新材料技術的發(fā)展不僅促進了信息技術和生物技術的革命，而且對制造業(yè)、物資供應以及個人生活方式產生重大的影響。記者日前采訪了中國科學院“高科技發(fā)展報告”課題組的有關專家，請他們介紹了當前世界上新材料技術的研究進展情況及發(fā)展趨勢。
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材料技術的進步使得“芯片上的實驗室”成為可能，大大促進了現(xiàn)代生物技術的發(fā)展。新材料技術的發(fā)展賦予材料科學新的內涵和廣闊的發(fā)展空間。目前，新材料技術正朝著研制生產更小、更智能、多功能、環(huán)保型以及可定制的產品、元件等方向發(fā)展。
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納米材料20世紀90年代，全球逐步掀起了納米材料研究熱潮。由于納米技術從根本上改變了材料和器件的制造方法，使得納米材料在磁、光、電敏感性方面呈現(xiàn)出常規(guī)材料不具備的許多特性，在許多領域有著廣闊的應用前景。專家預測，納米材料的研究開發(fā)將是一次技術革命，進而將引起21世紀又一次產業(yè)革命。日本三井物產公司曾在去年末宣布該公司將批量生產碳納米管，從2002年4月開始建立年產量120噸的生產設備，9月份投入試生產，這是世界上首次批量生產低價納米產品。美國IBM公司的科研人員，在2001年4月，用碳納米管制造出了第一批晶體管，這一利用電子的波性，而不是常規(guī)導線實現(xiàn)傳遞住處的技術突破，有可能導致更快更小的產品出現(xiàn)，并可能使現(xiàn)有的硅芯片技術逐漸被淘汰。?
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在碳納米管研究方興未艾的同時，納米事業(yè)的新秀－－“納米帶”又問世了。在美國佐治亞理工學院工作的三位中國科學家2001年初利用高溫氣體固相法，在世界上首次合成了半導體化物納米帶狀結構。這是繼發(fā)現(xiàn)多壁碳納米管和合成單壁納米管以來，一維納米材料合成領域的又一大突破。這種納米帶的橫截面是一個窄矩形結構，帶寬為30～300mm，厚度為5～10nm，而長度可達幾毫米，是迄今為止合成的惟一具有結構可控且無缺陷的寬帶半導體準一維帶狀結構。目前已經成功合成了氧化錫、氧化銦、氧化隔等材料納米帶。由于半導體氧化物納米帶克服了碳納米管的不穩(wěn)定性和內部缺陷問題，具有比碳納米管更獨特和優(yōu)越的結構及物理性能，因而能夠更早地投入工業(yè)生產和商業(yè)開發(fā)。
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超導材料超導材料在電動機、變壓器和磁懸浮列車等領域有著巨大的市場，如用超導材料制造電機可增大極限輸出量20倍，減輕重量90％。超導材料的研制，關鍵在于提高材料的臨界溫度，若此問題得到解決，則會使許多領域產生重大變化。去年，科學家在超導材料上有不少新收獲，相繼發(fā)現(xiàn)了臨界溫度更訓的新型超導材料，使人類朝著開發(fā)室溫超導材料邁出了一大步。在日本，有人發(fā)現(xiàn)二硼化鎂可在－234℃成為超導體，這是迄今為止發(fā)現(xiàn)臨界溫度最高的金屬化合物超導體。由于二硼化鎂的發(fā)現(xiàn)，使世界凝聚態(tài)物理學界為之振奮。由于二硼化鎂超導體易合成、易加工，很容易制成薄膜或線材，因而應用前景看好。
