功能材料導(dǎo)論讀書報(bào)告vv

專業(yè):專業(yè):班級:學(xué)號:姓名:功能材料導(dǎo)論讀書報(bào)告化學(xué)品生產(chǎn)精細(xì)技術(shù)11406011140060107倪成林功能材料發(fā)展概說功能材料是指那些具有優(yōu)良的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、力學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)功能，特殊的物理、化學(xué)、生物學(xué)效應(yīng)，能完成功能相互轉(zhuǎn)化，主要用來制造各種功能元器件而被廣泛應(yīng)用于各類高科技領(lǐng)域的高新技術(shù)材料。功能材料是新材料領(lǐng)域的核心，是國民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展及國防建設(shè)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。它涉及信息技術(shù)、生物工程技術(shù)、能源技術(shù)、納米技術(shù)、環(huán)保技術(shù)、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、海洋工程技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)。功能材料不僅對高新技術(shù)的發(fā)展起著重要的推動(dòng)和支撐作用，還對我國相關(guān)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和升級，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展起著重要的促進(jìn)作用。功能材料種類繁多，用途廣泛，正在形成一個(gè)規(guī)模宏大的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)群，有著十分廣闊的市場前景和極為重要的戰(zhàn)略意義。世界各國均十分重視功能材料的研發(fā)與應(yīng)用，它已成為世界各國新材料研究發(fā)展的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，也是世界各國高技術(shù)發(fā)展中戰(zhàn)略競爭的熱點(diǎn)。在全球新材料研究領(lǐng)域中，功能材料約占85%。我國高技術(shù)(863)計(jì)劃、國家重大基礎(chǔ)研究［973］計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目中均安排了許多功能材料技術(shù)項(xiàng)目(約占新材料領(lǐng)域70%比例)，并取得了大量研究成果。如：納米材料

功能材料的陶瓷，稱為精細(xì)陶瓷。陶瓷的功能如表1所列，有電學(xué)、電子功能，磁學(xué)功能，光學(xué)功能，化學(xué)功能，熱功能，力學(xué)功能，生物體功能等。最近議論最多的氮化硅（Si3N4）、碳化硅（SiC）等高強(qiáng)度陶瓷，它們是具有力學(xué)功能的精細(xì)陶瓷之一。1）電學(xué)、電子功能材料該領(lǐng)域中有各種類型的材料，例如：絕緣材料、壓電材料、半導(dǎo)體材料、離子傳導(dǎo)材料等，現(xiàn)將典型的材料列舉如下：氧化鋁（Al2O3）、鈦酸鋇（BaTiO3）、鈦鋯酸鉛（PbTiO3-PbZrO3）、氧化鋅系（PbTiO3-PbZrO3）、氧化鋅系瓷(ZnO-Bi2O3)、B-Al2O3等，在表1所列領(lǐng)域中可以使用。（2）磁學(xué)功能材料鐵氧體就是在這種功能的材料，鐵氧體有軟質(zhì)和硬質(zhì)之分。在軟質(zhì)鐵氧體中，有尖晶石型（例如：NiFe2O4）和石榴石型（例如，Y3Fe5O12）；在硬質(zhì)鐵氧體中，有磁鉛酸鹽型（例如，BaFe12O19）。在表1所列領(lǐng)域中可以應(yīng)用。（3）光學(xué)功能材料透光陶瓷有氧化鋁（A12O3）、氧化鎂（MgO）；透光壓電陶瓷（光電陶瓷）已知有PLZT。在表1所列領(lǐng)域中可以應(yīng)用。（4） 化學(xué)功能材料這一領(lǐng)域的材料中，作為敏感元件的有：氣敏元件、濕敏元件和催化劑；作為氧化物有的：氧化錫（SnO）、氧化鋅（ZnO）、復(fù)合氧化物（MgCr2O4-TiO2）等，應(yīng)用很廣。（5） 熱功能材料作為紅外線輻射材料的有氧化鋯（ZrO2）、氧化鈦（TiO2）?？捎米鳠嵩础?/p>

