_ _ _ _ _ _ _ _ _ _和_ _ _ _ _是三种传统的无机非金属材料。

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _和_ _ _ _ _是三种传统的无机非金属材料。水泥、玻璃和陶瓷的主要成分都含有硅酸盐,硅酸盐在中国使用历史悠久,应用广泛,被称为三大传统无机非金属材料。

所以答案是:水泥玻璃陶瓷。

新型陶瓷是传统的无机非金属材料吗?传统无机非金属材料:陶瓷、玻璃、水泥(全硅酸盐)新型无机非金属材料:石墨、C60、单晶硅等。

三种常见的无机非金属材料是-、-和-。玻璃陶瓷水泥

化学中传统的无机非金属材料有哪些?传统的无机非金属材料是指水泥、玻璃和陶瓷。

纸张上的无机非金属材料中国王智,或上下豆丁..很多。...

智慧无机非金属材料

结构材料所处的环境极其复杂,材料损坏引发事故的风险越来越大。研究和开发能够对损伤进行自我诊断和修复的结构材料是一项非常重要和紧迫的任务。本文综述了智能材料的发展、概念、无机和非金属智能材料,并对智能材料的进一步研究进行了展望。

关键词智慧;无机非金属;材料

智能材料是指能够感知和响应环境并具有发现功能能力的新材料。来自日本的易教授逐渐将该套件扩展到土木工程等其他领域。

与此同时,美国的R?e?纽纳姆教授围绕具有传感和执行功能的材料提出了智能材料的概念,有人称之为智能材料。他将智能材料分为三类:

被动智能材料——只能对外界变化做出反应的材料;

主动智能材料——既能识别外部变化,又能通过执行线诱发反馈回路,对环境变化做出反应的材料;

智能材料——具有感知和执行功能,能够响应环境变化,从而改变效率系数的材料。

r?e?纽纳姆的智能材料和高木俊的智能材料的相似之处在于:材料对环境的响应性。

自1989年以来,日本、美国、西欧以及全世界都在研究智能材料。科学家研究在材料中引入必要的biomiic功能,使材料和系统达到更高的水平,成为具有自我检测、自我判断、自我结论、自我指挥和执行功能的新材料。智能结构往往将高科技的传感器或敏感元件与传统的结构材料和功能材料相结合,赋予材料全新的效率,使无生命的材料具有“感觉”和“感知”,适应环境变化,不仅能发现问题,还能自己解决问题。

由于智能材料和系统的效率可以随环境而变化,因此其应用前景非常广阔[7]。比如飞机的机翼,引入智能系统后可以响应气压和飞行速度改变形状;进入太空的灵巧结构装有减震系统,可以补偿失重,防止金属疲劳;潜艇可以改变形状,消除湍流,使流动的噪音不易被察觉,易于隐藏;金属智能结构材料可以自行检测损伤和抑制裂缝,具有自修复功能,保证结构的可靠性;许多智能系统,如空气-燃料氧传感器和压电雨滴传感器,在高科技汽车上使用,增加了使用功能。其他智能净水设备可以感应并去除有害污染物;电致变色智能窗可以响应气候变化和人类活动,调节热流和光照;智能马桶可以分析尿样,进行早期诊断;智能给药系统能够对血糖浓度做出反应,释放胰岛素,维持血糖浓度在正常水平。

国外智能材料研发的趋势是将智能材料发展成为智能材料体系和结构。这是当前工程学科发展的国际前沿,将给工程材料与结构的发展带来一场革命。国外在城市基础设施建设中,正在构思如何利用智能材料建造能够对环境变化做出灵敏反应的地板、桥梁和建筑。这是一个系统综合过程,需要在现有结构中引入新的特性和功能。

美国科学家正在设计各种方法,让桥梁、机翼和其他关键结构拥有自己的“神经系统”、“肌肉”和“大脑”,以便它们能够感受到即将发生的故障,并自行解决。例如,它可以在飞机发生故障之前警告飞行员,或者在桥梁出现裂缝时自动修复。他们的方法之一是在高性能复合材料中嵌入微小的光纤材料。由于复合材料中布满纵横交错的光纤,它们可以像“神经”一样感受到翅膀上不同的压力。在极其严重的情况下,光纤会断裂,光传输会中断,从而发出即将发生事故的警告。

