新材料技术发展及影响(2)

件、改善传输质量和效率、增大功率和距离等方向转变。半导体化合物（GaAs、InAs、GaN、SiC等）具有重要的应用前景。 2.2.3 有机/高分子材料

有机/高分子材料是现代工业和高新技术的重要基石，已成为国民经济基础产业以及国家安全不可缺少的重要材料。一方面通用高分子材料需要不断地升级改造，以降低成本、提高材料的使用性能。另一方面各类新型的高分子材料将应运而生，尤其是有机及聚合物分子或少数分子组合体的光、电、磁等特性将成为高分子向功能化以及微型器件化发展的重要方向。 2.2.4 敏感与传感转换材料

敏感与传感转换材料是指对电、磁、光、声、热（温度）、力、化学、生物变化敏感并具有转换功能的材料。包括磁性材料、磁电材料、磁阻和巨磁阻材料、电磁液流变液体、磁致伸缩材料、电阻材料、超导材料、感光和发光材料、介电材料（介电、压电、铁电、热释电、微波材料）、气敏、湿敏、温敏材料、热偶、记忆合金及储氢材料、生物传感材料及智能材料。此类材料是目前研究比较热的领域，但进展缓慢。可以想象随着人们对材料技术的关注和政府的扶持，材料科技必将有所突破。 2.2.5 纳米科学与技术

自从1991年碳纳米管的出现[9]，纳米技术一直是材料技术研究的热点，研究结果也表明材料处于纳米尺寸时有许多的优点。如今碳纳米管研究已经比较成熟，最近研究主要集中在纳米复合材料、高分子纳米材料，纳米复合纤维，导电纳米材料，设计和构筑新的纳米结构、材料和器件。

最新的研究报道提出：纳米TiO2和纳米ZnO等陶瓷粉，具有抗紫外线的作用[10]。以此类材料与纤维复合制成的织物，便于印染整理，手感柔软，透气凉爽，服用性好。将二氧化锡和氧化锌等白色纳米粉体与纤维高聚物混合纺丝可制成白色导电纤维，可用来制作防护服、工作服和装饰性导电材料。

涂料中添加纳米材料，如纳米TiO2，可以制造出杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料，可应用于医院和家庭内墙涂饰；在涂料中添加纳米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍提高，涂料的质量和档次大大升级。 纳米稀土是目前国内纳米材料研发的热点之一。目前正在重点开发纺织纤维用纳米稀土材料、PDP\\LED用稀土发光材料、稀土荧光粉和高性能稀土合金。纳米稀土的主要应用方向为汽车尾气催化剂（如纳米CeO2）、纺织纤维添加剂、高性能稀土发光材料、陶瓷及涂层等。 2.2.6 生物材料

生物材料一般指具有生物活性或某种生物功能的人造材料，生物材料包括仿生材料、生物医用材料、生物灵性材料，即在电、光、磁等作用下具有伸缩功能

的类似生物的智能材料。目前研究的重点是生物材料分子自组装。 2.3 当代新材料发展趋势

刚刚结束的上海世博会，以“城市，让世界更美好”为口号，唱响了新的城市，新的生活。而这一切都离不开新材料的应用，各国场馆的建设体现了，最新材料技术的特点[11]。下面以不同场馆使用到的新材料为例，说明未来新材料的发展趋势。

2.3.1 新型环保塑木材料：或成发展趋势

与正红色“东方之冠”相呼应的是，中国馆周围大片红木色的地板。这些地板既有木材的质感，也有木料的纹路，但事实上这些地板并不是木头制作的，而是一种名叫塑木的新型环保材料。

塑木的主要成分是塑料和天然纤维，是采用特殊工艺如（挤出、注塑、压模等）将塑料和天然木质纤维加工成型的产品。与传统木材相比，塑木最大的优势就是对环境贡献大，节省木材有利于保护环境、不需要油漆避免对环境的污染、不怕水、在10年左右的使用周期结束后可回收利用不产生二次污染。 2.3.2 砂基透水砖：低碳型建筑材料[12]

世博会中国国家馆广场所用的“仁创砂基透水岩”是北京仁创科技集团自主研发，以沙漠中的风沙为原料，通过免烧结工艺制备而成。其“低投入、高产出、低消耗、少排放、能循环、可持续”的特性不仅符合低碳经济发展需要，而且满足建筑生态文明的需要。