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美國科學家在研制更具實用性超導材料方面取得了明顯的進展，并開始進入實用階段。美國底物律的福瑞斯比電站在地下鋪設了360多米的超導電纜，電纜中123kg重的導線是由含鉍、鍶、鈣、銅的氧化物超導瓷制造的。這是世界上首次實用的超導輸電線路。我國在高溫超導產業(yè)化技術上也獲得了重大突破，目前已有高溫超導線材生產線投產。據估計，到2010年超導產品可有1000億美元的市場。但應當指出的是，除超導材料以外，還有許多配套技術需要解決，同時還要繼續(xù)研究開發(fā)高溫超導體，如室溫超導材料。
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高性能結構材料高性能結構材料具有高溫強度好、耐磨損、抗腐蝕等優(yōu)點。高溫結構陶瓷材料目前正在研制的有碳化硅、氧化硅、氮化硅、硼化物、增韌氧化鋯陶瓷和纖維增強無機合成材料等。如在內燃機中用陶瓷代替金屬可減少燃料消耗30％，提高熱效率50％。高性能復合材料可以根據要求進行設計，能夠使材料揚避短，當前的研究重點有：纖維增強塑料、碳／碳復合材料、陶瓷基復合材料和金屬基復合材料。高分子功能材料是近年來發(fā)展最快的有機合成材料，每年的遞增速度達到14％。此外，美國科學家還發(fā)現(xiàn)了一種可和玻璃結合的化合物，這種硅烷化合物能夠粘在磷酸鹽玻璃表面，形成一個單一分子層和多分子層，從而可以保護玻璃表面，將腐蝕減少到最小程度，這一發(fā)現(xiàn)對提高玻璃的抗腐蝕性有重要意義。
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隨著科學技術的進步，開拓了新材料的范圍，推動了新材料向列高、更新方向發(fā)展。化學工業(yè)生產了大量的化工新材料，為新材料的發(fā)展提供技術支持。同時，新材料的發(fā)展同樣可以推動化學工業(yè)的科技進步、產業(yè)結構的變化。高性能結構材料的開發(fā)、應用，使一些化工機械、設備的大型化、高效化、高參數化、多功能化有了物質基礎，可以滿足化工生產高技術的要求，使一些化工工藝的實現(xiàn)成為可能。納米材料在化學工業(yè)可廣泛應用，是應用于多種化學傳感器的最有前途的材料。展望21世紀，新材料技術的飛速發(fā)展，必將為我們的生活帶來更美好的明天。
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材料技術的進步使得“芯片上的實驗室”成為可能，大大促進了現(xiàn)代生物技術的發(fā)展。新材料技術的發(fā)展賦予材料科學新的內涵和廣闊的發(fā)展空間。目前，新材料技術正朝著研制生產更小、更智能、多功能、環(huán)保型以及可定制的產品、元件等方向發(fā)展。
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納米材料20世紀90年代，全球逐步掀起了納米材料研究熱潮。由于納米技術從根本上改變了材料和器件的制造方法，使得納米材料在磁、光、電敏感性方面呈現(xiàn)出常規(guī)材料不具備的許多特性，在許多領域有著廣闊的應用前景。專家預測，納米材料的研究開發(fā)將是一次技術革命，進而將引起21世紀又一次產業(yè)革命。日本三井物產公司曾在去年末宣布該公司將批量生產碳納米管，從2002年4月開始建立年產量120噸的生產設備，9月份投入試生產，這是世界上首次批量生產低價納米產品。美國IBM公司的科研人員，在2001年4月，用碳納米管制造出了第一批晶體管，這一利用電子的波性，而不是常規(guī)導線實現(xiàn)傳遞住處的技術突破，有可能導致更快更小的產品出現(xiàn)，并可能使現(xiàn)有的硅芯片技術逐漸被淘汰。?
