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新材料產(chǎn)業(yè)
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)重要和較具發(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.
新材料主要有傳統(tǒng)材料革新和新型材料的推出構(gòu)成,隨著高新技術(shù)的發(fā)展,新材料與傳統(tǒng)材料產(chǎn)業(yè)結(jié)合日益緊密,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出橫向擴(kuò)散的特點(diǎn).
新材料的分類:按照應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)分,一般把新材料歸為以下幾大類:
1 信息材料
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),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,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要的戰(zhàn)略地位,是科技創(chuàng)新和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)較為激烈的材料領(lǐng)域.微電子材料在未來(lái)10～15年仍是基本的信息材料,光電子材料將成為發(fā)展較快和較有前途的信息材料.信息材料主要可以分為以下幾大類:
集成電路及半導(dǎo)體材料:以硅材料為主體,新的化合物半導(dǎo)體材料及新一代高溫半導(dǎo)體材料也是重要組成部分,也包括高純化學(xué)試劑和特種電子氣體;光電子材料:激光材料,紅外探測(cè)器材料,液晶顯示材料,高亮度發(fā)光二極管材料,光纖材料等領(lǐng)域;新型電子元器件材料:磁性材料,電子陶瓷材料,壓電晶體管材料,信息傳感材料和高性能封裝材料等.
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.
2 能源材料
全球范圍內(nèi)能源消耗在持續(xù)增長(zhǎng),80%的能源來(lái)自于化石燃料,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,需要沒(méi)有污染和可持續(xù)發(fā)展的新型能源來(lái)代替所有化石燃料,未來(lái)的清潔能源包括氫能,太陽(yáng)能,風(fēng)能,核聚變能等.解決能源問(wèn)題的關(guān)鍵是能源材料的突破,無(wú)論是提高燃燒效率以減少資源消耗,還是開發(fā)新能源及利用再生能源都與材料有著極為密切的關(guān)系.
傳統(tǒng)能源所需材料:主要是提高能源利用效率,現(xiàn)在集中在要發(fā)展超臨界蒸汽發(fā)電機(jī)組和整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)上,這些技術(shù)對(duì)材料的要求都十分苛刻,如工程陶瓷,新型通道材料等;氫能和燃料電池:氫能生產(chǎn),儲(chǔ)存和利用所需的材料和技術(shù),燃料電池材料等;綠色二次電池:鎳氫電池,鋰離子電池以及高性能聚合物電池等新型材料;太陽(yáng)能電池:多晶硅,非晶硅,薄膜電池等材料;核能材料:新型核電反應(yīng)堆材料.
新能源材料就材料種類主要包括專用薄膜,聚合物電解液,催化劑和電極,先進(jìn)光電材料,特制光譜塑料和涂層,碳納米管,金屬氫化物漿料,高溫超導(dǎo)材料,低成本低能耗民用工程材料,輕質(zhì),便宜,高效的絕緣材料,輕質(zhì),堅(jiān)固,復(fù)合結(jié)構(gòu)材料,超高溫合金,陶瓷和復(fù)合材料,抗輻射材料,低活性材料,抗腐蝕及抗壓力腐蝕裂解材料,機(jī)械和抗等離子腐蝕材料.當(dāng)前研究熱點(diǎn)和技術(shù)前沿包括高能儲(chǔ)氫材料,聚合物電池材料,中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料,多晶薄膜太陽(yáng)能電池材料等.
3 生物材料
生物材料是和生命系統(tǒng)結(jié)合,用以診斷,治療或替換機(jī)體組織,器官或增進(jìn)其功能的材料.它涉及材料,醫(yī)學(xué),物理,生物化學(xué)及現(xiàn)代高技術(shù)等諸多學(xué)科領(lǐng)域,已成為21世紀(jì)主要支柱產(chǎn)業(yè)之一.
現(xiàn)在幾乎所有類型的材料在健康治療中都已得到應(yīng)用,主要包括金屬和合金,陶瓷,高分子材料,復(fù)合材料和生物質(zhì)材料.高分子生物材料是生物醫(yī)用材料中活躍的領(lǐng)域;金屬生物材料仍是臨床應(yīng)用廣泛的承力植入材料,醫(yī)用鈦及其合金,以及Ni-Ti形狀記憶合金的研究與開發(fā)是一個(gè)熱點(diǎn);無(wú)機(jī)生物材料近年來(lái)越來(lái)越受到重視.
目前,國(guó)際生物醫(yī)用材料研究和發(fā)展的主要方向,一是模擬人體硬軟組織,器官和血液等的組成,結(jié)構(gòu)和功能而開展的仿生或功能設(shè)計(jì)與制備,二是賦予材料優(yōu)異的生物相容性,生物活性或生命活性.就具體材料來(lái)說(shuō),主要包括藥物控制釋放材料,組織工程材料,仿生材料,納米生物材料,生物活性材料,介入診斷和治療材料,可降解和吸收生物材料,新型人造器官,人造血液等.
