前沿材料科学结课论文

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1、对前沿材料世界的认识及思考专业通信工程姓名学号摘要:上一个世纪,人类的认识向外延伸到了外层宇宙,向内深入到了物质结构的更微观层次,引发了物理学一场大革命。这场革命推动了包括化学、生命科学在内的整个自然科学和应用技术的伟大变革,为材料科学和技术进步提供了新的知识基础和活力。材料科学的根本任务是揭示材料组分、结构与性质的内在关系,设计、合成并制备出具有优良使用性能的材料。进入21世纪,回顾一下材料学的主要进展,估计未来的可能发展趋势,是非常必要和很有意义的。关键词:材料科学现状发展趋势传统材料新材料挑战一、传统材料的发展现状和地位传统材料是生产工艺

2、已经成熟而又大规模工业化生产的一类材料,如钢铁、铜、铝、橡胶、塑料、玻璃和水泥等金属、高分子和非金属无机化合物,这类材料量大面广,占材料生产总量的90%以上。在世界范围内,上个世纪末20〜30年间传统材料的产量、生产技术水平和质量,超过以前数百年,成为人类经济生活的支柱。但能耗大,资源浪费严重,坏境污染等问题已成为制约传统材料发展的瓶颈,因此改进传统材料的合成、加工技术,控制微观组织结构,提高使用性能,降低成本和环境污染的任务十分迫切、繁重。二、新材料及其发展趋热新材料又称先进材料。它不以生产规模,而以优异性能、高质量、高稳定性収胜的高知识、高

3、技术密集形为特点。新材料有结构材料和功能材料之分,前者主耍利用它的力学性能,而后者以其各种物理、化学效应为主。当前新材料的发展方向有髙性能化、高功能化、高智能化和复合化、极限化、仿生化、环境友好化儿方面。1.金属材料:金属材料,特别是钢、铜、铝等,仍是21世纪的主要结构材料和电能传输材料。金属材料已有成熟的生产工艺,相当多的配套设施和工业规模生产,价格低廉、性能可靠,己成为涉及面广、市场需求大的基础材料。金屈材料虽然今后会部分被高分子材料、陶瓷材料及复合材料所代替,由于它有比髙分子材料高得多的弹性模量,比陶瓷高得多的韧性和良好的导电性能,在相当

4、长的时期内改变不了它在材料中的主导地位,即使在高技术产业中也不例外。随着航天航空和其它尖端技术的飞跃的发展,在改善和提升传统材料品质的同时,金属功能材料、非平衡态金属,特别是高比强、高模量、耐高温、抗氧化,抗腐蚀、耐磨损合金和金属基复合材料会有快速的发展,如金屈超导材料、钛及其合金、铝基增强复合材料,金属间化合物、形状记忆合金和纳米晶块体材料等。2.先进陶瓷材料:陶瓷是人类最早使用的人造材料,质地坚硕、耐磨损、抗腐蚀、膨胀系数低,可经受1400—1600°C的高温,比金属间化合物有更高的比强度和比刚度,是很好的高温结构材料;部分陶瓷还具有压电、

5、铁电,半导体、湿敏和气敏等特殊功能,广泛用于电子、计算机、激光、核反应、宇航等现代尖端科学技术领域。近20年來,通过多种增韧手段和原始粉末超细化、纳米化技术,在消除陶瓷本征脆性的研究方面取得了重大突破;传统的落后制备成型工艺已逐渐被先进的注射成型技术、高温热等静压和微波烧结等技术所替代;在反应动力学、表血特征、相平衡、烧结机理等基础研究方面也取得了相当的进展。主要趋势是根据使用性能要求对陶瓷结构作一定程度的剪裁和设计,实现陶瓷结构纳米化和组分的复相结构,包括纤维或晶须增韧和有机、无机复合等。3.高分子材料:高分子材料是指分子量从儿百到儿万,由可

6、加聚或缩聚链条状官能团构成的有机化合物。上世纪90年代,世界的高分子材料年产量超过1亿吨,其中塑料8000-9000万吨,合成橡胶700—800万吨,合成纤维1000万吨;仅塑料的产量以体积计•算就相当于5.6亿吨钢的体积,是发展最为迅速的材料之一。这些材料品种繁多,并且正以每年10%的速率递增。高分子材料80%以上作为包装、建筑、交通运输和纺织行业的结构材料和原料。功能髙分子材料所占比例相对较低,主要有离子交换树脂、催化剂、固化酶,用于印刷、电子工业、集成电路、微细加工的感光树脂,用于薄膜电磁、静电复印及全息记录的电功能离子材料和生物功能材料

7、等。高分子合成理论与技术对于高分子材料的制取、改性、设计越来越重要,对发展高分子新材料有着不可忽视的开拓作用。接枝共聚、共混、缩合聚合、开环聚合和缩合,是合成高分子材料的主要手段。发展先进的树脂基、有机、无机和异质材料连接技术,研究高分子材料的老化、降鲍机制和控制技术,制备综合性能更好的新材料,是高分子材料发展的主要趋势。4.光电信息功能材料:信息材料是指与信息获取、传输、存储、显示及处理有关的材料。目前光和电是信息的主要传递媒介,又称光电信息材料。这类材料有半导体材料,各种记录材料,信息传输、显示、激光、非线性光学、传感和压电、铁电材料,几乎

8、包括了现代所有的先进功能材料。其屮集成电路是信息技术的基础,从材料角度看,集成电路的主要材料仍然是单晶硅。上一世纪80年代出现的光导通讯系统的相对信息

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