第一篇：新型功能材料綜述

功能材料是一大類具有特殊電、磁、光、聲、熱、力、化學(xué)以及生物功能的新型材料，是信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)等高技術(shù)領(lǐng)域和國(guó)防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料，同時(shí)也對(duì)改造某些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，如農(nóng)業(yè)、化工、建材等起著重要作用。功能材料種類繁多，用途廣泛，正在形成一個(gè)規(guī)模宏大的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)群，有著十分廣闊的市場(chǎng)前景和極為重要的戰(zhàn)略意義。新型功能材料是指新近發(fā)展起來(lái)和正在發(fā)展中的具有優(yōu)異性能和特殊功能，對(duì)科學(xué)技術(shù)尤其是對(duì)高科技的發(fā)展及新產(chǎn)業(yè)的形成具有決定意義的新材料。新型功能材料例如微電子材料、光電子材料、傳感器材料、信息材料、生物醫(yī)用材料、生態(tài)環(huán)境材料、能源材料和機(jī)智能材料。由于我們已把電子信息材料單獨(dú)作為一類新材料領(lǐng)域，所以這里所指的新型功能材料是除電子信息材料以外的主要功能材料。

超導(dǎo)材料 以NbTi、Nb3Sn為代表的實(shí)用超導(dǎo)材料已實(shí)現(xiàn)了商品化，在核磁共振人體成像（NMRI）、超導(dǎo)磁體及大型加速器磁體等多個(gè)領(lǐng)域獲得了應(yīng)用；SQUID作為超導(dǎo)體弱電應(yīng)用的典范已在微弱電磁信號(hào)測(cè)量方面起到了重要作用，其靈敏度是其它任何非超導(dǎo)的裝置無(wú)法達(dá)到的。但是，由于常規(guī)低溫超導(dǎo)體的臨界溫度太低，必須在昂貴復(fù)雜的液氦(4.2K)系統(tǒng)中使用，因而嚴(yán)重地限制了低溫超導(dǎo)應(yīng)用的發(fā)展。

高溫氧化物超導(dǎo)體的出現(xiàn)，突破了溫度壁壘，把超導(dǎo)應(yīng)用溫度從液氦（4.2K）提高到液氮（77K）溫區(qū)。同液氦相比，液氮是一種非

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應(yīng)用化學(xué) 常經(jīng)濟(jì)的冷媒，并且具有較高的熱容量，給工程應(yīng)用帶來(lái)了極大的方便。另外，高溫超導(dǎo)體都具有相當(dāng)高的上臨界場(chǎng)[H c2(4K)>50T]，能夠用來(lái)產(chǎn)生20T以上的強(qiáng)磁場(chǎng)，這正好克服了常規(guī)低溫超導(dǎo)材料的不足之處。正因?yàn)檫@些由本征特性Tc、Hc2所帶來(lái)的在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的巨大潛在能力，吸引了大量的科學(xué)工作者采用最先進(jìn)的技術(shù)裝備，對(duì)高Tc超導(dǎo)機(jī)制、材料的物理特性、化學(xué)性質(zhì)、合成工藝及顯微組織進(jìn)行了廣泛和深入的研究。高溫氧化物超導(dǎo)體是非常復(fù)雜的多元體系，在研究過(guò)程中遇到了涉及多種領(lǐng)域的重要問(wèn)題，這些領(lǐng)域包括凝聚態(tài)物理、晶體化學(xué)、工藝技術(shù)及微結(jié)構(gòu)分析等。一些材料科學(xué)研究領(lǐng)域最新的技術(shù)和手段，如非晶技術(shù)、納米粉技術(shù)、磁光技術(shù)、隧道顯微技術(shù)及場(chǎng)離子顯微技術(shù)等都被用來(lái)研究高溫超導(dǎo)體，其中許多研究工作都涉及了材料科學(xué)的前沿問(wèn)題。高溫超導(dǎo)材料的研究工作已在單晶、薄膜、體材料、線材和應(yīng)用等方面取得了重要進(jìn)展。

生物醫(yī)用材料 作為高技術(shù)重要組成部分的生物醫(yī)用材料已進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的新階段，其市場(chǎng)銷售額正以每年16%的速度遞增，預(yù)計(jì)20年內(nèi)，生物醫(yī)用材料所占的份額將趕上藥物市場(chǎng)，成為一個(gè)支柱產(chǎn)業(yè)。生物活性陶瓷已成為醫(yī)用生物陶瓷的主要方向；生物降解高分子材料是醫(yī)用高分子材料的重要方向；醫(yī)用復(fù)合生物材料的研究重點(diǎn)是強(qiáng)韌化生物復(fù)合材料和功能性生物復(fù)合材料，帶有治療功能的HA生物復(fù)合材料的研究也十分活躍。

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應(yīng)用化學(xué) 能源材料 太陽(yáng)能電池材料是新能源材料研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，IBM公司研制的多層復(fù)合太陽(yáng)能電池，轉(zhuǎn)換率高達(dá)40%。美國(guó)能源部在全部氫能研究經(jīng)費(fèi)中，大約有50%用于儲(chǔ)氫技術(shù)。固體氧化物燃料電池的研究十分活躍，關(guān)鍵是電池材料，如固體電解質(zhì)薄膜和電池陰極材料，還有質(zhì)子交換膜型燃料電池用的有機(jī)質(zhì)子交換膜等，都是目前研究的熱點(diǎn)。

生態(tài)環(huán)境材料 生態(tài)環(huán)境材料是20世紀(jì)90年代在國(guó)際高技術(shù)新材料研究中形成的一個(gè)新領(lǐng)域，其研究開(kāi)發(fā)在日、美、德等發(fā)達(dá)國(guó)家十分活躍，主要研究方向是：①直接面臨的與環(huán)境問(wèn)題相關(guān)的材料技術(shù)，例如，生物可降解材料技術(shù)，CO 2 氣體的固化技術(shù)，SOx、NOx催化轉(zhuǎn)化技術(shù)、廢物的再資源化技術(shù)，環(huán)境污染修復(fù)技術(shù)，材料制備加工中的潔凈技術(shù)以及節(jié)省資源、節(jié)省能源的技術(shù)；②開(kāi)發(fā)能使經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境協(xié)調(diào)性材料，如仿生材料、環(huán)境保護(hù)材料、氟里昂、石棉等有害物質(zhì)的替代材料、綠色新材料等；③材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)。

智能材料 智能材料是繼天然材料、合成高分子材料、人工設(shè)計(jì)材料之后的第四代材料，是現(xiàn)代高技術(shù)新材料發(fā)展的重要方向之一，將支撐未來(lái)高技術(shù)的發(fā)展，使傳統(tǒng)意義下的功能材料和結(jié)構(gòu)材料之間的界線逐漸消失，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能化、功能多樣化。科學(xué)家預(yù)言，智能材料的研制和大規(guī)模應(yīng)用將導(dǎo)致材料科學(xué)發(fā)展的重大革命。國(guó)外在智能材料的研發(fā)方面取得很多技術(shù)突破，如英國(guó)宇航公司在導(dǎo)線傳感

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應(yīng)用化學(xué) 器，用于測(cè)試飛機(jī)蒙皮上的應(yīng)變與溫度情況；英國(guó)開(kāi)發(fā)出一種快速反應(yīng)形狀記憶合金，壽命期具有百萬(wàn)次循環(huán)，且輸出功率高，以它作制動(dòng)器時(shí)、反應(yīng)時(shí)間，僅為10分鐘；在壓電材料、磁致伸縮材料、導(dǎo)電高分子材料、電流變液和磁流變液等智能材料驅(qū)動(dòng)組件材料在航空上的應(yīng)用取得大量創(chuàng)新成果。

我國(guó)非常重視新型功能材料的發(fā)展，在國(guó)家攻關(guān)、“ 863”、“973”、國(guó)家自然科學(xué)基金等計(jì)劃中，新型功能材料都占有很大比例。在“九五”“十五”國(guó)防計(jì)劃中還將特種功能材料列為“國(guó)防尖端”材料。這些科技行動(dòng)的實(shí)施，使我國(guó)在功能材料領(lǐng)域取得了豐碩的成果。在“863”計(jì)劃支持下，開(kāi)辟了超導(dǎo)材料、平板顯示材料、稀土功能材料、生物醫(yī)用材料、儲(chǔ)氫等新能源材料，金剛石薄膜，高性能固體推進(jìn)劑材料，紅外隱身材料，材料設(shè)計(jì)與性能預(yù)測(cè)等功能材料新領(lǐng)域，取得了一批接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的研究成果，在國(guó)際上占有了一席之地。鎳氫電池、鋰離子電池的主要性能指標(biāo)和生產(chǎn)工藝技術(shù)均達(dá)到了國(guó)外的先進(jìn)水平，推動(dòng)了鎳氫電池的產(chǎn)業(yè)化；功能陶瓷材料的研究開(kāi)發(fā)取得了顯著進(jìn)展，以片式電子組件為目標(biāo)，我國(guó)在高性能瓷料的研究上取得了突破，并在低燒瓷料和賤金屬電極上形成了自己的特色并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，使片式電容材料及其組件進(jìn)入了世界先進(jìn)行列； 高檔釹鐵硼產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化取得顯著進(jìn)展，在某些成分配方和相關(guān)技術(shù)上取得了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)； 新型功能材料還在“兩彈一星”、“四大裝備四顆星”等國(guó)防工程中作出了舉足輕重的貢獻(xiàn)。

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應(yīng)用化學(xué) 目前世界各國(guó)新型功能材料的研究極為活躍，充滿了機(jī)遇和挑戰(zhàn)，新技術(shù)、新專利層出不窮。發(fā)達(dá)國(guó)家企圖通過(guò)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的形式在特種功能材料領(lǐng)域形成技術(shù)壟斷，并試圖占領(lǐng)中國(guó)廣闊的市場(chǎng)，這種態(tài)勢(shì)已引起我國(guó)的高度重視。近年來(lái)，我國(guó)在新型稀土永磁、生物醫(yī)用、生態(tài)環(huán)境材料、催化材料與技術(shù)等領(lǐng)域加強(qiáng)了專利保護(hù)。但是，我們應(yīng)該看到，我國(guó)目前新型功能材料的創(chuàng)新性研究不夠，申報(bào)的專利數(shù)，尤其是具有原創(chuàng)性的國(guó)際專利數(shù)與我國(guó)的地位遠(yuǎn)不相稱。我國(guó)新型功能材料在系統(tǒng)集成方面也存在不足，有待改進(jìn)和發(fā)展。

根據(jù)預(yù)測(cè)，2001年新材料技術(shù)產(chǎn)業(yè)在世界市場(chǎng)的銷售額將超過(guò)4000億美元,，其中功能材料約占75～80%。某些特種功能材料就其單項(xiàng)而言，其市場(chǎng)也是巨大的。1995年信息功能陶瓷材料及其制品的世界市場(chǎng)銷售額已達(dá)210億美元，預(yù)期到2010年將達(dá)到800億美元；2000年超導(dǎo)材料銷售額已達(dá)80億美元,預(yù)測(cè)2010年的年銷售額預(yù)計(jì)將達(dá)到600億美元，其中高溫超導(dǎo)電力設(shè)備的全球銷售額可達(dá)50-60億美元,到2020年，全球與超導(dǎo)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值（按1995年的價(jià)格估算）可能達(dá)到1500億到2000億美元，其中高溫超導(dǎo)占60％；2010年全球釹鐵硼永磁材料的市場(chǎng)需求量將達(dá)14.6萬(wàn)噸,產(chǎn)值達(dá)80億美元，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值700億美元；生物醫(yī)用材料是一個(gè)正在迅速發(fā)展的高技術(shù)領(lǐng)域，目前全球生物醫(yī)用材料及制品的產(chǎn)值超過(guò)700億美元，美國(guó)約為400億美元，與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)相當(dāng)，是美國(guó)經(jīng)濟(jì)中最活躍、出口量最大的6個(gè)產(chǎn)業(yè)之一，近年來(lái)一直保持每年20%以上的速率持續(xù)

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應(yīng)用化學(xué) 增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)前十年左右,生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)將達(dá)到藥物市場(chǎng)的份額；隨著可持續(xù)發(fā)展政策被各國(guó)政府的廣泛采納，生態(tài)環(huán)境材料的市場(chǎng)需求也將迅速增加，估計(jì)2010年的社會(huì)需求將高于500億美元?？梢?jiàn)，在全球經(jīng)濟(jì)中，新型功能材料無(wú)論是需求的規(guī)模，還是需求的增長(zhǎng)速度，都是相當(dāng)驚人的。

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，對(duì)發(fā)展新型能源及能源材料具有迫切的需求。能源材料是發(fā)展能源技術(shù)、提高能源生產(chǎn)和利用效率的關(guān)鍵因素，我國(guó)目前是世界上能源消費(fèi)增長(zhǎng)最快的國(guó)家，同時(shí)也是能源緊缺的國(guó)家。發(fā)展電動(dòng)汽車、使用清潔能源、節(jié)約石油資源等政策措施使得新型能源轉(zhuǎn)換及儲(chǔ)能材料的需求不斷增加。近年來(lái)，隨著電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，我國(guó)便攜式電器如手提電話、筆記本計(jì)算機(jī)用戶每年均以超過(guò) 20%的速度增加，形成了一個(gè)對(duì)小型高能量密度電池的巨大社會(huì)需求。