（6）生物體功能材料生物體功能材料如表1所列之陶瓷。在各自的領(lǐng)域可以應(yīng)用。等等???功能材料的重要性與多樣性新型功能材料發(fā)展現(xiàn)狀當(dāng)前國際功能材料及其應(yīng)用技術(shù)正面臨新的突破，諸如超導(dǎo)材料、微電子材料、光子材料、信息材料、能源轉(zhuǎn)換及儲能材料、生態(tài)環(huán)境材料、生物醫(yī)用材料及材料的分子、原子設(shè)計(jì)等正處于日新月異的發(fā)展之中，發(fā)展功能材料技術(shù)正在成為一些發(fā)達(dá)國家強(qiáng)化其經(jīng)濟(jì)及軍事優(yōu)勢的重要手段。超導(dǎo)材料以NbTi、Nb3Sn為代表的實(shí)用超導(dǎo)材料已實(shí)現(xiàn)了商品化，在核磁共振人體成像（NMRI）、超導(dǎo)磁體及大型加速器磁體等多個(gè)領(lǐng)域獲得了應(yīng)用；SQUID作為超導(dǎo)體弱電應(yīng)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(dǎo)的裝置無法達(dá)到的。但是，由于常規(guī)低溫超導(dǎo)體的臨界溫度太低，必須在昂貴復(fù)雜的液氦（4.2K）系統(tǒng)中使用，因而嚴(yán)重地限制了低溫超導(dǎo)應(yīng)用的發(fā)展。高溫氧化物超導(dǎo)體的出現(xiàn)，突破了溫度壁壘，把超導(dǎo)應(yīng)用溫度從液氦（4.2K）提高到液氮（77K）溫區(qū)。同液氦相比，液氮是一種非常經(jīng)濟(jì)的冷媒，并且具有較高的熱容量，給工程應(yīng)用帶

來了極大的方便。另外，高溫超導(dǎo)體都具有相當(dāng)高的上臨界場 [Hc2(4K)>50T]，能夠用來產(chǎn)生20T以上的強(qiáng)磁場，這正好克服了常規(guī)低溫超導(dǎo)材料的不足之處。正因?yàn)檫@些由本征特性 Tc、Hc2所帶來的在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的巨大潛在能力，吸引了大量的科學(xué)工作者采用最先進(jìn)的技術(shù)裝備，對高Tc超導(dǎo)機(jī)制、材料的物理特性、化學(xué)性質(zhì)、合成工藝及顯微組織進(jìn)行了廣泛和深入的研究。高溫氧化物超導(dǎo)體是非常復(fù)雜的多元體系，在研究過程中遇到了涉及多種領(lǐng)域的重要問題，這些領(lǐng)域包括凝聚態(tài)物理、晶體化學(xué)、工藝技術(shù)及微結(jié)構(gòu)分析等。一些材料科學(xué)研究領(lǐng)域最新的技術(shù)和手段，如非晶技術(shù)、納米粉技術(shù)、磁光技術(shù)、隧道顯微技術(shù)及場離子顯微技術(shù)等都被用來研究高溫超導(dǎo)體，其中許多研究工作都涉及了的前沿問題。高溫超導(dǎo)材料的研究工作已在單晶、薄膜、體材料、線材和應(yīng)用等方面取得了重要進(jìn)展。新型能源材料太陽能電池材料是新能源材料研究開發(fā)的熱點(diǎn)，IBM公司研制的多層復(fù)合太陽能電池，轉(zhuǎn)換率高達(dá)40%。美國能源部在全部氫能研究經(jīng)費(fèi)中，大約有50%用于儲氫技術(shù)。固體氧化物燃料電池的研究十分活躍，關(guān)鍵是電池材料，如固體電解質(zhì)薄膜和電池陰極材料，還有質(zhì)子交換膜型燃料電池用的有機(jī)質(zhì)子交換膜等，都是目前研究的熱點(diǎn)。能源材料

