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(tǒng)材料更為優(yōu)異性能的一類材料。新材料技術(shù)是按照人的意志，通過(guò)物理研究、材料設(shè)計(jì)、材料加工、試驗(yàn)評(píng)價(jià)等一系列研究過(guò)程，創(chuàng)造出能滿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(chǔ)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
人類從公元前1200年前進(jìn)入鐵器時(shí)代，到19世紀(jì)中葉真正進(jìn)入鋼鐵時(shí)代，金屬材料占據(jù)了材料領(lǐng)域的統(tǒng)治地位。隨著科技的進(jìn)步，金屬材料又呈現(xiàn)出了很多新的發(fā)展：有被稱作“金屬玻璃”的非晶態(tài)金屬;有具有超強(qiáng)、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(dǎo)發(fā)電機(jī)、超高速計(jì)算機(jī)、高靈敏度探測(cè)設(shè)備的超導(dǎo)金屬材料等。
(二)無(wú)機(jī)非金屬材料
20世紀(jì)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(jī)非金屬材料產(chǎn)生了一個(gè)飛躍，出現(xiàn)了從傳統(tǒng)陶瓷向先進(jìn)陶瓷的轉(zhuǎn)變，新型功能陶瓷產(chǎn)業(yè)形成，滿足了電力、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(qiáng)度高的氮化硅陶瓷，有兼?zhèn)浣饘夙g性和耐腐蝕優(yōu)點(diǎn)的金屬陶瓷，有透明、耐高溫、高強(qiáng)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(jié)構(gòu)材料。
(三)有機(jī)高分子材料
20世紀(jì)中葉以后，人工合成高分子材料得到廣泛應(yīng)用。先后出現(xiàn)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(jì)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(qū)，在年產(chǎn)量的體積上已超過(guò)了鋼，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防尖端科學(xué)和高科技領(lǐng)域不可缺少的材料。
(四)復(fù)合材料
復(fù)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(fù)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(qiáng)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(qiáng)塑料。
2.碳纖維復(fù)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(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等特性，并且有顯著的各向異性，柔軟、可加工成各種織物，其沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。碳纖維與樹(shù)脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，制成結(jié)構(gòu)材料，由于具有比重小、剛性好和強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)而成為一種先進(jìn)的復(fù)合材料。碳纖維是50年代初應(yīng)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(xiàn)在還廣泛應(yīng)用于體育器械、紡織、化工機(jī)械及醫(yī)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(zhǎng)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(nèi)的生產(chǎn)方式和工作方式，并在納米空間認(rèn)識(shí)自然、創(chuàng)造一種新的技能。
當(dāng)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(xiàn)特殊性能。這種既不同于原來(lái)組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料。第一個(gè)真正認(rèn)識(shí)到它的性能并引用納米概念的是日本科學(xué)家，他們?cè)?0世紀(jì)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(xiàn)，一個(gè)導(dǎo)電、導(dǎo)熱的銅、銀導(dǎo)體做成納米尺度以后，它就失去原來(lái)的性質(zhì)，表現(xiàn)出既不導(dǎo)電、也不導(dǎo)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，人們就正式把這類材料命名為納米材料。
納米技術(shù)的內(nèi)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(yīng)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(shí)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(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)歷時(shí)3年，采用獨(dú)特的技術(shù)路線，成功研發(fā)一整套具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的百米級(jí)第二代高溫超導(dǎo)帶材，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)超導(dǎo)帶材領(lǐng)域的新突破。國(guó)產(chǎn)百米級(jí)第二代高溫超導(dǎo)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(dǎo)電流的稀土氧化物超導(dǎo)層的厚度還不到1微米。與傳統(tǒng)的銅導(dǎo)線相比，相同橫截面積超導(dǎo)帶材的載流能力是銅導(dǎo)線的幾百倍�，F(xiàn)有的電網(wǎng)傳輸系統(tǒng)在傳輸過(guò)程損耗約8%到10%，如果采用第二代高溫超導(dǎo)電纜來(lái)傳輸，可以達(dá)到幾乎零損耗，極大提高了節(jié)能效果。