新材料的发展

　　论述：随着科技的发展，材料科学和新材料将在哪些方面得到发展？新材料技术的发展不仅促进了信息技术和生物技术的，而且对制造业、物资供应以及个人生活方式产生重大的影响。材料技术的进步使得“芯片上的实验室”成为可能，大大促进了现代生物技术的发展。新材料技术的发展赋予材料科学新的内涵和广阔的发展空间。目前，新材料技术正朝着研制生产更小、更智能、多功能、环保型以及可定制的产品、元件等方向发展纳米材料。在美国佐治亚理工学院工作的三位中国科学家2001年初利用高温气体固相法，在世界上首次合成了半导体化物纳米带状结构。这是继发现多壁碳纳米管和合成单壁纳米管以来，一维纳米材料合成领域的又一大突破。这种纳米带的横截面是一个窄矩形结构，带宽为30～300mm，厚度为5～10nm，而长度可达几毫米，是迄今为止合成的惟一具有结构可控且无缺陷的宽带半导体准一维带状结构。目前已经成功合成了氧化锡、氧化铟、氧化隔等材料纳米带。由于半导体氧化物纳米带克服了碳纳米管的不稳定性和内部缺陷问题，具有比碳纳米管更独特和优越的结构及物理性能，因而能够更早地投入工业生产和商业开发。超导材料超导材料在电动机、变压器和磁悬浮列车等领域有着巨大的市场，如用超导材料制造电机可增大极限输出量20倍，减轻重量90%。超导材料的研制，关键在于提高材料的临界温度，若此问题得到解决，则会使许多领域产生重大变化。科学家在超导材料上有不少新收获，相继发现了临界温度更训的新型超导材料，使人类朝着开发室温超导材料迈出了一大步。在日本，有人发现二硼化镁可在－234成为超导体，这是迄今为止发现临界温度最高的金属化合物超导体。由于二硼化镁的发现，使世界凝聚态物理学界为之振奋。由于二硼化镁超导体易合成、易加工，很容易制成薄膜或线材，因而应用前景看好。美国科学家在研制更具实用性超导材料方面取得了明显的进展，并开始进入实用阶段。美国底物律的福瑞斯比电站在地下铺设了360多米的超导电缆，电缆中123kg重的导线是由含铋、锶、钙、铜的氧化物超导瓷制造的。这是世界上首次实用的超导输电线路。我国在高温超导产业化技术上也获得了重大突破，目前已有高温超导线材生产线亿美元的市场。但应当指出的是，除超导材料以外，还有许多配套技术需要解决，同时还要继续研究开发高温超导体，如室温超导材料。高性能结构材料高性能结构材料具有高温强度好、耐磨损、抗腐蚀等优点。高温结构陶瓷材料目前正在研制的有碳化硅、氧化硅、氮化硅、硼化物、增韧氧化锆陶瓷和纤维增强无机合成材料等。如在内燃机中用陶瓷代替金属可减少燃料消耗30%，提高热效率50%。高性能复合材料可以根据要求进行设计，能够使材料扬避短，当前的研究重点有：纤维增强塑料、碳/碳复合材料、陶瓷基复合材料和金属基复合材料。高分子功能材料是近年来发展最快的有机合成材料，每年的递增速度达到14%。此外，美国科学家还发现了一种可和玻璃结合的化合物，这种硅烷化合物能够粘在磷酸盐玻璃表面，形成一个单一分子层和多分子层，从而可以保护玻璃表面，将腐蚀减少到最小程度，这一发现对提高玻璃的抗腐蚀性有重要意义。随着科学技术的进步，开拓了新材料的范围，推动了新材料向更高、更新方向发展。化学工业生产了大量的化工新材料，为新材料的发展提供技术支持。同时，新材料的发展同样可以推动化学工业的科技进步、产业结构的变化。高性能结构材料的开发、应用，使一些化工机械、设备的大型化、高效化、高参数化、多功能化有了物质基础，可以满足化工生产高技术的要求，使一些化工工艺的实现成为可能。纳米材料在化学工业可广泛应用，是应用于多种化学传感器的最有前途的材料。展望21世纪，新材料技术的飞速发展，必将为我们的生活带来更美好的明天。新材料技术领域研究动向当前，美国、欧洲、日本等发达国家和地区十分重视新材料技术的发展，都把发展新材料作为科技发展战略的重要组成部分，在制定国家科技与产业发展计划时，将新材料技术列为21世纪优先发展的关键技术之一，予以重点发展，以保持其经济和科技的领先地位。中国的新材料科技及产业的发展，在政府的大力关心和支持下，也取得了重大的进展和成绩，为国民经济和社会发展提供了强有力的支撑。