隨著移動(dòng)通信等新一代電子信息技術(shù)的迅速崛起，作為一大批基礎(chǔ)電子元器件技術(shù)核心的信息功能陶瓷日益成為我國(guó)發(fā)展相關(guān)高技術(shù)的需求重點(diǎn)。按照 5%的世界市場(chǎng)占有率計(jì)，2010 年我國(guó)信息功能陶瓷材料及制品的年銷售額將達(dá) 300億元人民幣，對(duì)信息通訊產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有舉足輕重的作用。

我國(guó)是一個(gè)稀土大國(guó)，其工業(yè)儲(chǔ)量占世界總儲(chǔ)量的 70%以上，發(fā)展稀土功能材料我國(guó)有著獨(dú)特的資源優(yōu)勢(shì)。例如，稀土永磁材料全世界的年平均增長(zhǎng)率為23%,而我國(guó)高達(dá)60%，1995年全球的釹鐵硼永磁材料的生產(chǎn)總量為6000噸，其中我國(guó)為2000噸，占

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應(yīng)用化學(xué) 總量的1/3，預(yù)測(cè)2010年全球釹鐵硼永磁材料的產(chǎn)量將達(dá)14.6萬(wàn)噸，產(chǎn)值達(dá)80億美元,其中我國(guó)的產(chǎn)量將達(dá)5.4萬(wàn)噸，產(chǎn)值達(dá)20多億美元，相關(guān)器件產(chǎn)值達(dá)100～150億美元。稀土在發(fā)光、催化等領(lǐng)域的應(yīng)用也具有廣闊的市場(chǎng)需求。

我國(guó)西部還擁有一些儲(chǔ)量豐富的資源，如稀土、鎢、鈦、鉬、鉭、鈮、釩、鋰等，有的工業(yè)儲(chǔ)量甚至占世界總儲(chǔ)量的一半以上，這些資源均是特種功能材料的重要原材料。研究開(kāi)發(fā)與上述元素相關(guān)的特種功能材料，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，取得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，將大幅度地提高我國(guó)相關(guān)特種功能材料及制品的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，這對(duì)實(shí)現(xiàn)西部資源的高附加值利用，將西部的資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)具有重要意義，將有力地支持國(guó)家的西部大開(kāi)發(fā)。

隨著我國(guó)人民生活質(zhì)量的進(jìn)一步改善和提高 ,我國(guó)潛在的生物醫(yī)用材料市場(chǎng)將很快轉(zhuǎn)化為充滿勃勃生機(jī)的現(xiàn)實(shí)市場(chǎng),從而創(chuàng)造出巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的一個(gè)支柱產(chǎn)業(yè)。

我國(guó)已確定“在發(fā)展中解決保護(hù)，在保護(hù)環(huán)境的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展”的原則，簽署了有關(guān)國(guó)際公約，并通過(guò)了國(guó)家有關(guān)環(huán)境保護(hù)的法律、法規(guī)，這些都為生態(tài)環(huán)境材料需求發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。發(fā)展生態(tài)環(huán)境材料，除了在社會(huì)和經(jīng)濟(jì)方面具有巨大的需求之外，在政治上還對(duì)我國(guó)加入 WTO，融入國(guó)際社會(huì)，提升國(guó)際地位具有重要作用。此外，生態(tài)環(huán)境材料還對(duì)我國(guó)的“科技、人文、綠色”奧運(yùn)工程起著特殊的作用。

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應(yīng)用化學(xué) 總之，在未來(lái)的五到十年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及國(guó)家安全對(duì)功能材料有著巨大的需求，功能材料是關(guān)系到我國(guó)能否順利實(shí)現(xiàn)第三步戰(zhàn)略目標(biāo)的關(guān)鍵新材料。

新型功能材料對(duì)高新技術(shù)的發(fā)展起著重要的推動(dòng)和支撐作用，在全球新材料研究領(lǐng)域中，新型功能材料約占 85 %。隨著信息社會(huì)的到來(lái)，新型功能材料對(duì)高新技術(shù)的發(fā)展起著重要的推動(dòng)和支撐作用，是二十一世紀(jì)信息、生物、能源、環(huán)保、空間等高技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵材料，成為世界各國(guó)新材料領(lǐng)域研究發(fā)展的重點(diǎn)，也是世界各國(guó)高技術(shù)發(fā)展中戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。發(fā)展新型功能材料技術(shù)也正在成為一些發(fā)達(dá)國(guó)家強(qiáng)化其經(jīng)濟(jì)及軍事優(yōu)勢(shì)的重要手段。

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應(yīng)用化學(xué)

第二篇：新型功能材料

先進(jìn)功能陶瓷材料

摘要:本文概述了先進(jìn)功能陶瓷材料的基本分類和優(yōu)良性能,并對(duì)研究現(xiàn)狀做了陳述和對(duì)未來(lái)先進(jìn)功能陶瓷材料的發(fā)展做了展望.關(guān)鍵詞: 先進(jìn)功能陶瓷材料；分類；優(yōu)良性能；發(fā)展概況；展望

Advanced ceramic materials

Abstract: This paper provides an overview of advanced ceramic materials the basic classification and excellent performance, and the research situation on the statement and the future of advanced ceramic materials is prospected.Key words: advanced ceramic materials;classification;excellent performance;development situation;Prospect

1.功能陶瓷材料的簡(jiǎn)要介紹

功能陶瓷材料對(duì)電、磁、光、熱、化學(xué)、生物等現(xiàn)象或物理量有很強(qiáng)反應(yīng)，或能使上述某些現(xiàn)象或量值發(fā)生相互轉(zhuǎn)化的一種陶瓷材料。功能陶瓷是一類頗具靈性的材料，它們或能感知光線，或能區(qū)分氣味，或能儲(chǔ)存信息……因此，說(shuō)它們多才多能一點(diǎn)都不過(guò)分【1-3】．它們?cè)陔?、磁、聲、光、熱等方面具備的許多優(yōu)異性能令其他材料難以企及，有的功能陶瓷材料還是一材多能呢！而這些性質(zhì)的實(shí)現(xiàn)往往取決于其內(nèi)部的電子狀態(tài)或原子核結(jié)構(gòu)，又稱電子陶瓷。已在能源開(kāi)發(fā)、電子技術(shù)、傳感技術(shù)、激光技術(shù)、光電子技術(shù)、紅外技術(shù)、生物技術(shù)、環(huán)境科學(xué)等方面有廣泛應(yīng)用。

超導(dǎo)陶瓷材料就是功能陶瓷的杰出代表。1987年美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)釔鋇銅氧陶瓷在98K時(shí)具有超導(dǎo)性能，為超導(dǎo)材料的實(shí)用化開(kāi)辟了道路，成為人類超導(dǎo)研究歷程的重要里程碑【2】。壓電陶瓷在力的作用下表面就會(huì)帶電，反之若給它通電它就會(huì)發(fā)生機(jī)械變形。電容器陶瓷能儲(chǔ)存大量的電能，目前全世界每年生產(chǎn)的陶瓷電容器達(dá)百億支，在計(jì)算機(jī)中完成記憶功能。而敏感陶瓷的電性能隨濕、熱、光、力等外界條件的變化而產(chǎn)生敏感效應(yīng)：熱敏陶瓷可感知微小的濕度變化，用于測(cè)溫、控溫；而氣敏陶瓷制成的氣敏元件能對(duì)易燃、易爆、有毒、有害氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制、報(bào)警和空氣調(diào)節(jié)；而用光敏陶瓷制成的電阻器可用作光電控制，進(jìn)行自動(dòng)送料、自動(dòng)曝光、和自動(dòng)記數(shù)。磁性陶瓷是部分重要的信息記錄材料。還有半導(dǎo)體陶瓷、絕緣陶瓷、介電陶瓷、發(fā)光陶瓷、感光陶瓷、吸波陶瓷、激光用陶瓷、核燃料陶瓷、推進(jìn)劑陶瓷、太陽(yáng)能光轉(zhuǎn)換陶瓷、貯能陶瓷、陶瓷固體電池、阻尼陶瓷、生物技術(shù)陶瓷、催化陶瓷、特種功能薄膜等，在自動(dòng)控制、儀器儀表、電子、通訊、能源、交通、冶金、化工、精密機(jī)械、航空航天、國(guó)防等部門均發(fā)揮著重要作用【3】。

2.先進(jìn)功能陶瓷材料的發(fā)展

先進(jìn)功能陶瓷是包括具有電，礠，光，聲，熱，力學(xué)等不同性能極其交叉偶合效應(yīng)的壓電，磁電，熱電，光電等能量互換的功能材料，主要分類有電子陶瓷，磁性陶瓷，敏感陶瓷，光電陶瓷，生物陶瓷，快離子導(dǎo)體和高溫超導(dǎo)陶瓷材料等【4】。目前，殘葉規(guī)模最大的功能陶瓷是新型元期間用的信息功能陶瓷或電子陶瓷，約占60%-80%的份額，主要包括：電介質(zhì)陶瓷（電絕緣陶瓷和電容器陶瓷），鐵電陶瓷，壓電陶瓷，微博陶瓷，半導(dǎo)體敏感陶瓷和磁性陶瓷等。

3.先進(jìn)功能陶瓷材料的基本分類

3.1壓電陶瓷

主要是以鋯鈦酸鉛為主，應(yīng)用于超聲換能器，壓電諧振器，濾波器，微位移器和壓電驅(qū)動(dòng)器等【4-5】。近年來(lái)，作為環(huán)境友好性材料，無(wú)鉛壓電陶瓷的研發(fā)和應(yīng)用的到普遍重視。3.2電容器陶瓷

陶瓷電容器是電子技術(shù)中使用量醉倒的電容器，其成分主要有金紅石，鈦酸鋇等。其結(jié)構(gòu)有圓片式高壓陶瓷，晶界層電容器和多層陶瓷電容器【5】。3.3 裝置陶瓷

主要包括用于電子技術(shù)，微電子技術(shù)和光電子技術(shù)中，起絕緣作用的高壓電瓷，陶瓷理念，基片及多層陶瓷封裝材料等，有滑石瓷，莫來(lái)石，剛玉磁等【6】。隨著高溫和低溫供熱陶瓷技術(shù)的快速發(fā)展，陶瓷和玻璃陶瓷基板材料的需求昨年增加。3.4微波介質(zhì)陶瓷

主要為鈦酸鹽，鋅酸鹽基的陶瓷和玻璃陶瓷。是一種高頻，低能耗，溫度穩(wěn)定型電介質(zhì)材料，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于濾波器，移相器，微波電容等現(xiàn)代微波通訊的關(guān)鍵材料。

3.5 半導(dǎo)體陶瓷

主要組成有鈦酸鋇，鈦酸鎂等，主要用于熱敏，電敏，光敏，氣敏等敏感元件和傳感器中【7】。

3.6 磁性陶瓷

是制造各種磁性與電感器件的基礎(chǔ)材料，包括軟磁鐵氧體，永磁材料以及納米微晶軟磁合金等，其中主要是錳鋅鐵氧體，鎳鋅鐵氧體等。3.7 壓電晶體

應(yīng)用于以聲表面波器件為主的各類高頻器件，主要有石英晶體，四硼酸鋰和新型雅典單晶等【8】。另外，馳豫型貼點(diǎn)壓電單晶陶瓷等，已經(jīng)在醫(yī)用超聲成像方面取得突破性進(jìn)展和應(yīng)用。3.8功能陶瓷薄膜

隨著集成鐵電學(xué)的深入研究，鐵電陶瓷薄膜與微電子工藝的兼容，利用其貼典型，美國(guó)已成功研制了非揮發(fā)性鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器，并且已批量生產(chǎn)。微小型話和集成化的不斷發(fā)展，才來(lái)與器件的融合，分立和集成器件的界限越來(lái)越模糊，這使得傳統(tǒng)的材料分類變得困難【8-10】。

3.9其他功能陶瓷

除了上述得到廣泛應(yīng)用的功能陶瓷外，還有很多很有發(fā)展?jié)撃芎蛻?yīng)用前景的陶瓷材料，例如遠(yuǎn)紅外陶瓷，壓電復(fù)合材料，磁電復(fù)合材料，透明導(dǎo)電材料，快粒子導(dǎo)體陶瓷，生物醫(yī)用陶瓷，高溫超導(dǎo)陶瓷以及核反應(yīng)堆陶瓷等【9】。

4.先進(jìn)功能陶瓷材料的應(yīng)用領(lǐng)域

高性能先進(jìn)功能陶瓷材料具有電、光、磁、半導(dǎo)、化學(xué)等多方面的功能特性，從而在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域中占有重要地位，并有廣闊的開(kāi)拓前景。

（1）電學(xué)、電子功能材料 該領(lǐng)域中有各種類型的材料，例如：絕緣材料、壓電材料、半導(dǎo)體材料、離子傳導(dǎo)材料等，現(xiàn)將典型的材料列舉如下：氧化鋁、鈦酸鋇、鈦鋯酸鉛、氧化鋅系陶瓷等。

（2）磁學(xué)功能材料 鐵氧體就是在這種功能的材料，鐵氧體有軟質(zhì)和硬質(zhì)之分。在軟質(zhì)鐵氧體中，有尖晶石型和石榴石型；在硬質(zhì)鐵氧體中，有磁鉛酸鹽型【11】。

