新型材料简介.pdf

1、新型材料的主要特征

1）获得途径：新型材料获得途径与传统(普通)材料不同，新型材料是过去

不曾有、自然界中亦不存在的人造材料。新型材料是人类在研究并掌握了物质结

构、变化规律的基础上，根据人类的需要，通过对源子、分子等的选择、组合，

并创造必要的环境条件了得到的具有预期性能的物质，所以是人正合成或人工创

造的

2）、新型材料的出现是多种学科相互交叉、渗透和互相促进，综合研究和进

步的成果；是基础学科(如物理、化学、生物：数学等)与理化专业技术(如微电子、

计算机、冶金学等)新成果交织在一起的成果。

3）、新型材料具有高新性能，能满足尖端技术和设备制造的需要新型材料，

是高新技术、高新设备得以完成和实现的重要条件和保证。

4）．新型材料发展的驱动力由军事需求向经济需求转变

5）．新型材料的开发与应用联系更加紧密

6）．新型材料应注重与生态环境及资源的协调性

2、材料的成分、结构、与性能之间的关系。

材料科学的重要研究领域是材料的成分、结构、性能与应用之间的关系。

材料的化学成分对其强韧化的影响有直接作用和间接作用，且以间接作用为

主。一般而言，材料的组成元素与其含量的改变对材料的强韧化作用是通过材料

结构的改变来实现的。所以材料的化学成分或化学组成是其结构的主要决定因素

之一。

材料的结构是指材料的组元及其排列和运动方式，它包括形貌、相组成、晶

体结构和缺陷等内涵。通常用来表示材料结构的名词有宏观组织、显微组织、晶

体结构、原子结构等。原子结构与电子结构是研究材料特性的两个最基本的物质

层次。

当材料的化学成分或化学组成一定时，可通过变更不同的加工工艺(如改变

热处理工艺，进行冷、热变形加工等)来改变材料的组织结构，从而导致材料在

力学性能上有较大的差异。

另一影响材料性能的主要因素是原材料的质量或冶金质量，如钢材在生产过

程中要经过冶炼、铸造、轧制(或锻造)等工序，最后成材，由这些工艺过程所控

制的质量，一般称冶金质量(它包括疏松、气孑L、偏析、白点、带状组织及非金

属夹杂物等)。

3、伴随着高科技的迅速发展，对新型材料提出新的总体要求是：

1．结构与功能相结合：要求材料不仅能作为结构材料使用，而且具有特殊的功

能或多种功能，正在开发研制的梯度功能材料和仿生材料即属于此。

2．智能化：要求材料本身具有感知、自我调节和反馈的能力，即具有敏感和驱

动的双重功能。

3．减少污染：为了人类的健康和生存，要求材料的制作和废弃过程中对环境产

生的污染尽可能少。今后在开发、发展和应用那些具有良好性能和功能的材料的

同时，又要能与环境相协调，也就是说，在研究材料时必须要有环境保护意识。

4．可再生性：可再生性是指一方面可保护和充分利用自然资源，另一方面又不

为地球积存太多的废物，而且能再次利用。如正在研制开发中的自降解塑料，这

种材料一方面可减少白色污染，还可再生利用，与环境保护有一定关系。

5．节省能源，制造材料时耗能尽可能少，同时又可利用新开发的能源。

6．长寿命，要求材料能长期保持其基本特性，稳定可靠，制造的设备和元器件

能少维修或不维修。

4、纳米材料的制备方法：

1）、物理制备方法

早期的物理制备方法是将较粗的物质粉碎，如低温粉碎法、超声波粉碎法、冲击

波粉碎法、蒸气快速冷却法、蒸气快速油面法、分子束外延法等等。近年来发

展了一些新的物理方法，如旋转涂层法将聚苯乙烯微球涂敷到基片上，由于转

速不同，可以得到不同的空隙度。然后用物理气相沉积法在其表面上沉积一层

银膜，经过热处理，即可得到银纳米颗粒的阵列

2）化学制备方法，包括固相法、气相法和液相法。

固相法包括固相物质热分解法和物理粉碎法。固相物质热分解法是利用金属化

合物的热分解来制备超微粒，但其粉末易固结，还需再次粉碎，成本较高。

物理粉碎是通过机械粉碎、电火花爆炸等法制得纳米粒子

气相法在纳米微粒制造技术中占有重要地位，利用此法可以制造出纯度高、颗

粒分布性好、粒径分布窄而细的纳米超微粒。尤其是通过控制气氛，可制备出

液相法难以制备的金属碳化物、硼化物等非氧化物的纳米超微粒，主要包括：真

空蒸发—冷凝法、高频感应加热法、

高压气体雾化法，此外,还有溅射法、气体还原法、化学气相沉淀法和粒子气相

沉淀法。

液相法主要包括：沉淀法该法包括直接沉淀法、均匀沉淀法和共沉淀法。

溶胶—凝胶法[5～7]溶胶—凝胶法可制备传统制备方法不能制得的产物，

尤其对制备非晶态材料显得尤为重要，溶胶—凝胶法包括金属醇盐和非醇盐