功能材料是指通過光、電、磁、熱、化學(xué)、生化等作用后具有特定功能的材料。功能材料涉及面廣，具體包括光、電功能，磁功能，分離功能，形狀記憶功能等等。這類材料相對于通常的結(jié)構(gòu)材料而言，一般除了具有機械特性外，還具有其他的功能特性。被用于非結(jié)構(gòu)目的的高技術(shù)材料。
一 功能材料及其應(yīng)用
從功能的不同可以分為如下幾類：
（1）力學(xué)功能：主要是指強化功能材料和彈性功能材料，如高結(jié)晶材料，超高強材料等等。
（2）化學(xué)功能
分離功能材料：如分離膜，離子交換樹脂、高分子絡(luò)合物。
反應(yīng)功能材料：如高分子試劑、高分子催化劑等等。
生物功能材料：如固定化酶，生物反應(yīng)器等等。
（3）物理化學(xué)功能
電學(xué)功能材料：如超導(dǎo)體，導(dǎo)電高分子等。
光學(xué)功能材料：如光導(dǎo)纖維、感光性高分子等。
能量轉(zhuǎn)換材料：如壓電材料、光電材料等。
（4）生物化學(xué)功能
醫(yī)用功能材料：人工臟器用材料如人工腎、人工心肺，可降解的醫(yī)用縫合線、骨釘、骨板等等
功能性藥物：如緩釋高分子，藥物活性高分子，高分子農(nóng)藥等。
生物降解材料：按功能的顯示過程可分為一次功能材料和二次功能材料。
（1）一次功能：當(dāng)向材料輸入的能量和從材料輸出的能量屬于同一種形式時，材料起到能量傳輸部件的作用，材料的這種功能稱為一次功能。以一次功能為使用目的的材料又稱為載體材料。
力學(xué)功能：如慣性、粘性、流動性、潤滑性、成型性、超塑性、恒彈性、高彈性、振動性和防震性。
聲功能：如隔音性、吸音性。
熱功能：如傳熱性、隔熱性、吸熱性和蓄熱性。
電功能：如導(dǎo)電性、超導(dǎo)性、絕緣性和電阻等。
磁功能：如硬磁性、軟磁性、半硬磁性等。
光功能：如遮光性、透光性、折射光性、反射光性、吸光性、偏振光性、分光性、聚光性等。
化學(xué)功能：如吸附作用、氣體吸附性、催化作用、生物化學(xué)反應(yīng)、酶反應(yīng)等。
其他功能：如放射性、電磁波特性等等。
（2）二次功能：當(dāng)向材料輸入的能量和從材料輸出的能量屬于不同形式時，材料起能量的轉(zhuǎn)換部件作用，材料的這種功能稱為二次功能或高次功能。二次功能按能量的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可分類如下。
光能和其他形式能量的轉(zhuǎn)換：如光合成反應(yīng)、光分解反應(yīng)、光化反應(yīng)、光致抗蝕、化學(xué)發(fā)光，感光反應(yīng)，光致伸縮，光生伏特效應(yīng)和光導(dǎo)電效應(yīng)。
電能和其他形式能量的轉(zhuǎn)換：如電磁效應(yīng)、電阻發(fā)熱效應(yīng)、熱點效應(yīng)、光電效應(yīng)、場致發(fā)光效應(yīng)、電化學(xué)效應(yīng)和電光效應(yīng)等。
磁能與其他形式能量的轉(zhuǎn)換：如光磁效應(yīng)、熱磁效應(yīng)、磁冷凍效應(yīng)和磁性轉(zhuǎn)變等。
機械與其他形式能量的轉(zhuǎn)換：如形狀記憶效應(yīng)、熱彈性效應(yīng)、機械化學(xué)效應(yīng)、壓電效應(yīng)、電致伸縮、光壓效應(yīng)、聲光效應(yīng)、光彈性效應(yīng)和磁致伸縮等。
二 功能材料應(yīng)用前景