（3）光學(xué)功能材料 透光陶瓷有氧化鋁、氧化鎂、氧化釔；透光壓電陶瓷（光電陶瓷）已知有PLZT【12】。

（4）化學(xué)功能材料 這一領(lǐng)域的材料中，作為敏感元件的有：氣敏元件、濕敏元件和催化劑；作為氧化物有的：氧化錫、氧化鋅、復(fù)合氧化物等，應(yīng)用很廣。（5）熱功能材料 作為紅外線輻射材料的有氧化鋯、氧化鈦?？捎米鳠嵩?。（6）生物體功能材料 應(yīng)用在人工牙齒、人工骨、人工關(guān)節(jié)等等。以下是幾種常用的先進(jìn)功能陶瓷的大概分類和應(yīng)用領(lǐng)域：

（一）電性陶瓷——可分別歸納為幾大類

1．介質(zhì)材料。許多陶瓷材料具有高的介電常數(shù)，稱為介質(zhì)材料。按其結(jié)構(gòu)與性能，可分為以下幾類。

（1）絕緣陶瓷。其典型代表有al2o3、aln及beo等。al2o3陶瓷已廣泛用作半導(dǎo)體集成電路的基片與高性能的封裝材料。aln具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)，有利于在日益增長(zhǎng)集成度條件下熱量的散失，是繼al2o3之后，下一代的基片材料。beo同樣具有高的導(dǎo)熱系數(shù)，但由于鈹?shù)亩拘?，而且價(jià)格昂貴，限制了它的應(yīng)用。

（2）鐵電陶瓷。這是一大類功能陶瓷，具有鐵電性，以ba-tio3、srtio3等為代表，有寬廣的應(yīng)用性，其中電容性陶瓷的產(chǎn)量及銷售額占有最大的比重。

（3）壓電陶瓷。鐵電陶瓷經(jīng)過(guò)極化處理，在大多數(shù)情況下可使其電疇轉(zhuǎn)向、排列，從而具有壓電性，以鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等為其主要代表。用它們制成的器件，在水聲、電聲、超聲、濾波、引燃、引爆等方面，有甚為廣泛的應(yīng)用【13】。最近，微位移器的發(fā)展，壓電陶瓷及電致伸縮陶瓷發(fā)揮了很大作用。著名的huber望遠(yuǎn)鏡在外層空間的位置的微小而精確的調(diào)整，就是用這種微位移器實(shí)現(xiàn)的。2．半導(dǎo)陶瓷——不少類無(wú)機(jī)物質(zhì)具有半導(dǎo)性，被利用為在不同環(huán)境下的敏感材料，發(fā)展成為傳感器。

（1）濕敏材料、器件。

（2）溫度敏感材料與器件——典型的有被廣泛使用的ptc、ntc器件。

（3）氣氛敏感材料與器件。

（4）變阻器（varister）——sic、zno等。吸收高電壓、脈沖電流，作為避雷器等。

3．離子導(dǎo)體。其中以摻雜cao或y2o3的四方穩(wěn)定zro2作為氧離子導(dǎo)體，以及β”al2o3和nasicon作為鈉離子導(dǎo)體最有代表性。前者作為在各種環(huán)境下，包括高溫窯爐、煙道氣、汽車尾氣和鋼水中測(cè)定氧的濃度等，已發(fā)展成相應(yīng)的器件，獲得廣泛的應(yīng)用。在近年來(lái)發(fā)展中的氧化物燃料電池（sofc），氧離子導(dǎo)體是整個(gè)系統(tǒng)中構(gòu)成傳導(dǎo)氧離子的電介質(zhì)部件，起到核心的作用。而鈉離子導(dǎo)體材料則是多年來(lái)引起材料界與電化學(xué)界重視的鈉-硫電池的關(guān)鍵材料。

（二）磁性陶瓷

1．軟磁材料。以鐵氧體為代表的軟磁材料，人們經(jīng)過(guò)多年的工作，開(kāi)發(fā)了幾代材料，為磁記錄介質(zhì)的應(yīng)用與發(fā)展做出貢獻(xiàn)。它的優(yōu)點(diǎn)之一，是更適于在高頻下使用。

2．硬磁材料。另外一大類鐵氧體陶瓷構(gòu)成鐵磁體材料，也適用于高頻，同樣獲得廣泛的應(yīng)用。

（三）光性陶瓷

陶瓷材料做到透明，從而可利用其光性，是陶瓷材料制備科學(xué)的一大進(jìn)步。其關(guān)鍵是要在燒結(jié)致密化過(guò)程中，排除其中幾乎所有的閉口氣孔。否則，由于存在著許多與可見(jiàn)光波長(zhǎng)相似的氣孔，射入光因強(qiáng)烈的散射作用，不能透過(guò)，使陶瓷材料失透。

1．透明氧化鋁。一般al2o3陶瓷是不透明的，利用其耐高溫、高硬度、耐磨損，高強(qiáng)度以及電絕緣等特性。但當(dāng)人們掌握了在制備al2o3陶瓷時(shí)，排除其中的全部氣孔，即成為透明氧化鋁?，F(xiàn)在的水平，已可制出透過(guò)95％可見(jiàn)光的管子，用做高壓鈉蒸氣燈。在燈管內(nèi)，溫度可達(dá)1400℃，同時(shí)鈉蒸氣有強(qiáng)烈的腐蝕作用，透明氧化鋁成為理想的燈管材料，現(xiàn)已是一巨大的產(chǎn)業(yè)。

2．透明mgo、zns等。是紅外及特殊的窗口材料。在工業(yè)、高溫實(shí)驗(yàn)室及國(guó)防上均有重要應(yīng)用【13】。

3．透明摻鑭的鋯鈦酸鉛（plzt）陶瓷，是一種有廣泛應(yīng)用價(jià)值的功能陶瓷。由于可制備得到透明的材料，在光閥、光調(diào)制、光存儲(chǔ)、顯示等領(lǐng)域獲得應(yīng)用，成為光信息處理技術(shù)中的重要材料和器件。

（四）化學(xué)陶瓷即利用其化學(xué)及電化學(xué)性能的一類材料。

1．氣敏材料與器件，如zno、fe2o3、sno2等。已用于氣氛檢測(cè)器、漏氣報(bào)警及自動(dòng)換氣風(fēng)扇等。

2．催化劑載體及催化劑——沸石、氧化鋁、尖晶石以及相應(yīng)的納米材料是很好或已獲得廣泛應(yīng)用的催化劑載體，有些經(jīng)過(guò)修飾就具有很好的催化劑功能。

3．電極材料。用于諸多的電解工業(yè)，主要是碳化物、硼化物等。

（五）熱性陶瓷

主要利用陶瓷，特別是涂層材料在適當(dāng)?shù)母邷叵戮哂懈咝实募t外輻射特性。例如以 zro2及 tio2為基的涂層，在食品、化工、醫(yī)藥等許多行業(yè)中獲得應(yīng)用。

5.先進(jìn)功能陶瓷材料的發(fā)展現(xiàn)狀

先進(jìn)功能陶瓷材料已經(jīng)發(fā)展成為多晶體，單晶，薄膜，多層膜，復(fù)合材料等多種材料形態(tài)的大家族，功能效應(yīng)的多樣性，成分和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和應(yīng)用的廣泛性，使得先進(jìn)功能陶瓷材料科學(xué)發(fā)展成為一門新興的的交叉學(xué)科，設(shè)計(jì)固體物理，晶體化學(xué)，固體力學(xué)，電子器件與信息工程科學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域【14】，具有豐富的科學(xué)內(nèi)涵，目前，先進(jìn)功能陶瓷已經(jīng)成為新一代電子元器件殘葉的關(guān)鍵材料，是促進(jìn)信息技術(shù)重大創(chuàng)新的源泉和先導(dǎo)，是技術(shù)創(chuàng)新和高科技發(fā)展十分活躍的研究領(lǐng)域，其地位僅次于集成電路，是當(dāng)今世界競(jìng)爭(zhēng)最激烈，發(fā)展最迅速的基礎(chǔ)性和戰(zhàn)略性的產(chǎn)業(yè)。同時(shí)也是衡量一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志之一。先進(jìn)功能陶瓷以每年15%的高速度增長(zhǎng)，大約五年年產(chǎn)量增加一倍，信息功能陶瓷材料及其制品的用量逐年增加，因此先進(jìn)功能陶瓷材料對(duì)電子信息產(chǎn)業(yè)及集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著非常重要的作用【15】。

6.先進(jìn)功能陶瓷材料的發(fā)展前景和展望

功能陶瓷的不斷開(kāi)發(fā)．對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起了巨大促進(jìn)作用．功能陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域也隨之更為廣泛．目前主要用于電、磁、光、聲、熱和化學(xué)等信息的檢羽、轉(zhuǎn)換、傳輸、處理和存儲(chǔ)等，并已在電子信息、集成電路、計(jì)算機(jī)、能源工程、超聲換能人工智能、生物工程等眾多近代科技領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)功能陶瓷組成結(jié)構(gòu)的易詞性和可控性，可以制備超高絕緣性、絕緣性、半導(dǎo) 性、導(dǎo)電性和超導(dǎo)電性陶瓷；根據(jù)能量轉(zhuǎn)換和耦合特性，可以制備壓電、光電、熱電、磁電和鐵電等陶瓷；根據(jù)其對(duì)外場(chǎng)條件的敏感效應(yīng)，可制備熱敏氣敏、濕敏、壓敏、磁敏和光敏等敏感陶瓷【16】。高溫超導(dǎo)氧化物陶瓷的發(fā)現(xiàn)，能陶瓷的研究形成了全球性的熱點(diǎn)，高溫超導(dǎo)陶瓷的研究開(kāi)發(fā)，為未來(lái)的技術(shù)革命帶來(lái)新的曙光。本世紀(jì)90年代開(kāi)始的納米功能陶瓷的研究，表明人們已開(kāi)始深入到介于宏觀與原子尺度的納米層次來(lái)研究功能陶瓷的性能與結(jié)構(gòu)，以期進(jìn)一步開(kāi)拓功能陶新的應(yīng)用領(lǐng)域無(wú)論從應(yīng)用的廣度。還是市場(chǎng)占有率來(lái)看，在當(dāng)前及以后相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)。功能陶瓷在現(xiàn)代陶瓷中仍將占據(jù)主導(dǎo)地位。因此，功能陶瓷今后在性能方面會(huì)向著高教能、高可靠性、低損耗、多功能、超高功能以及智能化方向發(fā)展【17】。在設(shè)備技術(shù)方面向著多層、多相乃至超微細(xì)結(jié)構(gòu)的調(diào)控與復(fù)合、低溫活化燒結(jié)、立體布線、超細(xì)超純、薄膜技術(shù)等方向發(fā)展，在材料及應(yīng)用的主要研究方向應(yīng)包括智能化敏感陶瓷及其傳感器；具有高轉(zhuǎn)換率、高可靠性、低損耗、大功率的壓電陶瓷及其換能器；超高速大容量超導(dǎo)計(jì)算機(jī)用光纖陶瓷材料；多層封裝立體布線用的高導(dǎo)熱低介電常數(shù)陶瓷基板材料；量大面廣、低燒、高比容、用定性的多層陶瓷電容器材料等?，F(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的快速提高，極大地促進(jìn)了陶瓷工業(yè)的發(fā)展 陶瓷產(chǎn)品的應(yīng)用也日益擴(kuò)大，因此我們可以相信現(xiàn)代陶瓷必將給我們的生活帶來(lái)巨大的變化，滲透到我們生活的各個(gè)方面。參考文獻(xiàn)： 【1】 張金升張銀燕編著.陶瓷材料顯微結(jié)構(gòu)與性能.北京:化學(xué)工業(yè)出版社2007 【2】 張玉龍, 馬建平編著.實(shí)用陶瓷材料手冊(cè).北京: 化學(xué)工業(yè)出版社2006 【3】 李榮久編編著.陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料.北京: 冶金工業(yè)出版社2006

【4】 潘金生, 仝健民, 田民波.材料科學(xué)基礎(chǔ)[ M].北京:清華大學(xué)出版社.1998.【5】 金宗哲等.復(fù)相陶瓷增強(qiáng)顆粒尺寸效應(yīng)[ J].硅酸鹽學(xué)報(bào), 1995, 23(6): 610.【6】 穆柏春.陶瓷材料的強(qiáng)韌化[M].北京: 冶金工業(yè)出版社.2002.【7】黃 勇.晶須補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料界面研究進(jìn)展[ J].硅酸鹽學(xué)報(bào), 1996, 24: 453.【8】 張俊善.材料強(qiáng)度學(xué)[M].哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2004.【9】 Evans A G.Perspective on the development of high-toughness ceramics [ J].J Am Ceram Soc, 2005, 75(3):187.【10】Upadhya K, Yang J M ,Hoffmann W P.Materials for ult ra2high temperature st ructural applications[J ].Am Ceram SocBull ,1997 ,76(12):51

【11】 Bronson A , Ma Y T , Mut so R.Compatibility of ref ractorymetal boride/ oxide composites at ult ra2high temperatures[J ].J Elect rochem Soc ,1992 ,139(11):3183 【12】 Fahrenholtz W G, Hilmas G E.Ref ractory diborides of zir2conium and hafnium[J ].J Am Ceram Soc ,2007 ,90 :1347

【13】 呂春燕, 顧華志,汪厚植.ZrB2 系陶瓷材料的研究進(jìn)展[J ].材料導(dǎo)報(bào),2003 ,17(9):246 【14】 Fahrenholtz W G.The ZrB2 volatility diagram[J ].J Am Ce2ram Soc ,2005 ,88 :3509

