新材料概論

　　電子信息材料 

　　電子信息材料是指在微電子、光電子技術(shù)和新型元器件基礎(chǔ)產(chǎn)品領(lǐng)域中所用的材料，主要包括單晶硅為代表的半導(dǎo)體微電子材料；激光晶體為代表的光電子材料；介質(zhì)陶瓷和熱敏陶瓷為代表的電子陶瓷材料；釹鐵硼（NdFeB）永磁材料為代表的磁性材料；光纖通信材料；磁存儲和光盤存儲為主的數(shù)據(jù)存儲材料；壓電晶體與薄膜材料；貯氫材料和鋰離子嵌入材料為代表的綠色電池材料等。這些基礎(chǔ)材料及其產(chǎn)品支撐著通信、計算機(jī)、信息家電與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　電子信息材料的總體發(fā)展趨勢是向著大尺寸、高均勻性、高完整性、以及薄膜化、多功能化和集成化方向發(fā)展。當(dāng)前的研究熱點和技術(shù)前沿包括柔性晶體管、光子晶體、SiC、GaN、ZnSe等寬禁帶半導(dǎo)體材料為代表的第三代半導(dǎo)體材料、有機(jī)顯示材料以及各種納米電子材料等。

　　新能源材料 

　　新能源和再生清潔能源技術(shù)是21世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最具有決定性影響的五個技術(shù)領(lǐng)域之一，新能源包括太陽能、生物質(zhì)能、核能、風(fēng)能、地?zé)?、海洋能等一次能源以及二次電源中的氫能等。新能源材料則是指實現(xiàn)新能源的轉(zhuǎn)化和利用以及發(fā)展新能源技術(shù)中所要用到的關(guān)鍵材料。主要包括儲氫電極合金材料為代表的鎳氫電池材料、嵌鋰碳負(fù)極和LiCoO2正極為代表的鋰離子電池材料、燃料電池材料、Si半導(dǎo)體材料為代表的太陽能電池材料以及鈾、氘、氚為代表的反應(yīng)堆核能材料等。 

　　當(dāng)前的研究熱點和技術(shù)前沿包括高能儲氫材料、聚合物電池材料、中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料、多晶薄膜太陽能電池材料等。 

　　納米材料 

　　納米材料是指由尺寸小于100nm（0.1-100nm）的超細(xì)顆粒構(gòu)成的具有小尺寸效應(yīng)的零維、一維、二維、三維材料的總稱。納米材料的概念形成于80年代中期，由于納米材料會表現(xiàn)出特異的光、電、磁、熱、力學(xué)、機(jī)械等性能，納米技術(shù)迅速滲透到材料的各個領(lǐng)域，成為當(dāng)前世界科學(xué)研究的熱點。按物理形態(tài)分，納米材料大致可分為納米粉末、納米纖維、納米膜、納米塊體和納米相分離液體等五類。盡管目前實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的納米料主要是碳酸鈣、白炭黑、氧化鋅等納米粉體材料，其它基本上還處于實驗室的初級研究階段，大規(guī)模應(yīng)用預(yù)計要到5-10年以后，但毫無疑問，以納米材料為代表的納米科技必將對二十一世紀(jì)的經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。  

　　當(dāng)前的研究熱點和技術(shù)前沿包括：以碳納米管為代表的納米組裝材料；納米陶瓷和納米復(fù)合材料等高性能納米結(jié)構(gòu)材料；納米涂層材料的設(shè)計與合成；單電子晶體管、納米激光器和納米開關(guān)等納米電子器件的研制、C60超高密度信息存貯材料等  

　　先進(jìn)復(fù)合材料  

　　復(fù)合材料是由兩種或多種性質(zhì)不同的材料通過物理和化學(xué)復(fù)合，組成具有兩個或兩個以上相態(tài)結(jié)構(gòu)的材料。該類材料不僅性能優(yōu)于組成中的任意一個單獨的材料，而且還可具有組分單獨不具有的獨特性能。  

