新材料技術(shù)

　　一、新材料技術(shù)概況

　　新材料主要是指最近發(fā)展或正在發(fā)展之中的具有比傳統材料更為優(yōu)異性能的一類(lèi)材料。新材料技術(shù)是按照人的意志，通過(guò)物理研究、材料設計、材料加工、試驗評價(jià)等一系列研究過(guò)程，創(chuàng )造出能滿(mǎn)足各種需要的新型材料的技術(shù)。新材料技術(shù)具有理論基礎廣、工藝技術(shù)新、性能要求高、更新?lián)Q代快四大特點(diǎn)。

　　(一)新型的金屬材料

　　人類(lèi)從公元前1200年前進(jìn)入鐵器時(shí)代，到19世紀中葉真正進(jìn)入鋼鐵時(shí)代，金屬材料占據了材料領(lǐng)域的統治地位。隨著(zhù)科技的進(jìn)步，金屬材料又呈現出了很多新的發(fā)展：有被稱(chēng)作“金屬玻璃”的非晶態(tài)金屬;有具有超強、超硬或者形狀記憶功能的合金;有零電阻、用于制造高能加速器、超導發(fā)電機、超高速計算機、高靈敏度探測設備的超導金屬材料等。

　　(二)無(wú)機非金屬材料

　　20世紀50年代，合成化工原料和特殊制備工藝的發(fā)展，使以陶瓷材料為代表的無(wú)機非金屬材料產(chǎn)生了一個(gè)飛躍，出現了從傳統陶瓷向先進(jìn)陶瓷的轉變，新型功能陶瓷產(chǎn)業(yè)形成，滿(mǎn)足了電力、電子技術(shù)和航天技術(shù)的發(fā)展和需要。其中有硬度可與金剛石媲美的氧化鋁陶瓷，有強度高的氮化硅陶瓷，有兼備金屬韌性和耐腐蝕優(yōu)點(diǎn)的金屬陶瓷，有透明、耐高溫、高強度的光學(xué)陶瓷等。此外，還發(fā)展了新型玻璃材料，新型水泥材料，這些材料已日漸成為各個(gè)領(lǐng)域不可或缺的新型功能材料和結構材料。

　　(三)有機高分子材料

　　20世紀中葉以后，人工合成高分子材料得到廣泛應用。先后出現尼龍、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等塑料，以及維尼綸、合成橡膠、新型工程塑料、高分子合金和功能高分子材料等。僅半個(gè)世紀時(shí)間，高分子材料已與有上千年歷史的金屬材料并駕齊驅?zhuān)�在年產(chǎn)量的體積上已超過(guò)了鋼，成為國民經(jīng)濟、國防尖端科學(xué)和高科技領(lǐng)域不可缺少的材料。

　　(四)復合材料

　　復合材料是由兩種或更多種的不同材料制成的，這種新材料既保持了原材料的特點(diǎn)，又形成了優(yōu)于原有材料的性能，具有代表性的有玻璃鋼和碳纖維復合材料等。

　　1.玻璃鋼

　　用玻璃纖維作筋骨，用合成樹(shù)脂作肌肉，讓它們凝為一體，制成的材料，其抗拉強度可與鋼材相媲美，因此得名玻璃鋼，學(xué)名為玻璃纖維增強塑料。

　　2.碳纖維復合材料

　　碳纖維是主要由碳元素組成的特種纖維，具有耐高溫、耐摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等特性，并且有顯著(zhù)的各向異性，柔軟、可加工成各種織物，其沿纖維軸方向表現出很高的強度。碳纖維與樹(shù)脂、金屬、陶瓷等基體復合，制成結構材料，由于具有比重小、剛性好和強度高的優(yōu)點(diǎn)而成為一種先進(jìn)的復合材料。碳纖維是50年代初應火箭、宇航及航空等尖端科學(xué)技術(shù)的需要而產(chǎn)生的，現在還廣泛應用于體育器械、紡織、化工機械及醫學(xué)領(lǐng)域。

　　二、納米概念

　　納米(nm)如同厘米、分米和米一樣，是度量長(cháng)度的單位，一納米等于十億分之一米(10-9米)，將一納米的物體放到乒乓球上，就像一個(gè)乒乓球放在地球上一般。納米技術(shù)是一種在納米尺度空間內的生產(chǎn)方式和工作方式，并在納米空間認識自然、創(chuàng )造一種新的技能。

　　當物質(zhì)到納米尺度以后，物質(zhì)的性能就會(huì )發(fā)生突變，出現特殊性能。這種既不同于原來(lái)組成的原子、分子，也不同于宏觀(guān)的物質(zhì)的特殊性能構成的材料，即為納米材料。第一個(gè)真正認識到它的性能并引用納米概念的是日本科學(xué)家，他們在20世紀70年代用蒸發(fā)法做了超微離子，并通過(guò)研究它的性能發(fā)現，一個(gè)導電、導熱的銅、銀導體做成納米尺度以后，它就失去原來(lái)的性質(zhì)，表現出既不導電、也不導熱。磁性材料也是如此，像鐵鈷合金，把它做成大約20～30納米大小，磁性要比原來(lái)高1000倍。80年代中期，人們就正式把這類(lèi)材料命名為納米材料。

　　納米技術(shù)的內涵非常廣泛，它包括納米材料的制造技術(shù)，納米材料向各個(gè)高科技領(lǐng)域應用的技術(shù)，并衍生出了納米動(dòng)力學(xué)、納米生物學(xué)、納米藥物學(xué)和納米電子學(xué)等相關(guān)學(xué)科。

　　三、熱點(diǎn)提示與知識更新

　　2011年1月23日上海交通大學(xué)宣布，物理系李貽杰教授領(lǐng)導的科研團隊歷時(shí)3年，采用獨特的技術(shù)路線(xiàn)，成功研發(fā)一整套具有我國自主知識產(chǎn)權的百米級第二代高溫超導帶材，實(shí)現了國內超導帶材領(lǐng)域的新突破。國產(chǎn)百米級第二代高溫超導帶材像一層薄膜，金屬基帶的寬度為1厘米、厚度為80微米，而用于傳輸超導電流的稀土氧化物超導層的厚度還不到1微米。與傳統的銅導線(xiàn)相比，相同橫截面積超導帶材的載流能力是銅導線(xiàn)的幾百倍�，F有的電網(wǎng)傳輸系統在傳輸過(guò)程損耗約8%到10%，如果采用第二代高溫超導電纜來(lái)傳輸，可以達到幾乎零損耗，極大提高了節能效果。