【15】程秀梅.含碳耐火材料中添加ZrB2 的性狀和效果[J ].國(guó)外耐火材料,1994 ,11 :52

【16】 Norasetthekul S.Use of zirconium diboride2copper as anelect rode in plasma applications [J ].J Mater Sci ,1999 ,34 :1261

第三篇：新型功能材料發(fā)展趨勢(shì)

新型功能材料發(fā)展趨勢(shì)

功能材料是一大類具有特殊電、磁、光、聲、熱、力、化學(xué)以及生物功能的新型材料，是信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)等高技術(shù)領(lǐng)域和國(guó)防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料，同時(shí)也對(duì)改造某些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，如農(nóng)業(yè)、化工、建材等起著重要作用。功能材料種類繁多，用途廣泛，正在形成一個(gè)規(guī)模宏大的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)群，有著十分廣闊的市場(chǎng)前景和極為重要的戰(zhàn)略意義。功能材料按使用性能分，可分為微電子材料、光電子材料、傳感器材料、信息材料、生物醫(yī)用材料、生態(tài)環(huán)境材料、能源材料和機(jī)敏（智能）材料。由于我們已把電子信息材料單獨(dú)作為一類新材料領(lǐng)域，所以這里所指的新型功能材料是除電子信息材料以外的主要功能材料。

功能材料是新材料領(lǐng)域的核心，對(duì)高新技術(shù)的發(fā)展起著重要的推動(dòng)和支撐作用，在全球新材料研究領(lǐng)域中，功能材料約占 85 %。隨著信息社會(huì)的到來(lái)，特種功能材料對(duì)高新技術(shù)的發(fā)展起著重要的推動(dòng)和支撐作用，是二十一世紀(jì)信息、生物、能源、環(huán)保、空間等高技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵材料，成為世界各國(guó)新材料領(lǐng)域研究發(fā)展的重點(diǎn)，也是世界各國(guó)高技術(shù)發(fā)展中戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。

鑒于功能材料的重要地位，世界各國(guó)均十分重視功能材料技術(shù)的研究。1989年美國(guó)200多位科學(xué)家撰寫(xiě)了《90年代的材料科學(xué)與材料工程》報(bào)告，建議政府支持的6類材料中有5類屬于功能材料。從1995年至2001年每?jī)赡旮乱淮蔚摹睹绹?guó)國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)》報(bào)告中，特種功能材料和制品技術(shù)占了很大的 比例。2001年日本文部省科學(xué)技術(shù)政策研究所發(fā)布的第七次技術(shù)預(yù)測(cè)研究報(bào)告中列出了影響未來(lái)的100項(xiàng)重要課題,一半以上的課題為新材料或依賴于新材料發(fā)展的課題,而其中絕大部分均為功能材料。歐盟的第六框架計(jì)劃和韓國(guó)的國(guó)家計(jì)劃等在他們的最新科技發(fā)展計(jì)劃中, 都把功能材料技術(shù)列為關(guān)鍵技術(shù)之一加以重點(diǎn)支持。各國(guó)都非常強(qiáng)調(diào)功能材料對(duì)發(fā)展本國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、保衛(wèi)國(guó)家安全、增進(jìn)人民健康和提高人民生活質(zhì)量等方面的突出作用。

1、新型功能材料國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前國(guó)際功能材料及其應(yīng)用技術(shù)正面臨新的突破，諸如超導(dǎo)材料、微電子材料、光子材料、信息材料、能源轉(zhuǎn)換及儲(chǔ)能材料、生態(tài)環(huán)境材料、生物醫(yī)用材料及材料的分子、原子設(shè)計(jì)等正處于日新月異的發(fā)展之中，發(fā)展功能材料技術(shù)正在成為一些發(fā)達(dá)國(guó)家強(qiáng)化其經(jīng)濟(jì)及軍事優(yōu)勢(shì)的重要手段。

超導(dǎo)材料 以NbTi、Nb3Sn為代表的實(shí)用超導(dǎo)材料已實(shí)現(xiàn)了商品化，在核磁共振人體成像（NMRI）、超導(dǎo)磁體及大型加速器磁體等多個(gè)領(lǐng)域獲得了應(yīng)用；SQUID作為超導(dǎo)體弱電應(yīng)用的典范已在微弱電磁信號(hào)測(cè)量方面起到了重要作用，其靈敏度是其它任何非超導(dǎo)的裝置無(wú)法達(dá)到的。但是，由于常規(guī)低溫超導(dǎo)體的臨界溫度太低，必須在昂貴復(fù)雜的液氦(4.2K)系統(tǒng)中使用，因而嚴(yán)重地限制了低溫超導(dǎo)應(yīng)用的發(fā)展。

高溫氧化物超導(dǎo)體的出現(xiàn)，突破了溫度壁壘，把超導(dǎo)應(yīng)用溫度從液氦（4.2K）提高到液氮（77K）溫區(qū)。同液氦相比，液氮是一種非常經(jīng)濟(jì)的冷媒，并且具有較高的熱容量，給工程應(yīng)用帶來(lái)了極大的方便。另外，高溫超導(dǎo)體都具有相當(dāng)高的上臨界場(chǎng)[H c2(4K)>50T]，能夠用來(lái)產(chǎn)生20T以上的強(qiáng)磁場(chǎng)，這正好克服了常規(guī)低溫超導(dǎo)材料的不足之處。正因?yàn)檫@些由本征特性Tc、Hc2所帶來(lái)的在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的巨大潛在能力，吸引了大量的科學(xué)工作者采用最先進(jìn)的技術(shù)裝備，對(duì)高Tc超導(dǎo)機(jī)制、材料的物理特性、化學(xué)性質(zhì)、合成工藝及顯微組織進(jìn)行了廣泛和深入的研究。高溫氧化物超導(dǎo)體是非常復(fù)雜的多元體系，在研究過(guò)程中遇到了涉及多種領(lǐng)域的重要問(wèn)題，這些領(lǐng)域包括凝聚態(tài)物理、晶體化學(xué)、工藝技術(shù)及微結(jié)構(gòu)分析等。一些材料科學(xué)研究領(lǐng)域最新的技術(shù)和手段，如非晶技術(shù)、納米粉技術(shù)、磁光技術(shù)、隧道顯微技術(shù)及場(chǎng)離子顯微技術(shù)等都被用來(lái)研究高溫超導(dǎo)體，其中許多研究工作都涉及了材料科學(xué)的前沿問(wèn)題。高溫超導(dǎo)材料的研究工作已在單晶、薄膜、體材料、線材和應(yīng)用等方面取得了重要進(jìn)展。

生物醫(yī)用材料 作為高技術(shù)重要組成部分的生物醫(yī)用材料已進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的新階段，其市場(chǎng)銷售額正以每年16%的速度遞增，預(yù)計(jì)20年內(nèi)，生物醫(yī)用材料所占的份額將趕上藥物市場(chǎng)，成為一個(gè)支柱產(chǎn)業(yè)。生物活性陶瓷已成為醫(yī)用生物陶瓷的主要方向；生物降解高分子材料是醫(yī)用高分子材料的重要方向；醫(yī)用復(fù)合生物材料的研究重點(diǎn)是強(qiáng)韌化生物復(fù)合材料和功能性生物復(fù)合材料，帶有治療功能的HA生物復(fù)合材料的研究也十分活躍。

能源材料 太陽(yáng)能電池材料是新能源材料研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，IBM公司研制的多層復(fù)合太陽(yáng)能電池，轉(zhuǎn)換率高達(dá)40%。美國(guó)能源部在全部氫能研究經(jīng)費(fèi)中，大約有50%用于儲(chǔ)氫技術(shù)。固體氧化物燃料電池的研究十分活躍，關(guān)鍵是電池材料，如固體電解質(zhì)薄膜和電池陰極材料，還有質(zhì)子交換膜型燃料電池用的有機(jī)質(zhì)子交換膜等，都是目前研究的熱點(diǎn)。

生態(tài)環(huán)境材料 生態(tài)環(huán)境材料是20世紀(jì)90年代在國(guó)際高技術(shù)新材料研究中形成的一個(gè)新領(lǐng)域，其研究開(kāi)發(fā)在日、美、德等發(fā)達(dá)國(guó)家十分活躍，主要研究方向是：①直接面臨的與環(huán)境問(wèn)題相關(guān)的材料技術(shù)，例如，生物可降解材料技術(shù)，CO 2 氣體的固化技術(shù)，SOx、NOx催化轉(zhuǎn)化技術(shù)、廢物的再資源化技術(shù)，環(huán)境污染修復(fù)技術(shù)，材料制備加工中的潔凈技術(shù)以及節(jié)省資源、節(jié)省能源的技術(shù)；②開(kāi)發(fā)能使經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境協(xié)調(diào)性材料，如仿生材料、環(huán)境保護(hù)材料、氟里昂、石棉等有害物質(zhì)的替代材料、綠色新材料等；③材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)。

智能材料 智能材料是繼天然材料、合成高分子材料、人工設(shè)計(jì)材料之后的第四代材料，是現(xiàn)代高技術(shù)新材料發(fā)展的重要方向之一，將支撐未來(lái)高技術(shù)的發(fā)展，使傳統(tǒng)意義下的功能材料和結(jié)構(gòu)材料之間的界線逐漸消失，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能化、功能多樣化。科學(xué)家預(yù)言，智能材料的研制和大規(guī)模應(yīng)用將導(dǎo)致材料科學(xué)發(fā)展的重大革命。國(guó)外在智能材料的研發(fā)方面取得很多技術(shù)突破，如英國(guó)宇航公司在導(dǎo)線傳感器，用于測(cè)試飛機(jī)蒙皮上的應(yīng)變與溫度情況；英國(guó)開(kāi)發(fā)出一種快速反應(yīng)形狀記憶合金，壽命期具有百萬(wàn)次循環(huán)，且輸出功率高，以它作制動(dòng)器時(shí)、反應(yīng)時(shí)間，僅為10分鐘；在壓電材料、磁致伸縮材料、導(dǎo)電高分子材料、電流變液和磁流變液等智能材料驅(qū)動(dòng)組件材料在航空上的應(yīng)用取得大量創(chuàng)新成果。

2、國(guó)內(nèi)功能材料發(fā)展的現(xiàn)狀和差距

我國(guó)非常重視功能材料的發(fā)展，在國(guó)家攻關(guān)、“ 863”、“973”、國(guó)家自然科學(xué)基金等計(jì)劃中，功能材料都占有很大比例。在“九五”“十五”國(guó)防計(jì)劃中還將特種功能材料列為“國(guó)防尖端”材料。這些科技行動(dòng)的實(shí)施，使我國(guó)在功能材料領(lǐng)域取得了豐碩的成果。在“863”計(jì)劃支持下，開(kāi)辟了超導(dǎo)材料、平板顯示材料、稀土功能材料、生物醫(yī)用材料、儲(chǔ)氫等新能源材料，金剛石薄膜，高性能固體推進(jìn)劑材料，紅外隱身材料，材料設(shè)計(jì)與性能預(yù)測(cè)等功能材料新領(lǐng)域，取得了一批接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的研究成果，在國(guó)際上占有了一席之地。鎳氫電池、鋰離子電池的主要性能指標(biāo)和生產(chǎn)工藝技術(shù)均達(dá)到了國(guó)外的先進(jìn)水平，推動(dòng)了鎳氫電池的產(chǎn)業(yè)化；功能陶瓷材料的研究開(kāi)發(fā)取得了顯著進(jìn)展，以片式電子組件為目標(biāo)，我國(guó)在高性能瓷料的研究上取得了突破，并在低燒瓷料和賤金屬電極上形成了自己的特色并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，使片式電容材料及其組件進(jìn)入了世界先進(jìn)行列； 高檔釹鐵硼產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化取得顯著進(jìn)展，在某些成分配方和相關(guān)技術(shù)上取得了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)； 功能材料還在“兩彈一星”、“四大裝備四顆星”等國(guó)防工程中作出了舉足輕重的貢獻(xiàn)。

目前世界各國(guó)功能材料的研究極為活躍，充滿了機(jī)遇和挑戰(zhàn)，新技術(shù)、新專利層出不窮。發(fā)達(dá)國(guó)家企圖通過(guò)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的形式在特種功能材料領(lǐng)域形成技術(shù)壟斷，并試圖占領(lǐng)中國(guó)廣闊的市場(chǎng)，這種態(tài)勢(shì)已引起我國(guó)的高度重視。近年來(lái)，我國(guó)在新型稀土永磁、生物醫(yī)用、生態(tài)環(huán)境材料、催化材料與技術(shù)等領(lǐng)域加強(qiáng)了專利保護(hù)。但是，我們應(yīng)該看到，我國(guó)目前功能材料的創(chuàng)新性研究不夠，申報(bào)的專利數(shù)，尤其是具有原創(chuàng)性的國(guó)際專利數(shù)與我國(guó)的地位遠(yuǎn)不相稱。我國(guó)功能材料在系統(tǒng)集成方面也存在不足，有待改進(jìn)和發(fā)展。

