第7章新材料技术

内容提要：本章首先介绍了材料、材料的不同分类方法、材料技术的发展；然后介绍了新材料、新材料特点、现代新材料；最后介绍了新型金属材料、无机非金属材料、新型高分子材料、新型复合材料、光电子材料、生物医药材料、纳米材料七种新材料技术本章重点：七种新材料技术及新材料发展的趋势和方向。本章共三节

第一节新材料技术简介

第二节七种新材料技术

第三节新材料技术发展趋势

思考题人类社会发展的历史证明，材料是人类生存和发展、征服自然和改造自然的物质基础，也是人类社会现代文明的重要支柱（三大合成材料）。纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每一种重要的新材料的发现和应用，都把人类支配自然的能力提高到一个新水平。材料科学技术的每一次重大突破，都会引起生产技术的革命，大大加速社会发展的进程，并给社会生产和人们生活带来巨大的变化。进入21世纪以来，科学技术突飞猛进，世界各国对新材料的研究与开发都十分重视，作为新技术革命支柱的新材料技术的研究异常活跃，出现了一个“新材料”时代。第一节新材料技术简介

一、基本概念二、材料技术的发展三、材料的分类四、新材料特点第一节新材料技术简介一、基本概念1.材料材料是人类能用来制作有用物件的物质,人类生产、生活和发展的物质基础，是人类社会现代文明的重要支柱，材料的变化直接影响社会的变革2.新材料新材料是指最近发展或正在发展之中的具有比传统材料性能更为优异的一类材料。新材料技术是高新技术的一部分。第一节新材料技术简介一、基本概念3.现代新材料现代新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料。第一节新材料技术简介二、材料技术的发展材料技术的发展过程为：石器时代→青铜器时代→铁器时代→高分子材料时代→复合材料时代。第一节新材料技术简介三、材料的分类

1.按照材料的化学成分分类

金属材料、非金属材料、有机高分子材料和复合材料四大类。2.按照材料的不同用途分类结构材料和功能材料。3.按照材料的服务对象分类信息材料、能源材料、建筑材料、航空材料、核反应堆材料等。第一节新材料技术简介

现代信息基础材料－硅第一节新材料技术简介三、材料的分类4.按照材料尺度的大小不同分类块状材料、薄膜材料、粉末材料和纤维材料。第一节新材料技术简介四、新材料特点(1)它是知识密集、技术密集、资金密集的新兴产业;(2)它与高新技术发展关系密切，相互促进、相互依赖;(3)新材料常常是多学科的交叉和渗透（人工关节）的结果;(4)新材料技术还是社会生产力发展水平和技术进步的标志。第二节七种新材料技术一、新型金属材料二、无机非金属材料三、新型高分子材料四、新型复合材料五、光电子材料六、生物医药材料七、纳米材料

第二节七种新材料技术一、新型金属材料1.超导材料有些物质在一定临界温度Tc以下会转变为完全没有电阻（能导致导电材料的电阻趋近于零的现象），同时具有完全抗磁性，这种现象称为“超导现象”。具有这种性质的材料，称为“超导材料”。2.合金材料新型合金材料包括许多种类，它们性能各异，用途各不相同。例如，形状记忆合金和贮氢合金。(1)形状记忆合金；(2)贮氢合金。第二节七种新材料技术一、新型金属材料3.非晶态合金非晶态合金是采用现代尖端冶金技术工艺研制成功的一种原子排列杂乱无序（类似液体）的固体金属，兼有玻璃和金属的性能，具有高强度、高硬度、高导电性和良好的导磁率等性能，其柔韧性和可塑性强，化学稳定性好，耐腐蚀性超过不锈钢的100倍，这种质地优良的金属玻璃还具有超导性，因此其用途十分广泛。4.减振隐声金属具有极强的减振性能（或称高阻尼）或降低噪声功能的隐声金属称减振隐声金属。减振隐声金属又叫减振合金或高阻尼合金。第二节七种新材料技术二、无机非金属材料无机非金属材料，通常是指材料成分中不含碳氢化合物的非金属材料。主要包括玻璃、陶瓷、水泥、耐火材料等硅酸盐材料和金刚石、石墨、石棉等非金属材料。1．陶瓷材料新型陶瓷材料其强度、硬度、耐磨损、耐高温、耐腐蚀等性能都比传统陶瓷有了很大的提高，特别是在克服传统陶瓷的致命弱点脆性问题上取得重大突破，一些新型陶瓷具有很大的超塑性，断裂前的应变提高500％左右。第二节七种新材料技术二、无机非金属材料2．玻璃材料现代新型玻璃材料改变了传统玻璃材料易碎、易传热的特性，研制出多具有“特异功能”的新品种，如玻璃钢、“记忆玻璃”、化学敏感性玻璃、超韧性增强玻璃、激光玻璃、防弹玻璃、防辐射玻璃等。3．半导体材料半导体材料是20世纪40年代发展起来的重要信息材料。其发展经历了：1)锗材料的发现和研制；2)硅材料的发现和研制；3)砷化镓材料的研究方兴未艾；4)超薄层、超晶格半导体材料发展大有前途四个阶段。第二节七种新材料技术三、新型高分子材料高分子是由碳、氢、氧、氮、硅、硫等元素组成的分子量足够高的有机化合物，常用高分子材料的分子量在几百至几百万之间，有的可高达上千万。高分子材料主要包括合成塑料、纤维、橡胶、薄膜、胶粘剂和涂料等，其中合成塑料、合成纤维、合成橡胶被称为现代高分子三大合成材料。第二节七种新材料技术四、新型复合材料由两种或两种以上的组份材料组成的新材料称为复合材料。1．树脂基复合材料新型树脂基复合材料主要是从树脂基体和增强材料两方面进行改进的。2．金属基复合材料由于树脂基复合材料的使用温度相对较低，为适应高技术发展的要求，近年来正在迅速研究开发金属基复合材料。第二节七种新材料技术四、新型复合材料3．陶瓷基复合材料

