材料与化学

来源：材料与化学 发表者：环保清洗网 发表时间：2008-09-24

能源、材料、信息是现代科学技术的三大支柱，而材料是发展高科技最根本的物质基础，化学则是材料发展的基础，可向科学技术各领域提供各种所需的材料，所以没有化学的进步，就没有材料的发展。
　　随着现代科学技术的迅速发展，对新型材料的需求更加迫切，要求具有质轻、高强、耐热、耐磨、抗氧化、抗腐蚀、少污染、节能、长寿命以及对光、电、磁、热等特异功能的材料。
材料的品种很多，分类的方法也很多。按材料的化学成分和特性可将材料大致分为金属材料、非金属材料、高分子材料、复合材料和生物医学五大类，如表12-14所示。
　　根据材料的用途可将材料分为结构材料和功能材料两大类。新型结构材料包括高温结构材料（如超耐热合金、高温结构陶瓷）、轻型结构材料（如铝锂合金、纤维材料）、超低温材料、超硬材料（如硬质合金、超硬陶瓷）、超塑性合金、非晶态金属材料、开发的新材料（如纳米材料、快速凝固材料、单晶合金、高强耐热低合金）、工程塑料（ABS塑料、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚砜、聚酯、含氟塑料）、复合材料等。
　　应用于高、新技术中，具有特定的光、电、声、磁、热、力、化学、生物学功能及其相互转化功能的材料，称为功能材料。功能材料的出现说明人类社会物质文明发展到一个新的阶段。功能材料种类繁多，包括热电、压电、光电、磁光、电光及声光等材料。主要有形状记忆合金、形状记忆树脂、减振材料、储氢材料、液晶材料、超导材料、光导纤维、分离膜、医用聚合材料及磁功能、声功能、光功能材料等。下面仅简单介绍其中几种：
　　1. 新型导电材料
　　⑴ 半导体材料
元素周期表中，在金属与非金属分界区内的B、C、Si、Ge、Sn（灰锡）、P、As（灰砷）、Sb（黑锑）、S、Se、Te、I等12种元素的单质具有半导体性能，其中尤以Si应用最普遍。另外，某些ⅢA族与ⅤA族的化合物（如GaAs、InSb等）、ⅡB族与ⅥA族的化合物（如ZnS、CdS等）以及ⅠB族与ⅦA族的化合物（如AgI、CuBr等）也都具有半导体性质，就综合性能而言，GaAs是很理想的半导体材料。
　　⑵ 超导材料
　　超导材料不仅限于合金和金属化合物，在一些有机化合物中也发现有超导现象。例如，据报道俄国人L.N.Grigoror发现经过氧化的聚丙烯体系能在300K呈现超导性。人们还发现MxC60（M为K，Rb，Cs）是超导体（如K3C60、RbCsC60），Tc低于液氮温度，但它们是球状结构，是有机三维超导体（前面叙述的无机超导体为二维超导体），是一类很有发展前途的超导体材料。
　　⑶ 有机导体
　　大多数有机化合物是绝缘体。日本人白川英树在1974年合成出具有金属光泽的高顺式聚乙烯薄膜，经掺杂AsF5（或I2）后发现具有导电性。随后人们又陆续发现如聚苯胺等一批导电高分子。1987年日本的Bridgestone和Seiko公司率先开发了聚苯胺二次电池。
　　2. 非线性光学材料
　　具有非线性光学效应的材料，广泛用于倍频器件、彩色打印、激光唱片、激光打印、红外成像等高科技领域。例如偏硼酸钡（BBO）即为优质的紫外倍频晶体材料，广泛应用于激光技术中。

　　3. 纳米材料
　　纳米陶瓷发动机的工作温度比原来的合金材料发动机可提高200～300℃，热效率提高20%左右，纳米粉末在制造催化剂、橡胶添加剂、导电涂料、阻燃剂、特种陶瓷、磁记录、燃料电池等方面均有应用。
　　4. 复合材料
　　把基体材料和增强材料复合在一起，形成的一种多相固体材料，称为复合材料。金属、陶瓷、塑料、树脂等可作为基体，复合材料的性能要比其组分材料的性能好。复合材料的种类很多，目前应用较广的是纤维增强复合材料，主要有玻璃钢、碳纤维增强塑料、纤维增强金属基复合材料和纤维增强陶瓷基复合材料。
玻璃钢是以聚酯类树脂为基体，玻璃纤维为增强体的复合材料，具有强度高、质量轻、抗冲击、耐腐蚀、绝缘性好等优良性能，广泛应用于汽车、船舶、飞机、建筑和家具等方面。但玻璃钢的刚性不如钢铁、耐高温性能较差。
　　碳纤维增强塑料中，碳纤维为增强体，它具有轻质且硬、耐高温、强度高等优异性能，耐热性好的酚醛树脂为基体，该复合材料可用作宇宙飞行器外壳、火箭喷管的耐烧蚀材料。
纤维增强金属基复合材料主要以铝、镁、钛及某些合金为基体，以硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维为增强体。碳化硅纤维增强铝具有质轻、强度高耐热、高温抗氧化等性能，常用于汽车、飞机等制造业。
纤维增强陶瓷基复合材料比陶瓷的韧性强，可用于航天飞机上。
　　5. 生物医用材料
　　模拟和合成与人体生物相容性强的医用材料逐渐为人们所关注。例如，相对分子质量高的聚乳酸可用作类骨骼材料；聚氨酯材料用作人造皮肤；含氟人造血浆用于输血。人造血管、人造肾、人造心脏等都在研究系列，成为新功能材料研究的前言领域。

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