功能材料種類繁多，用途廣泛，正在形成一個規(guī)模宏大的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)群，有著十分廣闊的市場前景和極為重要的戰(zhàn)略意義。世界各國均十分重視功能材料的研發(fā)與應(yīng)用，它已成為世界各國新材料研究發(fā)展的熱點和重點，也是世界各國高技術(shù)發(fā)展中戰(zhàn)略競爭的熱點。在全球新材料研究領(lǐng)域中，功能材料約占85 %。我國高技術(shù)(863)計劃、國家重大基礎(chǔ)研究[973]計劃、國家自然科學(xué)基金項目中均安排了許多功能材料技術(shù)項目（約占新材料領(lǐng)域70%比例），并取得了大量研究成果。當(dāng)前國際功能材料及其應(yīng)用技術(shù)正面臨新的突破，諸如超導(dǎo)材料、微電子材料、光子材料、信息材料、能源轉(zhuǎn)換及儲能材料、生態(tài)環(huán)境材料、生物醫(yī)用材料及材料的分子、原子設(shè)計等正處于日新月異的發(fā)展之中，發(fā)展功能材料技術(shù)正在成為一些發(fā)達國家強化其經(jīng)濟及軍事優(yōu)勢的重要手段。
1.超導(dǎo)材料
以NbTi、Nb3Sn為代表的實用超導(dǎo)材料已實現(xiàn)了商品化，在核磁共振人體成像（NMRI）、超導(dǎo)磁體及大型加速器磁體等多個領(lǐng)域獲得了應(yīng)用；SQUID作為超導(dǎo)體弱電應(yīng)用的典范已在微弱電磁信號測量方面起到了重要作用，其靈敏度是其它任何非超導(dǎo)的裝置無法達到的。但是，由于常規(guī)低溫超導(dǎo)體的臨界溫度太低，必須在昂貴復(fù)雜的液氦(4.2K)系統(tǒng)中使用，因而嚴(yán)重地限制了低溫超導(dǎo)應(yīng)用的發(fā)展。
高溫氧化物超導(dǎo)體的出現(xiàn)，突破了溫度壁壘，把超導(dǎo)應(yīng)用溫度從液氦（4.2K）提高到液氮（77K）溫區(qū)。同液氦相比，液氮是一種非常經(jīng)濟的冷媒，并且具有較高的熱容量，給工程應(yīng)用帶來了極大的方便。另外，高溫超導(dǎo)體都具有相當(dāng)高的上臨界場[H c2 (4K)>50T]，能夠用來產(chǎn)生20T以上的強磁場，這正好克服了常規(guī)低溫超導(dǎo)材料的不足之處。正因為這些由本征特性Tc、Hc2所帶來的在經(jīng)濟和技術(shù)上的巨大潛在能力，吸引了大量的科學(xué)工作者采用最先進的技術(shù)裝備，對高Tc超導(dǎo)機制、材料的物理特性、化學(xué)性質(zhì)、合成工藝及顯微組織進行了廣泛和深入的研究。高溫氧化物超導(dǎo)體是非常復(fù)雜的多元體系，在研究過程中遇到了涉及多種領(lǐng)域的重要問題，這些領(lǐng)域包括凝聚態(tài)物理、晶體化學(xué)、工藝技術(shù)及微結(jié)構(gòu)分析等。一些材料科學(xué)研究領(lǐng)域最新的技術(shù)和手段，如非晶技術(shù)、納米粉技術(shù)、磁光技術(shù)、隧道顯微技術(shù)及場離子顯微技術(shù)等都被用來研究高溫超導(dǎo)體，其中許多研究工作都涉及了材料科學(xué)的前沿問題。高溫超導(dǎo)材料的研究工作已在單晶、薄膜、體材料、線材和應(yīng)用等方面取得了重要進展。
2.醫(yī)用材料
作為高技術(shù)重要組成部分的生物醫(yī)用材料已進入一個快速發(fā)展的新階段，其市場銷售額正以每年16%的速度遞增，預(yù)計20年內(nèi)，生物醫(yī)用材料所占的份額將趕上藥物市場，成為一個支柱產(chǎn)業(yè)。生物活性陶瓷已成為醫(yī)用生物陶瓷的主要方向；生物降解高分子材料是醫(yī)用高分子材料的重要方向；醫(yī)用復(fù)合生物材料的研究重點是強韌化生物復(fù)合材料和功能性生物復(fù)合材料，帶有治療功能的HA生物復(fù)合材料的研究也十分活躍。
3.能源材料
太陽能電池材料是新能源材料研究開發(fā)的熱點，IBM公司研制的多層復(fù)合太陽能電池，轉(zhuǎn)換率高達40%。美國能源部在全部氫能研究經(jīng)費中，大約有50%用于儲氫技術(shù)。固體氧化物燃料電池的研究十分活躍，關(guān)鍵是電池材料，如固體電解質(zhì)薄膜和電池陰極材料，還有質(zhì)子交換膜型燃料電池用的有機質(zhì)子交換膜等，都是研究的熱點。
4.生態(tài)環(huán)境