固體氧化物燃料電池:固體氧化物燃料電池是一種新型綠色能源裝置，比質(zhì)子交換膜燃料電池有更高的轉(zhuǎn)換效率和節(jié)能效果，可減少二氧化碳排放50%，不產(chǎn)生NOx,已成為發(fā)達(dá)國家重點(diǎn)研究開發(fā)的新能源技術(shù)。但目前研究的固體氧化物燃料電池的工作溫度達(dá)800?900°C,其關(guān)鍵部件的材料制備總是成為制約固體氧化物燃料電池發(fā)展的瓶頸。應(yīng)突破的關(guān)鍵技術(shù)主要有：&）高性能電極材料及其制備技術(shù)；b）新型電解質(zhì)材料及電極支撐電解質(zhì)隔膜的制備技術(shù)；c）電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及其制備技術(shù)；d）電池的結(jié)構(gòu)、性能與表征的研究。光電轉(zhuǎn)換效率大于18%的硅基太陽能電池商品化;研制出光電轉(zhuǎn)換效率大于18%的低成本、大面積、可商業(yè)化的硅基太陽能電池及其組件。太陽能的綜合利用（光電、熱電、熱交換）及其與風(fēng)力發(fā)電的耦合技術(shù)；建立總體利用效率達(dá) 15%的追尾聚集光式太陽能光電、熱電、熱交換系統(tǒng)并實(shí)用化，建立太陽能綜合利用與風(fēng)力發(fā)電耦合的實(shí)用型分布式地面電站，并可并網(wǎng)供電。稀土材料稀土催化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(shù)的燒結(jié)稀土永磁材料和高性能（磁能積20MGOe）粘結(jié)稀土永磁材料

的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)。高亮度、長壽命白光LED節(jié)能照明系統(tǒng)低成本、高亮度、長壽命白光LED節(jié)能照明系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化并進(jìn)入普通百姓家庭。智能材料與結(jié)構(gòu)智能材料是繼天然材料、合成高分子材料、人工設(shè)計(jì)材料之后的第四代材料，是現(xiàn)代高技術(shù)新材料發(fā)展的重要方向之一，將支撐未來高技術(shù)的發(fā)展，使傳統(tǒng)意義下的功能材料和結(jié)構(gòu)材料之間的界線逐漸消失，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能化、功能多樣化?？茖W(xué)家預(yù)言，智能材料的研制和大規(guī)模應(yīng)用將導(dǎo)致材料科學(xué)發(fā)展的重大革命。國外在智能材料的研發(fā)方面取得很多技術(shù)突破，如英國宇航公司在導(dǎo)線傳感器，用于測試飛機(jī)蒙皮上的應(yīng)變與溫度情況；英國開發(fā)出一種快速反應(yīng)形狀記憶合金，壽命期具有百萬次循環(huán)，且輸出功率高，以它作制動(dòng)器時(shí)、反應(yīng)時(shí)間，僅為10分鐘；在壓電材料、磁致伸縮材料、導(dǎo)電高分子材料、電流變液和磁流變液等智能材料驅(qū)動(dòng)組件材料在航空上的應(yīng)用取得大量創(chuàng)新成果。生物醫(yī)用材料作為高技術(shù)重要組成部分的生物醫(yī)用材料已進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的新階段，其市場銷售額正以每年16%的速度遞增，預(yù)計(jì)20年內(nèi)，生物醫(yī)用材料所占的份額將趕上藥物市場，成為一個(gè)支柱產(chǎn)業(yè)。生物活性陶瓷已成為醫(yī)用生物陶瓷的主要方向；生物降解

