.991 Advanced Materials 8.379 Journal of the American Chemical Society 8.58 Advances in Catalysis 3.571 Advanced Functional Materials 6.99 Physical Review Letters 7.328 Small 6.171 MRS bulletin 6.33 Chemical Communications 5.504 Chemistry of Materials 5.368 International Journal of Plasticity 4.791 Journal of Materials Chemistry 4.795 Carbon 4.504 Electrochemistry Communications 4.243 Inorganic Chemistry 4.657 The Journal of Physical Chemistry B 3.471 Crystal Growth & Design 4.162 Langmuir 3.898 Journal of Applied Crystallography 3.018 Acta materialia 3.76 Applied Physics Letters 3.554 Journal of the Mechanics and Physics of Solids 3.317 Physical Chemistry Chemical Physics 4.116 Nanotechnology 3.137 Physical Review B 3.475 The Journal of Physical Chemistry A 2.899 Journal of power sources 3.792 Journal of the Electrochemical Society 2.241 Scripta materialia 2.949 Journal of nanoparticle research 2.478 Intermetallics 2.231 Microporous and Mesoporous Materials 2.652 Nanoscale Research Letters 2.894 Composites Science and Technology 2.901 Journal of Applied Physics 2.072 Journal of Solid State Chemistry 2.34
计算材料学讲稿-6
第一次课绘制简单分子 一、画一个苯酰胺 目的：介绍Materials Visualizer中画结构的工具。 用到的模块：Materials Visualizer 化学家每天都要处理很多种类的小分子和中间物。所以容易的创建模型对建模环境都是很重要的。苯酰胺是典型的小分子结构。以下通过建立他的结构来学习Materials Studio。下面是要建立的苯酰胺的结构： Benzamide 1.创建3D文档： 从菜单中选择File | New...打开New Document对话框。选择3D Atomistic Document（三维原子文档），按OK。建立了一个三维窗口，工程管理器中显示建立了名为3D Atomistic Document.xsd的文件。在工程管理器这个文件名上右击鼠标，选择Rename改名。键入my_benzamide的新名字，按回车。选择File | Save 命令，或按标准工具条中的按钮。在my quickstart文件夹（每个工程都对应一个同名的文件夹）中建立了名为my_benzamide.xsd的文件。 2. 改变到Ball and Stick球棍模型显示方式。 三维窗口中右击鼠标，选择Display Style，打开Display Style对话框，在Atom 选项卡上设置。Materials Studio能在任何显示方式下添加原子。 3. 画环和原子链。
在草画工具条上单击Sketch Ring 按钮，鼠标移到三维窗口。鼠标变为 铅笔行状提示你处于草画模式。鼠标榜的数字表示将要画的环包括的原子数目。可以通过按3-8的数字键改变。确保这个数字为6，三维窗口中单击。画出了一个6个C原子的环。如果安装ALT键单击，产生共振键。 现在单击草画工具条Sketch Atom 按钮，这是通用添加原子工具，可加 入任何元素，默认加入C原子。如下在环上加入两个C原子。在环上移动鼠标，当一个原子变为绿色时单击，键的一端就在这个原子上，移动鼠标再单击就加入了一个C原子，再移动，并双击。这样在环上加入了两个原子。另一种结束添加原子的方法是在最后一个原子位置单击，然后按ESC键。注意，新加入的原子的化学键已经自动加上。 注意：你可以按Undo 按钮取消错误操作。 4、加入氧原子。 按Sketch Atom按钮旁的向下按钮，显示可选元素，选择氧Oxygen，在支链上移动鼠标，当变为蓝色显示时单击，这个原子就有了一个化学键，移动鼠标并双击。