2.3.3 太阳能电池板：光伏建筑一体化材料

中国国家馆采取了利用68米平台和60米观景平台铺设单晶硅太阳能组建的方案总装机容量达302千瓦。中国馆的60米观景平台四周采用特制的透光型“双玻组建”太阳能电池板，用这种“双玻组建”建成的玻璃幕墙，既具有传统幕墙的功能，又能够将阳光转化成清洁电力，一举两得。 2.3.4 PTFE膜材料：打造世界最大顶棚膜结构

阳光谷——世博轴的要害性节点。6个阳光谷之间的索膜结构是迄今为止世界上最大的连续张拉索膜结构。索膜选用了一种名为聚四氟乙烯（PTFE）的纤维，膜材料厚度仅为1毫米，但强度高，设计张力达到5吨/平方米，该材料具有不易燃烧、防紫外线、抗风化、高反射性等特点。由于索膜结构表层含有一层功能涂料，因此具有自清洁功能。此外，透明玻璃与金属架连接处采用高性能硅橡胶和化学粘合剂。 2.3.5 新型合成树脂：环保材料

韩国馆的外立面由合成树脂做成，但跟以往很难腐化的合成树脂不同的是，韩国馆外立面用合成树脂是可腐化的。在世博会后，韩国馆将被拆除，而这些合成树脂外立面则将被制作成环保袋。

2.3.6 胶合木：强度堪比钢材

瑞典国家馆的入口是由纵横交错的木梁和木柱支撑起来的。这些木梁、木柱所用的材料是胶合木，是一些边角木料用胶粘成的“栋梁之材”。 胶合木由单独的规格材层板组成。木材经过烘干、刨平成板材后分类成各种强度级别，多层板材用胶粘剂黏合搭接，以获得不同的长度、厚度和形状。由于这种特殊的生产方法，胶合木可以做成尺寸和形状各异的结构部件。胶合木与相同体积的普通木材相比，具有更大强度和刚性。

2.3.7 特殊不锈钢板材：塑造逼真的“流动沙丘”

阿联酋馆在设计中采用了一种玫瑰金色的不锈钢，这种板材是将不锈钢板浸泡在热的铬和硫酸中，通过增加氧化膜的厚度来取得动态的色彩效果。当阳光照射在板材上时，光线分别在金属层和氧化膜上折射，通过分隔光谱，就能反射出不同的颜色。也就是说，只要有阳光，游览者站在不同角度就能看到阿联酋馆反射出不同的颜色。最重要的是，达到这样的效果无须任何能源[13]。 2.3.8 革新性建筑布料：建筑外墙的第二层皮肤

德国馆的外墙使用的是网状、透气性良好的革新建筑布料，表层织入一种金属性银色材料，这种材料对太阳辐射具有极高的反射力。同时，同时，这种网状结构的包覆材料具有透气功能，还有利于馆内空气流通，能有效防止因人流密集而导致热量聚积，减轻展馆内空调设备能源消耗的负担。 2.3.9 可再生软木：打造最环保建筑

葡萄牙馆3640平方米的外墙被28 000千克的软木板包裹，堪称世界最环保的外墙隔绝技术。在场馆内部，铺设了1100平方米的软木地板。放映大厅中780平方米的墙面全部由软木覆盖，在吸音作用上达到良好效果。本届世博会上，葡萄牙馆使用的软木，都是用边角余料压合制成的，“这些软木如同为外墙穿上了一层泡沫外衣，不仅可以达到隔音、隔热的效果，而且在展览结束之后还能回收再利用。”软木具有良好的吸音、隔热和减震作用，代表了一种可持续性发展理念，以及人与自然和谐发展的创新精神。 2.3.10 多种新型材料：构建艺术外观[14]

波兰馆的建筑外形呈现不规则状，非常抽象，建筑表面以民间剪纸术为参考，布满了镂空花纹。波兰馆的外表层选择了一种激光切割胶合板，这些胶合板被安装在一块块的建筑模块上，再在模块表面装上玻璃和防水、防火、防紫外线辐射的环保材料。在建筑中，先将胶合板切割好，再安装在一块一块的胶合板建筑模块上，然后再在模块表面装上玻璃、聚碳酸酯、防水或防紫外线辐射的材料，最终构成墙体。在镂空剪纸胶合板下面，还要安装半透明的PVC或高密度聚乙烯合成的薄膜材料，以形成封闭的外表，从而最大限度节约资源、减少污染。

