新材料技术发展方向_科普知识_中国百科网
新材料技术发展方向
    新材料技术 -新材料技术发展的方向 新材料技术的发展不仅促进了信息技术和生物技术的革命，而且对制造业、物资供应以及个人生活方式产生重大的影响。记者日前采访了中国科学院“高科技发展报告”课题组的有关专家，请他们介绍了当前世界上新材料技术的研究进展情况及发展趋势。 材料技术的进步使得“芯片上的实验室”成为可能，大大促进了现代生物技术的发展。新材料技术的发展赋予材料科学新的内涵和广阔的发展空间。目前，新材料技术正朝着研制生产更小、更智能、多功能、环保型以及可定制的产品、元件等方向发展 纳米材料20世纪90年代，全球逐步掀起了纳米材料研究热潮。由于纳米技术从根本上改变了材料和器件的制造方法，使得纳米材料在磁、光、电敏感性方面呈现出常规材料不具备的许多特性，在许多领域有着广阔的应用前景。专家预测，纳米材料的研究开发将是一次技术革命，进而将引起21世纪又一次产业革命。日本三井物产公司曾在去年末宣布该公司将批量生产碳纳米管，从2002年4月开始建立年产量120吨的生产，9月份投入试生产，这是世界上首次批量生产低价纳米产品。美国ibm公司的科研人员，在2001年4月，用碳纳米管制造出了第一批晶体管，这一利用电子的波性，而不是常规导线实现传递住处的技术突破，有可能导致更快更小的产品出现，并可能使现有的硅芯片技术逐渐被淘汰。 在碳纳米管研究方兴未艾的同时，纳米事业的新秀－－“纳米带”又问世了。在美国佐治亚理工学院工作的三位中国科学家2001年初利用高温气体固相法，在世界上首次合成了半导体化物纳米带状结构。这是继发现多壁碳纳米管和合成单壁纳米管以来，一维纳米材料合成领域的又一大突破。这种纳米带的横截面是一个窄矩形结构，带宽为30～300mm，厚度为5～10nm，而长度可达几毫米，是迄今为止合成的惟一具有结构可控且无缺陷的宽带半导体准一维带状结构。目前已经成功合成了氧化锡、氧化铟、氧化隔等材料纳米带。由于半导体氧化物纳米带克服了碳纳米管的不稳定性和内部缺陷问题，具有比碳纳米管更独特和优越的结构及物理性能，因而能够更早地投入工业生产和商业开发。超导材料超导材料在电动机、和磁悬浮列车等领域有着巨大的市场，如用超导材料制造电机可增大极限输出量20倍，减轻重量90%。超导材料的研制，关键在于提高材料的临界温度，若此问题得到解决，则会使许多领域产生重大变化。去年，科学家在超导材料上有不少新收获，相继发现了临界温度更训的新型超导材料，使人类朝着开发室温超导材料迈出了一大步。在日本，有人发现二硼化镁可在－234℃成为超导体，这是迄今为止发现临界温度最高的金属化合物超导体。由于二硼化镁的发现，使世界凝聚态物理学界为之振奋。由于二硼化镁超导体易合成、易加工，很容易制成薄膜或线材，因而应用前景看好。美国科学家在研制更具实用性超导材料方面取得了明显的进展，并开始进入实用阶段。美国底物律的福瑞斯比电站在地下铺设了360多米的超导电缆，电缆中123kg重的导线是由含铋、锶、钙、铜的氧化物超导瓷制造的。这是世界上首次实用的超导输电线路。我国在高温超导产业化技术上也获得了重大突破，目前已有高温超导线材生产线投产。据估计，到2010年超导产品可有1000亿美元的市场。但应当指出的是，除超导材料以外，还有许多配套技术需要解决，同时还要继续研究开发高温超导体，如室温超导材料。高性能结构材料高性能结构材料具有高温强度好、耐磨损、抗腐蚀等优点。高温结构陶瓷材料目前正在研制的有碳化硅、氧化硅、氮化硅、硼化物、增韧氧化锆陶瓷和纤维增强无机合成材料等。如在内燃机中用陶瓷代替金属可减少燃料消耗30%，提高热效率50%。高性能复合材料可以根据要求进行设计，能够使材料扬避短，当前的研究重点有：纤维增强塑料、碳/碳复合材料、陶瓷基复合材料和金属基复合材料。高分子功能材料是近年来发展最快的有机合成材料，每年的递增速度达到14%。