1,智能材料的思想[8]

一个新概念往往是不同观点和概念的综合。智能材料设计的思路与以下因素有关:(1)材料发展史,结构材料→功能材料→智能材料。(2)人工智能计算机的影响,即生物计算机、学习计算机、三维识别计算机的未来模式对材料提出了新的要求。(3)从材料设计的角度考虑智能材料的制造。(4)软件功能介绍材料。(5)对材料的期望。(6)能量转移。(7)材料具有时间轴的观点,如寿命预测功能、自我修复功能,甚至自我学习、自我增殖、自我净化功能,因为外部时间轴可以积极动态地响应,即模仿生物体的功能。比如智能人工骨,不仅与生物相容,还可以根据生物骨骼的生长和愈合状态进行分解,最终消失。

1.1仿生与智能材料

智能材料的效率是组成、结构、形状和环境的函数,具有环境响应性。生物最大的特点是对环境的适应,从植物、动物到人类。细胞是生物体的基础,可以看作是具有感知、处理和执行三种功能的融合材料,因此细胞可以作为智能材料的蓝图。

从简单物质到复杂物质的研究可以通过建立模型来实现。该模型可以解决复杂的生物材料,从而创造仿生智能材料。比如高分子材料就是人工设计的合成材料。在研究中,我们借鉴了蚕丝的大分子结构,然后合成了强度更高的尼龙。目前,根据蛋白质(一种模拟信息接收功能)和蛋白质(一种执行功能),已经创造了各种级别的智能材料,从超微到宏观。

1.2智能材料设计

结合现有材料,引入多种功能,尤其是软件功能,可以获得智能材料。随着信息科学的飞速发展,自动机不仅可以用于机器人、计算机等人工机械,还可以用于具有条件反射的生物机械。

当自动装置输入信号(信息)时,它可以根据过去的输入信号(信息)产生输出信号(信息)。过去输入的信息可以作为内部状态存储在系统中。因此,自动装置由三部分组成:输入、内部状态和输出。比较智能材料和自动化设备,它们的概念是相似的。

自动机m可以由以下六个自变量来描述:

M=(θ,X,Y,f,g,θ0)

其中θ是内部状态的集合;x和y分别表示输入和输出信息集;f表示当前内部状态由于输入信息而变为下一时刻内部状态的状态转移系数;g是由于输入信息而输出信息的当前内部状态的输出系数;θ0是初始状态的集合。

为了使材料智能化,可以控制其内部状态θ、状态转移系数f和输出系数g。比如对于陶瓷来说,θ,f,g之间的关系就是材料结构,成分和功能性之间的关系。设计材料时应考虑这些论点。如果把陶瓷的功能提高到智能化,需要控制F和G。

一般陶瓷是晶粒细小的多晶体,往往通过添加少量的第二组分来控制其性能。该第二组分的体边界和晶界的性能影响所得材料的性能。

事实上,当第二组分的离子被引入系统时,它们的自由能(G=H-TS)发生变化。为了使物质的自由能(g)最小,需要控制焓(h),使熵(s)达到最合适的值。熵与新材料的分布有关,因此可以通过优化熵来实现陶瓷的功能控制。熵是由物质本身的焓控制的。因此,为了使陶瓷具有高功能,达到智能化的目的,材料应该处于非平衡态、准平衡态和亚稳态。

对于智能材料,材料和信息的概念是相同的。并且某个L符号的平均信息量φ与概率P状态的信息量logP相关,即

这个公式类似于热力学的熵,只是符号相反,所以叫负熵。因为熵是无序的量度,负熵是有序的量度。

1.3创建智能材料的方法

基于智能的材料具有感知、处理和执行的功能,因此它们的创造实际上是将这种软件功能(信息)引入材料中。这类似于人体的信息处理单元——神经元,可以整合各种功能(图1(a)),将多种软件功能放入厚度为几纳米到几十纳米的不同层级结构中(图1(b)),使材料智能化。这时,材料的效率不仅与它们的组成、结构和形状有关,还与环境有关。智能材料的研究和开发涉及金属、陶瓷、聚合物和生物系的智能材料和系统。

2.智能无机非金属材料

智能无机非金属材料有很多种,这里介绍几种典型的智能无机非金属材料。

2.1智能陶瓷

2.1.1氧化锆增韧陶瓷

氧化锆晶体通常有三种晶型:

