工程材料分為結構材料和功能材料兩大類。盡管人類對功能材料的研究和應用很早,但功能材料的概念到1965年才由美國貝爾研究所J.A.Morton博士提出,20世紀60年代以來,各種現代技術如微電子、激光、紅外、光電、空間、能源、計算機、機器人、信息、生物和醫學等的興起,促進了功能材料的快速發展。
功能材料是指具有優良的物理、化學和生物或其相互轉化的功能,用於非承載目的的材料。換言之,具有特殊物理性能、化學性能和生物性能的一類材料統稱為功能材料。它能將光、聲、磁、熱、壓力、位移、角度、重量、速度、加速度、化學能、生物能等轉換為電信號,或將某一種性質的量轉化為另一種性質的量,從而實現對能量和信號的轉換、吸收、存儲、發射、傳送、傳感、控製和處理等功能。有些功能材料可以有選擇地吸附某種物質,或者隻允許某種物質通過,而且有分離、催化或傳感某種物質的功能。
伴隨印刷包裝技術的發展,對功能性印刷包裝材料的需求越來越多,與之對應的應用領域也不斷擴展,諸如印刷電子、包裝防偽、高科技產品包裝方麵的印刷包裝材料,例如電子油墨、導電油墨、智能包裝、生物可降解包裝以及保鮮氣調包裝材料,需要不斷發展和完善。因此,學習、研究開發印刷包裝功能材料及其應用技術與工程,具有重要意義。
一、功能材料與材料工程學的基本概念材料與能源、信息並列為現代科學技術的三大支柱,材料的使用和發展是一個國家科技和經濟發展水平的標誌。
功能材料和結構材料一樣有著悠久的發展曆史。我國早在兩千多年以前就把天然磁鐵做成指南器(司南),它是方向敏感或地磁場敏感的器件。天然磁鐵是人類最早應用的敏感功能材料。直到20世紀60年代初人們都沒有把材料分成功能材料與結構材料,功能材料的名稱是60年代末、70年代初出現的,1978年日本國內召開了一次功能材料討論會,1978年12月日本金屬學會報出版了功能材料專輯。1971~1981年間日本先後出版了《功能材料入門》、《高分子功能材料》、《陶瓷功能材料》和《電子陶瓷基礎與應用》等書。與此同期,我國材料科學家也把功能材料列為材料的一大類。
隨著新功能材料的發展,傳統材料工程(包括傳統的冶金工程和粉末冶金工程)已不適應新材料的發展。新材料工程、如材料表麵優化工程、超微粒子材料工程、薄膜材料工程、纖維材料工程、特種條件下製造材料的工程(包括微重力材料工程、超高壓材料工程)等相繼出現。新材料工程的出現,又促進了新型功能材料的發展。現在材料科學家已認識到新材料工程、新設備與工藝已成了發展新材料的關鍵。一種新材料工程或新工藝的出現,將會促進多種新材料的發展。材料科學應把新材料工程與新工藝、新設備的研究放在重要的位置上。
第一章緒論印刷包裝功能材料所謂材料,是指人類用於製造物品、器件、構件、機器或其他產品的那些物質,材料與物質並非一個概念。
材料科學是研究材料的組織、結構和性質的關係,探索自然規律,屬於基礎研究。材料學研究麵向實際應用,為經濟建設服務,又屬於應用科學;工程學科則研究材料在製備工程中的工藝和工程問題。因此,材料科學與工程是關於材料成分、結構、工藝與它們的性能和用途之間有關知識的開發和應用的科學。
材料工程學有四要素和五要素說。材料作為一門獨立的學科,是從20世紀60年代開始的。材料的研究和製造的發展,經曆了從經驗、定性和宏觀向理論、定量和微觀的發展曆程。20世紀70年代,美國學者首先提出了材料科學與工程(Materials science and engineering)這個學科全稱,定義材料科學與工程是關於材料成分、結構、工藝與它們的性能和用途之間的有關知識的開發和應用的科學,並提出了四麵體模型,。
中國學者認為,材料工程由五要素構成,包括加工、合成、結構、性質和使用效能。
①材料的使用效能是材料性質在使用條件下的表現,材料性質與使用效能有特殊關係。
②材料理論和材料設計或工藝設計,在材料製備過程處於六麵體中心,是材料工程學研究的核心。
二、材料分類
材料一般分成結構材料(Structural materials)和功能材料(Functional materials)兩大類。結構材料是指能承受外加載荷而保持其形狀和結構穩定的材料,它具有優良的力學性能,在物件中起著“力能”的作用。功能材料是指具有一種或幾種特定功能的材料,它具有優良的物理、化學和生物功能,在物件中起著“功能”的作用。