材料科学进展　精品文档

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1、材料研究的发展及新型材料　05034109姜宗杰　摘要：　　　材料是人类赖以生存和发展的物质基础。20世纪以来，随着现代科学技术和生产的迅速发展，对材料的要求也越来越高。在大量发展高性能金属材料的同时，又迅速发展和应用了高性能的有机高分子材料无机非金属材料和复合材料，并正在进入人工合成材料的新时代。材料研究发展的方向应该是充分利用和发展现有材料的潜力，继续开发新材料，以及研制材料的再循环工艺。随着高技术的发展以小额具有特殊功能的材料，如新型电子材料.光学材料.磁性材料.智能材料.隐身材料.能源材料.生物材料日益受到重视并快速发展，成为

2、新材料研究的重点。　　　正文：　　新材料被称为当今世界产业发展的三大支柱之一。每一项重大的新技术产生，往往都依赖于新材料的发展。没有先进的材料，就没有先进的工业农业和科学技术。从世界科技发展史看，重大的技术革命往往其实与材料的革命；反过来，近代技术的发展又促进了新材料的研制。20世纪以来，各种适应高科技的新型材料不断涌现，为新材料的划时代突破创造了条件。分析新世纪的时代特征，各具国际科学技术发展的态势，总结今后新材料与材料科学技术发展的趋势如下：　　　1.高性能新型结构材料所谓高性能结构材料，主要是指高比强度.高比刚度.高韧性及耐磨损

3、.耐腐蚀的材料高比强度.高比刚度是空间机械及运载机械最要的性能指标，如AL-Li合金具有高比刚度.高比强度及优良的疲劳性能，是一种新型的航空材料。研究表明，飞机及航空发动机性能的改进，分别有2/3和1/2是靠材料性能提高；对非性能高速度更高的卫星和飞船来说，减重更能带来极高的效益；汽车节油有37%靠材料的轻量化，40%靠发动机的改进。这意味着高性能材料的研究与开发仍然是材料科学永恒的主题。　2.电子信息功能材料信息功能材料是指信息获取.传输.转换.存储.显示或控制所需材料，种类繁多，涉及面广。信息功能材料是信息及技术的关键，是材料科学

4、最活跃的领域，其中半导体材料将继续得到发展，如以硅为基础的第一代半导体材料.以GaAs为代表的第二代半导体材料.以SiC及金刚石为代表的第三代半导体材料；光纤及光电子材料更加活跃，激光材料.变频晶体.红外探测材料.半导体光电子材料.显示材料.记录材料.敏感材料及光导纤维日新月异；纳米技术的出现将成为信息产业新的生长点，使信息功能器件小型化.多功能化与智能化。　　　3.新能源功能材料化石能源日益枯竭，且环境污染难以解决，故作为新能源基础的能源材料无疑将成为材料科学的重点研究领域。主要表现在如下几个方面：　1）可再生能源将得到加速开发，特

5、别是太阳能，故开发高效.廉价.长寿命的光伏转换材料是当务之急；此外，风能.潮汐能.海水温差与低热在21世纪多将会得到不同程度的利用，这些都存在材料问题。　2）要求耐高温.抗辐射的核能材料将会有新的进展，以满足铀资源的有效利用和可控热核聚反应堆的开发。　　　3）贮能材料受到高度重视，贮能材料主要是指贮氢材料和高能量密度蓄电池，并将在21世纪除可实现产业化。　　　4）节能材料仍是永恒的主题，如低铁损的非晶态磁性合金.高临界温度的超导材料等。　　4.生物功能材料21世纪是生命科学大发展时代，生物功能材料也将随之会有很大发展。首先是医用生物材

6、料，这一类用于诊断.治疗或替换人体组织.器官或增进其功能的新型高技术材料，是材料科学技术中的一个正在发展的新领域，其技术含量和经济价值高，目前人的许多组织器官和骨骼都可以造，为了保障人类的健康和长寿，生物医学材料的发展尤为人们所关注。生物医学材料的目标是对人体组织的矫形、修复、再造、充填以维持其原有功能，要求具有相适应的性能外，还必须有与人体组织的相容性以及一定的生物活性。具有较高强度的氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷以及带有陶瓷涂层的钛合金材料往往被选作能承受负荷部位的生物体的矫形修复材料。具有生物活性的羟基磷灰石和微晶玻璃是牙根种植体、牙槽

7、矫形、颌面再造等的可用材料。聚乳酸与羟基磷灰石、磷酸钙的复合材料，以及加入碳纤维或玻璃纤维组成的多相复合材料则是矫形固定器、组织再造等的有效材料。此外，人工心脏瓣膜的碳基复合材料亦被成功地应用。材料学家与医学家的紧密结合，可创造出更多的生物医学材料来保障人类的健康。；其次是仿生材料，如仿造珍珠壳的碳酸盐结构可得到高强度和韧性的新型陶瓷；再有，工业生产中的生物模拟也有良好的发展前景，如采用细菌冶金一是实现处理低品味铜.铀矿石.尾矿，并大幅度降低污染，这将是21世纪解决金属矿日趋枯竭的有效途径。　　5.环境材料环境材料是在人类认识到环境保

8、护的重要战略意义和世界各纷纷走可持续发展道路的背景下提出来的，是国内外材料科学与工程研究发展的必然趋势。环境材料的研究方向主要集中在净化环境.防止污染.替代有害物质，减少废物.材料的资源化.利用自然能及材料环境协调性评价