　　復(fù)合材料按用途主要可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料兩大類。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料主要作為承力結(jié)構(gòu)使用的材料，由能承受載荷的增強(qiáng)體組元（如玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金屬、天然纖維、織物、晶須、片材和顆粒等）與能聯(lián)結(jié)增強(qiáng)體成為整體材料同時又起傳力作用的基體組元（如樹脂、金屬、陶瓷、玻璃、碳和水泥等）構(gòu)成。結(jié)構(gòu)材料通常按基體的不同分為聚合物基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、碳基復(fù)合材料和水泥基復(fù)合材料等。功能材料是指除力學(xué)性能以外還提供其它物理、化學(xué)、生物等性能的復(fù)合材料。包括壓電、導(dǎo)電、雷達(dá)隱身、永磁、光致變色、吸聲、阻燃、生物自吸收等種類繁多的復(fù)合材料，具有廣闊的發(fā)展前途。未來的功能復(fù)合材料比重將超過結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，成為復(fù)合材料發(fā)展的主流。 

　　未來復(fù)合材料的研究方向主要集中在納米復(fù)合材料、仿生復(fù)合材料、和發(fā)展多功能、機(jī)敏、智然復(fù)合材料等領(lǐng)域。  

　　生態(tài)環(huán)境材料  

　　生態(tài)環(huán)境材料是在人類認(rèn)識到生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要戰(zhàn)略意義和世界各國紛紛走可持續(xù)發(fā)展道路的背景下提出來的，是國內(nèi)外材料科學(xué)與工程研究發(fā)展的必然趨勢。一般認(rèn)為生態(tài)環(huán)境材料是具有滿意的使用性能同時又被賦予優(yōu)異的環(huán)境協(xié)調(diào)性的材料。  

　　這類材料的特點是消耗的資源和能源少，對生態(tài)和環(huán)境污染小，再生利用率高，而且從材料制造、使用、廢棄直到再生循環(huán)利用的整個壽命過程，都與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)。主要包括：環(huán)境相容材料，如純天然材料（木材、石材等）、仿生物材料（人工骨、人工器臟等）、綠色包裝材料（綠色包裝袋、包裝容器）、生態(tài)建材（無毒裝飾材料等）；環(huán)境降解材料（生物降解塑料等）；環(huán)境工程材料，如環(huán)境修復(fù)材料、環(huán)境凈化材料（分子篩、離子篩材料）、環(huán)境替代材料（無磷洗衣粉助劑）等。 

　　生態(tài)環(huán)境材料研究熱點和發(fā)展方向包括再生聚合物（塑料）的設(shè)計、材料環(huán)境協(xié)調(diào)性評價的理論體系、降低材料環(huán)境負(fù)荷的新工藝、新技術(shù)和新方法等。  

　　智能材料  

　　20世紀(jì)80年代中期人們提出了智能材料（Smart Materials或者Intelligent Material  System）的概念：智能材料是模仿生命系統(tǒng)，能感知環(huán)境變化并能實時地改變自身的一種或多種性能參數(shù)，作出所期望的、能與變化后的環(huán)境相適應(yīng)的復(fù)合材料或材料的復(fù)合。  

　　智能材料是一種集材料與結(jié)構(gòu)、智然處理、執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)于一體的復(fù)雜的材料體系。它的設(shè)計與合成幾乎橫跨所有的高技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域。構(gòu)成智然材料的基本材料組元有壓電材料、形狀記憶材料、光導(dǎo)纖維、電（磁）流變液、磁致伸縮材料和智然高分子材料等。  

　　智然材料的出現(xiàn)將使人類文明進(jìn)入一個新的高度，但目前距離實用階段還有一定的距離。今后的研究重點包括以下六個方面：  

　?。?） 智能材料概念設(shè)計的仿生學(xué)理論研究  
　?。?） 材料智然內(nèi)稟特性及智商評價體系的研究  
　?。?） 耗散結(jié)構(gòu)理論應(yīng)用于智能材料的研究  
　　（4） 機(jī)敏材料的復(fù)合-集成原理及設(shè)計理論  
　?。?） 智能結(jié)構(gòu)集成的非線性理論  
　　（6） 仿人智然控制理論  