高分子材料是醫(yī)用高分子材料的重要方向；醫(yī)用復(fù)合生物材料的研究重點(diǎn)是強(qiáng)韌化生物復(fù)合材料和功能性生物復(fù)合材料，帶有治療功能的HA生物復(fù)合材料的研究也十分活躍。生物醫(yī)用材料生物芯片；生物兼容性好、可降解或可誘導(dǎo)再生的人體軟、硬組織替換材料；具有分子識別和特異免疫功能的血液凈化材料和裝置。國內(nèi)功能材料發(fā)展的現(xiàn)狀和差距我國非常重視功能材料的發(fā)展，在國家攻關(guān)、“863”、“973”、國家自然科學(xué)基金等計(jì)劃中，功能材料都占有很大比例。在“九五”“十五”國防計(jì)劃中還將特種功能材料列為“國防尖端”材料。這些科技行動(dòng)的實(shí)施，使我國在功能材料領(lǐng)域取得了豐碩的成果。在“863”計(jì)劃支持下，開辟了超導(dǎo)材料、平板顯示材料、稀土功能材料、生物醫(yī)用材料、儲氫等新能源材料，金剛石薄膜，高性能固體推進(jìn)劑材料，紅外隱身材料，材料設(shè)計(jì)與性能預(yù)測等功能材料新領(lǐng)域，取得了一批接近或達(dá)到國際先進(jìn)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(biāo)和生產(chǎn)工藝技術(shù)均達(dá)到了國外的先進(jìn)水平，推動(dòng)了鎳氫電池的產(chǎn)業(yè)化；功能陶瓷材料的研究開發(fā)取得了顯著進(jìn)展，以片式電子組件為目標(biāo)，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(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，使片式電容材料及其組件進(jìn)入了世界先進(jìn)行列； 高檔釹鐵硼產(chǎn)品的研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化取得顯著進(jìn)展，在某些成分配方和相關(guān)技術(shù)上取得了自主知識產(chǎn)權(quán)； 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(xiàn)。目前世界各國功能材料的研究極為活躍，充滿了機(jī)遇和挑戰(zhàn)，新技術(shù)、新專利層出不窮。發(fā)達(dá)國家企圖通過知識產(chǎn)權(quán)的形式在特種功能材料領(lǐng)域形成技術(shù)壟斷，并試圖占領(lǐng)中國廣闊的市場，這種態(tài)勢已引起我國的高度重視。近年來，我國在新型稀土永磁、生物醫(yī)用、生態(tài)環(huán)境材料、催化材料與技術(shù)等領(lǐng)域加強(qiáng)了專利保護(hù)。但是，我們應(yīng)該看到，我國目前功能材料的創(chuàng)新性研究不夠，申報(bào)的專利數(shù)，尤其是具有原創(chuàng)性的國際專利數(shù)與我國的地位遠(yuǎn)不相稱。我國功能材料在系統(tǒng)集成方面也存在不足，有待改進(jìn)和發(fā)展。功能材料的國外需求分析根據(jù)預(yù)測，2001年新材料技術(shù)產(chǎn)業(yè)在世界市場的銷售額將超過4000億美元，，其中功能材料約占75?80%。某些特種功能材料就其單項(xiàng)而言，其市場也是巨大的。1995年信息功能陶瓷材料及其制品的世界市場銷售額已達(dá)210億美元，預(yù)期到2010年將達(dá)到800億美元；2000年超導(dǎo)材料銷售額已達(dá)80億美元，預(yù)測2010年的年銷售額預(yù)計(jì)將達(dá)到600億美元，其中高溫超導(dǎo)電力設(shè)

