材料化學(xué)研究前沿和發(fā)展展望

1、1材料化學(xué)研究前沿和發(fā)展展望材料化學(xué)研究前沿和發(fā)展展望摘要摘要:材料是人類發(fā)展的鋪路石從古至今材料伴隨著人類的發(fā)展而發(fā)展到了21世紀(jì)更是成為了材料的世紀(jì)。工業(yè)、軍事、航空航天、生物、能源等都與材料密不可分。材料的研究前沿和發(fā)展成為眾多科技工作者關(guān)注的對(duì)象。本文關(guān)鍵字本文關(guān)鍵字：材料、發(fā)展、工業(yè)、生活能源、材料與信息是現(xiàn)代科技的基礎(chǔ)，而材料是發(fā)展工程、信息、新能源等高科技的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是當(dāng)代前沿科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之一。由于現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，

2、各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域?qū)Σ牧系男枨罅吭絹碓酱螅瑢?duì)其性能的要求也越來越高，甚至其形態(tài)規(guī)格，也由三維塊狀材料向二維薄膜材料、一維纖維材料和準(zhǔn)零維納米材料發(fā)展。就此，本文將對(duì)材料化學(xué)的研究前沿和發(fā)展展望作簡(jiǎn)要討論。1.1.材料研究前沿材料研究前沿隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，人類所使用的材料也由簡(jiǎn)到繁，由少到多。人類從石器時(shí)代走來，經(jīng)歷了上千年的風(fēng)風(fēng)雨雨，人類使用的器具也由石器到青銅，再到鐵器……慢慢地，到現(xiàn)在使用的許多高品質(zhì)的化學(xué)材料。不光在我們的生活中，在當(dāng)

3、今世界的許多高科技領(lǐng)域，材料的品質(zhì)和發(fā)展得到了極大的重視和進(jìn)步，其中處于當(dāng)前研究前沿并收到科學(xué)界、工業(yè)界廣泛關(guān)注的，主要有納米材料、先進(jìn)陶瓷材料、功能薄膜材料等等。1.11.1納米材料之概論納米材料之概論納米是一個(gè)極小的度量單位，一納米等于十的負(fù)九次方米，所以納米級(jí)的材料由于它是由極小的微粒組成，因而具有許多其他材料所不具備的性質(zhì)，因此在大量科學(xué)領(lǐng)域中納米材料的開發(fā)和使用成為其領(lǐng)域發(fā)展和進(jìn)步的重中之重。而納米材料則由于其優(yōu)良的特性成為科

4、學(xué)界青睞的對(duì)象，其特性主要表現(xiàn)在表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)。（1）微粒隨著粒徑變小，比表面積將會(huì)明顯增大，則表面原子所占的百分?jǐn)?shù)會(huì)顯著增加，即微粒表面具有極高活性的原子所占百分?jǐn)?shù)增加，進(jìn)而導(dǎo)致納米材料可以直接和空氣發(fā)生劇烈反應(yīng)，這就是在材料研究中不可忽視的表面效應(yīng)。（2）納米粉體的粒徑和光波波長(zhǎng)、德布羅意波長(zhǎng)以及超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度形成透射深度等3優(yōu)異性能集于一身，這是合金與聚合物做不到的。結(jié)構(gòu)陶瓷主要在軍事、航天、機(jī)械領(lǐng)域有著重要

5、的作用。當(dāng)然，處于不同的領(lǐng)域，陶瓷材料的性質(zhì)品類也會(huì)有所不同，有高強(qiáng)度、耐磨損，可以制作軸承、燃燒室的氮化硅陶瓷材料；有高強(qiáng)度、高韌性，可以制作代替金屬制作模具的氧化鋯材料，且加韌的氧化鋯材料可以制成不會(huì)生銹，也不會(huì)導(dǎo)電的新型剪刀，可以放心剪帶點(diǎn)的電線。另外以氧化鋁和氧化鎂混合在1800℃高溫下制得的全透明鎂鋁尖晶石陶瓷可以做“防彈玻璃”，這類陶瓷在國(guó)防和宇航領(lǐng)域中得到了廣泛的運(yùn)用。還有一種很重要的結(jié)構(gòu)陶瓷材料——生物陶瓷。生物陶瓷和納

6、米生物材料有著相似的作用，生物陶瓷目前主要用于人體硬組織的修復(fù)，它在人體中具有極佳的親和性，因?yàn)樯锾沾珊凸墙M織的化學(xué)組成比較接近，將其成功植入后隨著陶瓷的降解，新骨長(zhǎng)成，所以這是今后醫(yī)學(xué)上硬組織修復(fù)上的上乘之選。1.2.21.2.2功能陶瓷功能陶瓷功能陶瓷和結(jié)構(gòu)陶瓷的差別很大，功能陶瓷因?yàn)槠湓陔?、磁、光、熱、力學(xué)上優(yōu)良的轉(zhuǎn)換能力而廣泛運(yùn)用在信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)之中。首先介紹一個(gè)軍事工業(yè)中的天之驕子——壓電陶瓷。壓電陶瓷晶體上沒有對(duì)稱中

7、心，當(dāng)在某個(gè)方向施加壓力，則在特定方向引起極化，相應(yīng)的一對(duì)表面就出現(xiàn)電位差；反之在一定方向上施加電場(chǎng)，則會(huì)發(fā)生特定形變和位移。由于這種令人驚訝的性能，壓電陶瓷成為眾多科技領(lǐng)域的研究和關(guān)注對(duì)象（但是其中常常有鉛等有毒金屬），原子彈的起爆器和壓電揚(yáng)聲器等都是壓電陶瓷的產(chǎn)物。還有另外一大類非常常用、非常重要的敏感陶瓷材料。熱敏、光敏、氣敏、濕敏等大量的陶瓷，而且不能只想到我們生活中的聲控開關(guān)等等，聲控開關(guān)中的光敏開關(guān)和聲敏開關(guān)與這類先進(jìn)陶瓷材

8、料還有很大的距離。敏感陶瓷是由離子鍵的金屬氧化物多晶體構(gòu)成的一種導(dǎo)電材料。它可以敏感地感覺到周圍環(huán)境的變化并及時(shí)做出相應(yīng)的反應(yīng)，由于這類陶瓷的特殊性，在各個(gè)領(lǐng)域都可以使用到，在節(jié)能和安全方面都有至關(guān)的作用。先進(jìn)陶瓷材料在很多方面性質(zhì)都比金屬要優(yōu)良穩(wěn)定，例如陶瓷沒有銹蝕這個(gè)概念，這樣可以極大程度的節(jié)省材料。雖然現(xiàn)在先進(jìn)陶瓷材料還在發(fā)展研究階段，但是在以后的發(fā)展中，陶瓷材料定會(huì)變得越來越廣泛，越來越實(shí)用。1.31.3新型薄膜材料之概論新型薄