为研究我国新材料领域的发展现状和态势，本报告以中国期刊网数据库作为统计分析源，从文献计量学的角度进行分析研究，讨论了新材料包括超导材料、金属材料、非金属材料、高分子材料和复合材料的理论研究、制备工艺、产品应用、技术装备等方面的内容。结论1、新材料领域总体发展速度较快，势头强劲材料是当前世界新技术的三大支柱(材料、信息、能源)之一，与信息技术、生物技术一起构成了21世纪世界最重要和最具发展潜力的三大领域之一。对材料的认识与利用能力，往往决定着社会的形态和人类生活的质量。人类的历史已经证明，材料是人类社会发展的物质基础和先导，而新材料则是人类社会进步的里程碑。新材料在发展高新技术、改造和提升传统产业、增强综合国力和国防实力方面起着重要的作用，而且在自然科学和工程技术领域中发展也越来越快，地位日趋重要新材料领域的发展变化，得益于技术创新和成果转化速度加快。前沿技术的突破使得新兴材料产业不断涌现，同时新材料与信息、能源、医疗卫生、交通、建筑等产业结合越来越紧密，材料科学工程与其他学科交叉领域和规模都在不断扩大，而且世界各国政府高度重视新材料产业的发展，制定了推动新材料产业和科技发展的相关计划，在资金上给予大力扶持，从而推动了本领域的技术创新能力的提高和发展leyucom乐鱼官网，取得了一系列可喜的研究成果，保证了新材料领域发展的欣欣向荣局面。2、高分子材料、复合材料发展迅速高分子材料新的应用领域推动了自身的成长高分子功能材料是近年来发展最快的有机合成材料，尤其在生物医用材料、药物控制释放体系、骨科固定、组织工程和手术缝合线等方面不断扩展其新的应用领域，全世界仅高分子材料在医学上的应用就有90多个品种、1800余种制品，西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以10-20%的速度增长。我国的高分子材料发展也十分迅速，20002005年论文发表数量从1862篇增加到6640年间增长了256.61%。其中：高分子药物方面的论文从182篇增加到802篇，增长幅度达340%；医用高分子材料方面的论文从285篇增加到821篇，增长幅度达188%；仿生高分子材料的论416篇增加到1108篇，增长幅度达166%，高分子膜材料的论文从979篇增加到3909篇，增长幅度达299%。从上述数据中可以看出，高分子材料研发活跃，发展相当迅猛，已成为医学和生物技术中不可缺少的组成部分，也是新材料领域发展最快的专业。复合功能材料拓展了新的发展空间由于多种材料多学科的交叉、融合,使材料的复合化成为发展新材料的一种重要手段。利用多种基体与增强体的复合、多种层次的复合以及利用非线性复合效应可以创造出全新性能的材料。近年来先进复合材料及新工艺发展很快，目前复合材料的发展以树脂基复合材料为主，特别是热固性 材料，它的技术最成熟，应用最广。金属基复合材料大部分处于研究开发 阶段，它特别适用于建造空间结构体。陶瓷基复合材料是改进陶瓷的可靠 性的重要途径，从而使陶瓷材料优异的高温性能得以应用。此外碳/碳复合 材料在军事技术上有很大实用价值，并已有一定的应用，其发展趋势较快。 从我国 2000 2005年复合功能材料论文发表情况来看，数量从 3672 增加到7215 年总计增长96.49%。其中：金属基复合材料论文从 573 篇增加到 611 篇，增幅 6.6%；陶瓷基复合材料论文从 298 篇增加到 1050 增幅252%；水泥基复合材料论文从 1533 篇增加到 2428 篇，增幅 58.3%； 聚合物基复合材料的论文从 1134 篇增加到 2383 篇，增幅 110%；碳基复合 材料论文从 134 篇增加到 743 篇，增幅达 454%。从研究分析中可以看出， 陶瓷基复合材料、聚合物基复合材料发展较快，这与其新工艺、新物质及 新配方的不断涌现密切相关，碳基复合材料也正从军用转向民用，使其发 展呈快速增长的态势。 