　　高性能結(jié)構(gòu)材料  

　　結(jié)構(gòu)材料指以力學(xué)性能為主的工程材料，它是國民經(jīng)濟(jì)中應(yīng)用最為廣泛的材料，從日用品、建筑到汽車、飛機(jī)、衛(wèi)星和火箭等，均以某種形式的結(jié)構(gòu)框架獲得其外形、大小和強(qiáng)度。鋼鐵、有色金屬等傳統(tǒng)材料都屬于此類。高性能結(jié)構(gòu)材料一般指具有更高的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等力學(xué)性能，并適應(yīng)特殊環(huán)境要求的結(jié)構(gòu)材料。包括新型金屬材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷材料和高分子材料等。  

　　當(dāng)前的研究熱點包括：高溫合金、新型鋁合金和鎂合金、高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料和高分子合金等。  

　　新型功能材料  

　　功能材料是指表現(xiàn)出力學(xué)性能以外的電、磁、光、生物、化學(xué)等特殊性質(zhì)的材料。除前面介紹過的信息、能源、納米、生物醫(yī)用等材料外，新型功能材料主要還包括高溫超導(dǎo)材料、磁性材料、金剛石薄膜、功能高分子材料等。  

　　當(dāng)前的研究熱點包括：納米功能材料、納米晶稀土永磁和稀土儲氫合金材料、大塊非晶材料、高溫超導(dǎo)材料、磁性形狀記憶合金材料、磁性高分子材料、金剛石薄膜的制備技術(shù)等。  

　　化工新材料  

　　化工新材料是應(yīng)用在化工、石油等領(lǐng)域的基礎(chǔ)原材料，主要包括有機(jī)氟材料、有機(jī)硅材料、高性能纖維、納米化工材料、無機(jī)功能材料等。納米化工材料和特種化工涂料是近年來的研究熱點。  

　　新型建筑材料  

　　新型建筑材料主要包括新型墻體材料、化學(xué)建材、新型保溫隔熱材料、建筑裝飾裝修材料等。其中化學(xué)建材包括建筑塑料、建筑涂料、建筑防水、密封材料、隔熱保溫材料、隔聲材料、特種陶瓷、建筑膠粘劑等，是我國"十五"期間要重點發(fā)展的新型建筑材料  

　　先進(jìn)陶瓷材料  

　　先進(jìn)陶瓷材料是指采用精制的高純、超細(xì)的無機(jī)化合物為原料及先進(jìn)的制備工藝技術(shù)制造出的性能優(yōu)異的產(chǎn)品。根據(jù)工程技術(shù)對產(chǎn)品使用性能的要求，制造的產(chǎn)品可以分別具有壓電、鐵電、導(dǎo)電、半導(dǎo)體。磁性等或具有高強(qiáng)、高韌，高硬、耐磨。耐腐蝕、耐高溫、高 熱導(dǎo)、絕熱或良好生物相容性等優(yōu)異性能。先進(jìn)陶瓷材料一般分為結(jié)構(gòu)陶瓷、陶瓷基復(fù)合材料和功能陶瓷三類。大部分功能陶瓷在電子工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛，通常也稱為電子陶瓷材料。如用于制造芯片的陶瓷絕緣材料、陶瓷基板材料、陶瓷封裝材料以及用于制造電子器件的電容器陶瓷、壓電陶瓷、鐵氧體磁性材料等。  

　　當(dāng)前的研究熱點包括陶瓷材料的強(qiáng)韌化技術(shù)、納米陶瓷材料的制備合成技術(shù)、先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷材料體系的設(shè)計以及電子陶瓷材料的高勻、超細(xì)技術(shù)。