西安交通大学
材料与人类文明高强度轻质材料的应用与发展
崔江
2012/11/15
高强度轻质材料的应用与发展
1.前言
材料的强度是工程上的重要力学指标，任何受力构件都要考虑材料的承载能力。因此，如何提高材料的强度一直以来都是工程上的重要课题。传统的工程结构材料主要是钢铁，包括普通碳钢、铸铁、合金钢等。通过冶炼过程中添加合金元素、热处理以及冷加工时的应力处理都可以显著提高金属材料的强度和硬度。例如，提高钢的Cr元素含量，可以显著提高其淬透性，细化组织，提高组织的强度。而对钢进行淬火处理和回火也可以提高其硬度。
然而，许多场合下，钢铁的使用却遇到了巨大的困难。尤其是需要材料具有较高的强度、密度比时，例如飞机外壳的制造。此时，高强度轻质材料就发挥了其无可替代的作用。
相对于钢铁而言，高强度轻质材料的研究起步较晚。应用最为广泛的铝合金也是20在20世纪才发展起来的，而多孔材料则是近几十年来研究的热门。由此可见，高强度轻质材料的应用广泛，发展前景广阔。
本文主要对高强度铝合金和高强度多孔材料作简单的介绍。
2.强度指标的衡量
强度是指材料抵抗变形或断裂的能力。静态负载下，强度指标有比例极限σp、弹性极限σe、屈服强度σs、抗拉强度σb和断裂强度σk。
材料受到不同形式的应力会产生不同的变形失效形式，主要有：
拉压条件下：?l=Fl EA
弯曲条件下：?l=4l3F Et3
扭转条件下：?l=M n GI p
因此，根据上述指标对材料进行力学测试即可判定材料的强度。
3.高强度铝合金的研究
铝是轻质金属，密度为2.72g/cm3，仅为铁的1/3，纯铝熔点660℃，具有良好的导电性和导热性；耐大气腐蚀性能好；铝为面心立方结构，具有极好的塑性，并具有良好的低温韧性，纯铝的强度过低，需要制成合金并加工硬化以提高其强度。
纯铝的硬度、强度很低、不适宜制作受力的机械零构件。向铝中加入适量的合金元素制成铝合金，可改变其组织结构，提高其性能。不少铝合金还可以通过冷变形和热处理的方法，进一步强化。其抗拉强度可达500~1000Mpa。由于比强度较一般钢材高得多，故成为飞机的主要结构材料。
目前的高强度铝合金主要是以Al-Cu-Mg和Al-Zn-Cu-Mg为基的合金。前者的静强度略低于后者．但使用温度却比后者高．Al-Cu-Mg系合金是发展最早的一种热处理强化型合金。航空工业的发展．促进了该系合金的改进。本世纪20年代和30年代相继发展了2014和2024合金．随后又发展了2618合金．这个系的合金发展较为成熟．已先后定型了十几个牌号。这些合金作为航空材料．已得到了广泛的应用。Al-Zn-Mg系合金虽然在本世纪30年代就已开始研究，但是由于该系合金存在严重的应力腐蚀现象而未得到应用。直到40年代初才发展了加入Cu，Mn和Cr等元素的Al-Zn-Mg-Cu系合金。Cu、Mn和Cr等元素的加入显著地改善了该系合金的抗应力腐蚀和抗剥落腐蚀性能。最早应用的该系合金是7075合金。近年来，国内外正在大力开发研究强度更高、韧性及耐腐蚀性能更好的新一代7055和7A55高强铝合金[1]。
铝合金之所以具有很高的强度，其中重要的原因就是铝合金可以进行强化。铝合金主要的强化途径有：冷变形、变质处理和热处理。与钢铁有明显不同的是铝合金的时效强化效果显著。一般来讲，铝合金的热处理就是先固溶处理后再进行时效强化处理。时效强化可以使铝合金的强度提高将近一倍，如下图[2]所示：
根据以上讨论，可以发现铝合金在强度相当于普通碳钢的同时，重量又明显低于钢铁材料，是良好的高强度轻质材料。目前铝合金仍在发展之中，主要的研究方向集中于铝合金的热处理方式、合金元素的选取、微尺度的研究等。目前，国内已广泛开展了7XXX系超高强度铝合金的研究，但抗拉强度一直未能突破800MPa，因此如何提高抗拉强度是当今面临的重要难题之一。显然，重视超高强度铝合金的成分设计、制备与处理工艺优化、显微组织和性能分析以及合金中微量元素的作用，是实现材料高强、高韧及良好抗蚀性能优化匹配的重要途径[3]。
4.高强度多孔材料的研究