此外，美国科学家还发现了一种可和玻璃结合的化合物，这种硅烷化合物能够粘在磷酸盐玻璃表面，形成一个单一分子层和多分子层，从而可以保护玻璃表面，将腐蚀减少到最小程度，这一发现对提高玻璃的抗腐蚀性有重要意义。随着科学技术的进步，开拓了新材料的范围，推动了新材料向更高、更新方向发展。化学工业生产了大量的化工新材料，为新材料的发展提供技术支持。同时，新材料的发展同样可以推动化学工业的科技进步、产业结构的变化。高性能结构材料的开发、应用，使一些化工机械、设备的大型化、高效化、高参数化、多功能化有了物质基础，可以满足化工生产高技术的要求，使一些化工工艺的实现成为可能。纳米材料在化学工业可广泛应用，是应用于多种化学传感器的最有前途的材料。展望21世纪，新材料技术的飞速发展，必将为我们的生活带来更美好的明天。
收录时间:日 19:50:02 来源:百科网 作者:匿名
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有机合成材料与无机合成材料的区别
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08-05-07 19:46提问
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可以分为有机合成材料和无机合成材料
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400万学生都爱用的随身家教2.2 按其应用形态可分为:凝胶类、微球类、海绵类及人工高分子聚合物支架材料。
&&&&2.3 支架根据生物材料的差异,可分为天然生物材料、人工合成高分子材料和复合材料[16]。
&&&&2.3.1 天然生物材料:主要包括胶原、明胶、纤维蛋白、壳聚糖、琼脂、糖胺多糖( 如:透明质酸、硫酸软骨素等) 、藻酸盐、蚕丝蛋白[17]、几丁质、松质骨骨基质、脱细胞基质等,天然生物支架材料来源于生物体本身,具有组织相容性较好,毒性较小,易降解,且降解产物易被人体吸收而不产生炎症反应等优点,所以在组织工程中作为细胞培养的支架材料具有人工合成材料所不可比拟的优势。
&&&&2.3.2 人工合成高分子材料:人工合成高分子材料的微结构、机械性能以及材料的降解时间等都可以预先设计和调控,包括有机合成材料和无机合成材料。无机材料以羟基磷灰石、磷酸三钙为代表,有机材料以聚乳酸、聚羟基乙酸、聚羟基乙酸/聚乳酸复合物(PLGA)、聚己内酯、聚环氧乙烯、聚乙烯醇、聚氧化乙烯等高分子聚合物为主。人工合成材料不受来源的限制,容易加工成形,可根据需要调整物理、化学、生物力学和降解性能。生长因子和其他一些药物刺激因子可以涂于支架上面以刺激细胞进行增殖和分化。但是在运用中也发现了不少缺点,如其亲水性不够,对细胞的粘附性较弱,降解产物偏酸性可引起炎症反应等,并且有一定的免疫原性[18] ......&&&&百拇医药网
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引 言_图文-五星文库
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矿产资源开发与利用
引 言_图文
导读：远东和欧洲等地区在锡、银等金属矿产开采方面都已达到相当规模，而且也极大地激发了人类获取更多金属矿产和农副产品的愿望，“新大陆”的发现使人类走向了更大范围的开发，支撑并推动工业革命发展的却是矿产资源开发和利用部门，那么在多金属、有机及无机矿物基础上发展起来的合成材料与矿物燃料的大规模开发和使用，铁碳合金(钢)是自人类掌握金属利用以来第一次有效控制金属基本元素构成的尝试，以能够控制基本元素构成的合
防卫设施的建设，如罗马帝国的竞技场及中国北方战国时期及秦王朝的长城。
