复合效应

化学现象

复合材料的复合效应（Composition effect of Composite materials）是复合材料特有的一种效应，包括线性效应和非线性效应两类。

1 线性效应

线性效应即是复合材料所显示的最典型的一种复合效应。大致可以分成以下几类。

平行效应

显示这一效应的复合材料，它的各组分材料在复合材料中，均保留本身的作用，既无制约，也无补偿。对于增强体（如纤维）与基体界面结合很弱的复合材料，所显示的复合效应，可以看作是平行效应。

相补效应

组成复合材料的基体与增强体，在性能上相互补充，从而提高了综合性能，则显示出相补效应。

相抵效应

基体与增强体组成复合材料时，若组分间性能相互制约，限制了整体性能提高，则复合后显示出相抵效应。

玻璃纤维增强塑料，当玻璃纤维表面选用适宜的硅烷偶联剂处理后，与树脂基体组成的复合材料，由于强化了界面的结合，故致使材料的拉伸强度比未处理纤维组成的复合材料可高出30--40%，而且湿态强度保留率也明显提高。但是，这种强结合的界面同时却导致了复合材料冲击性能的降低。

因此，在金属基、陶瓷基增强复合材料中，过强的界面结合不一定是最适宜的。相补效应和相抵效应常常是共同存在的。显然，相补效应是希望得到的，而相抵效应要尽量能够避免。所有这些，可通过相应复合材料的设计来加以实现。

碳纤维水泥基复合材料，其压敏性受到多方面因素的影响,机理是非常复杂的。碳纤维水泥基复合材料界面是碳纤维与水泥基体间传递应力和其它信息的桥梁,界面性能直接影响着复合材料的综合性能,对材料的压敏性起重要作用。在国家自然科学基金项目的资助下,在现有的研究基础上,从碳纤维水泥基复合材料的界面性能出发,研究碳纤维的表面处理对材料压敏性的影响,研究碳纤维水泥基复合材料界面性能对材料压敏性的影响及作用机理。具体工作及研究成果如下:研究了不同的碳纤维表面处理对碳纤维水泥基复合材料压敏性的影响及机理。未经表面处理的碳纤维—水泥基体粘结强度低,容易脱粘。经表面处理的纤维表面的各种含氧极性基团增加,有利于化学键的形成,提高界面的粘结强度和韧性,从而提高了材料压敏性可靠性与重复性。

2 非线性效应

包括乘积效应、系统效应、诱导效应和共振效应、其中有的已经被认识和利用，并为功能复合材料的设计提供了很大自由度，而有的效应则尚未被充分地认识和利用。

乘积效应

两种具有转换效应的材料复合在一起，即可发生相乘效应。

例如，把具有电磁效应的材料与具有磁光效应的材料复合时，将可能产生具有电光效应的复合材料。

因此，通常可以将一种具有两种性能相互转换的功能材料X/Y和另一种换能材料Y/Z复合起来，可用下列通式来表示，即：

分别表示各种物理性能。

上式符合乘积表达式，所以称之为相乘效应。

例子：

磁电耦合效应就是当材料处在外磁场条件下能产生电极化,或者在电场条件下出现磁化的现象。早期的研究主要集中在具有磁电效应的单相化合物上 ,然而单相材料的磁电效应很小,而且通常在低温下才能实现,因而无法实际应用. 南策文等提出将分别具有压电效应和磁致伸缩的两种材料进行复合所形成的复合材料具有较大的磁电效应,其原理是:磁致伸缩材料产生的磁-力转换和压电材料产生的力-电转换通过界面的应力传递和耦合效应,实现新的磁电耦合效应.

锆钛酸铅热释电陶瓷材料可以直接应用于热电能量转换和红外探测, 在铁电低温(FRL ) 2铁电高温(FRH ) 相变过程中产生的非线性热释电效应可达线性热释电效应的10 倍, 利用非线性效应可以大大提高热电转换效率和探测率由于在不同的复合方式下离子扩散的情形是不同的, 非线性热释电效应也有各自的特征: 以平行方式制备的材料具有较宽的相变温度范围, 在这一范围内都具有非线性热释电效应; 以叠层方式制备的材料的非线性热释电效应受化学组分的排列顺序的较大影响; 而以混合方式制备的样品在相变过程中的热释电输出比较均衡, 然而温度宽度较窄。

诱导效应

在一定条件下，复合材料中的一个组分材料可以通过诱导作用使另一个组分材料的结构改变，从而改变整体性能或产生新效应。

这种诱导行为已在很多实验中发现，同时也在复合材料界面的两侧发现。

例子：

结晶的纤维增强体对非晶基体的诱导结晶或晶形基体的晶形取向产生作用。在碳纤维增强尼龙或聚丙烯中，由于碳纤维表面对基体的诱导作用，致使界面上的结晶状态与数量发生了改变，如出现横向穿晶等，这种效应对尼龙或聚丙烯起着特殊的作用。

共振效应

两个相邻的材料在一定条件下，会产生机械的或电、磁的共振。

由不同材料组成的复合材料，其固有频率不同于原组分的固有频率，当复合材料中某一部位的结构发生变化时，复合材料的固有频率也会发生改变。

利用共振效应，可以根据外来的工作频率，改变复合材料固有频率而避免材料在工作时引起的破坏。对于吸波材料，同样可以根据外来波长的频率特征，调整复合频率，达到吸收外来波的目的。

系统效应

这是材料的一种复杂效应，这一效应的机理尚不很清楚，但在实际现象中已经发现这种效应的存在

例如，交替叠层镀膜的硬度大于原来各单一镀膜的硬度和按线性混合率估算值，说明组成了复合系统才能出现的现象。