新材料的應用
新材料的應用
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新材料及其特點
新材料指新近發展或已在發展中具有比傳統材料更為優異性能的一類材料
特點：知識與技術密集度高；與新工藝和新技術關系密切；更新換代快；品種式樣變化多。
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新材料的類型
一、新型金屬材料
非晶態金屬：又稱為“金屬玻璃” ，由沸騰的鋼液經每秒100萬度的速度冷卻而成,其內在結構發生了質變，原子從有序排列變成了無序排列,具有極優異的物理磁性能、化學耐腐蝕性能和力學耐磨性能,傳統的車鉗銑刨和強酸溶液對它們無可奈何,可以在通信、交通、電子、家電、防盜等很多領域大顯身手。
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合金材料：新型合金材料包括許多種類，它們性能各異，用途各不相同，鋁合金、鎂合金、鈦合金、鐵鎳鉻及高溫合金、稀貴金屬合金等等
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形狀記憶合金：能夠使溫度值變化時人為造成的形狀變化，在溫度恢復到特定值時，形狀也自動絲毫不差地恢復到原來的狀態，堅韌性極強，可反復變形和復原500萬次而不產生疲勞斷裂，其廣泛應用于衛星、飛船和空間站的大型天線、飛機部件接頭以及骨科整形等方面。其他新型金屬功能材料如貯氫合金等。
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超導金屬材料：在特定條件下，電阻完全消失，產生超導電性的材料。具有零電阻、完全抗磁性和載流能力強三個基本特征。
超導技術的應用：制造磁性極強的超導磁鐵，用于磁約束核聚變反應、大容量儲能設備、高能加速器、超導發電機、電力工業輸電和交通運輸工具等。如美國實現超導輸電，每年可以節省100億美元的電力；制造超高速計算機和高靈敏度的探測設備、通信設備、航天系統等。如1989年日本研制出世界第一臺超導電子計算機，其全部采用約瑟夫森超導器件，運算速度達每秒 10億次，功耗 6.2毫瓦，僅為常規電子計算機功耗的千分之一。
二、高分子合成材料
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高分子是由碳、氫、氧、氮、硅、硫等元素組成的分子量足夠高的有機化合物。常用高分子材料的分子量在幾百至幾百萬之間，有的可高達上千萬。
高分子材料主要包括塑料、纖維、橡膠、薄膜、膠粘劑和涂料等，其中合成塑料、合成纖維、合成橡膠被稱為現代高分子三大合成材料。
高分子材料特點：重量輕、高彈性、強度低、韌性好、粘彈性、耐摩性、絕緣性好，低導熱性、耐熱性、耐蝕性好、易老化。
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合成塑料：聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯四大品種是日常生活中最常見的塑料材料，全球總產量在1億噸左右。
透光性好的有機玻璃（亞克力,Acrylic） ?
“塑料王”的耐腐蝕塑料聚四氟乙烯?
作為工程塑料的聚碳酸脂、聚甲醛、聚酰亞胺和常用做泡沫塑料的聚胺脂等。
三、新型無機非金屬材料
合成纖維：滌綸、錦綸、晴綸、維綸、丙綸、氯綸等“六大綸”
可做宇航服、耐超熱超冷的芳綸1313；可做飛機機翼、高強纜索的芳綸1414；可耐400℃高溫和負273℃超低溫的聚酰亞胺纖維；