在掌握和运用了铜、青铜、金和铁等之后，人类希望得到更多种类的金属，以丰富自身发展的工具库。远东和欧洲等地区在锡、银等金属矿产开采方面都已达到相当规模。金属工具、器皿和饰品的大量涌现不仅极大地丰富了人类的财富，而且也极大地激发了人类获取更多金属矿产和农副产品的愿望。为此，人类又开始了新一轮的探险活动，以使自己迈出已有文明的疆界。
“新大陆”的发现使人类走向了更大范围的开发，而新的金属矿物产地的发现又使人类的索取行为由平原转向更为广阔的自然空间。
到了18世纪末，几乎整个人类都已经摆脱了石器时代，用铁质工具和武器装备起来的农民正在入侵原始狩猎者的最后一批据点。
合成材料与矿物燃料时期
人类是有“欲望的动物”，这种欲望被称之为“需求”。饮食是人类最基本的生理需求，穿衣、居住和取暖也是人类的基本生理需求。在这些基本需求之外，人类还有其他许多“高级”需求，诸如学习、阅读、旅行、娱乐、交流等等。人类的需求没有上限，但有下限：即维持生命所必须的最低限度的食物、水和居住空间。当基本生理需求得到大体满足之后，人类便开始着手建立以满足高一层次需求为目的的社会生产体系，这就是在农业革命发生1万年之后，以寻求资本增殖和财富积累为目的的第二次社会产业变革――工业革命。尽管诱发和哺育工业革命的是建立在农业生产基础之上的农副产品加工(纺织和食品)，然而，支撑并推动工业革命发展的却是矿产资源开发和利用部门。
如果说铜器和铁器使人类社会发展迈进了农业社会并推动其走向成熟的话，那么在多金属、有机及无机矿物基础上发展起来的合成材料与矿物燃料的大规模开发和使用，则将人类社会带人了一个新的天地――工业化时代。
一、合成材料
1．金属合成材料
众所周知，工业革命最初的资本和技术积累来源于农业社会。作为维系农业社会发展的各种矿物金属自然就成为孕育和支撑工业革命的最基本物质材料来源，其中尤以铁的作用最为重要。不过，这一次它却是以一种全新的面貌出现在工业化的社会生产之中，这就是钢。
铁是坚硬的金属，但质地相对较脆，且可塑性差，因而无法制造更为复杂的机械或工具为人类所用。为此，人类一直在探寻克服铁的弱点的途径和方法。由于偶然的机会使人们发现，如果在熔炼铁的时候不断吹人大量空气可以降低铁中的含碳量，如此便可以得到一种质地更为坚硬、有韧性和易于成形的新产品：碳素钢。这种新产品实际上是一种含碳量在2％以下，并含有某些其他元素的铁碳合金。世界上第一个现代钢厂建于1740年，自此，人类开始进入了以钢为代表的“钢铁时代”。直到今日，这种碳素钢依然是人类社会生产中使用量最大和使用范围最为广泛的金属合成材料。
应当指出的是，铁碳合金(钢)是自人类掌握金属利用以来第一次有效控制金属基本元素构成的尝试。从此以后，以能够控制基本元素构成的合金技术便成为人类金属材料开发的最重要领域和方向。于是，一个新的金属合成材料的时代便应运而生了。
金属合成材料的成功极大地刺激了人类对金属矿物的认识范围和领域。由于科学、勘探及冶炼技术的发展，越来越多的新金属被发现和使用。金属矿物的开发为构建人类社会的工业化大厦提供了源源不断的新材料。若按矿种计算，工业革命以来200多年所发现的金属数量超出了旧金属时期的5倍(图1―1)。
图1―1不同历史时期人类社会使用的金属
应当说，任何一种新的金属并不是在发现之初就得到应用。例如，镍的发现是在1751年[由瑞典矿物学家克朗斯塔特(A．F．Cromtedt)分离出金属镍]，由于技术和资金等原因，对镍金属的开发在1804年被迫终止。直到1889年镍合金出现之前，镍金属的存在还只能用来满足人们的科学好奇心。同样地，人类最初发现铝土矿是在1827年，但由于铝金属的冶炼极其困难，因此，铝金属被划为当时最贵重的金属行列。据记载，拿破仑三世有几副铝合金刀叉，只是在宴请少数贵客且需金器餐具的配合之下才肯拿出一用。此后，电解技术的发展使每公斤金属铝的价格从130英镑下降到0．5英镑，这样才使铝金属的使用范围得到迅速扩大。