其中,T-ZrO _ 2向M-ZrO _ 2的转变具有马氏体转变的特征,该转变伴随着3% ~ 5%的体积膨胀。无稳定剂的ZrO2陶瓷在烧结温度下冷却过程中会因相变而严重开裂。解决方法是添加离子半径小于Zr的金属氧化物,如Ca、Mg和Y。

氧化锆相变可分为烧成和冷却过程中的相变和使用过程中的相变。前者是温度诱导,后者是压力诱导。两种相变的结果都可以增韧陶瓷。增韧机制主要包括相变增韧、微裂纹增韧、表面增韧、裂纹弯曲和偏转增韧[9]。

当ZrO _ 2晶粒较大,稳定剂含量较低时,陶瓷中的T-ZrO _ 2晶粒在烧成后冷却至室温的过程中发生相变,伴随相变的体积膨胀在陶瓷内部产生压应力,并在某些区域形成微裂纹。当主裂纹在这种材料中扩张套筒时,一方面受到上述压应力的阻碍;同时,由于原始微裂纹的延伸,阻挡了主裂纹改变方向,吸收了裂纹扩展包的能量,从而提高了材料的强度和韧性。这就是微裂纹增韧。

由于ZrO _ 2的高相变温度,借助温度变化来设计智能材料是不可行的。应力诱导相变增韧是氧化锆增韧陶瓷中最重要的增韧机制,有必要对其进行研究。

烧成后冷却至室温时,材料中的T-ZrO _ 2晶粒仍保持四方相形状。当材料受到外部应力时,它经历应力诱导相变,从T相到M相。ZrO2晶粒的相变吸收能量,阻止裂纹进一步扩展,从而提高材料的强度和韧性。发生相变的材料成分通常不均匀。由于晶体结构的变化,热导率和电导率也会相应变化。这种变化就是材料受到外部应力的信号,从而实现材料的自诊断。

氧化锆材料断裂产生的裂纹在300℃热处理50h后可以重新闭合,这是因为T相向M相转变过程中产生的体积膨胀补偿了裂纹,材料可以自修复。

通过材料尺寸、声波传播速度、热导率和电导率的变化,可以原位观察材料在使用过程中的疲劳强度和膨胀情况。

2.1.2智能陶瓷

智能陶瓷是一种智能材料,能够感知环境的变化,并通过反馈系统做出相应的反应。几层锆钛酸铅(PZT)可以用来做视频头的自动定位跟踪系统,日本的弹球游戏机就是用PZT压电陶瓷块做的。

视频头自动定位跟踪系统的原理是:在PZT陶瓷双层悬臂弯曲片上,通过铺设电极分为位置传感部分和驱动定位部分。位置传感部分是传感器,在传感电极上获得的电压通过反馈系统加到定位电极上,使薄片弯曲,跟踪录像带上的磁道,如图2所示。

弹球游戏机也应用了类似的原理。

智能陶瓷制成的智能皮肤可以降低飞机和潜水器高速运动时的噪音,防止湍流,提高执行速度,减少红外辐射,达到隐形的目的。

根据上述原理,完全有可能获得非常智能材料。这种材料可以感知环境中的各种变化,并在时间和空间上调整材料的一个或多个性能参数,以实现最佳响应。因此,感知、执行和反馈是智能材料的关键功能。

2.1.3压电仿生陶瓷

材料仿生是材料的发展方向之一。日本研究人员正在研究鲸鱼和海豚的尾鳍以及鸟类的翅膀,希望开发出像尾鳍和翅膀一样柔软、可折叠、坚固的材料。

图3是模拟鱼的游动气泡运动的弯曲应力传感器。传感器中两个金属电极之间有一个小气室,PZT压电陶瓷起到覆盖游泳气泡肌肉的作用。因为气室的形状类似于一弯新月,所以被称为“Moonie”化合物。压电水声装置采用特殊形状的电极,通过改变应力方向将压电应变常数dh提高到最大。当厚金属电极受到声波引起的静水压力时,部分纵向应力转化为符号相反的径向和切向应力,使压电常数d3l由负变正,与d33叠加,使dh值增大。这种复合材料的Dh?gh值是纯PZT材料的250倍。