生態(tài)環(huán)境材料是20世紀(jì)90年代在國際高技術(shù)新材料研究中形成的一個新領(lǐng)域，其研究開發(fā)在日、美、德等發(fā)達國家十分活躍，主要研究方向是：
1）直接面臨的與環(huán)境問題相關(guān)的材料技術(shù)，例如，生物可降解材料技術(shù)，CO 2氣體的固化技術(shù)，SOx、NOx催化轉(zhuǎn)化技術(shù)、廢物的再資源化技術(shù)，環(huán)境污染修復(fù)技術(shù)，材料制備加工中的潔凈技術(shù)以及節(jié)省資源、節(jié)省能源的技術(shù)；
2）開發(fā)能使經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境協(xié)調(diào)性材料，如仿生材料、環(huán)境保護材料、氟里昂、石棉等有害物質(zhì)的替代材料、綠色新材料等；
3）材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評價。
5.智能材料
智能材料是繼天然材料、合成高分子材料、人工設(shè)計材料之后的第四代材料，是現(xiàn)代高技術(shù)新材料發(fā)展的重要方向之一，將支撐未來高技術(shù)的發(fā)展，使傳統(tǒng)意義下的功能材料和結(jié)構(gòu)材料之間的界線逐漸消失，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能化、功能多樣化?？茖W(xué)家預(yù)言，智能材料的研制和大規(guī)模應(yīng)用將導(dǎo)致材料科學(xué)發(fā)展的重大革命。國外在智能材料的研發(fā)方面取得很多技術(shù)突破，如英國宇航公司在導(dǎo)線傳感器，用于測試飛機蒙皮上的應(yīng)變與溫度情況；英國開發(fā)出一種快速反應(yīng)形狀記憶合金，壽命期具有百萬次循環(huán)，且輸出功率高，以它作制動器時、反應(yīng)時間，僅為10分鐘；在壓電材料、磁致伸縮材料、導(dǎo)電高分子材料、電流變液和磁流變液等智能材料驅(qū)動組件材料在航空上的應(yīng)用取得大量創(chuàng)新成果。
6.能源材料
固體氧化物燃料電池：固體氧化物燃料電池是一種新型綠色能源裝置，比質(zhì)子交換膜燃料電池有更高的轉(zhuǎn)換效率和節(jié)能效果，可減少二氧化碳排放50%，不產(chǎn)生NOx，已成為發(fā)達國家重點研究開發(fā)的新能源技術(shù)。但研究的固體氧化物燃料電池的工作溫度達800～900℃，其關(guān)鍵部件的材料制備總是成為制約固體氧化物燃料電池發(fā)展的瓶頸。應(yīng)突破的關(guān)鍵技術(shù)主要有：
a）高性能電極材料及其制備技術(shù)；
b）新型電解質(zhì)材料及電極支撐電解質(zhì)隔膜的制備技術(shù)；
c）電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及其制備技術(shù)；
d）電池的結(jié)構(gòu)、性能與表征的研究。
光電轉(zhuǎn)換效率大于18%的硅基太陽能電池商品化：研制出光電轉(zhuǎn)換效率大于18%的低成本、大面積、可商業(yè)化的硅基太陽能電池及其組件。
太陽能的綜合利用(光電、熱電、熱交換)及其與風(fēng)力發(fā)電的耦合技術(shù)：建立總體利用效率達15%的追尾聚集光式太陽能光電、熱電、熱交換系統(tǒng)并實用化，建立太陽能綜合利用與風(fēng)力發(fā)電耦合的實用型分布式地面電站，并可并網(wǎng)供電。
7.稀土材料
稀土催化材料
稀土永磁材料：突破高性能(N50)、高均勻性、高工作溫度、低溫度系數(shù)的燒結(jié)稀土永磁材料和高性能(磁能積20MGOe）粘結(jié)稀土永磁材料的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)。
高亮度、長壽命白光LED節(jié)能照明系統(tǒng)：低成本、高亮度、長壽命白光LED節(jié)能照明系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化并進入普通百姓家庭。