可做人造血管、軟骨等人體器件的氟綸纖維；
可做新式偽裝服的多色纖維；
可做合成紙、合成革、高效除塵器的高縮纖維、復合纖維、有色纖維、網絡絲、完全變形紗、吸濕纖維和離子交換纖維等。
合成橡膠 ：將天然乳膠經過硫化處理變成能成型、富有彈力的材料，填補天然橡膠的不足；發展極快 。
順丁橡膠、異戊橡膠、乙丙橡膠等發展前途看好
硅橡膠、氟橡膠能在零下50度不變形，又可耐250度高溫，用于制造火箭、導彈、飛機的某些零件。
陶瓷材料：新型陶瓷的強度、硬度、耐磨損、耐高溫、耐腐蝕等性能都比傳統陶瓷有很大提高，特別是在克服傳統陶瓷的致命弱點脆性問題上取得重大突破。
新型結構陶瓷：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷、硼化物陶瓷、砷化物陶瓷、氰化物陶瓷等
三、新型無機非金屬材料
玻璃材料：改變了傳統玻璃材料易碎、易傳熱的特性，研制出具有“特異功能”的新品種，如玻璃鋼、記憶玻璃、化學敏感性玻璃、超韌性增強玻璃、激光玻璃、防彈玻璃、防輻射玻璃等。
光導纖維：純度極高的玻璃纖維制成使現代通信技術發生了革命性的轉變，并且在醫療、遙感、遙測等領域也得到越來越廣泛的應用。
光纖通信具有傳輸距離遠、保密性好、抗干擾等優點，一條電纜就可以傳輸幾百萬路電話；可傳輸高強度的激光 ；制作光纖傳感器。
半導體材料：20世紀40年代發展起來的重要信息材料，通過近幾十年來的研究工作，半導體材料種類不斷更新，應用領域不斷擴展，成為信息技術發展的基礎。
鍺材料不需要加熱、功耗低、可靠性高、轉換速度快、功能多樣和體積小，取代電子管
硅材料機械強度高、結晶性強、在自然中儲量豐富、成本低，并且可以拉制出大尺寸的完整單晶，使之成為目前電子信息工業領域的主要半導體材料
砷化鎵由于電子運動速度快、電子激發后釋放能量以發光形式進行等特點，很可能成為繼硅之后第二種最重要的半導體電子材料，制成的晶體管可以制造出速度更快、功能更強的計算機（10倍）
四、復合材料
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功能復合材料一般由功能體和基體組成，基體不僅起到構成整體的作用，而且能產生協同或加強功能的作用，利用材料的電學、化學等性能。
現已有壓電型功能復合材料、吸波、屏蔽性功能復合材料（隱身材料）、導電功能復合材料等，有廣闊的發展前景
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五、生物材料
生物材料也稱為生物工程材料或生物醫學材料，是生物體器官缺損、病變或衰竭的替代材料，也就是人類器官再造材料。
生物活性陶瓷已實現與骨相結合，并與軟組織相結
生物化學水泥在骨骼缺損修補、骨骼植入材料的固定和牙齒的修復等過程使用
人工器官已制造出人工心臟、人工肝臟、人工腎、人工喉、人工眼球、人工骨、人工皮、人造血漿和血液等?
預期研制出具有主動誘導、能促進人體自身組織和器官再生作用的生物復合材料 ? ??
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六、光電子材料
光電子工業異軍突起，它包括光通信、光計算、激光加工、激光醫療、激光印刷、激光影視、激光儀器、激光受控熱核反應、激光分離同位素、激光制導等許多方面。
探索與發展新型光電子材料，制作高性能、小型化、集成化的光電子器件，已經成為整個光電子科技領域的前沿。
光電子信息材料是整個光電子技術的基礎和先導。包括淘汰和信息獲取材料、信息傳輸材料、信息存儲材料以及信息處理和運算材料等，其中主要是各類光電子半導體材料、各種光纖和薄膜材料、各種液晶顯示（LCD）材料等。?
