首页 理论教育 新材料的发现与应用-生物经济理论与实践

新材料的发现与应用-生物经济理论与实践

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:全世界人工合成的化合物数量众多,而且每年以较快的速度递增,其中有相当一部分将成为新材料。

新材料的发现与应用-生物经济理论与实践

材料是人类进化史的里程碑、现代文明的重要支柱、发展高新技术的基础和先导。现代科技发展史表明,每一项重大的新技术产生,往往都依赖于新材料的发展。

(一)新材料的定义及其特点

所谓新材料,是指最近发展或正在发展中的最新发明,或通过新技术、新工艺改进的具有比传统材料更为优异的性能或特定功能的一类材料。世界上的传统材料已有几十万种,而新材料的数量正在快速增加。全世界人工合成的化合物数量众多,而且每年以较快的速度递增,其中有相当一部分将成为新材料。

与传统材料相比,新材料的明显特点是:高性能、多功能、智能化和低成本。具体来说,有以下几个方面:

第一,具有一些优异性能或特定功能。如超高强度、超高硬度、超塑性等力学性能,高温超导、磁致伸缩、光电转换、形状记忆等特殊物理性能。

第二,新材料的发展与材料科学理论的关系比传统材料更为密切。如形状记忆合金材料与热弹性马氏体相变理论、太阳能电池材料与光电子学理论、减振吸声材料与内耗理论等。

第三,新材料的制备和生产往往与新技术、新工艺紧密相关。如用机械合金化技术制备纳米晶材料、非晶态合金材料,用自蔓延高温合成技术制备多孔陶瓷材料等。

第四,更新换代快、式样多变。如手机电池所采用的能源材料,在比较短的时间内便经历了Ni-Cd、Ni-H、锂离子材料的变化。多数新材料和传统材料并无明显的界限,有的就是由传统材料发展而来的,如Al2O3陶瓷作为传统的陶瓷材料可用于刀具和磨具,但当其多孔化时则成为具有吸附分离功能的新型材料

第五,新材料大多是知识密集、技术密集、附加值高的高技术材料,而传统材料通常为资源性或劳动集约型材料。

(二)新材料种类

按结构、功能和应用划分,目前主要有以下方面。

1.电子信息材料

电子信息材料是指获取、传输、转换、存储、显示或控制电子信息所需要的材料,如半导体材料。第一代半导体材料以硅、锗材料为主,主要用于低压、低频,中功率晶体管及光电探测器中,第二代半导体材料W-V族化合物,如GaAs,因电子迁移率快、禁带宽而成为移动电话、光纤通信的主要材料,正被广泛开发;第三代半导体材料将是禁带更宽的SiC及金刚石,可在高温条件下应用。光电子材料因光子运动速度高、容量大、不受电磁干扰、无电阻热,今后必将得到更大发展,它包括激光材料、变频晶体、非线性光学晶体、红外探测材料、半导体光电子材料、记录材料、敏感材料及光纤。信息显示材料也为人们所关注,主要有集成电路用高纯试剂与光剂胶、彩色荧光粉、液晶显示材料、有机电致发光材料等。

2.生物材料(www.xing528.com)

生物材料包括医用生物材料、仿生材料和生物模拟。医用生物材料是指通过组织工程、生长因子、DNA和自组装技术,生产出人类的各种器官。仿生材料是通过深入研究现有生物体和生物现象而模仿生物特性制造出的新材料。生物模拟是指工业生产中通过模拟生物的化合作用,生产出各种新材料,如通过高效催化剂完成光合作用,将二氧化碳和水变成碳水化合物生产出人类吃的粮食、蔬菜

3.纳米材料

纳米材料它是指在原子或分子尺度上制造出来的具有奇异功能的新型材料。今后纳米材料研发热点是纳米半导体阵列和纳米线、纳米显示材料和纳米紫外光源材料、用于高密度存储的纳米材料、纳米结构的封装材料、太阳能转换材料、高性能环境友好的纳米滤膜、自组装功能材料、电子陶瓷材料及纳米传感材料、纳米器件等。科技界普遍认为,纳米技术将推动下一代工业革命的到来,目前已成为全世界科学技术最为活跃的领域之一。随着纳米技术的不断进步,人类有可能对原子、分子按照自己的意愿和需要进行组合,制造出形形色色、千姿百态的新材料,这必将促使世界上的物质材料极大丰富。

4.新能源材料

新能源材料包括燃料电池、聚合物铿离子电池、镍氢动力电池及再生能源、贮能节能材料。燃料电池是将化学能转变为电能的一种装置,它的电极材料是关键,今后会有很大发展。再生能源材料包括将太阳能转化为电能、热能的光伏转换材料及有效利用风能、潮汐能、海水温差、地热能与核能的相关材料。贮能材料主要指贮氢材料和高密度蓄电池,其中金属间化合物作为贮氢材料已基本成熟,并试用于汽车燃料;新发现的纳米碳管贮氢量高质轻,很有发展前景。

5.智能材料

智能材料是指可以对外界条件进行分析、判断并发生相应变化的材料。比如随气流的变化,飞机机翼、汽车车身可相应改变外形以减少阻力,既节省能耗,又提高安全度。智能材料还能实现自检测、自恢复或自修复,以延长机械寿命和提高安全度。

6.高性能结构材料

高性能结构材料是指高比强度、高比刚度、耐高温、耐腐蚀、抗磨损的结构材料。如碳复合材料、树脂基复合材料、金属基复合材料、铁及铁铝中间化合材料、先进陶瓷材料等。

7.新型功能材料

新型功能材料如高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、生态环境材料、新型建筑化工材料以及功能高分子材料,包括导电高分子、铁磁高分子、光学高分子材料等。

目前新材料的研发与产业化发展水平,已成为衡量一个国家综合实力的重要标志,“谁掌握了新材料谁就掌握了未来”。世界各国都把大力研究和开发新材料作为21世纪的重大战略决策

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