采用PZT纤维复合材料和“Moonie”复合材料设计开发的致动器元件可以消除声波引起的定常流动。

2.2智能水泥基材料

在现代社会,水泥作为一种基础建筑材料被广泛使用,这使得水泥基材料智能化,具有良好的应用前景。

智能水泥基材料包括:应力、应变、损伤自检水泥基材料[10 ~ 12];自测温水泥基材料[13];能自动调节环境湿度的水泥基材料[14];仿生自愈合水泥基材料[15,16]和仿生自生水泥材料[17]。

当水泥基材料中加入一定形状、尺寸和用量的短碳纤维时,材料的电阻变化与内部结构变化相对应。因此,该材料可以监测材料在拉伸、弯曲、压缩以及静态和动态载荷下的内部状况。在水泥浆中使用0.5%(体积)的碳纤维作为传感器,其灵敏度远高于普通电阻应变片。

将一定长度的聚丙烯腈基短碳纤维掺入水泥浆中,材料产生热电效应。这种材料可以实时监测建筑内部和周围环境的温度变化。基于这种材料的热电效应,还可以利用太阳能和室内外温差为建筑物供电。如果进一步使该材料具有塞贝克效应的逆效应-珀耳帖效应,则有可能制造具有制冷和加热的材料。

在水泥浆中加入多孔材料,利用吸湿与温度的关系,使材料具有调湿功能。

一些科学家目前正在开发一种可以自我修复的混凝土。想象一下,大量的中空纤维被埋入混凝土中。当混凝土出现裂缝时,填充有“裂缝修复剂”的中空纤维会开裂,释放出粘性修复剂,将裂缝牢固地粘在一起,防止混凝土断裂。这是一种被动智能材料,即材料中没有嵌入传感器来监测裂纹,也没有嵌入电子芯片来“引导”开裂裂纹的粘接。类似于这个原理,美国试图根据动物骨骼的结构和形成机理来制备仿生水泥基材料。如果材料在使用过程中受损,多孔有机纤维将释放聚合物来修复损伤。

美国科学家正在研究一种活性智能材料,可以在出现问题时自动加固桥梁。他们设计的一种方法是,如果桥的某些区域出现问题,桥的另一部分会自我加固来弥补。这个想法在技术上是可行的。随着计算机技术的发展,完全有可能制造出微小的信号传感器和微电子芯片,以及将这些传感器和微型计算机芯片嵌入桥梁材料中的计算机。桥梁材料可以是各种神奇的材料,比如形状记忆材料。埋在桥料中的传感器得到某些材料有问题的信号,计算机会发出指令,使埋在桥料中的微小液体演变成固体,自动加固。

3.结论

目前,智能材料仍处于研发阶段,其发展与社会效果密切相关。飞机失事和重要建筑物及其他结构的损坏,启发人们研究具有自我预警和自我修复功能的智能飞机和材料结构。人们对材料、系统和结构的期望,通过材料本身的智能化发展来满足,使材料和结构“刚”与“柔”相结合,以适应环境的变化。在今后的研究中,应重点关注以下几个方面。

(1)如何利用信息技术的快速发展,将软件功能引入材料、系统和结构中;

(2)进一步加强智能复合材料的探索性理论和机理研究,加速智能材料科学的发展;

(3)加强应用基础研究。

无机非金属材料的定义无机非金属材料广义上包括陶瓷、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料和新型无机材料。无机非金属材料是相对于金属材料而言的。金属材料一般是金属键原子的相互作用;无机非金属一般是价键和离子键原子相互作用的结果。非金属材料的原子结构比金属材料复杂得多。

无机非金属材料是指主要由氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫属化物(包括硫化物、硒化物和碲化物)和含氧酸盐如硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐和磷酸盐组成的无机材料。包括陶瓷、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料和新型无机材料。

无机非金属材料的分类;新型无机非金属材料与传统无机非金属材料进行了比较。

材料有很多种,可以分类为:

一、材料的分类和特性:

1.材料可分为:无机非金属材料;水泥、玻璃、陶瓷等传统无机非金属材料。

高温结构陶瓷、光纤等新型无机非金属材料。

金属材料,如铁、铜、铝、合金等。

聚合物材料,例如聚乙烯和聚氯乙烯。

新型无机非金属材料的特性:①耐高温,强度高。②具有光学特性。③具有电气特性。④具有生物学功能。

有许多新的无机非金属材料,列举如下:压电材料;磁性材料;导体陶瓷;激光材料、光纤;超硬材料(氮化硼);高温结构陶瓷:生物陶瓷(人工骨、人工血管)等等。

无机非金属材料的优点传统的无机非金属材料具有性能稳定、耐腐蚀、耐高温等优点,但脆性大,经不起热冲击。

新型无机非金属材料:除具有传统无机非金属材料的优点外,还具有高强度、电学、光学和生物功能等特点。

几种常见的新型元素非金属材料

1,高温结构陶瓷

(1)结构材料:指各种材料,如金属元素、合金等,由其强度、硬度、韧性等力学效应制成。

(2)高温结构陶瓷的效率:高温结构陶瓷不仅具有传统意义上陶瓷的优点,还弥补了金属材料的缺点。其优点是:耐高温、抗氧化、耐酸碱腐蚀、硬度高、耐磨、密度低。

(3)高温结构陶瓷品种:氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硼陶瓷等已得到广泛应用。

(4)普通柴油机是金属材质的,金属制品在高温下容易损坏,所以必须提供水箱进行冷却;这将导致大量热量散失到空气中并被浪费掉。氮化硅陶瓷是一种高温结构陶瓷,具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、不易传热等优点。用它制成的柴油机不需要水冷,热效率大大提高。

2.光纤

光纤就是光纤,它的工作原理是利用光纤材料折射率大,光可以在其中传导而损耗小的特性,所以光信号可以通过光纤传输。许多加工过的光纤缠绕在一起形成光缆。光纤主要用于通信,具有容量大、抗干扰性能好、无电辐射、通信质量高、防窃听等诸多优点。此外,光纤还用于医疗、信息处理、图像传输、照明等许多方面。

材料化学无机非金属材料材料化学

本专业培养系统掌握材料科学基础理论和技术,具备材料化学相关基础知识和技能,能够从事材料科学与工程及相关领域的研究、教学、科技开发和相关管理的材料化学高级专门人才。

1.掌握数学、物理、化学的基本理论和知识;2.掌握材料制备(或合成)、材料加工、材料结构和效率测量的基本知识、基本原理和基本实验技能;3.了解相近专业的通用原理和知识;4.熟悉国家关于材料科学与工程研究、科技发展及相关产业的政策,以及国内外知识产权法律法规;5.了解材料化学的理论前沿、应用前景和最新发展动态,以及材料科学与工程产业的发展;6.掌握中外文信息查询、文献检索和利用现代信息技术获取相关信息的基本方法;具有设计实验、创造实验条件、总结、整理和分析实验结果、撰写论文和参加学术交流的能力。

详细介绍

主要学科:材料科学与化学:有机化学、无机化学、分析化学、物理化学、结构化学、流体力学、工程力学、材料化学、材料物理等。主要实践教学环节:包括生产实习、毕业论文等。,一般安排在10-20周。学习时间:四年

授予的学位:理科或工科学士。

相近专业:材料化学冶金工程金属材料工程无机非金属材料工程高分子材料与工程材料科学与工程复合材料与工程焊接技术与工程宝石与材料技术粉末再生资源科学与技术稀土工程非织造材料与工程。

材料化学的主要研究范畴不是材料的化学性质,而是材料制备和使用过程中涉及的化学过程以及材料性质的测量。比如陶瓷材料在烧结过程中的变化(即如何烧出想要的陶瓷),金属材料在使用过程中的腐蚀现象(如何防锈),冶金过程中条件的控制对产品的影响(如何炼成优质钢)等等。材料性能的测量也不同于材料物理专业的方法。材料化学的研究多与传统行业相关,属于解决实际问题的理论学科。所以材料化学的研究课题并没有那么新潮和热门。但在实际生产中,对材料化学方面的优秀人才需求巨大。比如冶金行业,钢铁、有色金属冶炼过程中效率低、产品质量差、浪费严重等问题,都需要用材料化学的知识来解决。

无机非金属就是其中一个方向。

这个应该不是工科,所以感觉不如材料科学与工程。理科生进工厂还是比较难的。中国的现状是理科不如工科。

常见的无机非金属材料,如玻璃、水泥和陶瓷。