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電子紙
全球第二大液晶顯示器生產商——ＬＧ飛利浦公司宣布，該公司已研發出世界首款４０９６色“電子紙”。
?“電子紙”是一種超薄、超輕的顯示器。ＬＧ飛利浦開發的這款１４英寸彩色顯示器薄如紙張，并且可以隨意折疊彎曲。這款“電子紙”的電路板由金屬制成，而非傳統使用的玻璃，從而可以提高產品的靈活性。
電子紙”技術與現有的液晶技術有所不同。“電子紙”沒有目前其他顯示設備無法避免的強烈反光，畫面分辨率較高，顯示效果與視覺效果同普通書寫紙幾乎完全相同。
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七、納米材料
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納米材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子組成。納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1～100nm間的粒子，是處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區域
從通常的關于微觀和宏觀的觀點看，這樣的系統既非典型的微觀系統亦非典型的宏觀系統，是一種典型人介觀系統，它具有表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應。
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幾種典型的納米材料
納米顆粒型材料
納米固體材料
納米膜材料
納米磁性液體材料
碳納米管
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納米顆粒型材料：也稱納米粉末，一般指粒度在100nm以下的粉末或顆粒。由于尺寸小，比表面大和量子尺寸效應等原因，它具有不同于常規固體的新特性。
納米固體材料通常指由尺寸小于15納米的超微顆粒在高壓力下壓制成型，或再經一定熱處理工序后所生成的致密型固體材料。
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納米磁性液體材料：磁性液體是由超細微粒包覆一層長鍵的有機表面活性劑，高度彌散于一定基液中，而構成穩定的具有磁性的液體。它可以在外磁場作用下整體地運動，因此具有其它液體所沒有的磁控特性。
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磁性液體的應用：
磁性液體靜態密封裝置（安全閥）
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磁性液體在揚聲器上的應用，顯著改善散熱性能，提高功率一倍以上，使音圈自動定位，改善頻率響應，減少失真。
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碳納米管：碳材料家族中的新成員，為黑色粉末狀，是由類似石墨的碳原子六邊形網格所組成的管狀物，它一般為多層，直徑為幾納米至幾十納米，長度可達數微米甚至數毫米。
?碳納米管本身有非常完美的結構，尺寸只有頭發絲的十萬分之一，但導電率是銅的1萬倍，強度是鋼的100倍而重量只有鋼的七分之一。它像金剛石那樣硬，卻有柔韌性，可以拉伸。它的熔點是已知材料中最高的。?
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如果用碳納米管做繩索，是唯一可以從月球掛到地球表面，而不被自身重量所拉斷的繩索。如果用它做成地球-月球乘人的電梯，人們在月球定居就很容易了。
納米碳管的細尖極易發射電子。用于做電子槍，可做成幾厘米厚的壁掛式電視屏，這是電視制造業的發展方向。
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納米材料的應用
由于納米微粒的小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等使得它們在磁、光、電、敏感性等方面呈現常規材料不具備的特性。因此納米微粒在磁性材料、電子材料、光學材料、高致密度材料的燒結、催化、傳感、陶瓷增韌等方面有廣闊的應用前景。
陶瓷增韌：由納米粒子壓制成的納米陶瓷材料有很好的韌性。因為納米材料具有較大的界面，界面的原子排列是相當混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現出甚佳的韌性與延展性。
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光學方面的應用：納米微粒由于小尺寸效應使它具有常規大塊材料不具備的光學特性，如光學非線性、光吸收、光反射、光傳輸過程中的能量損耗等。
利用納米微粒的特殊的光學特性制成的各種光學材料將在日常生活和高技術領域得到廣泛的應用。目前關于這方面研究還處在實驗室階段，有的得到了推廣應用。
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另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規粗粉大3～4個數量級，對紅外光和電磁波的吸收率也比常規材料大得多，這就使得紅外探測器及雷達得到的反射信號強度大大降低，因此很難發現被探測目標，起到了隱身作用。
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催化領域的應用：催化劑在許多化學化工領域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應時間、提高反應效率和反應速度。
