472.前沿科技中的新材料技術

　　本期公基輕松學的主題是：前沿科技中的新材料技術考點。

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　　一、綜述

　　新材料是指新近發展或正在發展的具有優異性能的結構材料和有特殊性質的功能材料。

　　新材料技術是按照人的意志，通過物理研究、材料設計、材料加工、試驗評價等一系列研究過程，創造出能滿足各種需要的新型材料的技術。

　　二、類型

　　結構材料主要是利用它們的強度、韌性、硬度、彈性等機械性能，如新型陶瓷材料、非晶態合金(金屬玻璃)等。功能材料主要是利用其所具有的電、光、聲、磁、熱等功能和物理效應。近幾年，世界上研究、發展的新材料主要包括復合新材料、超導材料、能源材料、磁性材料、智能材料、納米材料等。

　　1、復合材料

　　復合材料按材料作用分為結構復合材料和功能復合材料。

　　復合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。

　　由于樹脂基復合材料便于現場施工，已廣泛用于防腐工程。

　　2、超導材料

　　超導材料，又稱為超導體，由荷蘭物理學家昂尼斯發現。根據臨界溫度的不同，超導材料可以被分為高溫超導材料和低溫超導材料。

　　特點：一是處于超導態時電阻為零，利用超導體可最大限度地降低超高壓輸電的損耗;其次是抗磁性，即處于超導態時，外部磁場在一定范圍內，超導材料內的磁場恒為零。目前超導懸浮技術被應用在無磨損軸承、磁懸浮列車，以及粒子加速器、核聚變反應堆的研制上。

　　3、智能材料

智能材料是一種能感知外部刺激，能夠判斷并適當處理且本身可執行的新型功能材料。智能材料是繼天然材料、合成高分子材料、人工設計材料之后的第四代材料，是現代高技術新材料發展的重要方向之一，將支撐未來高技術的發展，使傳統意義下的功能材料和結構材料之間的界線逐漸消失，實現結構功能化、功能多樣化。

　　4、納米材料

　　世界上第一種納米材料是德國的格萊特首先研制出來。

　　納米結構通常是指尺寸在100nm以下的微小結構。一般情況下，對于固體粉末或纖維，當其有一維尺寸小于100nm，即達到納米尺寸，即可稱為所謂納米材料。

　　特點：納米材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特性，超微顆粒的表面具有很高的活性，在空氣中金屬顆粒會迅速氧化而燃燒。

　　當納米微粒尺寸與光波波長，傳導電子的德布羅意波長及超導態的相干長度、透射深度等物理特征尺寸相當或更小時，它的周期性邊界被破壞，非晶態納米粒子的顆粒表面層附近的原子密度減少，從而使其聲、光、電、磁，熱力學等性能呈現出新的物理性質的變化稱為小尺寸效應。小尺寸效應使銅顆粒達到納米尺寸時就變得不能導電。

　　石墨烯，是目前發現的厚度最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料。石墨烯電阻率極低，電子遷移的速度極快。作為一種良好的導體，石墨烯適用于新能源電池的制造。

　　5、半導體材料

　　半導體材料是指常溫下導電性介于導體與絕緣體之間的材料。其可以大致分為元素半導體、化合物半導體、無定形半導體材料、有機半導體材料等。其中元素半導體有硅、鍺、硒、硼、銻等;化合物半導體，重要的有砷化鎵、磷化錮、碳化硅等。

　　硅是一種產量最大、應用最廣的半導體材料，可以用于二極管級、整流器件級、電路級以及太陽能電池級單晶產品的生產和深加工制造，其后續產品集成電路和半導體分離器件已廣泛應用于各個領域，在軍事電子設備中也占有重要地位，在半導體材料應用中最具有影響力。

　　砷化鎵是一種重要的半導體材料，可以制成電阻率比硅、鍺高3個數量級以上的半絕緣高阻材料，用來制作集成電路襯底、紅外探測器等。

　　6、合成材料

　　高分子合成材料包括塑料、橡膠、纖維、薄膜、膠粘劑和涂料等，塑料、橡膠、纖維被稱為現代三大高分子材料，具有塑性良好、耐腐蝕性能強、絕緣性能優越、質量輕、強度較低等特點。

　　塑料合金是將幾種塑料基體以物理共混或化學接枝的方法而獲得的高性能、功能化、專用化的一類新材料，因此它是由塑料和塑料合成的。

　　汽車輪胎的主要成分為天然橡膠和合成橡膠，其中，合成橡膠是人工合成的高彈性聚合物，是一種典型有機合成材料。

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