生物醫(yī)用材料：
1）生物芯片；
2）生物兼容性好、可降解或可誘導(dǎo)再生的人體軟、硬組織替換材料；
3）具有分子識別和特異免疫功能的血液凈化材料和裝置。
生態(tài)環(huán)境材料
1）有機膜分離技術(shù)：海水（或鹽堿水）淡化效率達50%的有機膜實用化和產(chǎn)業(yè)化。
2）固沙植被材料與技術(shù)；
3）節(jié)能、環(huán)保的建筑材料及其關(guān)鍵工藝技術(shù)：
突破日產(chǎn)2000噸的流態(tài)化水泥燒成技術(shù)，其單位能耗與粉塵排放低于的新型干法工藝；實現(xiàn)純氧燃燒生產(chǎn)浮法建筑玻璃的產(chǎn)業(yè)化。
8.特種功能材料
1）無機分離催化膜：突破無機分離催化膜（透氧膜、分子篩膜、透氫膜）的關(guān)鍵制備技術(shù)，建立無機分離催化膜用于天然氣催化轉(zhuǎn)化制備合成氣和液體燃料、天然氣直接轉(zhuǎn)化制備乙烯、生物質(zhì)原料制備乙醇、天然氣制氫等方面的示范性生產(chǎn)裝置。
2）大尺寸光學(xué)金剛石膜；
3）有機磁性材料:突破本征有機磁性材料的關(guān)鍵技術(shù)。
4）敏感材料與傳感器。
三 我們國家功能材料的發(fā)展
我國非常重視功能材料的發(fā)展，在國家攻關(guān)、“ 863”、“973”、國家自然科學(xué)基金等計劃中，功能材料都占有很大比例。在“九五”“十五”國防計劃中還將特種功能材料列為“國防尖端”材料。這些科技行動的實施，使我國在功能材料領(lǐng)域取得了豐碩的成果。在“863”計劃支持下，開辟了超導(dǎo)材料、平板顯示材料、稀土功能材料、生物醫(yī)用材料、儲氫等新能源材料，金剛石薄膜，高性能固體推進劑材料，紅外隱身材料，材料設(shè)計與性能預(yù)測等功能材料新領(lǐng)域，取得了一批接近或達到國際先進水平的研究成果，在國際上占有了一席之地。鎳氫電池、鋰離子電池的主要性能指標(biāo)和生產(chǎn)工藝技術(shù)均達到了國外的先進水平，推動了鎳氫電池的產(chǎn)業(yè)化；功能陶瓷材料的研究開發(fā)取得了顯著進展，以片式電子組件為目標(biāo)，我國在高性能瓷料的研究上取得了突破，并在低燒瓷料和賤金屬電極上形成了自己的特色并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，使片式電容材料及其組件進入了世界先進行列； 高檔釹鐵硼產(chǎn)品的研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化取得顯著進展，在某些成分配方和相關(guān)技術(shù)上取得了自主知識產(chǎn)權(quán)； 功能材料還在“兩彈一星”、“四大裝備四顆星”等國防工程中作出了舉足輕重的貢獻。
世界各國功能材料的研究極為活躍，充滿了機遇和挑戰(zhàn)，新技術(shù)、新專利層出不窮。發(fā)達國家企圖通過知識產(chǎn)權(quán)的形式在特種功能材料領(lǐng)域形成技術(shù)壟斷，并試圖占領(lǐng)中國廣闊的市場，這種態(tài)勢已引起我國的高度重視。我國在新型稀土永磁、生物醫(yī)用、生態(tài)環(huán)境材料、催化材料與技術(shù)等領(lǐng)域加強了專利保護。功能材料不僅是發(fā)展我國信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)等高技術(shù)領(lǐng)域和國防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料，而且是改造與提升我國基礎(chǔ)工業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ),直接關(guān)系到我國資源、環(huán)境及社會的可持續(xù)發(fā)展。