3、國(guó)內(nèi)外功能材料社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求分析

1)功能材料的國(guó)外需求分析

根據(jù)預(yù)測(cè)，2001年新材料技術(shù)產(chǎn)業(yè)在世界市場(chǎng)的銷售額將超過(guò)4000億美元,，其中功能材料約占75～80%。某些特種功能材料就其單項(xiàng)而言，其市場(chǎng)也是巨大的。1995年信息功能陶瓷材料及其制品的世界市場(chǎng)銷售額已達(dá)210億美元，預(yù)期到2010年將達(dá)到800億美元；2000年超導(dǎo)材料銷售額已達(dá)80億美元,預(yù)測(cè)2010年的年銷售額預(yù)計(jì)將達(dá)到600億美元，其中高溫超導(dǎo)電力設(shè)備的全球銷售額可達(dá)50-60億美元,到2020年，全球與超導(dǎo)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值（按1995年的價(jià)格估算）可能達(dá)到1500億到2000億美元，其中高溫超導(dǎo)占60％；2010年全球釹鐵硼永磁材料的市場(chǎng)需求量將達(dá)14.6萬(wàn)噸,產(chǎn)值達(dá)80億美元，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值700億美元；生物醫(yī)用材料是一個(gè)正在迅速發(fā)展的高技術(shù)領(lǐng)域，目前全球生物醫(yī)用材料及制品的產(chǎn)值超過(guò)700億美元，美國(guó)約為400億美元，與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)相當(dāng)，是美國(guó)經(jīng)濟(jì)中最活躍、出口量最大的6個(gè)產(chǎn)業(yè)之一，近年來(lái)一直保持每年20%以上的速率持續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)前十年左右,生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)將達(dá)到藥物市場(chǎng)的份額；隨著可持續(xù)發(fā)展政策被各國(guó)政府的廣泛采納，生態(tài)環(huán)境材料的市場(chǎng)需求也將迅速增加，估計(jì)2010年的社會(huì)需求將高于500億美元?？梢?jiàn)，在全球經(jīng)濟(jì)中，特種功能材料無(wú)論是需求的規(guī)模，還是需求的增長(zhǎng)速度，都是相當(dāng)驚人的。

2)功能材料的國(guó)內(nèi)需求分析

中國(guó)作為一個(gè) 12億人口的大國(guó)，正在實(shí)施宏偉的第三步發(fā)展戰(zhàn)略，這一根本國(guó)情加之特種功能材料在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的重要作用和地位，決定了我國(guó)對(duì)功能材料的需求將是巨大的。

功能材料不僅是發(fā)展我國(guó)信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)等高技術(shù)領(lǐng)域和國(guó)防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料，而且是改造與提升我國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ) ,直接關(guān)系到我國(guó)資源、環(huán)境及社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)一直受到以美國(guó)為首的西方國(guó)家的封鎖和禁運(yùn)，所以我國(guó)國(guó)防用關(guān)鍵特種功能材料是不可能依靠進(jìn)口來(lái)解決的，必須要走獨(dú)立自主、自力更生的道路。如軍事通信、航空、航天、導(dǎo)彈、熱核聚變、激光武器、激光雷達(dá)、新型戰(zhàn)斗機(jī)、主戰(zhàn)坦克以及軍用高能量密度組件等，都離不開(kāi)特種功能材料的支撐。

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，對(duì)發(fā)展新型能源及能源材料具有迫切的需求。能源材料是發(fā)展能源技術(shù)、提高能源生產(chǎn)和利用效率的關(guān)鍵因素，我國(guó)目前是世界上能源消費(fèi)增長(zhǎng)最快的國(guó)家，同時(shí)也是能源緊缺的國(guó)家。發(fā)展電動(dòng)汽車、使用清潔能源、節(jié)約石油資源等政策措施使得新型能源轉(zhuǎn)換及儲(chǔ)能材料的需求不斷增加。近年來(lái)，隨著電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，我國(guó)便攜式電器如手提電話、筆記本計(jì)算機(jī)用戶每年均以超過(guò) 20%的速度增加，形成了一個(gè)對(duì)小型高能量密度電池的巨大社會(huì)需求。

隨著移動(dòng)通信等新一代電子信息技術(shù)的迅速崛起，作為一大批基礎(chǔ)電子元器件技術(shù)核心的信息功能陶瓷日益成為我國(guó)發(fā)展相關(guān)高技術(shù)的需求重點(diǎn)。按照 5%的世界市場(chǎng)占有率計(jì)，2010 年我國(guó)信息功能陶瓷材料及制品的年銷售額將達(dá) 300億元人民幣，對(duì)信息通訊產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有舉足輕重的作用。

我國(guó)是一個(gè)稀土大國(guó)，其工業(yè)儲(chǔ)量占世界總儲(chǔ)量的 70%以上，發(fā)展稀土功能材料我國(guó)有著獨(dú)特的資源優(yōu)勢(shì)。例如，稀土永磁材料全世界的年平均增長(zhǎng)率為23%,而我國(guó)高達(dá)60%，1995年全球的釹鐵硼永磁材料的生產(chǎn)總量為6000噸，其中我國(guó)為2000噸，占總量的1/3，預(yù)測(cè)2010年全球釹鐵硼永磁材料的產(chǎn)量將達(dá)14.6萬(wàn)噸，產(chǎn)值達(dá)80億美元,其中我國(guó)的產(chǎn)量將達(dá)5.4萬(wàn)噸，產(chǎn)值達(dá)20多億美元，相關(guān)器件產(chǎn)值達(dá)100～150億美元。稀土在發(fā)光、催化等領(lǐng)域的應(yīng)用也具有廣闊的市場(chǎng)需求。

我國(guó)西部還擁有一些儲(chǔ)量豐富的資源，如稀土、鎢、鈦、鉬、鉭、鈮、釩、鋰等，有的工業(yè)儲(chǔ)量甚至占世界總儲(chǔ)量的一半以上，這些資源均是特種功能材料的重要原材料。研究開(kāi)發(fā)與上述元素相關(guān)的特種功能材料，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，取得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，將大幅度地提高我國(guó)相關(guān)特種功能材料及制品的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，這對(duì)實(shí)現(xiàn)西部資源的高附加值利用，將西部的資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)具有重要意義，將有力地支持國(guó)家的西部大開(kāi)發(fā)。

隨著我國(guó)人民生活質(zhì)量的進(jìn)一步改善和提高 ,我國(guó)潛在的生物醫(yī)用材料市場(chǎng)將很快轉(zhuǎn)化為充滿勃勃生機(jī)的現(xiàn)實(shí)市場(chǎng),從而創(chuàng)造出巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的一個(gè)支柱產(chǎn)業(yè)。

我國(guó)已確定“在發(fā)展中解決保護(hù)，在保護(hù)環(huán)境的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展”的原則，簽署了有關(guān)國(guó)際公約，并通過(guò)了國(guó)家有關(guān)環(huán)境保護(hù)的法律、法規(guī)，這些都為生態(tài)環(huán)境材料需求發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。發(fā)展生態(tài)環(huán)境材料，除了在社會(huì)和經(jīng)濟(jì)方面具有巨大的需求之外，在政治上還對(duì)我國(guó)加入 WTO，融入國(guó)際社會(huì)，提升國(guó)際地位具有重要作用。此外，生態(tài)環(huán)境材料還對(duì)我國(guó)的“科技、人文、綠色”奧運(yùn)工程起著特殊的作用。

總之，在未來(lái)的五到十年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及國(guó)家安全對(duì)功能材料有著巨大的需求，功能材料是關(guān)系到我國(guó)能否順利實(shí)現(xiàn)第三步戰(zhàn)略目標(biāo)的關(guān)鍵新材料。

4、發(fā)展重點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)選擇 1)發(fā)展重點(diǎn)

高溫超導(dǎo)材料制備與應(yīng)用技術(shù) 稀土功能材料

新型能量轉(zhuǎn)換材料與技術(shù)（能源材料）生物醫(yī)用材料

綠色奧運(yùn)工程材料與技術(shù)

分辨離膜材料與技術(shù)（海水、氯堿膜）印刷（制版、感光）、顯示（OLED）材料 高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù) 2)關(guān)鍵技術(shù)選擇

能源材料

①固體氧化物燃料電池：

固體氧化物燃料電池是一種新型綠色能源裝置，比質(zhì)子交換膜燃料電池有更高的轉(zhuǎn)換效率和節(jié)能效果，可減少二氧化碳排放 50%，不產(chǎn)生NOx，已成為發(fā)達(dá)國(guó)家重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)的新能源技術(shù)。但目前研究的固體氧化物燃料電池的工作溫度達(dá)800～900℃，其關(guān)鍵部件的材料制備總是成為制約固體氧化物燃料電池發(fā)展的瓶頸。應(yīng)突破的關(guān)鍵技術(shù)主要有：a）高性能電極材料及其制備技術(shù)；b）新型電解質(zhì)材料及電極支撐電解質(zhì)隔膜的制備技術(shù)；c）電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及其制備技術(shù)；d）電池的結(jié)構(gòu)、性能與表征的研究。②光電轉(zhuǎn)換效率大于 18%的硅基太陽(yáng)能電池商品化；

研制出光電轉(zhuǎn)換效率大于 18%的低成本、大面積、可商業(yè)化的硅基太陽(yáng)能電池及其組件。

③太陽(yáng)能的綜合利用(光電、熱電、熱交換)及其與風(fēng)力發(fā)電的耦合技術(shù)；建立總體利用效率達(dá)15%的追尾聚集光式太陽(yáng)能光電、熱電、熱交換系統(tǒng)并實(shí)用化，建立太陽(yáng)能綜合利用與風(fēng)力發(fā)電耦合的實(shí)用型分布式地面電站，并可并網(wǎng)供電。稀土材料

①稀土催化材料 ②稀土永磁材料

突破高性能(N50)、高均勻性、高工作溫度、低溫度系數(shù)的燒結(jié)稀土永磁材料和高性能(磁能積20MGOe）粘結(jié)稀土永磁材料的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)。③高亮度、長(zhǎng)壽命白光 LED節(jié)能照明系統(tǒng)

低成本、高亮度、長(zhǎng)壽命白光 LED節(jié)能照明系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化并進(jìn)入普通百姓家庭。生物醫(yī)用材料

①生物芯片； ②生物兼容性好、可降解或可誘導(dǎo)再生的人體軟、硬組織替換材料； ③具有分子識(shí)別和特異免疫功能的血液凈化材料和裝置。生態(tài)環(huán)境材料

①有機(jī)膜分離技術(shù)：海水（或鹽堿水）淡化效率達(dá) 50%的有機(jī)膜實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化。②固沙植被材料與技術(shù)；

③節(jié)能、環(huán)保的建筑材料及其關(guān)鍵工藝技術(shù)：

突破日產(chǎn) 2000噸的流態(tài)化水泥燒成技術(shù)，其單位能耗與粉塵排放低于目前的新型干法工藝；實(shí)現(xiàn)純氧燃燒生產(chǎn)浮法建筑玻璃的產(chǎn)業(yè)化。特種功能材料

①無(wú)機(jī)分離催化膜：突破無(wú)機(jī)分離催化膜（透氧膜、分子篩膜、透氫膜）的關(guān)鍵制備技術(shù)，建立無(wú)機(jī)分離催化膜用于天然氣催化轉(zhuǎn)化制備合成氣和液體燃料、天然氣直接轉(zhuǎn)化制備乙烯、生物質(zhì)原料制備乙醇、天然氣制氫等方面的示范性生產(chǎn)裝置。

②大尺寸光學(xué)金剛石膜；

③有機(jī)磁性材料 :突破本征有機(jī)磁性材料的關(guān)鍵技術(shù)。④敏感材料與傳感器。

超導(dǎo)材料 高溫超導(dǎo)材料的制備與應(yīng)用技術(shù)

第四篇：新型功能材料的開(kāi)發(fā)研究（精選）

新型功能材料的開(kāi)發(fā)研究

摘要：材料是人類社會(huì)生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料的發(fā)展導(dǎo)致著時(shí)代的變遷，可以這么說(shuō)，材料的先進(jìn)就代表著時(shí)代進(jìn)步和物質(zhì)文明的進(jìn)步。而新型功能材料正是在引領(lǐng)著材料發(fā)展的潮流。一個(gè)國(guó)家對(duì)于各種新型功能材料的個(gè)、結(jié)構(gòu)、性能、制備和應(yīng)用，反映著該國(guó)在材料領(lǐng)域的水平。同時(shí)也成為衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展、國(guó)防實(shí)力等的重要標(biāo)志。正是由于新型功能材料對(duì)于國(guó)家、社會(huì)都有著舉足輕重的地位和重要性，對(duì)起的開(kāi)發(fā)的研究也顯得尤為的重要。本文將對(duì)新型功能材料基本概念、作用、主要特征、地位、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及當(dāng)前產(chǎn)業(yè)化發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行逐一的介紹。

關(guān)鍵詞：新型功能材料：產(chǎn)業(yè)化：發(fā)展趨勢(shì)

1、選題依據(jù)

功能材料是新材料領(lǐng)域的核心，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展及國(guó)防建設(shè)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。它涉及信息技術(shù)、生物工程技術(shù)、能源技術(shù)、納米技術(shù)、環(huán)保技術(shù)、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、海洋工程技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。功能材料不僅對(duì)高新技術(shù)的發(fā)展起著重要的推動(dòng)和支撐作用，還對(duì)我國(guó)相關(guān)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和升級(jí)，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展起著重要的促進(jìn)作用。

功能材料不僅是發(fā)展信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)等高技術(shù)領(lǐng)域和國(guó)防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料，而且是改造與提升基礎(chǔ)工業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到資源、環(huán)境及社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，對(duì)發(fā)展新型能源及能源材料具有迫切的需求。能源材料是發(fā)展能源技術(shù)、提高能源生產(chǎn)和利用效率的關(guān)鍵因素。

