理论教育 重点探索新材料类别:非晶材料和智能材料

重点探索新材料类别:非晶材料和智能材料

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:从新材料的类别上,目前最为人们关注的重点新材料有以下几类。非晶材料是亚稳材料的一种,性能优异。智能材料的初级阶段一般称之为机能材料。

重点探索新材料类别:非晶材料和智能材料

新材料的类别上,目前最为人们关注的重点新材料有以下几类。

1.新型金属材料

镍基高温合金在现代飞机和发动机的总重量中仍将占很大的比例。高性能金属新材料的发展方向,主要是通过新技术、新工艺,提高合金化程度,或改变组织,从而大幅度提高材料的性能,开发新品种。如通过快速冷却(104~105K/秒)可使某些合金成为非晶态,或可以得到微晶,提高合金化程度,从而使合金得到强化。进行定向结晶和单晶生长,可使高温合金叶片提高使用温度范围,或延长使用寿命。另外对合金成分的合理设计及微量元素的控制,已研究出了新型合金,如Al—Li合金等。再如金属间化合物,由于具有高熔点、抗氧化和低密度特性,在高温材料领域占有重要地位。

2.先进陶瓷材料

先进陶瓷材料与传统陶瓷截然不同。首先是对原料的纯度和物理形态有更严格的要求。其次在制备技术方面,一般要采用化学合成的方法或者采用激光、CVD、等离子、高分子先驱体转化等新技术,通过严格控制的制备工艺才能获得。每一种先进陶瓷材料都具有特定的显微结构和性能。这类材料在现代工程、现代技术的应用中起着关键作用。对许多装置和系统来说,先进陶瓷材料或部件是不可缺少的,而且应用范围在不断扩大。为此,国际上对先进陶瓷材料的研制开发都高度重视,把它列为国家技术发展政策的重要组成部分。

3.先进复合材料

复合材料是由基体材料(高分子材料、金属、陶瓷)和增强剂(纤维、晶须、颗粒)复合而成的具有优异性能的新型材料。金属基复合材料是当前先进复合材料研究开发中引人注目的重点领域之一。主要研究开发的有碳纤维增强铝、SiC纤维增强铝、粉末颗粒增强铝、硼纤维增强铝、石墨纤维增强镁、碳化硅晶须增强铝、粉末颗料挤压(或铸造)金属基复合材料、加压渗透金属基复合材料等。尚在研究试制的陶瓷复合材料品种包括陶瓷纤维增强陶瓷和玻璃材料、金属纤维增强陶瓷和玻璃材料、晶须增强陶瓷和玻璃材料以及纤维自增强陶瓷复合材料等。陶瓷复合材料的特点是除发挥陶瓷所具有的耐高温(~2000℃)、耐磨损、耐腐蚀、轻质、高强、抗热冲击性能的特性外,主要研究解决提高陶瓷的断裂韧性。碳/碳复合材料是另一类用于超高温、具有高模量的结构材料。

4.高性能塑料

新型的高性能高分子材料可以做到强度比金属高、更耐腐蚀,而且生产过程中耗能低,成型加工工艺性能良好,成本较低,所以发展很快。其类别包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子复合材料等。特别是可以根据需要首先进行分子设计,再进行试制和生产。从家用器皿、建筑构件乃至军用品,都可以用塑料制作。研究的塑料新品种有导电塑料、随电压及温度变化而改变颜色的塑料、可溶解于水的塑料等。用于汽车及飞机制造业减轻重量、节省燃料消耗是高性能塑料应用的一个重要方面。

5.光电子信息材料

信息材料一般指依靠无线电电子学和微电子学的电子信息材料。随着高容量和高速度的信息技术的发展,光作为更高频率的信息载体,将克服电子学和微电子学技术的局限性,使信息技术的发展产生突破。信息的控测、传输、存储、显示、运算和处理将由光子和电子共同参与完成,由光电子技术相应地出现一大类新的信息材料即光电信息材料。为满足光电子工业中光通信、光计算机、光存储和激光技术应用等的需要,优先研究开发的基本材料有超高纯玻璃、新型半导体材料、先进薄膜以及各种非线性光学和激光材料等。(www.daowen.com)

6.超导材料

超导材料是指在一定条件(温度、磁场、电流等)下具有超导电性并具有实用价值的材料。由超导材料引发的超导技术是一项多学科交叉综合的高技术。Y—Ba—Cu—O系高温超导材料转变温度达到92K(液氮温区以上)。目前各国都在努力寻找临界温度更高、研制能够实际应用的超导材料及其制造技术,并在积极开拓其应用研究。

7.低维材料和亚稳材料

低维材料指维数低于三维的材料,包括二维、一维和零维材料等。低维材料具有目前体(三维)材料所不具备的性质。如作为零维的纳米级金属颗粒是电的绝缘体及吸光的黑体;以纳米微粒制成的陶瓷具有较高的韧性和超塑性;纳米金属铝的硬度为块体铝的8倍。作为一维材料的高强度有机纤维、光导纤维,作为二维材料的金刚石薄膜、超导薄膜应用前景广阔。亚稳材料指处于亚稳状态(即自由能不是最低)的材料,实际上就存在时间而言,亚稳态常可无限期存在。非晶材料是亚稳材料的一种,性能优异。

8.生物材料

生物材料主要包括两方面:一是生物医学材料,用以代替或修复人的各种器官、血液及组织等,如生物医学金属材料、生物医学高分子材料、生物活性玻璃陶瓷及生物医学复合材料等。另一个是生物模拟材料,即模拟生物的机能,如反渗透膜、高效率的物质能量转换材料,以改变现行工业流程。

9.智能材料

智能材料具有类似于生物体反应的机能,既有感知,又有驱动的功能。有的本身就可以构成一个智能系统,有的需要加入反馈才能构成一个完整的智能系统。智能材料的初级阶段一般称之为机能材料。例如透明压电陶瓷(PLZT)便集光性与压电性于一体,可作为核闪光保护镜,属于初级机能材料。

10.其它新材料

C60的出现为发展新材料开辟了一个崭新的途径。利用原子簇技术可能发展出更多的新材料。多孔硅在光学方面具有明显的特性,在发展可见硅光源、硅光电器件、太阳能电池等方面将发挥重要作用。

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