在陶瓷中加入多种陶瓷纤维、晶体、颗粒等增强体，制成陶瓷基复合材料。4．碳/碳基复合材料碳/碳基复合材料是指碳纤维复合材料。第二节七种新材料技术五、光电子材料基于激光在方向性、相干性、单色性和储能性等方面的突出优点等光电子技术的材料叫光电子材料。探索与发展新型光电子材料，制作高性能、小型化、集成化的光电子器件，已经成为整个光电子科技领域的前沿。其中光电子信息材料是整个光电子技术的基础和先导。第二节七种新材料技术六、生物医药材料生物材料也称为生物工程材料或生物医学材料，是生物体器官缺损、病变或衰竭的替代材料。.1．生物活性陶瓷人造生物玻璃（45％SiO2；24.5％Na2O，24.5％CaO，6％P2O5）已实现与骨相结合，而且与软组织相结合，成为一种活性陶瓷。2．生物化学水泥

骨骼缺损修补、骨骼植入材料的固定和牙齿的修复等，利用磷酸钙系细粉为主要材料，在修补过程中，一面硬化，一面产生羟基磷灰石，形状可塑，操作方便，被称为生物化学水泥。第二节七种新材料技术六、生物医药材料3．生物复合材料实验得到热解碳，比铝还轻，而且有高强度。把它涂在金属或高分子材料表面，有良好的生物相容性，与组织结合牢固，可以作为人工骨骼和人工齿。4．人工器官用于临床的人工器官的高分子材料主要有：聚氨酯、聚四氟乙烯、聚碳酸醋、聚甲醛、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、硅橡胶、碳纤维等几十种。这些材料可以制造出人工心脏、人工肝脏、人工肾、人工喉、人工眼球、人工骨、人工皮、人造血浆和血液等。第二节七种新材料技术六、生物医药材料5．控制释放技术药物治病需要一定的浓度，浓度低了达不到药效，浓度高了产生副作用。人们设想，如果能以一定的速度释放药物，以实现保持血液中药物的一定浓度，那将是病患者的福音，这种技术称为控制释放技术。6．仿生模拟仿生材料是在对生物大分子进行深入分析的基础上，探索生物大分子结构与功能之间的关系，然后进行分子设计和仿生模拟，从而研制具有生物功能的仿生材料。

第二节七种新材料技术七、纳米材料1．纳米

纳米（nm）实际上是一个长度单位，纳米是1米的十亿分之一，即1纳米=1x10-9米。纳米是一个非常小的空间尺度。2．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（0.1~100nm）或由其作为基本单元构成的材料。纳米材料有四大效应:表面效应、小尺寸效应、量子效应和界面效应，从而具有传统材料所不具备的奇特的物理化学性能。

第二节七种新材料技术七、纳米材料3．纳米技术纳米技术是指在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。4．纳米技术的发展史1959年，美国著名的物理学家、诺贝尔奖获得者费曼对纳米科技进行了精辟的预言。1974年，科学家唐尼古奇（Taniguch)最早使用“nanotechnology”(纳米技术)一词描述精密机械加工。……..。第二节七种新材料技术七、纳米材料5．纳米技术及重要意义纳米技术的最终目的是以原子和分子为起点，去制造具有特殊功能的产品，从根本上改变了材料和器件的制造方法，孕育着新的技术革命，进而将引起21世纪又一次产业革命，纳米技术的应用研究正在半导体芯片、光学新材料等领域快速发展。美国IBM公司首席科学家Amotrong说：“正如20世纪70年代微电子技术引发