综上，低碳、环保、低能耗、可再生成为21世纪的新材料发展特点和趋势。

3 新材料技术的影响

3.1 材料技术的带动作用。

表2 材料技术发展的带头作用[15]

第一次革命 第二次革命 第三次革命

时间

公元前2000年 公元前1350~1400 公元1500~1700

时代特征

石器时代 青铜器， 铁器时代 工业革命之后

技术发展特点

石器打、磨 铜的熔炼 蒸汽机出现

对产业的带头作用举例

自然资源加工 农业畜牧业发展 武器的发达

钢结构（军舰、铁桥） 蒸汽机、内燃机 电镀、电解铝

第四次革命 20世纪初 合成材料 酚醛树脂、尼龙等塑料合成 陶瓷材料合成

航空航天技术迅速发展 超导材料的应用 计算机技术、信息技术 生物工程 可持续发展 太空资源开发

第五次革命 20世纪末 新材料与新工艺 性能设计与工艺设计一体化

新材料作为一个基础性和关联性非常强的产业领域，其发展可以广泛带动汽车、航空设备、通讯设备、家电、IT 行业以及房地产、交通运输、城市建设等领域的技术进步。

近年来，中国新材料产业市场需求平均年增长率都在20%左右，整个产业正处于迅速的发展状态之中。在其带动下，汽车、通讯设备、家电、IT 产业、房地产等领域也获得了比较快的发展，材料产业成为国民经济的主要支柱产业之一。例如，为了支持我国轿车工业的发展，设立了“轿车新材料”专项。开发了新材料85种，新产品165项。84项科技成果已得到实际应用，52项科技成果实现了商品化研制生产的材料已应用于桑塔纳、奥迪、捷达、富康等的某些车型。 3.2 新材料与国防

新材料为我国战略战术武器和重点军工型号任务的发展提供了所需的关键配套物质基础，如高能量密度固体火箭推进剂、低密度烧蚀材料、隐身材料、N A1、Al和T Al金属间化合物合金、金属基复合材料等。 3.3 民用新材料的影响

随着化工新材料在技术上的突破，规模化生产导致成本大幅下降，价格已为民用产品所接受，加上化工新材料具有耐高温、耐腐蚀、抗老化及强度高等优异的性能，目前已经广泛应用于电子、汽车、建材领域，中国经济的高速发展带动了对类似电子、汽车等消费品的需求，这些下游消费品的需求又促进了新材料的发展。

能源、信息领域使用的关键材料也取得了进展，如快堆用的ODS包套材料、

Mo材料、人工晶体材料、半导体激光器模块、片式陶瓷电子元件、印刷电路用高挡电解铜箔和新型二次电池等。

国内龙头企业通过不断研发和创新，形成了具有自主知识产权的工艺和技术，逐渐具有成本和规模优势，进口替代趋势明显。

比较典型的是有机硅产品，在国内未建成工业化装置之前，国外对手采取的封锁技术以及高价策略，有机硅中间体产品价格昂贵。国内装置建成之后，国家积极保护民族产业，使得我国有机硅产业迅速发展，并接近国际水平。

另外，我国研发的各种高性能增强体材料也正在逐步替代进口产品，一批有特色的高性能树脂已经研制成功，新一代树脂基、金属基、和陶瓷基复合材料正在研发中，国内支柱产业及高技术产业发展对新材料的需求不断扩大, 机械制造业、电子信息制造业、汽车工业、建筑业等支柱产业的快速发展对原材料在质量、性能与数量等方面都提出了更高的要求; 高新技术产业将带动新材料需求的增加, 特别是电子信息材料以每年20 —30 %的速度增长, 生物医用材料以约20 %的速度递增。

4 结论

材料科学技术的迅速发展，一方面促进了新材料设计与制备加工工艺时代的到来，包括先进制备技术、加工与成形技术在国内的发展，反过来也促进了国民经济和国防建等各个领域高新技术的发展，促进了人类社会的繁荣和人们生活水平、质量的提高。另一方面， 以资源、能源以及环境等为代表的可持续发展问题，是人类进入21世纪后社会发展面临的最大挑战。因此，节能、高效和优质，不仅对于传统材料加工技术的发展，而且对于未来材料加工技术革命， 都是至关重要的核心关键问题。

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