4 汽車材料
汽車用材在整個(gè)材料市場(chǎng)中所占的比例很小,但是屬于技術(shù)要求高,技術(shù)含量高,附加值高的三高產(chǎn)品,代表了行業(yè)的較高水平.
汽車材料的需求呈現(xiàn)出以下特點(diǎn):輕量化與環(huán)保是主要需求發(fā)展方向;各種材料在汽車上的應(yīng)用比例正在發(fā)生變化,主要變化趨勢(shì)是高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼,鋁合金,鎂合金,塑料和復(fù)合材料的用量將有較大的增長(zhǎng),汽車車身結(jié)構(gòu)材料將趨向多材料設(shè)計(jì)方向.同時(shí)汽車材料的回收利用也受到更多的重視,電動(dòng)汽車,代用燃料汽車專用材料以及汽車功能材料的開發(fā)和應(yīng)用工作不斷加強(qiáng).
5納米材料與技術(shù)
納米材料及技術(shù)將成為第5次推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域快速發(fā)展的主導(dǎo)技術(shù),21世紀(jì)前20年將是納米材料與技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期.納電子代替微電子,納加工代替微加工,納米材料代替微米材料,納米生物技術(shù)代替微米尺度的生物技術(shù),這已是不以人的意志為轉(zhuǎn)移的客觀規(guī)律.
納米材料與科技的研究開發(fā)大部分處于基礎(chǔ)研究階段,如納米電子與器件,納米生物等高風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域,還沒(méi)有形成大規(guī)模的產(chǎn)業(yè).但納米材料及技術(shù)在電子信息產(chǎn)業(yè),生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè),能源產(chǎn)業(yè),環(huán)境保護(hù)等方面,對(duì)相關(guān)材料的制備和應(yīng)用都將產(chǎn)生革命性的影響..
6 超導(dǎo)材料與技術(shù)
超導(dǎo)材料與技術(shù)是21世紀(jì)具有戰(zhàn)略意義的高新技術(shù),廣泛用于能源,醫(yī)療,交通,科學(xué)研究及國(guó)防軍工等重大領(lǐng)域.超導(dǎo)材料的應(yīng)用主要取決于材料本身性能及其制備技術(shù)的發(fā)展.
目前,低溫超導(dǎo)材料已經(jīng)達(dá)到實(shí)用水平,高溫超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)也取得重大突破,高溫超導(dǎo)帶材和移動(dòng)通訊用高溫超導(dǎo)濾波子系統(tǒng)將很快進(jìn)商業(yè)化階段.
7 稀土材料
稀土材料是利用稀土元素優(yōu)異的磁,光,電等特性開發(fā)出的一系列不可取代的,性能優(yōu)越的新材料.稀土材料被廣泛應(yīng)用于冶金機(jī)械,石油化工,輕工農(nóng)業(yè),電子信息,能源環(huán)保,國(guó)防軍工等多個(gè)領(lǐng)域,是當(dāng)今世界各國(guó)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),發(fā)展高新技術(shù)和國(guó)防尖端技術(shù)不可缺少的戰(zhàn)略物資.
具體包括:稀土永磁材料:其是發(fā)展較快的稀土材料,包括NdFeB,SmCo等,廣泛應(yīng)用于電機(jī),電聲,醫(yī)療設(shè)備,磁懸浮列車及軍事工業(yè)等高技術(shù)領(lǐng)域;貯氫合金:主要用于動(dòng)力電池和燃料電池;稀土發(fā)光材料:有新型高效節(jié)能環(huán)保光源用稀土發(fā)光材料,高清晰度,數(shù)字化彩色電視機(jī)和計(jì)算機(jī)顯示器用稀土發(fā)光材料,和特種或極端條件下應(yīng)用的稀土發(fā)光材料等;稀土催化材料:發(fā)展重點(diǎn)是替代貴金屬,降低催化劑的成本,提高抗中毒性能和穩(wěn)定性能;稀土在其他新材料中的應(yīng)用:如精密陶瓷,光學(xué)玻璃,稀土刻蝕劑,稀土無(wú)機(jī)顏料等方面也正在以較高的速度增長(zhǎng),如稀土電子陶瓷,稀土無(wú)機(jī)顏料等.
8新型鋼鐵材料
鋼鐵材料是重要的基礎(chǔ)材料,廣泛應(yīng)用于能源開發(fā),交通運(yùn)輸,石油化工,機(jī)械電力,輕工紡織,醫(yī)療衛(wèi)生,建筑建材,家電通訊,國(guó)防建設(shè)以及高科技產(chǎn)業(yè),并具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì).
新型鋼鐵材料發(fā)展的重點(diǎn)是高性鋼鐵材料.其方向?yàn)楦咝阅?長(zhǎng)壽命,在質(zhì)量上已向組織細(xì)化和精 確控制,提高鋼材潔凈度和高均勻度方面發(fā)展.
