第四章新材料技术罗.ppt

第三节 新材料技术的基本内容 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。新材料按材料的属性划分，有金属材料、无机非多属材料（如陶瓷、砷化镓半导体等）、有机高分子材料、先进复合材料四大类。新材料在国防建设上作用重大。 第三十页，共五十一页，2022年，8月28日 能源材料 能源材料主要有太阳能电池材料、储氢材料、固体氧化物电池材料等。 氢是无污染、高效的理想能源，氢的利用关键是氢的储存与运输，美国能源部在全部氢能研究经费中，大约有50%用于储氢技术。氢对一般材料会产生腐蚀，造成氢脆及其渗漏，在运输中也易爆炸，储氢材料的储氢方式是能与氢结合形成氢化物，当需要时加热放氢，放完后又可以继续充氢的材料。目前的储氢材料多为金属化合物。如LaNi5H、等。 第三十一页，共五十一页，2022年，8月28日 智能材料 智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一。国外在智能材料的研发方面取得很多技术突破，如英国宇航公司的导线传感器，用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况；英国开发出一种快速反应形状记忆合金，寿命期具有百万次循环，且输出功率高，以它作制动器时、反应时间仅为10分钟；形状记忆合金还已成功在应用于卫星天线等、医学等领域。 第三十二页，共五十一页，2022年，8月28日 碳纤维 碳纤维是指化学组成中碳元素质量分数在90%以上的纤维材料，每一根碳纤维由数千条更微小的碳纤维所组成，在原子层面的碳纤维跟石墨很相近，由一层层以六角型排列的碳原子构成。碳纤维与石墨两者的差别在于层与层之间的连接，石墨是晶体结构，它的层间连接松散；而碳纤维不是晶体结构，层间连接是不规则的，这样可防止滑移，增强物质强度。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如比重小、耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。 第三十三页，共五十一页，2022年，8月28日 新型陶瓷 新型陶瓷采用人工合成的高纯度无机化合物为原料，在严格控制的条件下经成型、烧结和其他处理而制成具有微细结晶组织的无机材料。新型陶瓷以其独特的优异性能，已成为航天、航空、建筑、冶金、机械、化工、电子、生物等工程技术中的关键材料，且应用领域仍处于不断扩展中。 新型陶瓷制成的人造骨等 第三十四页，共五十一页，2022年，8月28日 光纤 光纤为光导纤维的简称，由直径大约为0.1mm的细玻璃丝构成。光纤通信就是因为光纤的这种神奇结构而发展起来的以光波为载频，光导纤维为传输介质的一种通信方式。 由光导纤维构成的光缆 第三十五页，共五十一页，2022年，8月28日 第四节 新材料技术展望 进入20世纪90年代以来，材料科学技术的发展异常迅速。材料科学与生命科学、信息科学、认知科学、环境科学和非线性科学共同构成了当代科学技术的前沿。展望21世纪，基于物理、化学、数学等自然科学与电子、化工、冶金等工程技术最新成就的材料科学技术前沿有： 新型光电子材料 第三十六页，共五十一页，2022年，8月28日 * 第一页，共五十一页，2022年，8月28日 材料是指用来加工成器件、结构件或其他可供使用的物质。新材料是那些新近发展或正在发展之中的具有比传统材料的性能更为优异的一类材料。新材料的发展与新技术密切相关，并且是多种学科相互交叉和渗透的结果。新材料是新技术发展的必要物质基础，是当代新技术革命的先导。 20世纪中叶以来，世界各国对新材料的研究和开发都十分重视，出现了一个“材料革命”的新时代。当前人类进入知识经济时代，材料与信息、能源并称为现代科学技术的三大支柱，成为现代科学技术发展的物质基础。 第二页，共五十一页，2022年，8月28日 第一节 材料技术发展简史 材料的历史与人类史一样久远。从考古学的角度，人类文明曾被划分为旧石器时代、新石器时代、青铜器时代、铁器时代等，由此可见材料的发展对人类社会的影响。材料也是人类进化的标志之一，任何工程技术都离不开材料的设计和制造工艺，一种新材料的出现，必将支持和促进当时文明的发展和技术的进步。 从人类的出现到20世纪的今天，人类的文明程度不断提高，材料及材料科学也在不断发展。在人类文明的进程中，材料大致经历了以下五个发展阶段。 第三页，共五十一页，2022年，8月28日 1．使用纯天然材料的初级阶段 在原古时代，人类只能使用天然材料（如兽皮、甲骨、羽毛、树木、草叶、石块、泥土等），相当于人们通常所说的旧石器时代。这一阶段，人类所能利用的材料都是纯天然的，在这一阶段的后期，虽然人类文明的程度有了很大进步，