金属功能材料的发展概况_金属类功能材料简介
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材料的发展概况
材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的物质。它是人类赖以生存和发展的物质基础。人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱,因为它与国民经济建设、人民生活、和国防建设活动密切相关。材料是物质,但不是所有物质都可以称为材料。如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物,一般都不算是材料。但是这个定义并不那么严格,如炸药、固体火箭推进剂,一般称之为“含能材料”,因为它属于火炮或火箭的组成部分。
材料是人类生活和生产的物质基础,是人类认识自然和改造自然的工具。人类社会的发展历程,是以材料为主要标志的。在人类文明的进程中,材料大致经历了以下五个发展阶段。
1、使用纯天然材料的初级阶段,这一阶段,人类所能利用的材料都是纯天然的。
2、人类单纯利用火制造材料的阶段:这一阶段就是距今约10000年前到20世纪初的一个漫长的时期,它们分别以人类的三大人造材料为象征,即陶、铜和铁。这一阶段主要是人类利用火来对天然材料进行煅烧、冶炼和加工的时代。
3、利用物理与化学原理合成材料的阶段:20世纪初,人们不再是单纯地采用天然矿石和原料,经过简单的煅烧或冶炼来制造材料,而且能利用一系列物理与化学原理及现象来创造新的材料。并且根据需要,人们可以在对以往材料组成、结构及性能间关系的研究基础上,进行材料设计,材料合成及制造方法更是多种多样。
4、材料的复合化阶段:20世纪中叶人工合成高分子材料问世,并得到广泛应用。先后出现尼龙、聚乙烯等塑料,以及维尼纶、合成橡胶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,并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。其次是陶瓷材料的发展,陶瓷是人类最早利用自然界所提供的原料制造而成的材料。50年代,合成化工原料和特殊制备工艺的发展,使陶瓷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,许多新型功能陶瓷形成了产业,满足了电力、电子技术和航天技术的发展和需要。所以复合材料作为高性能的结构材料和功能材料,不仅用于航空航天领域,而且在现代民用工业、能源技术和信息技术方面不断扩大应用。
5、材料的智能化阶段:近三四十年研制出的一些材料已经具备了自适应、自诊断合资修复的部分功能,即智能材料,如形状记忆合金、光致变色玻璃等等。
可以说,材料经历了由传统材料向新型材料发展的历程。传统材料是指那些已经成熟且在工业中已批量生产并大量应用的材料,如钢铁、水泥、塑料等,又称为基础材料。随着科学技术发展,人们在传统材料的基础上,根据现代科技的研究成果,开发出新材料。新型材料是指那些正在发展,且具有优异性能和应用前景的一类材料。新材料按组分可分为有机金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、先进复合材料四大类。按材料性能分,有结构材料和功能材料。新材料在国防建设上作用重大。例如,隐身材料能吸收电磁波或降低武器装备的红外辐射,使敌方探测系统难以发现等等。新型材料与传统材料之间并没有明显的界限,传统材料通过采用新技术,提高技术含量和性能,大幅度增加附加值而成为新型材料;新材料在经过长期生产与应用之后也就成为传统材料。传统材料是发展新材料和高技术的基础,而新型材料又往往能推动传统材料的进一步发展。
总的说来,本世纪材料科学的发展有以下几个特点:超纯化(从天然材料到合成材料)、量子化(从宏观控制到微观和介质控制)、复合化(从单一到复合)及可设计化(从经验到理论)。当前,高技术新材料的发展日新月异,材料科学的内涵也日益丰富,21世纪会出现什么样的高技术材料,材料科学又将发展到何种程度,我们很难预料。但目前我们可以知道的是,21世纪科技发展的主要方向之一是新材料的研制和应用。新材料具有如下发展趋势:
1、复合材料是结构材料发展的重点,其中主要包括树脂基高强度、高模量纤维复合材料,金属基复合材料,陶瓷基复合材料及碳碳基复合材料等。
2、功能材料与器件相结合,并趋于小型化与多功能化。特别是外延技术与超晶格理论的发展,使材料与器件的制备可以控制在原子尺度上,这将成为发展的重点。
3、开发低维材料,低维材料具有体材料不具备的性质。
4、信息功能材料增加品种、提高性能性。这里主要是指半导体、激光、红外、光电子、液晶、敏感及磁性材料等,高温超导材料将会继续得到重视。
5、生物材料将得到更多应用和发展。一是生物医学材料,;另一是生物模拟材料。
6、传统材料仍将占有重要位置。
7、C60的出现为发展新材料开辟了一条崭新的途径。利用原子簇技术可能发展出更多的新材料。
随着科学技术的发展,材料科学的发展也日新月异,其必将进入一个更加广阔的天地,以适应人类日益增长的需求。
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