加入了O原子。在3D窗口工具条上按按钮，进入了选择模式。 5. 编辑元素类型。 单击链末端的C原子，选定它。选定的对象用黄色显示。按Modify Element按钮旁的箭头，显示元素列表，选择Nitrogen氮，选定的原子就变为了氮原子。单击三维窗口中空白地方，取消选择，就可以看到这种变化了。 6．编辑键类型。 在三维窗口中在C和O原子中间单击选定C－O键。选定的键以黄色显示。按下SHIFT键，单击其它三个相间的键。现在选定了三个C－C键和一个C－O键。 单击Modify Bond 按钮旁的向下按钮，显示键类型的下拉列表，选择Double Bond双键。取消选定。 7. 调整氢原子和结构 现在可以给结构自动加氢。单击Adjust Hydrogen 按钮，自动给模型加入
超硬材料磨具的选择与使用
超硬材料磨具的选择与使用 一、超硬磨料磨具特性的选择 1.、磨料的选择： RVD金刚石的树脂结合剂砂轮制品具有产品锋利、磨削速度快，金刚石不易脱落等特点，广泛应用于玻璃、硬质合金、宝石、陶瓷、木材加工以及大理石花岗岩的抛光磨削等行业。RVD 特点：晶型不规则、自锐性好、表面粗糙与树脂结合剂粘结牢固。 MBD金刚石晶型较不规则，透明度较好，热稳定性较好，抗冲击性较好，适用于金属结合剂制品，具有耐磨性好、杂质含量低、强度高、使用寿命长等特点，适用于金刚石锯切片、金刚石地质钻头、金刚石电镀工具等。 MBD8：产品晶型规则，含有较多立方八面体结构晶体，产品的热稳定性和冲击韧性较高，适用于磨削硬度较高的材料。 MBD6：晶型比较完整，含有一定比例的立方八面体结构晶体适中，适用于磨削陶瓷、石材、玻璃等材料。 MBD4：一种中等强度产品，晶型较完整，适用于磨削中等强度的材料。 MBD2：产品的冲击韧性和热稳定性相对较低，适用于制造使用要求不高的金属结合剂工具，也用于制造陶瓷结合剂工具。 SMD 特点：晶型完整，表面光滑，抗压强度高。用于制造切割工具、地质钻头、修整工具等。 CBN砂轮的优点：1、对于黑色金属，特别是硬度高、韧性大、高温强度高、热传导率低的材料，具有良好磨削性能。2、磨削力小，耐用度高。3、同一砂轮通常可磨削不同材料，不同规格的工件，尤其是适用于在多品种中，小批量生产和数控，柔性制造系统，微机集成制造时使用。4、加工表面质量高、无裂纹、不易烧伤。5、容易保持尺寸精度。6、综合经济效益比不同砂轮明显提高，磨损小、寿命长、效率高。 CBN 特点：CBN是硬度仅次于金刚石的超硬磨料，与人造金刚石相比，它具有热稳定性好，与铁族金属化学惰性大等特点，适宜加工高矾钢、高速钢与合金钢等金属材料。 金刚石微粉是将人造金刚石单晶经过精加工后制成的一种极细的新型超硬材料。它广泛应用于机械﹑电子﹑航天﹑航空﹑光学仪器﹑玻璃﹑陶瓷﹑石油﹑地质﹑军工等领域和部门﹐是研磨拋光硬质合金﹑陶瓷﹑宝石﹑光学玻璃等高硬度材料的理想材料。一般情况下﹐W0-0.5 至 W6-12 金刚石微粉用于拋光 , W5-10 至 W22-36 用于精磨 , W12-22 以上者用
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计算材料学 分子动力学上机实验教程（2014.04） 课时安排、重要通知、更新、软件下载请见： https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html, 上机实验相关软件分类介绍 分子动力学：LAMMPS --- 附录1 操作系统：CentOS（linux）--- 附录2 可视化：Atomeye --- 附录3（课堂使用），OVITO --- 附录4（推荐课下使用） 画图：Gnuplot --- 附录5 文本编辑：Gedit：Linux，GNOME桌面环境下兼容UTF-8的文本编辑器。它使用GTK+编写而成，简单易用，支持包括gb2312、gbk在内的多种字符编码。 远程登录和文件传输：sftp（Xmanager） 附录1. LAMMPS介绍： LAMMPS-Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator, 大规模原子分子并行模拟器。美国Sandia 国家实验室开发，开放源代码且可以免费获取使用，使用者可以根据自己需要自行修改源代码。LAMMPS可以支持包括气态，液态或者固态相形态下、各种系综下、百万级的原子分子体系，并提供支持多种势函数。 且LAMMPS有良好的并行扩展性。 材料领域，LAMMPS已经是准标准化的分子动力学软件。 LAMMPS官网：https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/ 使用LAMMPS: (1)输入一般至少包括两个： (a)input文件: LAMMPS命令集成在该文本中，可以包括MD相关的模型结构，弛豫条件，加载方式，输出 内容等绝大多数信息。具体每一行语句在官网上有详细的解释。我们学习的一项主要内容是理解和改写input文件。 (b)势函数文件：将势函数的参数等信息独立出来，写成单独的一个文件，在input文件内调入使用。 (2)运行软件： 保证当前目录下写好了input文件和势函数文件，终端上输入命令（串行）: (3)输出一般有三个部分：（所有输出都与input文件与输出相关的指令相关） (a)直接输出在屏幕上，一些程序运行的关键信息直接出现输出屏幕上，一般是整个体系的信息。这些内容默 认保存在https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,mmps文件里，我们称为log文件。 (b)输出记录每个原子信息的文件，有多种形式，我们的到的x.cfg文件是可以被可可视化软件Atomeye直接 读取的。也可以用gedit直接打开，可以看到每一行记录一个原子的信息，比如坐标，速度，动能，势能等。 (c)其它按照input文件中的指令计算并输出的文件或者是对log文件中的内容处理提取得到的文件。同样可 以用gedit打开，我们可以对其进行后续的分析，计算，画图等处理。 Input脚本语法介绍： （LAMMPS版本更新非常快，这里只是对本课程所需的命令及其它部分常用命令的介绍，关注LAMMPS官网https://www.wendangku.net/doc/f417608195.html,/，是学习LAMMPS最有效的方法！） 以下□表示空格,红色表示可更改的参数
计算材料学
计算材料学（Computational Materials Science），是材料科学与计算机科学的交叉学科，是一门正在快速发展的新兴学科，是关于材料组成、结构、性能、服役性能的计算机模拟与设计的学科，是材料科学研究里的“计算机实验”。它涉及材料、物理、计算机、数学、化学等多门学科。 计算材料学- 学科介绍 计算材料学（Computational Materials Science），是材料科学与计算机科学的交叉学科，是一门正在快速发展的新兴学科，是关于材料组成、结构、性能、服役性能的计算机模拟与设计的学科，是材料科学研究里的“计算机实验”。它涉及材料、物理、计算机、数学、化学等多门学科。计算材料学主要包括两个方面的内容：一方面是计算模拟，即从实验数据出发，通过建立数学模型及数值计算，模拟实际过程；另一方面是材料的计算机设计，即直接通过理论模型和计算，预测或设计材料结构与性能。前者使材料研究不是停留在实验结果和定性的讨论上，而是使特定材料体系的实验结果上升为一般的、定量的理论，后者则使材料的研究与开发更具方向性、前瞻性，有助于原始性创新，可以大大提高研究效率。因此，计算材料学是连接材料学理论与实验的桥梁。 计算材料学- 研究领域 材料的组成、结构、性能、服役性能是材料研究的四大要素，传统的材料研究以实验室研究为主，是一门实验科学。但是，随着对材料性能的要求不断的提高，材料学研究对象的空间尺度在不断变小，只对微米级的显微结构进行研究不能揭示材料性能的本质，纳米结构、原子像已成为材料研究的内容，对功能材料甚至要研究到电子层次。因此，材料研究越来越依赖于高端的测试技术，研究难度和成本也越来越高。另外，服役性能在材料研究中越来越受到重视，服役性能的研究就是要研究材料与服役环境的相互作用及其对材料性能的影响。随着材料应用环境的日益复杂化，材料服役性能的实验室研究也变得越来越困难。总之，仅仅依靠实验室的实验来进行材料研究已难以满足现代 新材料研究和发展的要求。然而计算机模拟技术可以根据有关的基本理论，在计算机虚拟环境下从纳观、微观、介观、宏观尺度对材料进行多层次研究，也可以模拟超高温、超高压等极端环境下的材料服役性能，模拟材料在服役条件下的性能演变规律、失效机理，进而实现材料服役性能的改善和材料设计。因此，在现代材料学领域中，计算机“实验”已成为与实验室的实验具有同样重要地位的研究 手段，而且随着计算材料学的不断发展，它的作用会越来越大。 计算材料学的发展是与计算机科学与技术的迅猛发 展密切相关的。从前，即便使用大型计算机也极为困难的一些材料计算，如材料的量子力学计算等，现在使用微机就能够完成，由此可以预见，将来计算材料学必将有更加迅速的发展。另外，随着计算材料学的不断进步与成熟，材料的计算机模拟与设计已不仅仅是材料物理以及材料 计算理论学家的热门研究课题，更将成为一般材料研究人员的一个重要研究工具。由于模型与算法的成熟，通用软件的出现，使得材料计算的广泛应用成为现实。因此，计算材料学基础知识的掌握已成为现代材料工作者必备的 技能之一。 计算材料学涉及材料的各个方面，如不同层次的结构、各种性能等等，因此，有很多相应的计算方法。在进行材料计算时，首先要根据所要计算的对象、条件、要求等因素选择适当的方法。要想做好选择，必须了解材料计算方法的分类。目前，主要有两种分类方法：一是按理论模型和方法分类，二是按材料计算的特征空间尺寸(Characterist ic space scale)分类。材料的性能在很大程度上取决于材料的微结构，材料的用途不同，决定其性能的微结构尺度会有很大的差别。例如，对结构材料来说，影响其力学性能的结构尺度在微米以上，而对于电、光、磁等功能材料来说可能要小到纳米，甚至是电子结构。