我國國防現(xiàn)代化建設(shè)一直受到以美國為首的西方國家的封鎖和禁運，所以我國國防用關(guān)鍵特種功能材料是不可能依靠進口來解決的，必須要走獨立自主、自力更生的道路。如軍事通信、航空、航天、導(dǎo)彈、熱核聚變、激光武器、激光雷達、新型戰(zhàn)斗機、主戰(zhàn)坦克以及軍用高能量密度組件等，都離不開特種功能材料的支撐。
我國經(jīng)濟的快速增長和社會可持續(xù)發(fā)展，對發(fā)展新型能源及能源材料具有迫切的需求。能源材料是發(fā)展能源技術(shù)、提高能源生產(chǎn)和利用效率的關(guān)鍵因素，我國目前是世界上能源消費增長最快的國家，同時也是能源緊缺的國家。發(fā)展電動汽車、使用清潔能源、節(jié)約石油資源等政策措施使得新型能源轉(zhuǎn)換及儲能材料的需求不斷增加。隨著電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，我國便攜式電器如手提電話、筆記本計算機用戶每年均以超過20%的速度增加，形成了一個對小型高能量密度電池的巨大社會需求。
隨著移動通信等新一代電子信息技術(shù)的迅速崛起，作為一大批基礎(chǔ)電子元器件技術(shù)核心的信息功能陶瓷日益成為我國發(fā)展相關(guān)高技術(shù)的需求重點。按照5%的世界市場占有率計，2010年我國信息功能陶瓷材料及制品的年銷售額將達300億元人民幣，對信息通訊產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有舉足輕重的作用。
我國是一個稀土大國，其工業(yè)儲量占世界總儲量的70%以上，發(fā)展稀土功能材料我國有著獨特的資源優(yōu)勢。例如，稀土永磁材料全世界的年平均增長率為23%,而我國高達60%，稀土在發(fā)光、催化等領(lǐng)域的應(yīng)用也具有廣闊的市場需求。
我國西部還擁有一些儲量豐富的資源，如稀土、鎢、鈦、鉬、鉭、鈮、釩、鋰等，有的工業(yè)儲量甚至占世界總儲量的一半以上，這些資源均是特種功能材料的重要原材料。研究開發(fā)與上述元素相關(guān)的特種功能材料，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，取得自主知識產(chǎn)權(quán)，將大幅度地提高我國相關(guān)特種功能材料及制品的國際市場競爭力，這對實現(xiàn)西部資源的高附加值利用，將西部的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟優(yōu)勢具有重要意義，將有力地支持國家的西部大開發(fā)。
隨著我國人民生活質(zhì)量的進一步改善和提高,我國潛在的生物醫(yī)用材料市場將很快轉(zhuǎn)化為充滿勃勃生機的現(xiàn)實市場,從而創(chuàng)造出巨大的社會經(jīng)濟效益，成為國民經(jīng)濟的一個支柱產(chǎn)業(yè)。在未來的五到十年，我國經(jīng)濟、社會及國家安全對功能材料有著巨大的需求，功能材料是關(guān)系到我國能否順利實現(xiàn)第三步戰(zhàn)略目標(biāo)的關(guān)鍵新材料。
四 教育教學(xué)
1.職業(yè)前景：這個專業(yè)是在國家新興產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整下應(yīng)運而生的，有政策支持，專業(yè)的就業(yè)前景不錯。畢業(yè)生可以從事與信息技術(shù)、生物工程技術(shù)等相關(guān)的新材料開發(fā)與應(yīng)用相關(guān)的職業(yè)，也可在高校、事業(yè)部門從事教學(xué)、科研工作。功能材料在國外發(fā)展迅速，新工藝層出不窮，相對于傳統(tǒng)材料領(lǐng)域，就讀國內(nèi)該專業(yè)的學(xué)生具有較多的出國、讀研機會。
2.相近專業(yè)：無機非金屬材料工程、冶金工程、材料科學(xué)與工程、復(fù)合材料與工程、焊接技術(shù)與工程、生物功能材料。