一 功能材料分類及其應用

 

　　從功能的不同可以分為如下幾類：

 

　　1、力學功能主要是指強化功能材料和彈性功能材料，如高結晶材料，超高強材料等等。

 

　　2、化學功能分離功能材料：如分離膜，離子交換樹脂、高分子絡合物;

 

　　反應功能材料：如高分子試劑、高分子催化劑等等;

 

　　生物功能材料：如固定化酶，生物反應器等等。

 

　　3、物理化學功能電學功能材料：如超導體，導電高分子等;

 

　　光學功能材料：如光導纖維、感光性高分子等;

 

　　能量轉換材料：如壓電材料、光電材料等。

 

　　4、生物化學功能醫用功能材料：人工臟器用材料如人工腎、人工心肺，可降解的醫用縫合線、骨釘、骨板等等;

 

　　功能性藥物：如緩釋高分子，藥物活性高分子，高分子農藥等。

 

　　二 功能材料應用前景

 

　　功能材料種類繁多，用途廣泛，正在形成一個規模宏大的高技術產業群，有著十分廣闊的市場前景和極為重要的戰略意義。世界各國均十分重視功能材料的研發與應用，它已成為世界各國新材料研究發展的熱點和重點，也是世界各國高技術發展中戰略競爭的熱點。在全球新材料研究領域中，功能材料約占85 %。我國高技術(863)計劃、國家重大基礎研究[973]計劃、國家自然科學基金項目中均安排了許多功能材料技術項目(約占新材料領域70%比例)，并取得了大量研究成果。

 

　　當前國際功能材料及其應用技術正面臨新的突破，諸如超導材料、微電子材料、光子材料、信息材料、能源轉換及儲能材料、生態環境材料、生物醫用材料及材料的分子、原子設計等正處于日新月異的發展之中，發展功能材料技術正在成為一些發達國家強化其經濟及軍事優勢的重要手段。

 

　　1.超導材料以NbTi、Nb3Sn為代表的實用超導材料已實現了商品化，在核磁共振人體成像(NMRI)、超導磁體及大型加速器磁體等多個領域獲得了應用;SQUID作為超導體弱電應用的典范已在微弱電磁信號測量方面起到了重要作用，其靈敏度是其它任何非超導的裝置無法達到的。但是，由于常規低溫超導體的臨界溫度太低，必須在昂貴復雜的液氦(4.2K)系統中使用，因而嚴重地限制了低溫超導應用的發展。

 

　　高溫氧化物超導體的出現，突破了溫度壁壘，把超導應用溫度從液氦(4.2K)提高到液氮(77K)溫區。同液氦相比，液氮是一種非常經濟的冷媒，并且具有較高的熱容量，給工程應用帶來了極大的方便。

 

　　另外，高溫超導體都具有相當高的上臨界場[H c2 (4K)>50T]，能夠用來產生20T以上的強磁場，這正好克服了常規低溫超導材料的不足之處。正因為這些由本征特性Tc、Hc2所帶來的在經濟和技術上的巨大潛在能力，吸引了大量的科學工作者采用最先進的技術裝備，對高Tc超導機制、材料的物理特性、化學性質、合成工藝及顯微組織進行了廣泛和深入的研究。

 

　　高溫氧化物超導體是非常復雜的多元體系，在研究過程中遇到了涉及多種領域的重要問題，這些領域包括凝聚態物理、晶體化學、工藝技術及微結構分析等。一些材料科學研究領域最新的技術和手段，如非晶技術、納米粉技術、磁光技術、隧道顯微技術及場離子顯微技術等都被用來研究高溫超導體，其中許多研究工作都涉及了材料科學的前沿問題。高溫超導材料的研究工作已在單晶、薄膜、體材料、線材和應用等方面取得了重要進展。

 

　　2.醫用材料

 

　　作為高技術重要組成部分的生物醫用材料已進入一個快速發展的新階段，其市場銷售額正以每年16%的速度遞增，預計20年內，生物醫用材料所占的份額將趕上藥物市場，成為一個支柱產業。生物活性陶瓷已成為醫用生物陶瓷的主要方向;生物降解高分子材料是醫用高分子材料的重要方向;醫用復合生物材料的研究重點是強韌化生物復合材料和功能性生物復合材料，帶有治療功能的HA生物復合材料的研究也十分活躍。

