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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(chǔ)上發(fā)展而成，傳統(tǒng)材料經(jīng)過組成、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和工藝上的改進(jìn)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(shù)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，應(yīng)用范圍極其廣泛，它同信息技術(shù)、生物技術(shù)一起成為二十一世紀(jì)最重要和最具發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。同傳統(tǒng)材料一樣，新材料可以從結(jié)構(gòu)組成、功能和應(yīng)用領(lǐng)域等多種不同角度對(duì)其進(jìn)行分類，不同的分類之間相互交叉和嵌套，目前，一般按應(yīng)用領(lǐng)域和當(dāng)今的研究熱點(diǎn)把新材料分為以下的主要領(lǐng)域：

電子信息材料、新能源材料、納米材料、先進(jìn)復(fù)合材料、先進(jìn)陶瓷材料、生態(tài)環(huán)境材料、新型功能材料(含高溫超導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(lái)1.材料變遷推動(dòng)人類歷史進(jìn)步

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

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

在實(shí)踐中，人們按用途把材料分成結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類。結(jié)構(gòu)材料主要是利用其強(qiáng)度、韌性、力學(xué)及熱力學(xué)等性質(zhì)，功能材料則主要利用其聲、光、電、磁、熱等性能。按化學(xué)成分分，則可把材料分為金屬材料、有機(jī)高分子材料、無(wú)機(jī)非金屬材料及先進(jìn)復(fù)合材料四大類。根據(jù)具體應(yīng)用領(lǐng)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(jié)構(gòu)材料、新型功能材料(含高溫超導(dǎo)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(jìn)復(fù)合材料、先進(jìn)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(chǎn)、生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，是直接推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力。材料的發(fā)展及其應(yīng)用是人類文明和社會(huì)進(jìn)步的重要里程碑。從歷史來(lái)看，人類已經(jīng)走過了石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代三個(gè)階段，與之相對(duì)的，則是人類文明的三代階段：游牧文明、農(nóng)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(huì)把人類支配和改造自然的能力提高到一個(gè)新的水平，給社會(huì)生產(chǎn)力和人類生活帶來(lái)巨大的變化，引起人類社會(huì)的重大變革。

在群居洞穴的猿人舊石器時(shí)代，通過簡(jiǎn)單加工獲得石器幫助人類狩獵護(hù)身和生存，隨著對(duì)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(shí)代。青銅時(shí)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(diǎn)相對(duì)較低，硬度高，比石器易制作且耐用。青銅器大大促進(jìn)了農(nóng)業(yè)和手工業(yè)的出現(xiàn)。鐵器時(shí)代則被認(rèn)為是始于2000 多年前，春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，由鐵制作的農(nóng)具、手工工具及各種兵器，得以廣泛應(yīng)用，大大促進(jìn)了當(dāng)時(shí)社會(huì)的發(fā)展。隨著煉鐵技術(shù)的發(fā)展，人類又發(fā)明了煉鋼技術(shù)，進(jìn)入鋼鐵時(shí)代。十九世紀(jì)中期轉(zhuǎn)爐、平爐煉鋼的發(fā)展使得世界鋼產(chǎn)量迅猛增加，大大促進(jìn)了機(jī)械、鐵路交通的發(fā)展。鋼鐵、水泥等材料的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，促使人類社會(huì)開始從農(nóng)業(yè)和手工業(yè)社會(huì)進(jìn)入工業(yè)社會(huì)。二十世紀(jì)中后期以來(lái)，高分子、陶瓷材料崛起以及復(fù)合材料的發(fā)展，又給人類帶來(lái)了新的材料和技術(shù)革命。半導(dǎo)體、高集成芯片的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，則把人類由工業(yè)社會(huì)推向信息和知識(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)。

目前人類已進(jìn)入硅基/合成材料時(shí)代，材料科技的進(jìn)步作用更加凸顯。材料科學(xué)和信息技術(shù)、生命科學(xué)，被認(rèn)為是21 世紀(jì)的三大支柱性高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。例如，超純硅、砷化鎵的研制成功，導(dǎo)致大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的誕生，使計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度從每秒幾十萬(wàn)次提高到現(xiàn)在的每秒千萬(wàn)億次以上。新材料產(chǎn)業(yè)已經(jīng)滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)生活和國(guó)防建設(shè)的方方面面。

2.新材料推動(dòng)技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級(jí)

