什么是复合材料,高分子材料,合金

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2023-03-18 10:09

复合材料(Composite materials)，是以一种材料为基体(Matrix)，另一种材料为增强体(reinforcement)组合而成的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。高分子材料macromolecular material，以高分子化合物为基础的材料。包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。合金alloy ，由金属与另一种(或几种)金属或非金属所组成的具有金属通性的物质。一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。根据组成元素的数目，可分为二元合金、三元合金和多元合金。中国是世界上最早研究和生产合金的国家之一，在商朝(距今3000多年前)青铜(铜锡合金)工艺就已非常发达；公元前6世纪左右(春秋晚期)已锻打(还进行过热处理)出锋利的剑(钢制品)。这个只是一个简单的概念，具体的在研究和生产上还有很多要点，可以查看相关专业的书籍，一般材料科学与工程一级学科以及其下各次级学科都会提及
人工合成的智能型复合材料称为机敏材料。根据响应方式不同，机敏材料可以分为主动控制式和被动控制式两种。主动控制式机敏材料具有先进和复杂的功能，可自动检测材料的动力和静力，在允许范围内比较测定结果，经过筛选确定适当的响应，控制不希望出现的动态特性。被动控制式机敏材料只能传输传感器所感受到的信息（如位移、应变、温度、压力、加速度等），这种机敏材料的结构简单，属于低级智能材料。
复合材料是由两种或多种性质不同的材料通过物理和化学复合，组成具有两个或两个以上相态结构的材料。该类材料不仅性能优于组成中的任意一个单独的材料，而且还可具有组分单独不具有的独特性能。　　复合材料按用途主要可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。结构复合材料主要作为承力结构使用的材料，由能承受载荷的增强体组元（如玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属、天然纤维、织物、晶须、片材和颗粒等）与能联结增强体成为整体材料同时又起传力作用的基体组元（如树脂、金属、陶瓷、玻璃、碳和水泥等）构成。结构材料通常按基体的不同分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳基复合材料和水泥基复合材料等。功能材料是指除力学性能以外还提供其它物理、化学、生物等性能的复合材料。包括压电、导电、雷达隐身、永磁、光致变***、吸声、阻燃、生物自吸收等种类繁多的复合材料，具有广阔的发展前途。未来的功能复合材料比重将超过结构复合材料，成为复合材料发展的主流那么到底什么是高分子呢？看看我们周围的世界，人们穿的是棉、毛、涤纶、睛纶等制成的衣服，吃的是富含淀粉和蛋白质的米、面、肉、蛋等食物，家里用的是由各种聚乙烯、聚氯乙烯等塑料制成的器皿，出门坐的是装有橡胶轮胎的汽车，所有这些不都是高分子在生活中生动的体现吗？从化学角度来定义，高分子是由分子量很大的长链分子所组成，而每个分子链都是由共价键联结的成百上千的一种或多种小分子构造而成。高分子的分类有多种，按来源可分为天然高分子、天然高分子衍生物、合成高分子三大类；根据用途则可分为结构高分子和功能高分子；另外根据工业产量和价格还可分为通用高分子、中间高分子、工程塑料以及特种高分子等等。高分子材料的功能很多，而且应用十分广泛。就结构高分子而言，大家知道最多的当属塑料、橡胶和纤维。其中塑料产量最大，主要用于包装材料、结构材料、建筑材料以及交通运输材料；橡胶的主要用途为制造轮胎；纤维的主要用途为衣着用料。此外结构高分子还包括工程塑料、耐高温高分子以及液晶高分子等。对于功能高分子，其最显著的特点在于它具有特殊的光、电、磁、催化等性能。例如光致变***高分子、导电高分子、铁磁性高分子、催化高分于以及生物功能高分子等，以下仅就生物功能高分子作一简要介绍。生物功能高分子包括三个方面：一是医用高分子，包括：①合成软组织，例如人工脏器、人造皮肤等，其特点是需要具有血液相容性。②合成硬组织，例如骨骼、牙齿等，它们需要具有生物相容性，即不被人体细胞所排斥。二是药用高分子，包括：①高分子药物，即将药物的活性成分接在高分子链上，进人体内后分解产生药物的有效成分；②高分子载药体系，将药物的活性成分用高分子包裹或混合后带人体内，用以控制药物释放速度，从而达到药物使用的长效性和高效性。三是医疗器械与诊断材料，例如临床诊断与分析化验用的高分子材料，包括细胞培养器和生物传感器等。当然，高分子材料在给人类创造美好生活的同时，也带来了一些负面效应，其中最明显的当属废旧塑料等引起的“白***污染”。造成这一后果的主要原因是高分子材料在自然环境下降解缓慢，目前已有不少科学家开始着手研究这一问题，并已取得了一定的进展，相信在不久的将来，可降解的高分子材料就会走进我们的生活，它必将为我们创造出一个更加美好的生存环境。还有合金就是由2种或两种以上材料混合制成的
人工智能是指在人工系统中再现人的智能活动的技术，也指与此相对应的学科。最早引起科学家注意的是运用人工智能技术编制程序来提高现有计算机的应用灵巧性，使计算机能做那些通常需要人的智能才能做的事情，因此人工智能也被狭义地称为机器智能。但是，人工智能当然不能也不会局限于应用在机器和计算机上，作为长期的目标，人工智能应该在思维科学指引下，研制综合性的人工智能系统，因此材料科学也可以纳入人工智能研究的范围和目标。人工智能与自然智能（人类智能）是对立的统一，不管科学如何发展，人造的、模拟的“智能”和天然的、本原的“智能”仍然有质的差别。从局部看，人工智能可以代替人的某些脑力劳动，但是，从总体上看，人类的创造力是无限的，归根结底，再高明的人工智能也是由人所创造、操纵，并为人所用的，而且人工智能要向前发展，首先必须依靠人。在与化学有着密切关系的材料科学领域中，率先发展并已经初见成效的当推智能高分子材料，这是因为与人工智能关系最密切的是功能，而在化学功能材料中，高分子材料的研究最广。主要方面有： 1.高分子的智能化——高分子凝胶的智能化高分子薄膜的智能化高分子复合材料的智能化本征导电聚合物的智能化 2.形状记忆树脂这里只介绍了与化学关系最密切的高分子人工智能材料，其他非高分子的人工智能材料也已经研究得比较多。例如，敏感陶瓷材料在自动控制仪表中就相当于人的五官，起到视觉、嗅觉、味觉、听觉和触觉器官的作用。和陶瓷类似，玻璃也可以起到这方面的作用，有一种光敏变***玻璃可以自动地随光线强弱而改变透明度，使室内亮度始终保持恒定，也是一种感觉一指令一动作的过程。还有，具有记忆功能的材料也不仅仅限于高分子树脂，镍钛合金就是一种具有形状记忆功能的合金，被用作架设在月球上的合金。总之，人工智能材料的研究处于发展阶段，前途远大。

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