9 新型有色金屬合金材料
主要包括鋁,鎂,鈦等輕金屬合金以及粉末冶金材料,高純金屬材料等.
鋁合金:包括各種新型高強(qiáng)高韌,高比強(qiáng)高比模,高強(qiáng)耐蝕可焊,耐熱耐蝕鋁合金材料,如Al-Li合金等;鎂合金:包括鎂合金和鎂-基復(fù)合材料,超輕高塑性Mg-Li-X系合金等;鈦合金材料:包括新型醫(yī)用鈦合金,高溫鈦合金,高強(qiáng)鈦合金,低成本鈦合金等;粉末冶金材料:產(chǎn)品主要包括鐵基,銅基汽車零件,難熔金屬,硬質(zhì)合金等;高純金屬及材料:材料的純度向著更純化方向發(fā)展,其雜質(zhì)含量達(dá)ppb級(jí),產(chǎn)品的規(guī)格向著大型化方向發(fā)展.
10新型建筑材料
新型建筑材料主要包括新型墻體材料,化學(xué)建材,新型保溫隔熱材料,建筑裝飾裝修材料等.國(guó)際上建材的趨勢(shì)正向環(huán)保,節(jié)能,多功能化方向發(fā)展.
其中玻璃的發(fā)展趨勢(shì)是向著功能型,實(shí)用型,裝飾型,安全型和環(huán)保型五個(gè)方向發(fā)展,包括對(duì)玻璃原片進(jìn)行表面改性或精加工處理,節(jié)能的低輻射(Low—E)和陽(yáng)光控制低輻射(Sun-E)膜玻璃等;此外,還包括節(jié)能,環(huán)保的新型房建材料,以及滿足工程特殊需要的特種系列水泥等.
11新型化工材料
化工材料在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有著重要地位,在航空航天,機(jī)械,石油工業(yè),農(nóng)業(yè),建筑業(yè),汽車,家電,電子,生物醫(yī)用行業(yè)等都起著重要的作用.
新型化工材料主要包括有機(jī)氟材料,有機(jī)硅材料,高性能纖維,納米化工材料,無(wú)機(jī)功能材料等;納米化工材料和特種化工涂料是近年來(lái)的研究熱點(diǎn).精細(xì)化,專用化,功能化成了化工材料工業(yè)的重要發(fā)展趨勢(shì).
12生態(tài)環(huán)境材料
生態(tài)環(huán)境材料是在人類認(rèn)識(shí)到生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要戰(zhàn)略意義和世界各國(guó)紛紛走可持續(xù)發(fā)展道路的背景下提出來(lái)的,一般認(rèn)為生態(tài)環(huán)境材料是具有滿意的使用性能同時(shí)又被賦予優(yōu)異的環(huán)境協(xié)調(diào)性的材料.
這類材料的特點(diǎn)是消耗的資源和能源少,對(duì)生態(tài)和環(huán)境污染小,再生利用率高,而且從材料制造,使用,廢棄直到再生循環(huán)利用的整個(gè)壽命過(guò)程,都與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào).主要包括:環(huán)境相容材料,如純天然材料(木材,石材等),仿生物材料(人工骨,人工器臟等),綠色包裝材料(綠色包裝袋,包裝容器),生態(tài)建材(無(wú)毒裝飾材料等);環(huán)境降解材料(生物降解塑料等);環(huán)境工程材料,如環(huán)境修復(fù)材料,環(huán)境凈化材料(分子篩,離子篩材料),環(huán)境替代材料(無(wú)磷洗衣粉助劑)等.
生態(tài)環(huán)境材料研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向包括再生聚合物(塑料)的設(shè)計(jì),材料環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)的理論體系,降低材料環(huán)境負(fù)荷的新工藝,新技術(shù)和新方法等.
13 軍工新材料
軍工材料對(duì)國(guó)防科技,國(guó)防力量的強(qiáng)弱和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要推動(dòng)作用,是武器裝備的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)先導(dǎo),是決定武器裝備性能的重要因素,也是拓展武器裝備新功能和降低武器裝備全壽命費(fèi)用,取得和保持武器裝備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的原動(dòng)力.
隨著武器裝備的迅速發(fā)展,起支撐作用的材料技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出以下趨勢(shì):一是復(fù)合化:通過(guò)微觀,介觀和宏觀層次的復(fù)合大幅度提高材料的綜合性能;二是多功能化:通過(guò)材料成分,組織,結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和精 確控制,使單一材料具備多項(xiàng)功能,達(dá)到簡(jiǎn)化武器裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)小型化,高可靠的目的;三是高性能化:材料的綜合性能不斷優(yōu)化,為提高武器裝備的性能奠定物質(zhì)基礎(chǔ);四是低成本化:低成本技術(shù)在材料領(lǐng)域是一項(xiàng)高科技含量的技術(shù),對(duì)武器裝備的研制和生產(chǎn)具有越來(lái)越重要的作用.