随着人类对金属矿产整体认识的不断提高，在此阶段上新金属广泛的使用使各种生产工具的发明和制造成为了可能。与此同时，不断加快的工具发明和各类生产机器的普及又极大地刺激了新的合成材料的开发和使用。
钢的使用极大地推动了合金冶炼技术的发展，众多金属的发现又为合金技术的发展提供了源源不断的新元素和新原料来源。众所周知，工业化社会的一个基本特征就是大机器化生产，但是，如果没有各类金属合金的开发和利用，这种大机器化的生产是无 法实现的。例如，各类轻金属如铝和钛合金的发明极大地刺激了飞机制造业的发展。同样地，没有铬、钛和钒等耐高温合金的生产，喷气发动机则无法取代涡轮发动机。实际上，正是20世纪诸如镍、铬、钛、钴、钨及钼等各类合金的出现，才使大批采掘、制造、交通运输等机械产品与武器的生产成为可能。
2．非金属合成材料
非金属合成材料是由无机和有机两大非金属矿物所组成。这也是合成材料中最具风采和最富发明的一类。
(1)无机合成材料。水泥不仅是无机合成材料，而且也是包括金属和非金属在内整个合成材料中的最大产品。作为一种水硬性胶凝材料，水泥是一种钙、铝和硅的无机合成材料。与金属合成材料一样，人工水泥也是通过高温烧结而成的。1824年第一座人 工水泥厂在英国建成。由于水泥能够广泛地应用于建筑、水利、道路、工业和军事设施工程，因此水泥生产迅速得到普及。目前世界水泥产量为15亿吨(1996年)，超出黑色和有色金属产量的总和。
在无机合成材料及产品中，化肥的产量仅次于水泥。由于人类生存始终保持着对培植植物(小麦、玉米、稻谷、大豆、各类蔬菜及水果等)和驯化动物(猪、牛、羊、家禽和各类水产等)等基本农业产品的依赖，因此，在耕地面积有限的情况下，化肥生产和使用便成为农业发展的一个有力的保障条件。
同样地，现代科学技术如航天、激光、能源、计算机、电子通讯等的发展，都急切寻求具有特殊性能的合成材料，如具有耐高温、耐老化、耐腐蚀、高强度和高导性(光、声、电、磁、热及力)的功能材料，于是，超导材料、光导材料、新型陶瓷材料和各类敏感元件材料
便应运而生了。
(2)有机合成材料。有机合成材料是建立在碳及其衍生物基础上的聚合物类矿产品，其基本原料主要来自于煤炭、石油和天然气。
有机合成材料的制造最早始于19世纪70年代。主要是通过碳化钙(电石)和水的反应来合成乙烷和乙烯等基础合成材料。进入20世纪后，随着廉价石油的发现，煤炭原料的主导地位迅速丧失。此后，有机合成材料的发展很快从低碳分子进入到高碳分子的生产(裂解)和聚合阶段。到了60年代，世界有机合成材料的80％。90％是在以石油和天然气为原料的基础上生产的。
如果说无机合成材料是以重量彰著的话，那么，有机合成材料则是以品种多样化而占据合成材料之首。迄今为止，人类社会所生产出的各类有机合成材料已经超过500万种，其中以塑料、橡胶和化纤三大高分子合成材料最为重要。由于有机合成材料具有多种优良性能，诸如比重小、强度高、耐腐蚀、绝缘性能好等，因而常常成为金属合成材料的替代物。目前，有机合成材料已成为现代社会生产和生活中消费需求最大的合成材料。
二、矿物燃料
尽管人类学会制造工具已经有很长的历史，并且在大约5000年前就学会通过自然能(如风能和水能)来获取所需的能量。但是，使用各类工具进行社会生产的能量主体依然来自植物、动物和人类自身。科学研究表明，在农业社会里，人类所获得的总能量的85％以上是来自于植物、动物和人，其他则来自于自然能。有鉴于此，农业革命便成为了一个人类逐渐控制和提高生物能量转换器(植物、动物和人)的供给过程。从这一观点出发，工业革命与农业革命的一个显著区别就在于，高效而无生命的物质能量转换器取代了低效而传统的生物能量转换器，从而使人类社会跨入到了现代能源消费和供给体系时代。而这种无生命物质就是现在人们通常所说的矿物燃料。
