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前沿新材料的介绍

前沿新材料的介绍

新材料是指新出现或正在发展中的、具有传统材料所不具有的优异性能的

材料。它主要包括电子信息、光电、超导材料；生物功能材料；能源材料和生

态环境材料；高性能陶瓷材料及新型工程塑料；粉体、纳米、微孔材料和高纯

金属及高纯材料；表面技术与涂层和薄膜材料；复合材料；智能材料；新结构

功能助剂材料、优异性能的新型结构材料等。新材料的应用范围非常广泛，发

展前景十分广阔，其研发水平及产业化规模已成为衡量一个国家经济发展、科

技进步和国防实力的重要标志。

综观全世界，新材料产业已经渗透到国民经济、国防建设和社会生活的各

个领域，支撑着一大批高新技术产业的发展，对国民经济的发展具有举足轻重

的作用，成为各个国家抢占未来经济发展制高点的重要领域。

一、新材料产业的主要特点

1、应用领域宽广、相互之间关联度小

新材料种类纷繁，涉及多个不同行业，不仅包括纳米材料，磁性材料等

产品，还包括与能源结合紧密的新型能源材料，与信息产业紧密结合的光通讯

材料，更有聚氨酯，氯化聚乙烯，有机氟材料等高分子材料；同时，生产这些

产品的企业又分处不同行业，无论是设备、生产技术，还是销售市场均存在较

大差异。

2、知识与技术密集度高

3、高投资、高风险、高收益

4、新材料产业与其他产业的关联度高

从新材料产业与其他产业的关系来说，具有先导性、基础性和带动性。

新材料广泛应用于信息、能源、交通、医疗等各个领域，是其他高新技术及其

产业发展的基础和先导；新材料与传统产业紧密结合，产业结构横向扩散。随

着高技术的发展，传统材料产业向新材料产业发展。

二、前沿新材料介绍

1、纳米材料

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它

们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺

度。目前纳米材料在很多方面都已投入应用：

1）、纳米磁性材料：在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳

米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫

顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记

录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用

于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。

2）、纳米陶瓷材料：传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温

度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷

材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可

在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然

后做表面退火处理，就可以使纳米材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度

和化学稳定性，而内部仍具有纳米材料的延展性的高性能陶瓷。

3）、纳米传感器：纳米二氧化锆、氧化镍、二氧化钛等陶瓷对温度变化、红

外线以及汽车尾气都十分敏感。因此，可以用它们制作温度传感器、红外线检

测仪和汽车尾气检测仪，检测灵敏度比普通的同类陶瓷传感器高得多。

4）、纳米倾斜功能材料：在航天用的氢氧发动机中，燃烧室的内表面需要

耐高温，其外表面要与冷却剂接触。因此，内表面要用陶瓷制作，外表面则要

用导热性良好的金属制作。但块状陶瓷和金属很难结合在一起。如果制作时在

金属和陶瓷之间使其成分逐渐地连续变化，让金属和陶瓷“你中有我、我中有

你”，最终便能结合在一起形成倾斜功能材料，它的意思是其中的成分变化像一

个倾斜的梯子。当用金属和陶瓷纳米颗粒按其含量逐渐变化的要求混合后烧结

成形时，就能达到燃烧室内侧耐高温、外侧有良好导热性的要求。

5）、纳米半导体材料：将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料，具有许多

优异性能。例如，纳米半导体中的量子隧道效应使某些半导体材料的电子输运

反常、导电率降低，电导热系数也随颗粒尺寸的减小而下降，甚至出现负值。

这些特性在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。利用半导

体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的新型

太阳能电池。由于纳米半导体粒子受光照射时产生的电子和空穴具有较强的还

原和氧化能力，因而它能氧化有毒的无机物，降解大多数有机物，最终生成无

毒、无味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半导体纳米粒子利用太阳能催化

分解无机物和有机物。

6）、纳米催化材料：纳米粒子是一种极好的催化剂，这是由于纳米粒子尺寸

小、表面的体积分