2010年02月25日 14:33鳳凰網(wǎng)財經(jīng)【大 中 小】 【打印】 共有評論0條

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三.新材料的主要分類

新材料是指那些新出現(xiàn)或已在發(fā)展中的、具有傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)異性能和特殊功能的材料。新材料與傳統(tǒng)材料之間并沒有截然的分界，新材料在傳統(tǒng)材料基礎上發(fā)展而成，傳統(tǒng)材料經(jīng)過組成、結構、設計和工藝上的改進從而提高材料性能或出現(xiàn)新的性能都可發(fā)展成為新材料。

新材料作為高新技術的基礎和先導，應用范圍極其廣泛，它同信息技術、生物技術一起成為二十一世紀最重要和最具發(fā)展?jié)摿Φ念I域。同傳統(tǒng)材料一樣，新材料可以從結構組成、功能和應用領域等多種不同角度對其進行分類，不同的分類之間相互交叉和嵌套，目前，一般按應用領域和當今的研究熱點把新材料分為以下的主要領域：

電子信息材料、新能源材料、納米材料、先進復合材料、先進陶瓷材料、生態(tài)環(huán)境材料、新型功能材料(含高溫超導材料、磁性材料、金剛石薄膜、功能高分子材料等)、生物醫(yī)用材料、高性能結構材料、智能材料、新型建筑及化工新材料等。

四.新材料：過去·現(xiàn)在·未來1.材料變遷推動人類歷史進步

所謂材料，是指經(jīng)過某種加工，具有一定結構、組分和性能，并可應用于一定用途的物質，而新材料則主要是指剛剛投產或正在發(fā)展且具有優(yōu)異性能并有應用前景的一類材料。它是相對于在工業(yè)中已批量生產并已得到廣泛應用的傳統(tǒng)材料(如鋼鐵、塑料等)而言的，但二者之間并無斷然界限。

我們現(xiàn)在所說的傳統(tǒng)材料在研究與應用之初都是新材料，新材料在經(jīng)過長期生產與應用之后也就成為傳統(tǒng)材料了。

在實踐中，人們按用途把材料分成結構材料和功能材料兩大類。結構材料主要是利用其強度、韌性、力學及熱力學等性質，功能材料則主要利用其聲、光、電、磁、熱等性能。按化學成分分，則可把材料分為金屬材料、有機高分子材料、無機非金屬材料及先進復合材料四大類。根據(jù)具體應用領域分，新材料又可分為電子信息材料、新能源材料、生物醫(yī)用材料、航空航天材料、環(huán)境生態(tài)材料、高性能結構材料、新型功能材料(含高溫超導材料、磁性材料、金剛石薄膜、功能高分子材料等)、納米材料、先進復合材料、先進陶瓷材料、新型建筑材料及新型化工材料等。

材料是人類生產、生活的物質基礎，是直接推動社會發(fā)展的動力。材料的發(fā)展及其應用是人類文明和社會進步的重要里程碑。從歷史來看，人類已經(jīng)走過了石器時代、青銅器時代、鐵器時代三個階段，與之相對的，則是人類文明的三代階段：游牧文明、農耕文明和工業(yè)文明。綜觀人類發(fā)展和材料發(fā)展的歷史，可以清楚地看到，每一種重要材料的發(fā)現(xiàn)和利用都會把人類支配和改造自然的能力提高到一個新的水平，給社會生產力和人類生活帶來巨大的變化，引起人類社會的重大變革。

在群居洞穴的猿人舊石器時代，通過簡單加工獲得石器幫助人類狩獵護身和生存，隨著對石器加工制作水平的提高，出現(xiàn)了原始手工業(yè)如制陶和紡織，人們稱之為新石器時代。青銅時代大約源于4000-5000 年前。青銅是銅錫鋁等元素組成的合金，熔點相對較低，硬度高，比石器易制作且耐用。青銅器大大促進了農業(yè)和手工業(yè)的出現(xiàn)。鐵器時代則被認為是始于2000 多年前，春秋戰(zhàn)國時代，由鐵制作的農具、手工工具及各種兵器，得以廣泛應用，大大促進了當時社會的發(fā)展。隨著煉鐵技術的發(fā)展，人類又發(fā)明了煉鋼技術，進入鋼鐵時代。十九世紀中期轉爐、平爐煉鋼的發(fā)展使得世界鋼產量迅猛增加，大大促進了機械、鐵路交通的發(fā)展。鋼鐵、水泥等材料的出現(xiàn)和廣泛應用，促使人類社會開始從農業(yè)和手工業(yè)社會進入工業(yè)社會。二十世紀中后期以來，高分子、陶瓷材料崛起以及復合材料的發(fā)展，又給人類帶來了新的材料和技術革命。半導體、高集成芯片的出現(xiàn)和廣泛應用，則把人類由工業(yè)社會推向信息和知識經(jīng)濟社會。

目前人類已進入硅基/合成材料時代，材料科技的進步作用更加凸顯。材料科學和信息技術、生命科學，被認為是21 世紀的三大支柱性高技術產業(yè)。例如，超純硅、砷化鎵的研制成功，導致大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的誕生，使計算機的運算速度從每秒幾十萬次提高到現(xiàn)在的每秒千萬億次以上。新材料產業(yè)已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟、社會生活和國防建設的方方面面。