備的全球銷售額可達(dá)50-60億美元，到2020年，全球與超導(dǎo)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值（按1995年的價(jià)格估算）可能達(dá)到1500億到2000億美元，其中高溫超導(dǎo)占60%；2010年全球釹鐵硼永磁材料的市場需求量將達(dá)14.6萬噸，產(chǎn)值達(dá)80億美元，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值700億美元；生物醫(yī)用材料是一個(gè)正在迅速發(fā)展的高技術(shù)領(lǐng)域，目前全球生物醫(yī)用材料及制品的產(chǎn)值超過700億美元，美國約為400億美元，與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)相當(dāng)，是美國經(jīng)濟(jì)中最活躍、出口量最大的6個(gè)產(chǎn)業(yè)之一，近年來一直保持每年20%以上的速率持續(xù)增長，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)前十年左右，生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)將達(dá)到藥物市場的份額；隨著可持續(xù)發(fā)展政策被各國政府的廣泛采納，生態(tài)環(huán)境材料的市場需求也將迅速增加，估計(jì) 2010年的社會(huì)需求將高于500億美元?？梢?，在全球經(jīng)濟(jì)中，特種功能材料無論是需求的規(guī)模，還是需求的增長速度，都是相當(dāng)驚人的。功能材料的國內(nèi)需求分析中國作為一個(gè)人口的大國，正在實(shí)施宏偉的第三步發(fā)展戰(zhàn)略，這一根本國情加之特種功能材料在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的重要作用和地位，決定了我國對功能材料的需求將是巨大的。功能材料不僅是發(fā)展我國信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)等高技術(shù)領(lǐng)域和國防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料，而且是改造與提升我國基礎(chǔ)工業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到我國資源、環(huán)境及社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

我國國防現(xiàn)代化建設(shè)一直受到以美國為首的西方國家的封鎖和禁運(yùn)，所以我國國防用關(guān)鍵特種功能材料是不可能依靠進(jìn)口來解決的，必須要走獨(dú)立自主、自力更生的道路。如軍事通信、航空、航天、導(dǎo)彈、熱核聚變、激光武器、激光雷達(dá)、新型戰(zhàn)斗機(jī)、主戰(zhàn)坦克以及軍用高能量密度組件等，都離不開特種功能材料的支撐。我國經(jīng)濟(jì)的快速增長和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，對發(fā)展新型能源及能源材料具有迫切的需求。能源材料是發(fā)展能源技術(shù)、提高能源生產(chǎn)和利用效率的關(guān)鍵因素，我國目前是世界上能源消費(fèi)增長最快的國家，同時(shí)也是能源緊缺的國家。發(fā)展電動(dòng)汽車、使用清潔能源、節(jié)約石油資源等政策措施使得新型能源轉(zhuǎn)換及儲能材料的需求不斷增加。近年來，隨著電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，我國便攜式電器如手提電話、筆記本計(jì)算機(jī)用戶每年均以超過 20%的速度增加，形成了一個(gè)對小型高能量密度電池的巨大社會(huì)需求。隨著移動(dòng)通信等新一代電子信息技術(shù)的迅速崛起，作為一大批基礎(chǔ)電子元器件技術(shù)核心的信息功能陶瓷日益成為我國發(fā)展相關(guān)高技術(shù)的需求重點(diǎn)。按照5%的世界市場占有率計(jì)，2010年我國信息功能陶瓷材料及制品的年銷售額將達(dá) 300億元人民幣，對信息通訊產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有舉足輕重的作用。我國西部還擁有一些儲量豐富的資源，如稀土、鎢、鈦、鉬、鉭、鈮、帆、鋰等，有的工業(yè)儲量甚至占世界總儲量的一半以上，這些資源均是特種功能材料的重要原材料。研究開發(fā)與上述元素

相關(guān)的特種功能材料，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，取得自主知識產(chǎn)權(quán)，將大幅度地提高我國相關(guān)特種功能材料及制品的國際市場競爭力，這對實(shí)現(xiàn)西部資源的高附加值利用，將西部的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢具有重要意義，將有力地支持國家的西部大開發(fā)。隨著我國人民生活質(zhì)量的進(jìn)一步改善和提高,我國潛在的生物醫(yī)用材料市場將很快轉(zhuǎn)化為充滿勃勃生機(jī)