2、研究意義

功能材料不僅是發(fā)展我國(guó)信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)等高技術(shù)領(lǐng)域和國(guó)防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料，而且是改造與提升我國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到我國(guó)資源、環(huán)境及社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)一直受到以美國(guó)為首的西方國(guó)家的封鎖和禁運(yùn)，所以我國(guó)國(guó)防用關(guān)鍵特種功能材料是不可能依靠進(jìn)口來(lái)解決的，必須要走獨(dú)立自主、自力更生的道路。如軍事通信、航空、航天、導(dǎo)彈、熱核聚變、激光武器、激光雷達(dá)、新型戰(zhàn)斗機(jī)、主戰(zhàn)坦克以及軍用高能量密度組件等，都離不開(kāi)特種功能材料的支撐。

我國(guó)國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)一直受到以美國(guó)為首的西方國(guó)家的封鎖和禁運(yùn)，所以我國(guó)國(guó)防用關(guān)鍵特種功能材料是不可能依靠進(jìn)口來(lái)解決的，必須要走獨(dú)立自主、自力更生的道路。如軍事通信、航空、航天、導(dǎo)彈、熱核聚變、激光武器、激光雷達(dá)、新型戰(zhàn)斗機(jī)、主戰(zhàn)坦克以及軍用高能量密度組件等，都離不開(kāi)特種功能材料的支撐。

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，對(duì)發(fā)展新型能源及能源材料具有迫切的需求。能源材料是發(fā)展能源技術(shù)、提高能源生產(chǎn)和利用效率的關(guān)鍵因素，我國(guó)目前是世界上能源消費(fèi)增長(zhǎng)最快的國(guó)家，同時(shí)也是能源緊缺的國(guó)家。發(fā)展電動(dòng)汽車、使用清潔能源、節(jié)約石油資源等政策措施使得新型能源轉(zhuǎn)換及儲(chǔ)能材料的需求不斷增加。我國(guó)西部還擁有一些儲(chǔ)量豐富的資源，如稀土、鎢、鈦、鉬、鉭、鈮、釩、鋰等，有的工業(yè)儲(chǔ)量甚至占世界總儲(chǔ)量的一半以上，這些資源均是特種功能材料的重要原材料。研究開(kāi)發(fā)與上述元素相關(guān)的特種功能材料，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，取得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，將大幅度地提高我國(guó)相關(guān)特種功能材料及制品的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，這對(duì)實(shí)現(xiàn)西部資源的高附加值利用，將西部的資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)具有重要意義，將有力地支持國(guó)家的西部大開(kāi)發(fā)。

材料是現(xiàn)代科技和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)。一個(gè)國(guó)家生產(chǎn)材料的品種、數(shù)量和質(zhì)量是衡量其科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。隨著新技術(shù)將更迅猛地發(fā)展，我們對(duì)功能材料的需求也日益迫切。因此，我們要加強(qiáng)對(duì)功能材料的研制和開(kāi)發(fā)應(yīng)用，把新成果應(yīng)用于勞動(dòng)生產(chǎn)。在未來(lái)的五到十年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及國(guó)家安全對(duì)功能材料有著巨大的需求，功能材料是關(guān)系到我國(guó)能否順利實(shí)現(xiàn)第三步戰(zhàn)略目標(biāo)的關(guān)鍵新材料。

3、實(shí)際應(yīng)用方面的價(jià)值

新型功能材料是指新近發(fā)展起來(lái)和正在發(fā)展中的具有優(yōu)異性能和特殊功能，對(duì)科學(xué)技術(shù)尤其是對(duì)高技術(shù)的發(fā)展及新產(chǎn)業(yè)的形成具有決定意義的新材料。主要包括電子信息材料、功能陶瓷材料、能源材料、生物醫(yī)用材料、生態(tài)環(huán)境材料、超導(dǎo)材料、智能材料、功能高分子材料、先進(jìn)復(fù)合材料、梯度材料等。

功能材料種類繁多，用途廣泛，正在形成一個(gè)規(guī)模宏大的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)群，有著十分廣闊的市場(chǎng)前景和極為重要的戰(zhàn)略意義。它是信息技術(shù)、生物工程技術(shù)、能源技術(shù)、納米技術(shù)、環(huán)保技術(shù)、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、海洋工程技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的先導(dǎo)、基石與支撐。

在未來(lái)的5～10年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及國(guó)家安全對(duì)功能材料有著巨大的需求。目前，功能材料已成為我國(guó)材料科學(xué)和工程中最具活力與創(chuàng)新性的熱點(diǎn)；有關(guān)功能材料的項(xiàng)目已占整個(gè)新材料研究項(xiàng)目的70%以上。功能材料不僅是發(fā)展我國(guó)信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)等高技術(shù)和加強(qiáng)國(guó)防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料；而且對(duì)我國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和升級(jí)，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展起著重要的促進(jìn)作用；同時(shí)還直接關(guān)系到我國(guó)資源、環(huán)境及社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。目前光電信息材料、功能陶瓷材料、生物醫(yī)用材料、超導(dǎo)材料、功能高分子材料、先進(jìn)復(fù)合材料、智能材料以及生態(tài)環(huán)境材料等功能材料是世界各國(guó)戰(zhàn)略高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，也是我國(guó)“十二五”國(guó)家科技計(jì)劃材料領(lǐng)域的重點(diǎn)。

當(dāng)前國(guó)際功能材料及其應(yīng)用技術(shù)正面臨新的突破，諸如微電子材料、光子材料、信息材料、能源轉(zhuǎn)換及儲(chǔ)能材料、生態(tài)環(huán)境材料及材料的分子、原子設(shè)計(jì)等正處于日新月異的發(fā)展之中，發(fā)展功能材料技術(shù)正在成為一些發(fā)達(dá)國(guó)家強(qiáng)化其經(jīng)濟(jì)及軍事優(yōu)勢(shì)的重要手段。

4、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

當(dāng)前國(guó)際功能材料及其應(yīng)用技術(shù)正面臨新的突破，諸如微電子材料、光子材料、信息材料、能源轉(zhuǎn)換及儲(chǔ)能材料、生態(tài)環(huán)境材料及材料的分子、原子設(shè)計(jì)等正處于日新月異的發(fā)展之中，發(fā)展功能材料技術(shù)正在成為一些發(fā)達(dá)國(guó)家強(qiáng)化其經(jīng)濟(jì)及軍事優(yōu)勢(shì)的重要手段。從國(guó)內(nèi)外功能材料的研究動(dòng)態(tài)看，功能材料的發(fā)展趨勢(shì)可歸納為如下方面：

（1）開(kāi)發(fā)高技術(shù)所需的新型功能材料，特別是尖端領(lǐng)域（如航空航天、分子電子學(xué)、高速信息、新能源、海洋技術(shù)和生命科學(xué)等）所需和在極端條件（如超高壓、超高溫、超低溫、高燒蝕、高熱沖擊、強(qiáng)腐蝕、高真空、強(qiáng)激光、高輻射、粒子云、原子氧、核爆炸等）下工作的高性能功能材料。（2）功能材料的功能從單功能化向多功能化和復(fù)合或綜合功能發(fā)展，從低級(jí)功能（如單一的物理性能）向高級(jí)功能（如人工智能、生物功能和生命功能等）發(fā)展。（3）功能材料和器件的一體化、高集成化、超微型化、高密積化和超分子化。（4）功能材料和結(jié)構(gòu)材料兼容，即功能材料結(jié)構(gòu)化，結(jié)構(gòu)材料功能化。（5）進(jìn)一步研究和發(fā)展功能材料的新概念、新設(shè)計(jì)和新工藝。（6）完善和發(fā)展功能材料檢測(cè)和評(píng)價(jià)方法。

（7）加強(qiáng)功能材料的應(yīng)用研究，擴(kuò)展功能材料的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是尖端領(lǐng)域和民用高技術(shù)領(lǐng)域，并把成熟的研究成果迅速推廣，以形成生產(chǎn)力?；谝陨习l(fā)展趨勢(shì)，下面介紹幾種重要的新型功能材料： 智能材料

智能材料是具有感知溫度、力、電、磁等外界環(huán)境并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)(位移等)效應(yīng)的一類重要功能材料，主要包括形狀記憶、壓電和磁料，還有質(zhì)子交換膜型燃料電池用的有機(jī)質(zhì)子交換膜等，都是目前產(chǎn)業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。另外，薄膜太陽(yáng)能電池由于大大地減少了半導(dǎo)體材料的消耗，也容易批量生產(chǎn)，從而大幅度地降低了太陽(yáng)能電池的成本，但是效率相對(duì)較低，目前商用薄膜電池的光電轉(zhuǎn)換效率只有6～8%。隨著納米技術(shù)的發(fā)展和成熟，納米結(jié)構(gòu)材料成為新穎的太陽(yáng)能電池材料，在太陽(yáng)能電池中使用納米結(jié)構(gòu)材料將能夠提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，降低電池的生產(chǎn)成本，對(duì)于實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池的大規(guī)模應(yīng)用將起著重要的作用，例如燃料敏化納米晶膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到11.04%，而其成本只有傳統(tǒng)硅光電池的十分之一，已成為目前應(yīng)用前景看好的光電轉(zhuǎn)換器件。電子信息材料

電子信息材料是指在微電子、光電子技術(shù)和新型元器件基礎(chǔ)產(chǎn)品領(lǐng)域中所用的材料，主要包括單晶硅為代表的半導(dǎo)體微電子材料；激光晶體為代表的光電子材料；介質(zhì)陶瓷和熱敏陶瓷為代表的電子陶瓷材料；釹鐵硼（NdFeB）永磁材料為代表的磁性材料； 納米材料

納米材料是指三維空間中至少有一維處于1～100nm或由它們作為基體單元構(gòu)成的材料，其命名出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代。納米技術(shù)、信息技術(shù)及生物技術(shù)將成為世紀(jì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的三大支柱。

納米科技的興起，對(duì)我國(guó)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，同時(shí)也為我國(guó)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展提供了難得的機(jī)遇。1991年美國(guó)將納米技術(shù)列入“政府關(guān)鍵技術(shù)”。1993年德國(guó)提出今后10年重點(diǎn)發(fā)展的9個(gè)關(guān)鍵技術(shù)中有4個(gè)涉及納米技術(shù)。日本、歐盟也都斥巨資用于納米材料與技術(shù)的開(kāi)發(fā)。我國(guó)將其列入“863”、“973”計(jì)劃和“十五”、“十一五”規(guī)劃，在2001年7月下發(fā)了《國(guó)家納米科技發(fā)展綱要》，指出我國(guó)納米科技在今后5～10年的主要目標(biāo)：在納米科學(xué)前沿取得重大進(jìn)展，奠定發(fā)展基礎(chǔ)；在納米技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用方面取得重大突破；逐步形成精干的、具有交叉綜合和持續(xù)創(chuàng)新能力的納米科技骨干隊(duì)伍；建立全國(guó)性的納米科技研發(fā)中心和以企業(yè)為主體的產(chǎn)業(yè)化基地，促進(jìn)基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和產(chǎn)業(yè)化的協(xié)調(diào)發(fā)展。2004年曼徹斯特大學(xué)的Geim和Philip Kim首先發(fā)現(xiàn)了該材料并于2010年獲物理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)。石墨烯的出現(xiàn)打破了二維晶體無(wú)法真實(shí)存在的理論預(yù)言，帶來(lái)了眾多出乎人們意料的新奇特性，使它成為繼富勒烯和碳納米管后又一個(gè)里程碑式的新材料。目前，該材料的研究和產(chǎn)業(yè)孕育開(kāi)發(fā)正在全世界范圍內(nèi)轟轟烈烈地展開(kāi)，都在力爭(zhēng)搶占石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的制高點(diǎn)。光纖通信材料 磁存儲(chǔ)和光盤存儲(chǔ)為主的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)材料；壓電晶體與薄膜材料；貯氫材料和鋰離子嵌入材料為代表的綠色電池材料等。這些基礎(chǔ)材料及其產(chǎn)品支撐著通信、計(jì)算機(jī)、信息家電與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。電子信息材料的總體發(fā)展趨勢(shì)是向著大尺寸、高均勻性、高完整性、以及薄膜化、多功能化和集成化方向發(fā)展。當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和技術(shù)前沿包括柔性晶體管、光子晶體、SiC、GaN、ZnSe等寬禁帶半導(dǎo)體材料為代表的第三代半導(dǎo)體材料、有機(jī)顯示材料以及各種納米電子材料等。電子信息材料及產(chǎn)品支撐著現(xiàn)代通信、計(jì)算機(jī)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微機(jī)械智能系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化和家電等現(xiàn)代高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。電子信息材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模和技術(shù)水平，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步和國(guó)防實(shí)力的重要標(biāo)志，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要戰(zhàn)略地位，是科技創(chuàng)新和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)最為激烈的材料領(lǐng)域。