因此，计算材料学的研究对象的特征空间尺度从埃到米。时间是计算材料学的另一个重要的参量。对于不同的研究对象或计算方法，材料计算的时间尺度可从10-15秒（如分子动力学方法等）到年（如对于腐蚀、蠕变、疲劳等的模拟）。对于具有不同特征空间、时间尺度的研究对象，均有相应的材料计算方法。 目前常用的计算方法包括第一原理从头计算法，分子动力学方法，蒙特卡洛方法，有限元分析等。 计算材料学是目前材料科学中发展最快的科目。随着大量的论文发表和科研材料的科学家数量的快速增加，现在已有条件检验计算材料学对材料科学的影响。可以回顾以下计算机模拟在新材料的发展上起过什么作用，或许更重要的是，总结在材料性能的基础研究方面有哪些突破应该归公与计算机模拟。 有意思的是，人们对模拟方法的期望竟产会超过实际的结果，然而这些过高的期望往往更多来自非专业认识而不是那些正在做这些工作的饿人。如果问一个从事计算材料学的人关于现在使用的方法，他回非茶馆内谨慎地回答：尽管我们的方法很可靠，但仍需要大的发展。这些方法有欠缺并不奇怪，计算材料学只有几十年的历史。因此，我们在关注它现今的地位时，必须同样关注仿镇与建模的可靠性。这门年轻的学科，已经有诸多长足的发展，涉及到许多包含多种距离尺度的现象。 也许最原始的计算材料学是计算固体的电子结构。这些计算显然已经非常成功地表述了材料的结构和性质。现在，对于许多晶体材料，预计的点阵常数和实验值仅相差百分之几。最近的弹性常数计算方法得到了与实验值非常吻合的结果，而且实行起来也比实验容易得多。多体理论的发展，使得目前已能对简单半导体禁带宽度进行预测。 但是，基于这样一些成果，电子结构计算往往表述得似乎比实验值更精确。实际上，着些计算含有很多近似，而且很容易发生误导而得到错误的结论。此外，近似法限
材料期刊排名及影响因子
【自然科学】材料期刊排名及影响因子 Nature 自然31.434 Science 科学28.103 Nature Material 自然（材料）23.132 Nature Nanotechnology 自然（纳米技术）20.571 Progress in Materials Science 材料科学进展18.132 Nature Physics 自然（物理）16.821 Progress in Polymer Science 聚合物科学进展16.819 Surface Science Reports 表面科学报告12.808 Materials Science & Engineering R-reports 材料科学与工程报告12.619 Angewandte Chemie-International Edition 应用化学国际版10.879 Nano Letters 纳米快报10.371 Advanced Materials 先进材料8.191 Journal of the American Chemical Society 美国化学会志8.091 Annual Review of Materials Research 材料研究年度评论7.947 Physical Review Letters 物理评论快报7.180 Advanced Functional Materials 先进功能材料 6.808 Advances in Polymer Science 聚合物科学发展 6.802 Biomaterials 生物材料 6.646 Small 微观？ 6.525 Progress in Surface Science 表面科学进展 5.429 Chemical Communications 化学通信 5.34 MRS Bulletin 材料研究学会（美国）公 告 5.290 Chemistry of Materials 材料化学 5.046 Advances in Catalysis 先进催化 4.812 Journal of Materials Chemistry 材料化学杂志 4.646 Carbon 碳 4.373 Crystal Growth & Design 晶体生长与设计 4.215 Electrochemistry Communications 电化学通讯 4.194 The Journal of Physical Chemistry B 物理化学杂志，B辑：材 料、表面、界面与生物物 理 4.189 Inorganic Chemistry 有机化学 4.147 Langmuir 朗缪尔 4.097 Physical Chemistry Chemical Physics 物理化学 4.064 International Journal of Plasticity 塑性国际杂志 3.875 Acta Materialia 材料学报 3.729 Applied Physics Letters 应用物理快报 3.726 Journal of power sources 电源技术 3.477 Journal of the Mechanics and Physics of Solids 固体力学与固体物理学 杂志 3.467