功能材料（Functional Materials）

领域概述：功能材料指主要利用其特殊物理化学功能（而非结构强度）来发挥作用的材料。此领域包罗万象，一些具有代表性的子类包括：智能材料、相变材料、形状记忆合金、超材料（Metamaterials） 等，以及能源转换与储存材料和多功能复合材料 。智能材料 能够感知环境变化并做出响应，例如压电/热电材料可将应力或温差转化为电信号，电流变/磁流变液在电场磁场作用下黏度发生骤变等；这些材料在传感器、致动器和振动控制中有独特价值。形状记忆合金（如 Ni-Ti 合金）在特定温度下发生马氏体/奥氏体相变，能“记忆”预定形状并在加热后恢复，这种奇特功能已用于外科手术支架、自适应翼型等。相变储能材料（如石蜡、有机共晶）利用固-液相变的潜热存储与释放能量，被用于建筑调温、余热利用等场景。超材料则是近年来兴起的新概念，严格来说它不指某种具体材料，而是通过人工微结构赋予材料以天然不存在的特殊性能（如负折射率、完美吸波等）。正如定义所述：“超材料是一种人工结构媒质，表现出超出自然界现有范围的电磁特性”。典型的电磁超材料通过亚波长周期排布的金属/介质结构，实现对光、电磁波的异常调控，可制作隐形斗篷、超透镜等科幻式器件；声学超材料亦能操控声波，实现隔声、声隐形等功能。这些功能材料体现了材料设计的更高层次——通过结构设计实现新功能，而不仅依赖材料本征组分。 能源材料是功能材料中规模和影响都极大的类别，致力于提升能量转换与存储效率。电池材料方面，锂离子电池正负极材料（如高镍三元正极、硅基负极）、全固态电解质材料、新型钠离子/镁离子电池材料等不断涌现；燃料电池材料包括高效催化电极（如Pt/C催化剂、非贵金属催化剂）和质子交换膜，决定了燃料电池的性能和寿命；超级电容电极材料（活性炭、石墨烯/碳纳米管、多氧化物）则追求高比表面积和快速充放电性能。光伏材料方面，除了主流的晶硅太阳能电池，近年来钙钛矿太阳能电池材料以其低成本高效率引起轰动，此外还有CIGS薄膜、量子点敏化太阳能电池等新方案。这些能源功能材料的发展对全球能源可持续至关重要——正如某课程所言：“材料在迈向可持续能源的全球变革中扮演核心角色，通过更好的电池、燃料电池、电解槽和光伏技术，实现能源的高效收集、存储和利用”。

多功能复合材料是指兼具多种功能属性的材料体系，例如同时具有光学和磁学响应的磁性光子晶体材料，用于可调谐光学器件；又比如将压电纤维嵌入碳纤维复合材料中，制成既有承力能力又可自感知结构健康的“智能结构”。这些概念拓展了材料的应用边界，使一个材料系统可以一材多用。

参考学习资料

1) 课程 / 公开课

智慧树：功能材料导论（上海交通大学）
中文导论课；面向理工科本科生。覆盖电、磁、光、热、声等功能材料基础与能量转换原理，并结合工程应用案例；配视频与测验。
链接：https://www.zhihuishu.com（平台目录检索）。

MIT OCW：Introduction to Sustainable Energy（22.081J）
能源可持续背景下的材料相关专题；涉及光伏、储能与能量转换技术的体系性认识，适合作为能源功能材料学习的外延阅读。
链接：https://ocw.mit.edu/courses/22-081j-introduction-to-sustainable-energy-fall-2010/。

2) 教材 / 书籍

CRC Press：Functional Materials—Electrical, Dielectric, Electromagnetic, Optical and Magnetic Applications（Deborah D. L. Chung，2010）
面向高年级本科/研初；按功能维度系统梳理导电/介电/电磁/光学/磁性材料的组成、机理与应用；含大量工程案例与参考文献。
链接：https://www.routledge.com/Functional-Materials/Chung/p/book/9789813146850（出版商产品页）。

重庆大学出版社：《现代功能材料（第3版）》（陶宝祺 主编，2019）
中文教材；从电子结构与物理性能出发，介绍热电、压电/超声、光电信息、形状记忆与磁流变等材料及能量转换原理；适合课堂与自学。
链接：https://cqup.cqu.edu.cn/（出版社目录检索）。

化学工业出版社：《新型能源材料概论》（刘毅 等，2018）
聚焦能源转换与储存材料；覆盖锂/钠离子电池、燃料电池催化与质子膜、光伏与相变储能材料等，兼顾工作机理与设计要点。
链接：https://www.cip.com.cn（出版社目录检索）。

3) 综述 / 指南

Wiley-IEEE：Metamaterials—Physics and Engineering Explorations（Engheta & Ziolkowski，2006）
电磁超材料综述式专著；从亚波长结构出发阐释负折射、完美吸收与波前调控机理，配典型器件案例；适合功能材料与电磁方向学习者。
链接：https://ieeexplore.ieee.org/book/5264708（或 Wiley-IEEE 产品页）。

顶级期刊： 包括 Advanced Functional Materials、Smart Materials and Structures 等。