 

　　3.能源材料

 

　　太陽能電池材料是新能源材料研究開發的熱點，IBM公司研制的多層復合太陽能電池，轉換率高達40%。美國能源部在全部氫能研究經費中，大約有50%用于儲氫技術。固體氧化物燃料電池的研究十分活躍，關鍵是電池材料，如固體電解質薄膜和電池陰極材料，還有質子交換膜型燃料電池用的有機質子交換膜等，都是研究的熱點。

 

　　4.生態環境材料

 

　　生態環境材料是20世紀90年代在國際高技術新材料研究中形成的一個新領域，其研究開發在日、美、德等發達國家十分活躍，主要研究方向是：

 

　　1)直接面臨的與環境問題相關的材料技術，例如，生物可降解材料技術，CO 2氣體的固化技術，SOx、NOx催化轉化技術、廢物的再資源化技術，環境污染修復技術，材料制備加工中的潔凈技術以及節省資源、節省能源的技術;

 

　　2)開發能使經濟可持續發展的環境協調性材料，如仿生材料、環境保護材料、氟里昂、石棉等有害物質的替代材料、綠色新材料等;

 

　　5.智能材料

 

　　智能材料是繼天然材料、合成高分子材料、人工設計材料之后的第四代材料，是現代高技術新材料發展的重要方向之一，將支撐未來高技術的發展，使傳統意義下的功能材料和結構材料之間的界線逐漸消失，實現結構功能化、功能多樣化。

 

　　科學家預言，智能材料的研制和大規模應用將導致材料科學發展的重大革命。國外在智能材料的研發方面取得很多技術突破，如英國宇航公司在導線傳感器，用于測試飛機蒙皮上的應變與溫度情況;英國開發出一種快速反應形狀記憶合金，壽命期具有百萬次循環，且輸出功率高，以它作制動器時、反應時間，僅為10分鐘;在壓電材料、磁致伸縮材料、導電高分子材料、電流變液和磁流變液等智能材料驅動組件材料在航空上的應用取得大量創新成果。

 

　　6.稀土材料

 

　　稀土永磁材料：突破高性能(N50)、高均勻性、高工作溫度、低溫度系數的燒結稀土永磁材料和高性能(磁能積20MGOe)粘結稀土永磁材料的產業化關鍵技術。

 

　　高亮度、長壽命白光LED節能照明系統：低成本、高亮度、長壽命白光LED節能照明系統產業化并進入普通百姓家庭。

 

　　三 我國功能材料的發展

 

　　我國非常重視功能材料的發展，在國家攻關、“ 863”、“973”、國家自然科學基金等計劃中，功能材料都占有很大比例。在“九五”“十五”國防計劃中還將特種功能材料列為“國防尖端”材料。這些科技行動的實施，使我國在功能材料領域取得了豐碩的成果。

 

　　在“863”計劃支持下，開辟了超導材料、平板顯示材料、稀土功能材料、生物醫用材料、儲氫等新能源材料，金剛石薄膜，高性能固體推進劑材料，紅外隱身材料，材料設計與性能預測等功能材料新領域，取得了一批接近或達到國際先進水平的研究成果，在國際上占有了一席之地。

 

　　鎳氫電池、鋰離子電池的主要性能指標和生產工藝技術均達到了國外的先進水平，推動了鎳氫電池的產業化;功能陶瓷材料的研究開發取得了顯著進展，以片式電子組件為目標，我國在高性能瓷料的研究上取得了突破，并在低燒瓷料和賤金屬電極上形成了自己的特色并實現了產業化，使片式電容材料及其組件進入了世界先進行列; 高檔釹鐵硼產品的研究開發和產業化取得顯著進展，在某些成分配方和相關技術上取得了自主知識產權; 功能材料還在“兩彈一星”、“四大裝備四顆星”等國防工程中作出了舉足輕重的貢獻。

 

圖片來源：找項目網