金属材料发展趋于低谷，有待突破 相对于高分子材料、复合材料和非金属材料的迅猛发展，历史悠久的 金属材料的发展处于停滞甚至后退的局面，从 2000 2005年，我国金 属材料论文发表数量从 1614 篇减少到 254 篇，下降了 535%。这一现象说明 我们在该领域的技术创新能力不足。当前，世界金属材料领域的发展出现 了很多新的特点及增长点，高性能金属材料发展迅速。我国目前高性能金 属材料的产品研制、加工成型技术、生产设备等多方面都存在问题，阻碍 了金属材料的发展。因此，只要加大金属材料的技术创新力度，就一定能 打破其发展停滞不前的局面，实现新的振兴和快速发展就指日可待。 简答：什么是新能源材料？试列举几种新能源材料，并说明其应用领 新能源材料则是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料。主要包括储氢电极合金材料为代表的镍氢电池材料、嵌锂碳负极 和LiCoO2 正极为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料、Si 半导体材料为代表 的太阳能电池材料以及铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料等。当前的研究热点 和技术前沿包括高能储氢材料、聚合物电池材料、中温固体氧化物燃料电池电解 质材料、多晶薄膜太阳能电池材料等。 镍氢电池材料 应用主要有以下几类： 1.消费性电子产品 镍氢电池被普及地应用在消费性电子产品中。旧式的镍氢电池因为自放电的 原故，会在充电后数月甚至数星期内失去电量，只可应用于短时间内需要电力的 用途。如家电用品的红外线摇控器或时钟一类并不适合。 新式的低漏电镍氢电 池基本上已经可以取代在绝大部份原本使用碱性电的用途上。唯独是一些比较旧 式及低耗电量的电子产品（例如旧式的收音机）因为电压问题而在使用镍氢电池 时性能会有所下降。 摇控玩具一些功率特别大的镍氢电池，其容量、输出电池及功率比镍镉电池大，所以 在电动摇控玩具（例如遥控车）上取代了镍镉电池。 混合动力车辆大功率的镍氢电池也使用在油电混合动力车辆中，最佳的例子就是丰田的 prius，该车使用了特别的充放电程序，使电池充放电寿命可足够车辆使用十年。 其他使用镍氢电池的混合动车辆包括有： 本田洞察者 福特汽车的Ford Escape 雪佛兰的Chevrolet Malibu 本田的Honda Civic Hybrid 太阳能电池 目前,太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农 通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。但是在目前 阶段，它的成本还很高，发出 1kW 电需要投资上万美元，因此大规模使用 仍然受到经济上的限制。 但是，从长远来看，随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光—电 转换装置的发明，各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求，太阳 能电池仍将是利用太阳辐射能比较切实可行的方法，可为人类未来大规模 地利用太阳能开辟广阔的前景。 太阳能光伏 光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以 半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可 以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能 源，较复杂的光伏系统可为房屋照明，并为电网供电。 光伏板组件可以制成不 同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。近年，天台及建筑物表面均会使用 光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被 称为附设于建筑物的光伏系统。