新能源材料

尋找清潔的能源和可再生能源是當(dāng)今世界共同關(guān)心的問(wèn)題。太陽(yáng)能是一種用之不竭的綠色環(huán)保能源，太陽(yáng)能電池材料是新能源材料研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，自從1954年單晶硅太陽(yáng)能電池在貝爾實(shí)驗(yàn)室問(wèn)世以來(lái)，硅電池因其較高的光電轉(zhuǎn)換效率（約20%）而在各類光伏電池中占據(jù)主導(dǎo)地位。但由于其制造工藝復(fù)雜、硅原材料的短缺而限制了硅電池的廣泛應(yīng)用。尋找與傳統(tǒng)能源材料價(jià)格相當(dāng)?shù)男虏牧虾椭苽涔に囀翘?yáng)能電池能夠得到普及的關(guān)鍵。IBM公司研制的多層復(fù)合太陽(yáng)能電池，轉(zhuǎn)換率高達(dá)40%。美國(guó)能源部在全部氫能研究經(jīng)費(fèi)中，大約有50%用于儲(chǔ)氫技術(shù)。固體氧化物燃料電池的研究十分活躍，關(guān)鍵是電池材料，如固體電解質(zhì)薄膜和電池陰極材料，還有質(zhì)子交換膜型燃料電池用的有機(jī)質(zhì)子交換膜等，都是目前產(chǎn)業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。另外，薄膜太陽(yáng)能電池由于大大地減少了半導(dǎo)體材料的消耗，也容易批量生產(chǎn)，從而大幅度地降低了太陽(yáng)能電池的成本，但是效率相對(duì)較低，目前商用薄膜電池的光電轉(zhuǎn)換效率只有6～8%。隨著納米技術(shù)的發(fā)展和成熟，納米結(jié)構(gòu)材料成為新穎的太陽(yáng)能電池材料，在太陽(yáng)能電池中使用納米結(jié)構(gòu)材料將能夠提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，降低電池的生產(chǎn)成本，對(duì)于實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池的大規(guī)模應(yīng)用將起著重要的作用，例如燃料敏化納米晶膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到11.04%，而其成本只有傳統(tǒng)硅光電池的十分之一，已成為目前應(yīng)用前景看好的光電轉(zhuǎn)換器件。

5、課題研究的方法及研究中的主要難點(diǎn)及解決方法

課題主要采用文獻(xiàn)法，即通過(guò)查閱各類資料、圖表等,分析、比較得出結(jié)論。搜集和分析研究各種現(xiàn)存的有關(guān)文獻(xiàn)資料，從中選取信息，以達(dá)到某種調(diào)查研究目的的方法。它所要解決的是如何在浩如煙海的文獻(xiàn)群中選取適用于課題的資料，并對(duì)這些資料做出恰當(dāng)分析和使用。

課題研究中存在的問(wèn)題

（1）理論支撐的力度不夠

課題研究，離不開(kāi)理論學(xué)習(xí)，無(wú)論是研究的方法、研究的途徑、手段，必須經(jīng)過(guò)一系列的理論學(xué)習(xí)，沒(méi)有理論做指導(dǎo)，任何一種的研究都是盲目的，甚至是無(wú)從著手的，沒(méi)有成體系的理論依據(jù)來(lái)指導(dǎo)自己的課題研究以致理論依據(jù)比較單薄，無(wú)法支撐課題。

（2）盲目的選取材料 在進(jìn)行課題的研究過(guò)程中，對(duì)于浩瀚如煙的資料，剛開(kāi)始時(shí)我將顯得分外芒然，不知該怎么從這些資料中選取有用的資料來(lái)為課題服務(wù)。解決方法

通過(guò)老師的講解及專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，加深對(duì)于課題理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)和了解。收集資料初步研究，在找到相關(guān)資料后，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行初步討論和研究，查找解決問(wèn)題的有關(guān)理論、文獻(xiàn)，充分占有資料，聽(tīng)取專業(yè)老師及各方意見(jiàn)，以便為總體計(jì)劃的擬定做好診斷性評(píng)價(jià)。

6、總結(jié)

目前新型功能材料是世界各國(guó)研究的熱點(diǎn)，充滿了機(jī)遇和挑戰(zhàn)，新技術(shù)、新專利層出不窮，新型功能材料在整個(gè)新材料產(chǎn)業(yè)中的市場(chǎng)份額越來(lái)越大，我國(guó)目前在功能材料的創(chuàng)新性研究和產(chǎn)業(yè)化方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大差距。但近年來(lái)，在國(guó)家“863”、“973”、國(guó)家自然科學(xué)基金等計(jì)劃的支持下在功能材料領(lǐng)域取得了豐碩的成果，取得了一批接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的研究成果，在國(guó)際上占有了一席之地，培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的功能材料研發(fā)人才和隊(duì)伍，隨著我國(guó)在功能材料系統(tǒng)集成和產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合等方面的完善，我國(guó)新型功能材料產(chǎn)業(yè)化的能力將得到大幅的提升和快速的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] “科學(xué)中國(guó)人”，2013年2期，P60-64.[2] 殷景華，等.“功能材料概論”，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版，ISBN978-7-5603-1384-9，2009年7月。

[3] 張立德，牟季美.“納米材料和納米技術(shù)”，科學(xué)學(xué)出社，ISBN978-7-03-008459-0，2008年1月。

[4]功能材料及其應(yīng)用手冊(cè)編寫(xiě)組.功能材料及其應(yīng)用手冊(cè).北京：北京機(jī)械工業(yè)出版社

[5]高技術(shù)新材料要覽編輯委員會(huì).高技術(shù)新材料要覽.北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社

[6]師昌緒.新型材料與材料科學(xué).北京: 科學(xué)出版社,1988.14

第五篇：展望新型功能材料的未來(lái)

展望新型功能材料的未來(lái)

化學(xué)與化學(xué)工程系

科學(xué)教育

楊飛飛 44號(hào)

摘要：隨著社會(huì)技術(shù)的高度發(fā)展，材料，特別復(fù)合材料的加工得到很大的進(jìn)步和發(fā)展，新材料因其特殊的屬性，在航空航天領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，眾所周知，現(xiàn)代飛機(jī)和衛(wèi)星的制造材料應(yīng)具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕等特性，先進(jìn)復(fù)合材料的獨(dú)有性能使它成為制造飛機(jī)和衛(wèi)星的理想材料。闡述了先進(jìn)復(fù)合材料在飛機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、衛(wèi)星、導(dǎo)彈等方面的應(yīng)用情況及先進(jìn)復(fù)合材料未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：新型材料，復(fù)合材料，應(yīng)用發(fā)展

材料是人類生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類認(rèn)識(shí)自然和改造自然的工具。人類文明曾被劃分為舊石器時(shí)代、新石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代等，由此可見(jiàn)材料的發(fā)展對(duì)人類社會(huì)的影響——沒(méi)有材料就是沒(méi)有發(fā)展。先進(jìn)復(fù)合材料（Advanced Composites ACM）專指可用于加工主承力結(jié)構(gòu)和次承力結(jié)構(gòu)、其剛度和強(qiáng)度性能相當(dāng)于或超過(guò)鋁合金的復(fù)合材料。目前主要指有較高強(qiáng)度和模量的硼纖維、碳纖維、芳綸等增強(qiáng)的復(fù)合材料 隨著航空航天技術(shù)的不斷發(fā)展，促進(jìn)了材料的不斷更新，發(fā)展和進(jìn)步，各種新材料不斷涌現(xiàn)并得到應(yīng)用，尤其以先進(jìn)復(fù)合材料的發(fā)展和應(yīng)用最突出，眾所周知，由于航空航天飛行器的特殊使用環(huán)境，飛行器的制造材料要求非常之高，飛機(jī)和衛(wèi)星制造材料要求質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕，這些苛刻的條件，只有借助新材料技術(shù)才能解決。先進(jìn)復(fù)合材料具有質(zhì)量輕，較高的比強(qiáng)度、比模量、較好的延展性、抗腐蝕、導(dǎo)熱、隔熱、隔音、減振、耐高（低）溫，獨(dú)特的耐燒蝕性、透電磁波，吸波隱蔽性、材料性能的可設(shè)計(jì)性、制備的靈活性和易加工性等特點(diǎn)，被大量地應(yīng)用到航空航天等軍事領(lǐng)域中，是制造飛機(jī)、火箭、航天飛行器等軍事武器的理想材料。世紀(jì)以來(lái)，物理、化學(xué)、力學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科的研究和發(fā)展推動(dòng)了對(duì)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)、材料的物理化學(xué)和力學(xué)性能的深入認(rèn)識(shí)和了解。同時(shí)，金屬學(xué)、冶金學(xué)、工程陶瓷技術(shù)、高分子科學(xué)、半導(dǎo)體科學(xué)、復(fù)合材料科學(xué)以及納米技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展促進(jìn)了各種新型材料的產(chǎn)生,并推進(jìn)了對(duì)于材料的制備、生產(chǎn)工藝、結(jié)構(gòu)、性能及其相互之間關(guān)系的研究，為材料的設(shè)計(jì)、制造、工藝優(yōu)化和材料功能和性能的合理使用，提供了充分的科學(xué)依據(jù)?，F(xiàn)代材料科學(xué)更注重于研究新型復(fù)合材料和納米材料的制備和創(chuàng)新，對(duì)于設(shè)計(jì)具有不同性能要求的材料復(fù)合工藝和納米態(tài)材料的凝聚過(guò)程，以及各類材料之間的相互滲透和交叉的性能以及綜合性能的研究給予了更多的重視。現(xiàn)代材料科學(xué)的發(fā)展不僅與揭露材料本質(zhì)及其演化規(guī)律的物理化學(xué)性質(zhì)和力學(xué)性能有關(guān)，而且與使用材料的工程技術(shù)學(xué)科以及制造加工材料的工程學(xué)科有著相互交叉性的密切關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，“材料科學(xué)與工程”逐步形成學(xué)科，并發(fā)展成為一門獨(dú)立的一級(jí)學(xué)科。作為一級(jí)學(xué)科的“材料科學(xué)與工程”下分三個(gè)二級(jí)學(xué)科：材料物理與化學(xué)、材料學(xué)、材料加工工程。

材料的未來(lái)發(fā)展

新材料的誕生會(huì)帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的迅速發(fā)展，甚至?xí)呱碌漠a(chǎn)業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域。材料科學(xué)現(xiàn)已發(fā)展成為一門跨學(xué)科的綜合性學(xué)科。根據(jù)我國(guó)當(dāng)前及未來(lái)發(fā)展的實(shí)際情況，新材料領(lǐng)域值得注意的新發(fā)展方向主要有半導(dǎo)體材料、結(jié)構(gòu)材料、有機(jī)／高分子材料、敏感與傳感轉(zhuǎn)換材料、納米材料、生物材料及復(fù)合材料。

1.半導(dǎo)體材料 隨著高科技發(fā)展的需要，半導(dǎo)體及其應(yīng)用研究的中心正向直接影響市場(chǎng)的微型或低維量子器件、改善傳輸質(zhì)量和效率、增大功率和距離等方向發(fā)展，半導(dǎo)體化合物（GaAs、InAs、GaN、SiC等）具有重要的應(yīng)用前景。

2.結(jié)構(gòu)材料

Fe基、Al基、Ti基以及Mg基合金作為力學(xué)材料的主體，構(gòu)成了系列結(jié)構(gòu)材料，其主要功能是承擔(dān)負(fù)載（如火車、汽車、飛機(jī)）。汽車用鋼近年來(lái)已從一般鋼鐵發(fā)展為使用燦合金或特殊的高強(qiáng)Mg基合金，高強(qiáng)Ti合金在高強(qiáng)鋼中有重要位置，不銹鋼則有取代碳鋼的趨勢(shì)。用于軍用飛機(jī)的Al合金及一般鋼材則被先進(jìn)的Ti合金及高分子基復(fù)合材料所取代。進(jìn)一步還需要發(fā)展碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料或Al基復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)材料的主體有：（1）鋼鐵；（2）Al合金；（3）Mg合金；（4）Ti合金；（5）結(jié)構(gòu)陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料。

3.有機(jī)／高分子材料

有機(jī)／高分子材料是現(xiàn)代工業(yè)和高新技術(shù)的重要基石，已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)以及國(guó)家安全不可或缺的重要材料。一方面量大面廣的通用高分子材料需要不斷地升級(jí)改造，以降低成本、提高材料的使用性能；另一方面各類新型的高分子材料將應(yīng)運(yùn)而生，尤其是有機(jī)及聚合物分子或少數(shù)分子組合體的光、電和磁特性將成為高分子向功能化以及微型器件化發(fā)展的重要方向。主要有以下三個(gè)研究方向：（1）分子材料與分子電子器件研究；（2）光電信息功能高分子材料研究；（3）生物醫(yī)用高分子材料。

4, 導(dǎo)電高分子材料

導(dǎo)電高分子材料科學(xué)是近年來(lái)發(fā)展較快的領(lǐng)域,自1977 年第一個(gè)導(dǎo)電高分子聚乙炔(PAC)發(fā)現(xiàn)以來(lái),對(duì)導(dǎo)電聚合物的合成、結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電機(jī)理、性能、應(yīng)用等方面有許多新認(rèn)識(shí),現(xiàn)已發(fā)展成為一門相對(duì)獨(dú)立的學(xué)科。其可分為結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子和復(fù)合型導(dǎo)電高分子類。主要應(yīng)用在發(fā)光二極管、抗靜電、導(dǎo)電性應(yīng)用、電磁屏蔽與隱身等領(lǐng)域中〔3〕。從導(dǎo)電機(jī)理的角度看,導(dǎo)電高分子大致可分為兩大類:一類是復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料,它是指在普通的聚合物中加入各種導(dǎo)電性填料而制成的,這些導(dǎo)電性填料可以是銀、鎳、鋁等金屬的微細(xì)粉末、導(dǎo)電性碳黑、石墨及各種導(dǎo)電金屬鹽等,此類導(dǎo)電高分子材料在國(guó)內(nèi)外已得以廣泛的應(yīng)用,如抗靜電、電磁波屏蔽、微波吸收、電子元件中的電極等。還有一類是結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料,即依靠高分子本身產(chǎn)生的導(dǎo)電載流子導(dǎo)電,這類導(dǎo)電高分子材料一般經(jīng)“摻雜”(P 型摻雜或N 型摻雜)后具有高的導(dǎo)電性能(電導(dǎo)率增加幾個(gè)數(shù)量級(jí))，多為共軛型高聚物聚乙炔、聚對(duì)苯硫醚、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚苯基乙炔等是目前研究較多的導(dǎo)電高分子材料。這種功能高分子除具有優(yōu)異的壓電特性外，還具有熱釋電效應(yīng)，可廣泛地用于武器、電聲、超聲、診斷醫(yī)療傳感器、無(wú)損測(cè)試、地震預(yù)報(bào)等諸多領(lǐng)域。