2.新材料推動技術發(fā)展和產業(yè)升級

新材料既是當代高新技術的重要組成部分，又是發(fā)展高新技術的重要支柱和突破口。正是因為有了高強度的合金，新的能源材料及各種非金屬材料，才會有航空和汽車工業(yè)；正是因為有了光纖，才會有今天的光纖通訊和高速互聯(lián)網(wǎng)；正是因為有了半導體工業(yè)化生產，才有今天高速發(fā)展計算機技術和信息技術。事實表明，歷史上每一次重大的新技術的發(fā)現(xiàn)和某種新產品的研制成功，都往往依賴于新材料的發(fā)現(xiàn)和應用。在當代社會條件下，高技術的發(fā)展更是以新材料的發(fā)展為突破口，世界各國在高技術領域的競爭，在很大程度上是新材料水平的較量。

以信息技術為例，新材料在其發(fā)展中起到了關鍵性作用。從電子技術到微電子技術再到光電子技術；

從信息的獲取、傳輸、存儲、顯示到處理等，每一次提高、每一個環(huán)節(jié)都是以新材料為基礎和突破口的。

1906 年佛萊斯特發(fā)明了電子管，才有了無線電廣播、電視、電子計算機的出現(xiàn)；但只是到了1948年貝爾實驗室的巴丁、肖克利、布拉頓發(fā)明了半導體晶體管以后，才逐步地實現(xiàn)了電子設備的小型化、輕量化、節(jié)能化，以及成本的降低、可靠性的提高與壽命的延長；1958 年集成電路的發(fā)明，使計算機及各種電子設備發(fā)生了一次飛躍。以后，集成電路的發(fā)展十分迅速，器件尺寸和集成度幾十年來幾乎以數(shù)量級的速度在變化。這些變化的實現(xiàn)主要依賴半導體材料——硅單晶生長技術與晶片加工技術的不斷進步，即對單晶純度的要求不斷提高；單晶缺陷的尺寸不斷縮小，單晶直徑不斷增加，晶片加工精度和表面質量不斷加強，從而使芯片成品率大為上升，每位存儲器的價格急劇下降。這就是為什么計算機的功能愈來愈強，而價格卻愈來愈低的重要原因。正因此，IBM 公司的首席科學家拉爾夫先生認為：每個獨立的計算機技術的發(fā)展都依賴于一種新材料問題的解決。集成電路的發(fā)明與發(fā)展成為人類進入“信息時代”的里程碑。

此外，控制是信息技術的一部分，沒有精度高、性能穩(wěn)定的傳感器，計算機用于控制是不可能實現(xiàn)的，而傳感器的要害就是敏感材料。“物聯(lián)網(wǎng)”概念的提出，使開發(fā)各種用途的敏感材料成為重要環(huán)節(jié)。同時，信息的傳輸是信息時代的另一關鍵環(huán)節(jié)。由于光導纖維的研制成功，改變了整個通信體系，使通信技術從以銅為主的金屬電纜傳輸跨入了光纖通信的新時代。光通信的迅速發(fā)展，除了光纖以外，激光技術與光電子技術的發(fā)展是其重要促成因素，而這些都與新材料密切相關。也正是由于新材料的發(fā)展，使20 世紀90 年代初期提出來的“信息高速公路”的設想逐步成為現(xiàn)實。

3.“沒有最新，只有更新”的新材料

材料科技的進展成為人類進步的強大“引擎”。《今日材料》2007 年在評價材料科學時，將國際半導體技術藍圖、掃描式探針顯微鏡、巨磁電阻效應、半導體激光器和發(fā)光二極管、美國國家納米技術計劃、碳纖維復合材料、鋰離子電池材料、碳納米管、軟刻蝕、超材料等作為50 年十大進展。

到2009 年，這一評價依然具有戰(zhàn)略性的指導意義。

從世界上新材料的發(fā)展趨勢看，鋼鐵材料和有色金屬材料的生產一直在向短流程、高效率、節(jié)能降耗、潔凈化、高性能化、多功能化的方向發(fā)展；高性能結構陶瓷在保持原有耐高溫、高強度的前提下向強韌化、易成形加工方向發(fā)展；高分子材料向材料的微觀設計、多層次結構調控、集成化、智能化、多功能化方向發(fā)展；復合材料以高性能、低成本制造技術為發(fā)展重點，向材料設計-制造-評價一體化、功能化、智能化的方向發(fā)展。

根據(jù)具體用途來看，信息材料是最活躍的新材料領域。微電子材料在未來十年仍是最基本的信息材料：集成電路及半導體材料將以硅材料為主體，化合物半導體材料及新一代高溫半導體材料共同發(fā)展。光電子材料將成為發(fā)展最快和最有前途的信息材料，主要集中在激光材料、高亮度發(fā)光二極管材料、紅外探測器材料、液晶顯示材料、光纖材料等領域。最近受到市場關注的LED 即屬于此類。

新能源材料是發(fā)展新能源的核心和基礎，發(fā)展方向是開發(fā)綠色二次電池、氫能、燃料電池、太陽能電池和核能的關鍵材料。當前的研究熱點和技術前沿包括高能儲氫材料、聚合物鋰離子電池材料、質子交換膜燃料電池材料、多晶薄膜太陽能電池材料等。新能源汽車的研究開發(fā)，首先得在這些基礎材料的技術上有所突破。

化工新材料向高性能化、多功能化、精細化、工藝無害化、裝置大型化發(fā)展。隨著催化劑技術、生物技術、組合化學技術餓發(fā)展，是的化工新材料產品的合作更為靈活，速度也不斷加快。專用性、功能性產品日益成為化工新材料領域中發(fā)展最快、研究最活躍的領域。化工新材料涉及面廣，與下游應用結合緊密，因而成為邊緣學科活躍的領域。

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