複合效應

平均效應：是複合材料所顯示的最典型的一種複合效應。它可以表示為：

式中，P為材料性能，V為材料體積含量，角標c、m、f分別表示複合材料、基體和增強體（或功能體）。複合材料的某些功能性質，例如電導、熱導、密度和彈性模量等服從平均效應這一規律。例如，複合材料的彈性模量，若用混合率來表示，則為

平行效應：顯示這一效應的複合材料，它的各組分材料在複合材料中，均保留本身的作用，既無制約，也無補償。對於增強體（如纖維）與基體界面結合很弱的複合材料，所顯示的複合效應，可以看作是平行效應。

相補效應：組成複合材料的基體與增強體，在性能上相互補充，從而提高了綜合性能，則顯示出相補效應。

相抵效應：基體與增強體組成複合材料時，若組分間性能相互制約，限制了整體性能提高，則複合后顯示出相抵效應。

在玻璃纖維增強塑料中，當玻璃纖維表面選用適宜的硅烷偶聯劑處理后，與樹脂基體組成的複合材料，由於強化了界面的結合，故致使材料的拉伸強度比未處理纖維組成的複合材料可高出30--40%，而且濕態強度保留率也明顯提高。但是，這種強結合的界面同時卻導致了複合材料衝擊性能的降低。

因此，在金屬基、陶瓷基增強複合材料中，過強的界面結合不一定是最適宜的。相補效應和相抵效應常常是共同存在的。

顯然，相補效應是希望得到的，而相抵效應要盡量能夠避免。

所有這些，可通過相應複合材料的設計來加以實現。

碳纖維水泥基複合材料壓敏性受到多方面因素的影響，其壓敏性機理是非常複雜的。碳纖維水泥基複合材料界面是碳纖維與水泥基體間傳遞應力和其它信息的橋樑，界面性能直接影響著複合材料的綜合性能，對材料的壓敏性起重要作用。在國家自然科學基金項目的資助下，在現有的研究基礎上，從碳纖維水泥基複合材料的界面性能出發，研究碳纖維的表面處理對材料壓敏性的影響，研究碳纖維水泥基複合材料界面性能對材料壓敏性的影響及作用機理。具體工作及研究成果如下：

(1)研究了不同的碳纖維表面處理對碳纖維水泥基複合材料壓敏性的影響及機理。未經表面處理的碳纖維—水泥基體粘結強度低，容易脫粘。經表面處理的纖維表面的各種含氧極性基團增加，有利於化學鍵的形成，提高界面的粘結強度和韌性，從而提高了材料壓敏性可靠性與重複性。

非線性效應包括乘積效應、系統效應、誘導效應和共振效應、其中有的已經被認識和利用，並為功能複合材料的設計提供了很大自由度；而有的效應則尚未被充分地認識和利用。

相乘效應：兩種具有轉換效應的材料複合在一起，即可發生相乘效應。

例如，把具有電磁效應的材料與具有磁光效應的材料複合時，將可能產生具有電光效應的複合材料。

因此，通常可以將一種具有兩種性能相互轉換的功能材料X/Y和另一種換能材料Y/Z複合起來，可用下列通式來表示，即：

式中，X、Y、Z分別表示各種物理性能。上式符合乘積表達式，所以稱之為相乘效應。

磁電耦合效應就是當材料處在外磁場條件下能產生電極化，或者在電場條件下出現磁化的現象。早期的研究主要集中在具有磁電效應的單相化合物上，然而單相材料的磁電效應很小，而且通常在低溫下才能實現，因而無法實際應用。南策文等提出將分別具有壓電效應和磁致伸縮的兩種材料進行複合所形成的複合材料具有較大的磁電效應，其原理是：磁致伸縮材料產生的磁-力轉換和壓電材料產生的力-電轉換通過界面的應力傳遞和耦合效應，實現新的磁電耦合效應。

鋯鈦酸鉛熱釋電陶瓷材料可以直接應用於熱電能量轉換和紅外探測，在鐵電低溫(FRL)2鐵電高溫(FRH)相變過程中產生的非線性熱釋電效應可達線性熱釋電效應的10倍，利用非線性效應可以大大提高熱電轉換效率和探測率由於在不同的複合方式下離子擴散的情形是不同的，非線性熱釋電效應也有各自的特徵：以平行方式製備的材料具有較寬的相變溫度範圍，在這一範圍內都具有非線性熱釋電效應；以疊層方式製備的材料的非線性熱釋電效應受化學組分的排列順序的較大影響；而以混合方式製備的樣品在相變過程中的熱釋電輸出比較均衡，然而溫度寬度較窄。

誘導效應：在一定條件下，複合材料中的一個組分材料可以通過誘導作用使另一個組分材料的結構改變，從而改變整體性能或產生新效應。

這種誘導行為已在很多實驗中發現，同時也在複合材料界面的兩側發現。

例如，結晶的纖維增強體對非晶基體的誘導結晶或晶形基體的晶形取向產生作用。在碳纖維增強尼龍或聚丙烯中，由於碳纖維表面對基體的誘導作用，致使界面上的結晶狀態與數量發生了改變，如出現橫向穿晶等，這種效應對尼龍或聚丙烯起著特殊的作用。

共振效應：兩個相鄰的材料在一定條件下，會產生機械的或電、磁的共振。

由不同材料組成的複合材料，其固有頻率不同於原組分的固有頻率，當複合材料中某一部位的結構發生變化時，複合材料的固有頻率也會發生改變。

利用共振效應，可以根據外來的工作頻率，改變複合材料固有頻率而避免材料在工作時引起的破壞。對於吸波材料，同樣可以根據外來波長的頻率特徵，調整複合頻率，達到吸收外來波的目的。

系統效應：這是材料的一種複雜效應，至目前為止，這一效應的機理尚不很清楚，但在實際現象中已經發現這種效應的存在

例如，交替疊層鍍膜的硬度大於原來各單一鍍膜的硬度和按線性混合率估算值，說明組成了複合系統才能出現的現象。

平均效應、相乘效應、平行效應、誘導效應、相補效應、共振效應、相抵效應、系統效應等各種複合效應，都是複合材料科學所研究的對象和重要內容，這也是開拓新型複合材料，特別是功能型複合材料的基礎理論問題。

複合材料的最大特點在於它的可設計性。

因此，在給定的性能要求、使用環境及經濟條件限制的前提下，從材料的選擇途徑和工藝結構途徑上進行設計。

例如，利用線性效應的混合法則，通過合理鋪設可以設計出某一溫度區間膨脹係數為零或接近於零的構件。

又如XY平面是壓電，XZ平面呈電致發光性，通過鋪層設計可以得到YZ平面壓致發光的複合材料。