矿物燃料是指自然界中存在于地下的以液态、气态和固态化合物为主的可燃性矿物。根据矿物的元素成分及成因，又可分为化石燃料矿物和放射性燃料矿物(或核能燃料矿物)。其中，化石燃料是指埋藏地层中不同地质年代的动植物遗骸，在温度、压力和微生物的长期作用下形成的一种矿物燃料。这种矿物燃料包括煤炭、石油、天然气、油页岩、油砂以及天然气水合物――可燃冰等。放射性燃料矿物则是指自然界中含有天然放射性元素的矿物，如铀。
工业革命是从蒸汽机的使用开始的。18世纪下半叶，詹姆士?瓦特完善了以前的发明，制造了人类第一台蒸汽机。1785年以后，蒸汽机开始用于工业。1820年蒸汽机使用的领域已经扩展到了冶金、纺织、轻工食品和采掘业。从此，蒸汽机成了工业革命的有力象征，而驱动蒸汽机运转并使这个象征发出耀眼光芒的就是煤炭。19世纪末，在迈克尔?法拉第、爱迪生等人的发明基础上，诞生了世界电力工业。此后随着输变电技术的成熟，电力工业 的发展更加刺激了矿物燃料开采业的发展。
作为人类大规模使用的第一种矿物燃料，煤炭所提供的能量可以广泛用于加热、照明、海陆运输以及各工业部门。煤炭成为完全居于所有商品之上的物质产品。它是国家和地区发展的基本能源，是人类社会获得不断成功的万能助手。有了煤炭，几乎任何成功都是有可能的或易如反掌的；没有它，人类就要被抛回到从前的贫穷困顿之中。
煤炭是促使工业革命诞生和传播的极其关键的矿物燃料。煤炭意味着人类社会的能量供给开始从生命物质进入无生命物质的矿物燃料时代，并最终使人类走上了一条开发新能源的道路。
与煤炭相同，人类对石油和天然气这两类矿物燃料的认识和利用可以追溯到距今3000年前。据记载，中国是最早进行石油和天然气开采与利用的国家之一。其中周朝时期(公元前11世纪。前771年)的《周易》一书就有“泽中有火”的描述，西汉(公元前206一前25
年)时期中国已经有了天然气井，而石油一词则始见于北宋时期(960―1127年)沈括所著的《梦溪笔谈》。尽管如此，对石油和天然气的大规模开发和利用还是在工业革命开始以后。
19世纪50年代，苏格兰人詹姆斯?扬建立了炼油基本理论。1859年美国人爱得温?德雷克的石油钻井成功。紧随其后的就是天然气。从此，石油和天然气成为了矿物燃料家族的新成员。在汽车工业、化学工业和城市化发展的作用下，石油和天然气在矿物燃料中的地位有了迅速提高。到了20世纪中期，由于人类掌握了通过核裂变和核聚变获得能量的方法，矿物燃料家族的成员规模再一次得到扩张。
矿物燃料家族的成长说明了人类支配自然能源过程的加快。这种加快不仅反映在矿物燃料消费总量的增长方面，而且也反映在人均消费占有程度上。19世纪中期，世界一次能源消费总量(包括水电和核电)只有1．3亿吨(标准煤炭当量，下同)；刚进入20世纪时，一次能源消费总量也不足8亿吨；到了1995年，全世界一次能源消费总量便超过了120亿吨(图1―2)。受此影响，世界人均一次能源消费水平则有了较快增长。与1860年时相比，世界人均一次能源消费水平增长了近19倍(图1―3)。
图1―2世界一次能源消费总量与人口增长变化(年
图1―3世界人均一次能源消费水平变化(年)
从目前全球人口态势看，人口数量正加速增长，特别是自第二次世界大战结束以来，世界人口增长迅猛。从人类产生到公元1800年前后，人类经过了大约300万年漫长的发展，人口数量才首次突破10亿大关；到1930年时，经过了近130年的时间，人口数量就超过了20亿；到1960年，经过了短短的30年时间，地球上的人口数量就增加到了30亿；随后，人口增长速度进一步加快，到1975年，只用了15年时间，人口数量就增加到了40亿；在12年后的1987年，世界人口正式步人50亿。目前，2010年世界人口已经超过68亿。
收获与代价
地球所在的太阳系有八大行星。每个行星在围绕太阳做自转运动时都形成了黑白两个半球。对人类生存的地球而言，这种白天和黑夜的划分决定了包括人类在内的所有生物的运动方式和生存法则。换句话说，黑白相伴是一切事物发展的必然法则和规律。从
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