大多數傳統的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經驗進行，不僅造成生產原料的巨大浪費，使經濟效益難以提高，而且對環境也造成污染。
納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應效率，控制反應速度，甚至使原來不能進行的反應也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10～15倍。
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環境保護方面的作用：隨著納米技術的悄然崛起，納米環保也會迅速來臨，拓展人類利用資源和保護環境的能力，為徹底改善環境和從源頭上控制新的污染源產生創造了條件。
治理有害氣體：納米技術可以制成非常好的催化劑，經它催化的石油中硫的含量小于0.01％。在燃煤中可加入納米級助燒催化劑，以幫助煤充分燃燒，提高能源的利用率，防治有害氣體的產生。納米級催化劑用于汽車尾氣催化，有極強的氧化還原性能，使汽油燃燒時不再產生一氧化硫和氮氧化物，根本無需進行尾氣凈化處理。
污水處理：污水中的貴金屬是對人體極其有害的物質。它從污水中流失，也是資源的浪費。新的一種納米技術可以將污水中的貴金屬如金、釕、鈀、鉑等完全提煉出來，變害為寶。一種新型的納米級凈水劑具有很強的吸附能力。它的吸附能力和絮凝能力是普通凈水劑三氯化鋁的10-20倍。
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光催化劑可以很好地降解對室內主要的氣體污染物甲醛、甲笨等，其中納米TiO2（鈦白粉、二氧化鈦) 的降解效率最好，達到近100％。其降解機理是在光照條件下將這些有害物質轉化為二氧化碳、水和有機酸。納米TiO2的光催化劑也可用于石油、化工等產業的工業廢氣處理，改善廠區周圍空氣質量。
用納米TiO2可以加速城市生活垃圾的降解，其速度是大顆粒TiO2的10倍以上，從而解決大量生活垃圾給城市環境帶來的壓力。
用納米TiO2催化降解技術來處理毛紡染整廢水，具有省資、高效、節能，最終能使有機物完全礦化、不存在二次污染等特點。
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自潔作用：納米TiO2由于其表面具有超親水性和超親油性，因此其表面具有自清潔效應，即其表面具有防污、防霧、易洗、易干等特點。我國新近研制成功一種具備自動清潔功能，可以自動消除異味、殺菌消毒的“納米自潔凈玻璃”。
“納米自潔凈玻璃”是應用高科技納米技術在平板玻璃的兩面鍍制一層納米薄膜，薄膜在紫外線的作用下可分解沉積在玻璃上的污物，氧化室內有害氣體，殺滅空氣中的各種細菌和病毒。這種玻璃與普通玻璃的價格比預計為1.5：1。
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納米護腿、護膝、鞋墊
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采用納米遠紅外材料，具有遠紅外保健功能；
采用納米磁性材料，兼具磁療功能；?
采用納米永磁材料，沒有磁硬塊，穿著舒適，洗滌方便；?
有效激活細胞的代謝能力，增強肌體免疫力；?
舒筋活絡、改善局部血液循環，對關節疼痛止痛迅速；
對貼近的肌膚起全方位的按摩及刺激作用；
納米鞋墊采用多種納米粉體精制而成，除臭效果極佳。尤其適用于運動量較大，有腳氣、腳癬的朋友們，不必清洗，置于日光曬數分鐘效果更好。
止癢抗菌功能 ?吸濕能力較強，產品中的無機抗菌材料，可長效抑菌，抑制鞋內真菌繁衍、防治腳氣、腳癬等疾病?
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醫學應用：將藥物儲存在碳納米管中，并通過一定的機制來激發藥劑的釋放，則可控藥劑有希望變為現實。納米材料粒子將使藥物在人體內的傳輸更為方便，用數層納米粒子包裹的智能藥物進入人體后可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織。使用納米技術的新型診斷儀器只需檢測少量血液，就能通過其中的蛋白質和DNA診斷出各種疾病。
采用納米大分子 “生物部件”與小分子無機物晶體結構組合，采用納米電子學控制裝配成納米機器人，將會給人類醫學科技帶來深刻的革命，使現在許多的疑難病癥得到解決。
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家電：用納米材料制成的納米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外線等作用，可用處作電冰箱、空調外殼里的抗菌除味塑料。
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紡織工業：在合成纖維樹脂中添加納米SiO2、納米ZnO、納米SiO2復配粉體材料，經抽絲、織布，可制成殺菌、防霉、除臭和抗紫外線輻射的內衣和服裝，可用于制造抗菌內衣、用品，可制得滿足國防工業要求的抗紫外線輻射的功能纖維。
機械工業：采用納米材料技術對機械關鍵零部件進行金屬表面納米粉涂層處理，可以提高機械設備的耐磨性、硬度和使用壽命。
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21世紀初的主要任務是依據納米材料各種新穎的物理和化學特性，設計出各種新型的材料和器件。通過納米材料科學技術對傳統產品的改性，增加其高科技含量以及發展納米結構的新型產品。
納米材料將成為材料科學領域一個大放異彩的明星展現在新材料、能源、信息等各個領域，發揮舉足輕重的作用。隨著其制備和改性技術的不斷發展，納米材料在精細化工和醫藥生產等諸多領域會得到日益廣泛的應用。
全面理解納米科技內涵，促進納米科技在我國的健康發展。
工商網監
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