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在碳納米管研究方興未艾的同時，納米事業(yè)的新秀－－“納米帶”又問世了。在美國佐治亞理工學院工作的三位中國科學家2001年初利用高溫氣體固相法，在世界上首次合成了半導體化物納米帶狀結構。這是繼發(fā)現(xiàn)多壁碳納米管和合成單壁納米管以來，一維納米材料合成領域的又一大突破。這種納米帶的橫截面是一個窄矩形結構，帶寬為30～300mm，厚度為5～10nm，而長度可達幾毫米，是迄今為止合成的惟一具有結構可控且無缺陷的寬帶半導體準一維帶狀結構。目前已經成功合成了氧化錫、氧化銦、氧化隔等材料納米帶。由于半導體氧化物納米帶克服了碳納米管的不穩(wěn)定性和內部缺陷問題，具有比碳納米管更獨特和優(yōu)越的結構及物理性能，因而能夠更早地投入工業(yè)生產和商業(yè)開發(fā)。
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超導材料超導材料在電動機、變壓器和磁懸浮列車等領域有著巨大的市場，如用超導材料制造電機可增大極限輸出量20倍，減輕重量90％。超導材料的研制，關鍵在于提高材料的臨界溫度，若此問題得到解決，則會使許多領域產生重大變化。去年，科學家在超導材料上有不少新收獲，相繼發(fā)現(xiàn)了臨界溫度更訓的新型超導材料，使人類朝著開發(fā)室溫超導材料邁出了一大步。在日本，有人發(fā)現(xiàn)二硼化鎂可在－234℃成為超導體，這是迄今為止發(fā)現(xiàn)臨界溫度最高的金屬化合物超導體。由于二硼化鎂的發(fā)現(xiàn)，使世界凝聚態(tài)物理學界為之振奮。由于二硼化鎂超導體易合成、易加工，很容易制成薄膜或線材，因而應用前景看好。
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美國科學家在研制更具實用性超導材料方面取得了明顯的進展，并開始進入實用階段。美國底物律的福瑞斯比電站在地下鋪設了360多米的超導電纜，電纜中123kg重的導線是由含鉍、鍶、鈣、銅的氧化物超導瓷制造的。這是世界上首次實用的超導輸電線路。我國在高溫超導產業(yè)化技術上也獲得了重大突破，目前已有高溫超導線材生產線投產。據估計，到2010年超導產品可有1000億美元的市場。但應當指出的是，除超導材料以外，還有許多配套技術需要解決，同時還要繼續(xù)研究開發(fā)高溫超導體，如室溫超導材料。
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高性能結構材料高性能結構材料具有高溫強度好、耐磨損、抗腐蝕等優(yōu)點。高溫結構陶瓷材料目前正在研制的有碳化硅、氧化硅、氮化硅、硼化物、增韌氧化鋯陶瓷和纖維增強無機合成材料等。如在內燃機中用陶瓷代替金屬可減少燃料消耗30％，提高熱效率50％。高性能復合材料可以根據要求進行設計，能夠使材料揚避短，當前的研究重點有：纖維增強塑料、碳／碳復合材料、陶瓷基復合材料和金屬基復合材料。高分子功能材料是近年來發(fā)展最快的有機合成材料，每年的遞增速度達到14％。此外，美國科學家還發(fā)現(xiàn)了一種可和玻璃結合的化合物，這種硅烷化合物能夠粘在磷酸鹽玻璃表面，形成一個單一分子層和多分子層，從而可以保護玻璃表面，將腐蝕減少到最小程度，這一發(fā)現(xiàn)對提高玻璃的抗腐蝕性有重要意義。
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隨著科學技術的進步，開拓了新材料的范圍，推動了新材料向列高、更新方向發(fā)展。化學工業(yè)生產了大量的化工新材料，為新材料的發(fā)展提供技術支持。同時，新材料的發(fā)展同樣可以推動化學工業(yè)的科技進步、產業(yè)結構的變化。高性能結構材料的開發(fā)、應用，使一些化工機械、設備的大型化、高效化、高參數化、多功能化有了物質基礎，可以滿足化工生產高技術的要求，使一些化工工藝的實現(xiàn)成為可能。納米材料在化學工業(yè)可廣泛應用，是應用于多種化學傳感器的最有前途的材料。展望21世紀，新材料技術的飛速發(fā)展，必將為我們的生活帶來更美好的明天。