新材料既是當(dāng)代高新技術(shù)的重要組成部分，又是發(fā)展高新技術(shù)的重要支柱和突破口。正是因?yàn)橛辛烁邚?qiáng)度的合金，新的能源材料及各種非金屬材料，才會(huì)有航空和汽車工業(yè)；正是因?yàn)橛辛斯饫w，才會(huì)有今天的光纖通訊和高速互聯(lián)網(wǎng)；正是因?yàn)橛辛税雽?dǎo)體工業(yè)化生產(chǎn)，才有今天高速發(fā)展計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)。事實(shí)表明，歷史上每一次重大的新技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和某種新產(chǎn)品的研制成功，都往往依賴于新材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用。在當(dāng)代社會(huì)條件下，高技術(shù)的發(fā)展更是以新材料的發(fā)展為突破口，世界各國(guó)在高技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)，在很大程度上是新材料水平的較量。

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

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

1906 年佛萊斯特發(fā)明了電子管，才有了無(wú)線電廣播、電視、電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)；但只是到了1948年貝爾實(shí)驗(yàn)室的巴丁、肖克利、布拉頓發(fā)明了半導(dǎo)體晶體管以后，才逐步地實(shí)現(xiàn)了電子設(shè)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(zhǎng)；1958 年集成電路的發(fā)明，使計(jì)算機(jī)及各種電子設(shè)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(lái)幾乎以數(shù)量級(jí)的速度在變化。這些變化的實(shí)現(xiàn)主要依賴半導(dǎo)體材料——硅單晶生長(zhǎng)技術(shù)與晶片加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，即對(duì)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(zhì)量不斷加強(qiáng)，從而使芯片成品率大為上升，每位存儲(chǔ)器的價(jià)格急劇下降。這就是為什么計(jì)算機(jī)的功能愈來(lái)愈強(qiáng)，而價(jià)格卻愈來(lái)愈低的重要原因。正因此，IBM 公司的首席科學(xué)家拉爾夫先生認(rèn)為：每個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)技術(shù)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(jìn)入“信息時(shí)代”的里程碑。

此外，控制是信息技術(shù)的一部分，沒有精度高、性能穩(wěn)定的傳感器，計(jì)算機(jī)用于控制是不可能實(shí)現(xiàn)的，而傳感器的要害就是敏感材料?！?a href="http://www.laredo.cc/stock/special/wlbk/index.shtml" target="_blank">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(shí)，信息的傳輸是信息時(shí)代的另一關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于光導(dǎo)纖維的研制成功，改變了整個(gè)通信體系，使通信技術(shù)從以銅為主的金屬電纜傳輸跨入了光纖通信的新時(shí)代。光通信的迅速發(fā)展，除了光纖以外，激光技術(shù)與光電子技術(shù)的發(fā)展是其重要促成因素，而這些都與新材料密切相關(guān)。也正是由于新材料的發(fā)展，使20 世紀(jì)90 年代初期提出來(lái)的“信息高速公路”的設(shè)想逐步成為現(xiàn)實(shí)。

3.“沒有最新，只有更新”的新材料

材料科技的進(jìn)展成為人類進(jìn)步的強(qiáng)大“引擎”?！督袢詹牧稀?007 年在評(píng)價(jià)材料科學(xué)時(shí)，將國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖、掃描式探針顯微鏡、巨磁電阻效應(yīng)、半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管、美國(guó)國(guó)家納米技術(shù)計(jì)劃、碳纖維復(fù)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(jìn)展。

到2009 年，這一評(píng)價(jià)依然具有戰(zhàn)略性的指導(dǎo)意義。

從世界上新材料的發(fā)展趨勢(shì)看，鋼鐵材料和有色金屬材料的生產(chǎn)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(jié)構(gòu)陶瓷在保持原有耐高溫、高強(qiáng)度的前提下向強(qiáng)韌化、易成形加工方向發(fā)展；高分子材料向材料的微觀設(shè)計(jì)、多層次結(jié)構(gòu)調(diào)控、集成化、智能化、多功能化方向發(fā)展；復(fù)合材料以高性能、低成本制造技術(shù)為發(fā)展重點(diǎn)，向材料設(shè)計(jì)-制造-評(píng)價(jià)一體化、功能化、智能化的方向發(fā)展。

根據(jù)具體用途來(lái)看，信息材料是最活躍的新材料領(lǐng)域。微電子材料在未來(lái)十年仍是最基本的信息材料：集成電路及半導(dǎo)體材料將以硅材料為主體，化合物半導(dǎo)體材料及新一代高溫半導(dǎo)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(cè)器材料、液晶顯示材料、光纖材料等領(lǐng)域。最近受到市場(chǎng)關(guān)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(chǔ)，發(fā)展方向是開發(fā)綠色二次電池、氫能、燃料電池、太陽(yáng)能電池和核能的關(guān)鍵材料。當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和技術(shù)前沿包括高能儲(chǔ)氫材料、聚合物鋰離子電池材料、質(zhì)子交換膜燃料電池材料、多晶薄膜太陽(yáng)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(chǔ)材料的技術(shù)上有所突破。

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

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