常识积累——前沿科技中的新材料技术 -亚博188网站

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一、综述

新材料是指新近发展或正在发展的具有优异性能的结构材料和具有特殊性质的功能材料。

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。

二、类型

结构材料主要是利用它们的强度、韧性、硬度、弹性等机械性能，如新型陶瓷材料、非晶态合金（金属玻璃）等。功能材料主要是利用其所具有的电、光、声、磁、热等功能和物理效应。近几年，世界上研究、发展的新材料主要包括复合新材料、超导材料、能源材料、磁性材料、智能材料、纳米材料等。

1.复合材料

复合材料按材料作用分为结构复合材料和功能复合材料。

复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。

由于树脂基复合材料便于现场施工，已广泛用于防腐工程。

2.超导材料

超导材料，又称为超导体，由荷兰物理学家昂尼斯发现。根据临界温度的不同，超导材料可以被分为高温超导材料和低温超导材料。

特点：一是处于超导态时电阻为零，利用超导体可最大限度地降低超高压输电的损耗；其次是抗磁性，即处于超导态时，外部磁场在一定范围内，超导材料内的磁场恒为零。目前超导悬浮技术被应用在无磨损轴承、磁悬浮列车，以及粒子加速器、核聚变反应堆的研制上。

3.智能材料

智能材料是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。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，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。

4.纳米材料

世界上第一种纳米材料是德国的格莱特首先研制出来。

纳米结构通常是指尺寸在100nm以下的微小结构。一般情况下，对于固体粉末或纤维，当其有一维尺寸小于100nm，即达到纳米尺寸，即可称为所谓纳米材料。

特点：纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特性，超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。

当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出新的物理性质的变化称为小尺寸效应。小尺寸效应使铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电。

石墨烯，是目前发现的厚度最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。石墨烯电阻率极低，电子迁移的速度极快。作为一种良好的导体，石墨烯适用于新能源电池的制造。

5.半导体材料

半导体材料是指常温下导电性介于导体与绝缘体之间的材料。其可以大致分为元素半导体、化合物半导体、无定形半导体材料、有机半导体材料等。其中元素半导体有硅、锗、硒、硼、锑等；化合物半导体，重要的有砷化镓、磷化硅、碳化硅等。

硅是一种产量最大、应用最广的半导体材料，可以用于二极管级、整流器件级、电路级以及太阳能电池级单晶产品的生产和深加工制造，其后续产品集成电路和半导体分离器件已广泛应用于各个领域，在军事电子设备中也占有重要地位，在半导体材料应用中最具有影响力。

砷化镓是一种重要的半导体材料，可以制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘高阻材料，用来制作集成电路衬底、红外探测器等。

6.合成材料

高分子合成材料包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等，塑料、橡胶、纤维被称为现代三大高分子材料，具有塑性良好、耐腐蚀性能强、绝缘性能优越、质量轻、强度较低等特点。

塑料合金是将几种塑料基体以物理共混或化学接枝的方法而获得的高性能、功能化、专用化的一类新材料，因此它是由塑料和塑料合成的。

汽车轮胎的主要成分为天然橡胶和合成橡胶，其中，合成橡胶是人工合成的高弹性聚合物，是一种典型有机合成材料。

三、刷题巩固

【例1】塑料合金的合成材料是（    ）。

a.塑料与金属    b.塑料与木材    c.塑料与塑料    d.金属与金属

【答案】c。解析：塑料合金是将几种塑料基体以物理共混或化学接枝的方法而获得的高性能、功能化、专用化的一类新材料，因此它是由塑料和塑料合成的。故本题选c。

【例2】磁悬浮列车速度快、无噪声、无污染、无振动，它所使用的材料主要是（    ）。