新材料技術被稱爲“發明之母”和“産業糧食”。
發展方向
新材料技術的發展不僅促進了信息技術和生(shēng)物(wù)技術的革命,而且對制造業、物(wù)資(zī)供應以及個人生(shēng)活方式産生(shēng)重大(dà)的影響。記者日前采訪了中(zhōng)國科學院“高科技發展報告”課題組的有關專家,請他們介紹了當前世界上新材料技術的研究進展情況及發展趨勢。 材料技術的進步使得“芯片上的實驗室”成爲可能,大(dà)大(dà)促進了現代生(shēng)物(wù)技術的發展。新材料技術的發展賦予材料科學新的内涵和廣闊的發展空間。
目前,新材料技術正朝着研制生(shēng)産更小(xiǎo)、更智能、多功能、環保型以及可定制的産品、元件等方向發展 納米材料20世紀90年代,全球逐步掀起了納米材料研究熱潮。由于納米技術從根本上改變了材料和器件的制造方法,使得納米材料在磁、光、電(diàn)敏感性方面呈現出常規材料不具備的許多特性,在許多領域有着廣闊的應用前景。專家預測,納米材料的研究開(kāi)發将是一(yī)次技術革命,進而将引起21世紀又(yòu)一(yī)次産業革命。
日本三井物(wù)産公司曾在去(qù)年末宣布該公司将批量生(shēng)産
碳納米管,從2002年4月開(kāi)始建立年産量120噸的生(shēng)産設備,9月份投入試生(shēng)産,這是世界上首次批量生(shēng)産低價
納米産品。美國ibm公司的科研人員(yuán),在2001年4月,用碳納米管制造出了第一(yī)批晶體(tǐ)管,這一(yī)利用電(diàn)子的波性,而不是常規導線實現傳遞住處的技術突破,有可能導緻更快更小(xiǎo)的産品出現,并可能使現有的矽芯片技術逐漸被淘汰。
在碳納米管研究方興未艾的同時,納米事業的新秀--“納米帶”又(yòu)問世了。在美國
佐治亞理工(gōng)學院工(gōng)作的三位中(zhōng)國科學家2001年初利用高溫氣體(tǐ)固相法,在世界上首次合成了半導體(tǐ)化物(wù)納米帶狀結構。這是繼發現
多壁碳納米管和合成單壁納米管以來,一(yī)維納米材料合成領域的又(yòu)一(yī)大(dà)突破。
這種納米帶的橫截面是一(yī)個窄矩形結構,帶寬爲30~300mm,厚度爲5~10nm,而長度可達幾毫米,是迄今爲止合成的惟一(yī)具有結構可控且無缺陷的寬帶半導體(tǐ)準一(yī)維帶狀結構。目前已經成功合成了
氧化錫、
氧化铟、氧化隔等材料納米帶。由于半導體(tǐ)氧化物(wù)納米帶克服了
碳納米管的不穩定性和内部缺陷問題,具有比碳納米管更獨特和優越的結構及物(wù)理性能,因而能夠更早地投入工(gōng)業生(shēng)産和商(shāng)業開(kāi)發。
超導材料超導材料在電(diàn)動機、變壓器和磁懸浮列車(chē)等領域有着巨大(dà)的市場,如用超導材料制造電(diàn)機可增大(dà)極限輸出量20倍,減輕重量90%。超導材料的研制,關鍵在于提高材料的臨界溫度,若此問題得到解決,則會使許多領域産生(shēng)重大(dà)變化。去(qù)年,科學家在超導材料上有不少新收獲,相繼發現了臨界溫度更訓的新型超導材料,使人類朝着開(kāi)發室溫超導材料邁出了一(yī)大(dà)步。
美國科學家在研制更具實用性
超導材料方面取得了明顯的進展,并開(kāi)始進入實用階段。美國底物(wù)律的福瑞斯比電(diàn)站在地下(xià)鋪設了360多米的
超導電(diàn)纜,電(diàn)纜中(zhōng)123kg重的導線是由含铋、锶、鈣、銅的氧化物(wù)超導瓷制造的。這是世界上首次實用的超導
輸電(diàn)線路。
我(wǒ)(wǒ)國在
高溫超導産業化技術上也獲得了重大(dà)突破,目前已有高溫超導線材生(shēng)産線投産。據估計,到2010年超導産品可有1000億美元的市場。但應當指出的是,除
超導材料以外(wài),還有許多配套技術需要解決,同時還要繼續研究開(kāi)發
高溫超導體(tǐ),如室溫超導材料。
高性能
結構材料高性能結構材料具有高溫強度好、耐磨損、抗腐蝕等優點。高溫結構陶瓷材料目前正在研制的有碳化矽、氧化矽、
氮化矽、
硼化物(wù)、增韌氧化锆陶瓷和纖維增強無機合成材料等。如在内燃機中(zhōng)用陶瓷代替金屬可減少燃料消耗30%,提高熱效率50%。
高性能複合材料可以根據要求進行設計,能夠使材料揚避短,當前的研究重點有:纖維增強塑料、碳/碳複合材料、陶瓷基複合材料和
金屬基複合材料。
高分(fēn)子功能材料是近年來發展最快的
有機合成材料,每年的遞增速度達到14%。此外(wài),美國科學家還發現了一(yī)種可和玻璃結合的化合物(wù),這種
矽烷化合物(wù)能夠粘在
磷酸鹽玻璃表面,形成一(yī)個單一(yī)分(fēn)子層和多分(fēn)子層,從而可以保護玻璃表面,将腐蝕減少到最小(xiǎo)程度,這一(yī)發現對提高玻璃的抗腐蝕性有重要意義。
随着科學技術的進步,開(kāi)拓了
新材料的範圍,推動了新材料向更高、更新方向發展。化學工(gōng)業生(shēng)産了大(dà)量的化工(gōng)新材料,爲新材料的發展提供技術支持。同時,新材料的發展同樣可以推動化學工(gōng)業的科技進步、産業結構的變化。
高性能
結構材料的開(kāi)發、應用,使一(yī)些化工(gōng)機械、設備的大(dà)型化、高效化、高
參數化、多功能化有了物(wù)質基礎,可以滿足化工(gōng)生(shēng)産高技術的要求,使一(yī)些化工(gōng)工(gōng)藝的實現成爲可能。納米材料在化學工(gōng)業可廣泛應用,是應用于多種
化學傳感器的最有前途的材料。
展望21世紀,
新材料技術的飛速發展,必将爲我(wǒ)(wǒ)們的生(shēng)活帶來更美好的明天。