5土建功能高分子材料(1)土工織物

土工織物是一種多功能材料，主要功能有濾層作用、排水作用、隔離作用、加強(qiáng)作用、防滲與防潮作用等。在工程中往往是一種功能起主導(dǎo)作用,其它功能也不同程度地起作用。土工織物是以高分子合成纖維、合成橡膠與塑料為基本原材料, 這些高分子土工產(chǎn)品通常是以聚丙烯、聚酯為主，還有聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺、聚乙烯醇、聚烯烴、聚四氟乙烯，以及透水性的土工材料氯橡膠、丁腈橡膠等材料。由含有這些組分的纖維絲、繩和塑料袋、條、板所制成的土工合成材料的主要特性是: 質(zhì)地柔軟而質(zhì)量輕，整體連續(xù)性好，抗拉、抗折強(qiáng)度高，耐腐蝕性和抗微生物侵蝕性好, 反濾性好，防滲性好，施工非常方便。目前, 國(guó)內(nèi)土工織物的生產(chǎn)能力、應(yīng)用范圍、測(cè)試技術(shù)與理論研究等方面均發(fā)展很快。土工織物在長(zhǎng)江三峽工程、長(zhǎng)江綜合開(kāi)發(fā)治理工程、防治洪澇災(zāi)害、處理工業(yè)垃圾、保護(hù)水源以及環(huán)境保護(hù)等工程中均得到了應(yīng)用。土工織物是一種非常有生命力的新型土工材料, 其經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益均非常顯著，具有很高的推廣價(jià)值。今后，土工織物將面向大中型工程、永久性工程, 并向系列化與復(fù)合型的方向發(fā)展；同時(shí)，相應(yīng)的理論研究、測(cè)試技術(shù)、施工規(guī)范等方面也將不斷完善與提高。

(2)超輕型填土材料

當(dāng)前, 應(yīng)用較廣泛的輕質(zhì)填土材料是聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)，它具有優(yōu)異的物理、化學(xué)性能,以及隨意切割成長(zhǎng)型、逐層鋪砌、搬運(yùn)方便等優(yōu)異的施工性能。作為一種土建結(jié)構(gòu)材料, 它已廣泛地應(yīng)用于公路及鐵路填土、橋臺(tái)與擋墻填土、機(jī)場(chǎng)、港口碼頭、地下結(jié)構(gòu)等工程中, 并取得了很好的效果。1995 年我國(guó)在杭甬高速公路橋頭路堤采用EPS 法，克服了軟土地段填土的困難，將其填筑成EPS 與混凝土相結(jié)合的橋頭路堤, 使用情況良好。現(xiàn)已在沿海地區(qū)的軟土工程中得到推廣應(yīng)用〔5〕。

隱身材料

(1)納米吸波材料

由于納米材料具有極好的吸波特性, 且納米材料對(duì)電磁波的透射率及吸收率比微米粉要大得多,同時(shí)具備寬頻帶、兼容性好、質(zhì)量小和厚度薄等特點(diǎn)。因 此美、法、日、俄等國(guó)家都把納米材料作為新一代隱身材料進(jìn)行探索和研究。美國(guó)已研制出一種稱作“ 超墨粉” 納米吸波材料, 其對(duì)雷達(dá)波的吸收率高達(dá)99%,目前正在研究覆蓋厘米波、毫米波、紅外、可見(jiàn)光等波段的納米復(fù)合材料。(2)等離子體吸波涂料

等離子體吸波涂料是將放射性物質(zhì)涂覆在目標(biāo)上, 使目標(biāo)表面附近的局部空間電離, 形成等離子體來(lái)吸收電磁波的能量。早在20世紀(jì)60年代,前蘇聯(lián)就開(kāi)始了等離子體吸收電磁波性能的研究。80年代初開(kāi)始了等離子體的實(shí)驗(yàn), 重點(diǎn)研究等離子體在高空超聲速飛行器上的潛在應(yīng)用。此技術(shù)最大的特點(diǎn)就是不用改變裝備的結(jié)構(gòu), 只需利用等離子體發(fā)生器就可以實(shí)現(xiàn)隱身目的, 且隱身效果非常好。目前, 這種技術(shù)比較先進(jìn)的國(guó)家是俄羅斯和美國(guó)〔6〕。

(3)生物醫(yī)用功能材料

生物醫(yī)用高分子主要分醫(yī)用高分子、藥用高分子和仿生高分子三大類。目前, 除人腦外的大部分人體器官都可用高分子材料來(lái)制作, 有治療保健作用的功能高分子也在開(kāi)發(fā)之中。對(duì)生物醫(yī)用高分子材料除了要求具有醫(yī)療功能外, 還要強(qiáng)調(diào)安全性, 即不僅要治病, 還要對(duì)人體健康無(wú)害。目前在血液相容性高分子、組織相容性高分子、生物降解吸收高分子、硬組織材料用高分子和生物復(fù)合高分子材料、醫(yī)用高分子現(xiàn)場(chǎng)固化材料、醫(yī)用粘合劑、固定化酶、高分子藥物釋放和送達(dá)體系等都有相應(yīng)的研究, 并取得了初步成果〔7〕 功能高分子材料發(fā)展趨勢(shì)(1)先進(jìn)復(fù)合高分子材料

當(dāng)今材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)一是從均質(zhì)材料向復(fù)合材料發(fā)展, 二是由結(jié)構(gòu)材料往功能材料、多功能材料并重的方向發(fā)展。這種發(fā)展趨勢(shì)造就了先進(jìn)復(fù)合材料的迅速崛起與快速發(fā)展。

先進(jìn)復(fù)合高分子材料是指以一種材料為基體(如樹(shù)脂、陶瓷、金屬等), 加入另一種稱之為增強(qiáng)(或增韌)材料的高聚物(如纖維等)復(fù)合成的高功能整體結(jié)構(gòu)物〔8〕, 這種將多相物復(fù)合在一起, 充分發(fā)揮各相性能優(yōu)勢(shì)的結(jié)構(gòu)特征賦予了高分子復(fù)合材料廣闊的應(yīng)用空間。目前高分子復(fù)合材料的發(fā)展和應(yīng)用已進(jìn)入世界科技和工業(yè)經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域, 重點(diǎn)集中在航空航天、基礎(chǔ)設(shè)施、沿海油氣田和 汽車的應(yīng)用, 與此同時(shí), 醫(yī)用復(fù)合材料日益增長(zhǎng), 成為近年來(lái)不可忽視的快速發(fā)展領(lǐng)域〔9〕。

(2)生物降解及環(huán)境友好高分子材料

隨著人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題認(rèn)識(shí)日益加深，生態(tài)可降解已不再陌生，與此同時(shí)世界各國(guó)對(duì)材料的生態(tài)可降解性的要求也提上日程。在這種背景下，生態(tài)可降解的高分子材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用也越來(lái)越受到各國(guó)政府、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的重視。目前，具有生態(tài)可降解性的高分子材料主要是發(fā)達(dá)國(guó)家產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)處于對(duì)國(guó)外產(chǎn)品的復(fù)制及仿制階段。因此，開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生物降解及環(huán)境友好高分子材料對(duì)于國(guó)內(nèi)的相應(yīng)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)是當(dāng)務(wù)之急。研究表明高分子的生物降解過(guò)程主要是其在各種生物酶作用下的水解反應(yīng)、有時(shí)是先水解再進(jìn)一步氧化或先氧化再水解，即易水解的高分子往往具有生物降解性［10］。即今后可降解高分子材料研究幾種在在生物相容性、理化性能、降解速率的控制及緩釋性等方面。

7智能高分子材料

智能材料是能夠感知環(huán)境變化，通過(guò)自我判斷和自我結(jié)論，實(shí)現(xiàn)自我指令和自我執(zhí)行的新型材料。該類材料集感知、驅(qū)動(dòng)和信息處理于一體，形成類似生物材料那樣具有智能屬性?？梢岳迷擃惒牧先菀赘兄袛喹h(huán)境并實(shí)現(xiàn)環(huán)境響應(yīng)的特性來(lái)制造傳感器、制動(dòng)器及仿生器等。因此，其將在醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、航空航天及制造業(yè)等方面得到廣泛應(yīng)用。

開(kāi)發(fā)功能高分子材料的重要意義

功能高分子材料其獨(dú)特的功能和不可替代的特性已帶來(lái)各個(gè)領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步，甚至質(zhì)的飛躍，且在各行業(yè)已產(chǎn)生相當(dāng)高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，并導(dǎo)致許多新產(chǎn)品的出現(xiàn)。由于高分子材料在結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性和多樣性, 可以在分子結(jié)構(gòu)(包括支鏈結(jié)構(gòu))、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、共混、復(fù)合、界面和表面甚至外觀結(jié)構(gòu)等諸多方面, 進(jìn)行單一或多種結(jié)構(gòu)的綜合利用, 因此最大程度地滿足了其他高技術(shù)要求材料技術(shù)為他們提供的更多、更好的功能。隨著納米技術(shù)研究的深入，在分子、甚至原子水平上實(shí)現(xiàn)材料的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、復(fù)合與加工生產(chǎn)成為可能，材料的功能將會(huì)進(jìn)一步得到擴(kuò)展，呈現(xiàn)前所未有的創(chuàng)新?？梢灶A(yù)言,新一代功能高分子材料的春天已經(jīng)來(lái)臨，納米材料必將成為新世紀(jì)材料發(fā)展的主流，也必將對(duì)新世紀(jì)的高新

技術(shù)如電子、生物技術(shù)、生命科學(xué)的研究產(chǎn)生極為深遠(yuǎn)的影響。目前我國(guó)電子、國(guó)防、醫(yī)藥和許多尖端技術(shù)部門所需的不少功能高分子材料仍依賴于國(guó)外市場(chǎng)，這使得我們的一些產(chǎn)品和核心技術(shù)在國(guó)際市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力不足。在各發(fā)達(dá)國(guó)家投入大量的人力財(cái)力對(duì)功能高分子材料進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，且進(jìn)展迅速時(shí)，我國(guó)也應(yīng)加大對(duì)功能高分子材料的研究開(kāi)發(fā)支持力度，加入到這場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)中去，這將進(jìn)一步提高我國(guó)的綜合國(guó)力。在未來(lái)的航空航天領(lǐng)域的發(fā)展中，我們相信：新型復(fù)合新材料將扮演越來(lái)越重要的角色，以后，隨著使用環(huán)境對(duì)材料提出的新的，更苛刻的要求，新材料將具有不同的發(fā)展方向。

一方面，新材料將向耐高溫的方向發(fā)展，隨著人類對(duì)天空，外太空的探索，耐高溫的新材料也將大有作為，據(jù)理論計(jì)算和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度每提高100℃，它的推力就可提高15%左右?？梢?jiàn)提高發(fā)動(dòng)機(jī)材料的耐高溫性能的重要性。

另一方面，新材料也將向低成本方向發(fā)展，正如現(xiàn)在，飛機(jī)上，航天器上只是部分使用新型材料，因?yàn)樾虏牧系脑靸r(jià)高昂，所以，新材料的低成本化，大規(guī)模工業(yè)流程化也是研究的重點(diǎn)，它包括以下幾個(gè)主要方面：降低原材料成本，尤其是降低高性能碳纖維成本，世界呼聲很高；開(kāi)發(fā)低溫固化、高溫使用的樹(shù)脂和預(yù)浸料，節(jié)約能源，開(kāi)發(fā)長(zhǎng)壽命的預(yù)浸料，使用混雜纖維新型復(fù)合材料，通過(guò)工藝創(chuàng)新如電子束固化工藝等降低制造成本。

參考文獻(xiàn)

〔1〕陳義鏞.功能高分子.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.1998: 1-5.〔2〕古川淳二.對(duì)21世紀(jì)功能高分子的期待.聚合物文摘.1994(6): 17.［3］王東周.導(dǎo)電高分子研究概述.合成技術(shù)及應(yīng)用.2001.16(3): 36 － 39． 〔4〕王正偉.新型功能高分子材料研究.現(xiàn)代化工.2007 ,11(27):514-516 〔5〕許波.土建功能高分子材料的發(fā)展及應(yīng)用.煤炭工程.2003(11)〔6〕汪世平.隱身吸波涂料概述.上海涂料.2006,44(5)〔7〕李青山.功能高分子材料在醫(yī)療保健中的應(yīng)用.哈爾濱船舶工程學(xué)院出版社.1993,12.〔8〕植村益次.高性能復(fù)合材料最新技術(shù).中國(guó)建筑工業(yè)出版社.1989.〔9〕沈序輝等.有機(jī)—羥基磷灰石復(fù)合骨替代材料.材料科學(xué)與工程.1999,17(4): 85-90.〔10〕張佑專.仿生制備功能性聚合物光子晶體.高分子學(xué)報(bào).2010.12(7): 1 253 － 1 261．