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新材料及其应用(半导体、超导体、纳米材料、绿色能源、记忆合金等)

  • 新型材料:
    新材料之一:纳米材料
    ①纳米定义:纳米是长度单位,1nm=10-9m即:十亿分之一米;
    ②当材料的微粒小到纳米尺寸时,材料的性能就会发生显著变化.如:黄金在正常情况下呈金黄色,而它的纳米颗粒却变成了黑色,且熔点显著下降;

    新材料之二:超导材料
    ①超导材料:是一种电阻为零的材料 
    ②超导材料的应用:
    a、利用超导零电阻特性实现远距离大功率输电可无损耗输送强电流。
    b、超导材料种类多,应用广泛。(如:超导磁悬浮列车)

    新材料之三:半导体材料
    有些材料,它的导电性能介于导体和绝缘体之间,这类材料称为半导体,锗、硅、砷化镓等都是半导体材料。

    新材料之四:形状记忆合金
    ①形状记忆合金:形状记忆合金:加热后能随意拉长和扭曲,冷却后形状不变;再次加热可恢复到原来形状。
    ②主要成分是:镍和钛;
    ③物理特性:当温度达到某一数值时,材料内部的晶体结构会发生变化,从而导致了外形的变化.

    新材料之五:隐性材料
    隐性材料:能吸收电磁波、弹性好、耐拉而压硬度大

  • 超导材料的特性:
    1.零电阻
    超导材料处于超导态时电阻为零,能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流,这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。

    2.抗磁性
    超导材料处于超导态时,只要外加磁场不超过一定值,磁力线不能透入,超导材料内的磁场恒为零。

    3.同位素效应
    超导体的临界温度Tc与其同位素质量M有关。M越大,Tc越低,这称为同位素效应。例如,原子量为199.55的汞同位素,它的Tc是4.18开,而原子量为203.4的汞同位素,Tc为4.146开。

  • 记忆合金的应用:
    1. 记忆合金已用于管道结合和自动化控制方面,用记忆合金制成套管可以代替焊接,方法是在低温时将管端内全扩大约4%,装配时套接一起,一经加热,套管收缩恢复原形,形成紧密的接合。美国海军飞机的液压系统使用了10万个这种接头,多年来从未发生漏油和破损。船舰和海底油田管道损坏,用记忆合金配件修复起来,十分方便。在一些施工不便的部位,用记忆合金制成销钉,装入孔内加热,其尾端自动分开卷曲,形成单面装配件。

    2. 记忆合金特别适合于热机械和恒温自动控制,已制成室温自动开闭臂,能在阳光照耀的白天打开通风窗,晚间室温下降时自动关闭。记忆合金热机的设计方案也不少,它们都能在具有低温差的两种介质间工作,从而为利用工业冷却水、核反应堆余热、海洋温差和太阳能开辟了新途径。现在普遍存在的问题是效率不高,只有4%~6%,有待于进一步改进。

    3. 记忆合金在医疗上的应用也很引人注目。例如接骨用的骨板,不但能将两段断骨固定,而且在恢复原形状的过程中产生压缩力,迫使断骨接合在一起。齿科用的矫齿丝,结扎脑动脉瘤和输精管的长夹,脊柱矫直用的支板等,都是在植入人体内后靠体温的作用启动,血栓滤器也是一种记忆合金新产品。被拉直的滤器植入静脉后,会逐渐恢复成网状,从而阻止95%的凝血块流向心脏和肺部。

    4. 人工心脏是一种结构更加复杂的脏器,用记忆合金制成的肌纤维与弹性体薄膜心室相配合,可以模仿心室收缩运动。现在泵送水已取得成功。

    4. 由于记忆合金是一种“有生命的合金”,利用它在一定温度下形状的变化,就可以设计出形形色色的自控器件,它的用途正在不断扩大。

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