科技知识黑板报

发布时间:2017-11-11 编辑:qianlong 手机版

  新材料技术

  一、新材料技术概况

  新材料主要是指最近发展或正在发展之中的具有比传统材料更为优异性能的一类材料。新材料技术是按照人的意志,通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程,创造出能满足各种需要的新型材料的技术。新材料技术具有理论基础广、工艺技术新、性能要求高、更新换代快四大特点。

  (一)新型的金属材料

  人类从公元前1200年前进入铁器时代,到19世纪中叶真正进入钢铁时代,金属材料占据了材料领域的统治地位。随着科技的进步,金属材料又呈现出了很多新的发展:有被称作“金属璃”的非晶态金属;有具有超强、超硬或者形状记忆功能的合金;有零电阻、用于制造高能加速器、超导发电机、超高速计算机、高灵敏度探测设备的超导金属材料等。

  (二)无机非金属材料

  20世纪50年代,合成化工原料和特殊制备工艺的发展,使以陶瓷材料为代表的无机非金属材料产生了一个飞跃,出现了从传统陶瓷向先进陶瓷的转变,新型功能陶瓷产业形成,满足了电力、电子技术和航天技术的发展和需要。其中有硬度可与金刚石媲美的氧化铝陶瓷,有强度高的氮化硅陶瓷,有兼备金属韧性和耐腐蚀优点的金属陶瓷,有透明、耐高温、高强度的光学陶瓷等。此外,还发展了新型璃材料,新型水泥材料,这些材料已日渐成为各个领域不可或缺的新型功能材料和结构材料。

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  (三)有机高分子材料

  20世纪中叶以后,人工合成高分子材料得到广泛应用。先后出现尼龙、聚乙、聚丙、聚四氟乙等塑料,以及维尼纶、合成橡胶、新型工程塑料、高分子合金和功能高分子材料等。仅半个世纪时间,高分子材料已与有上千年历史的金属材料并驾齐驱,在年产量的体积上已超过了钢,成为国民经济、国防尖端科学和高科技领域不可缺少的材料。

  (四)复合材料

  复合材料是由两种或更多种的不同材料制成的,这种新材料既保持了原材料的特点,又形成了优于原有材料的性能,具有代表性的有璃钢和碳纤维复合材料等。

  1.璃钢

  用璃纤维作筋骨,用合成树脂作肌肉,让它们凝为一体,制成的材料,其抗拉强度可与钢材相媲美,因此得名璃钢,学名为璃纤维增强塑料。

  2.碳纤维复合材料

  碳纤维是主要由碳元素组成的特种纤维,具有耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性,并且有显著的各向异性,柔软、可加工成各种织物,其沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维与树脂、金属、陶瓷等基体复合,制成结构材料,由于具有比重小、刚性好和强度高的优点而成为一种先进的复合材料。碳纤维是50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的,现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。

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  二、纳米概念

  纳米(nm)如同厘米、分米和米一样,是度量长度的单位,一纳米等于十亿分之一米(10-9米),将一纳米的物体放到乒乓球上,就像一个乒乓球放在地球上一般。纳米技术是一种在纳米尺度空间内的生产方式和工作方式,并在纳米空间认识自然、创造一种新的技能。

  当物质到纳米尺度以后,物质的性能就会发生突变,出现特殊性能。这种既不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料,即为纳米材料。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家,他们在20世纪70年代用蒸发法做了超微离子,并通过研究它的性能发现,一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后,它就失去原来的性质,表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此,像铁合金,把它做成大约20~30纳米大小,磁性要比原来高1000倍。80年代中期,人们就正式把这类材料命名为纳米材料。

  纳米技术的内涵非常广泛,它包括纳米材料的制造技术,纳米材料向各个高科技领域应用的技术,并衍生出了纳米动力学、纳米生物学、纳米药物学和纳米电子学等相关学科。

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  三、热点提示与知识更新

  2011年1月23日上海交通大学宣布,物理系李贻杰教授领导的科研团队历时3年,采用独特的技术路线,成功研发一整套具有我国自主知识产权的百米级第二代高温超导带材,实现了国内超导带材领域的新突破。国产百米级第二代高温超导带材像一层薄膜,金属基带的宽度为1厘米、厚度为80微米,而用于传输超导电流的稀土氧化物超导层的厚度还不到1微米。与传统的铜导线相比,相同横截面积超导带材的载流能力是铜导线的几百倍。现有的电网传输系统在传输过程损耗约8%到10%,如果采用第二代高温超导电缆来传输,可以达到几乎零损耗,极大提高了节能效果。

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