多孔材料具有非常高的比强度，是良好的高强度轻质材料，发展前景十分广阔。本文主要介绍多孔金属和多孔陶瓷材料。多孔金属由金属骨架及孔隙所组成。相对于致密金属材料，多孔金属的显著特征是其内部具有大量的孔隙。而大量的内部孔隙又使多孔金属材料具有诸多的优异特性，尤其是比重小。例如泡沫铝很早就用于飞机夹合件的芯材。将多孔金属与致密基体连结在一起，可提高其作为结构材料的使用性。泡沫铝同时具有吸收能量和刚硬的特性，非常适合用于及要求一定硬度又要求一定韧性的情况下。有文献显示，美国军队要求装甲具有低重量，高强度的特性，可以承受0.5 cal 重机枪的威胁。而一些美国学者建议通过设计泡沫铝的微结构来达到相应的要求。通过设计闭孔泡沫铝来制造复合材料复合装甲，设计的装甲具有延迟和衰减应力波的传播的独特能力[4]。可见多孔金属材料的重要性和广泛的应用前景。
近年来发展迅速的多孔陶瓷材料也因其特殊的性质受到广泛的关注。多孔陶瓷材料是指经高温烧制而成的，体内具有相通或闭合气孔的陶瓷材料[5]。冈其具有优良的均匀透过性，较低的热传导性。耐高温，抗腐蚀等性能，被广泛的应用于环保、节能、化工、石油、冶炼、食品、制药、生物医学等多个科学领域。引起全球材料界的高度关注。
有学者在氮化硅陶瓷中加入纳米碳粉作为添加剂，通过有效的控制烧结温度、保温时间等工艺参数，利用烧结过程中原位生成细小碳化硅颗粒，对原有的氮化硅基体起到弥散强化的作用，再加上氮化硅陶瓷自身的显微结构增强效应，获得了高强度，较高气孔率的多孔氮化硅陶瓷[6]。
5.总结
本文主要对高强度轻质材料做了一个概括性的介绍。总结了中外的材料发展情况，并根据不同的使用情况提出了不同的材料类型。重点介绍了铝合金和多孔材料在轻质材料方面的研究进展。从应用的角度对此类材料进行了简要分析和前景的展望。
参考文献
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由「超材料」到「变换光学」的发展简史与基本原理 「超材料」(Metamaterial) 并不是一个定义得很清楚的术语,其中的字根"meta" 意指「超越」,相当於英文的"beyond".一般而言,此一术语意指一些特别设计的人工结构,能像均匀材料那样对电磁场(波)或声波,弹性波反应(response),但却具有天然材料所没有的反应特性[1].这些特性包括:高频人工磁性(artificial magnetism) [2], 负磁导率(negative permeability) [3], 负折射指数(negative index of refraction) [4], 以及双曲型色散关系(hyperbolic dispersion) [5,6] 等.这些有趣的特性导致一些迷人的现象,例如负折射(negative refraction) [7], 次波长成像(subwavelength imaging) [8], 电磁场增益(field enhancement) [9], 以及近场—远场转换(near-to-far field conversion) [5,6] 等.根据这些现象,在过去数年已有许多新颖的元件被设计与制作出来,并已被测试.例如超透镜(superlens) [8,10], 双曲透镜(hyperlens) [6], 工作频率在微波频段的隐形斗篷(invisibility cloak) [11], 以及电浆子波导(plasmonic waveguide) [12] 等.这些工作显示了超材料研究在微波与光波研究方面都有很好的理论与应用前景. 研究超材料的最初目的主要是为了创造一种具有很强的高频磁响应(strong magnetic response at high frequency) 特性的人工材料或结构[2].当这个目的实现后,研究人员又成功的设计并制作了能同时具有等效负磁导率与负介电常数(negative permittivity) [13] 的周期性金属结构.此种「双负」(double negative, or DNG) 材料会具有等效的负折射率[3,4],因而可以具体实现V. G. Veselago 在40 年前[7] 就预测过的「把光折
PP材料性能和用途 聚丙烯成型工艺 PP聚丙烯 典型应用范围 汽车工业（主要使用含金属添加剂的PP：挡泥板、通风管、风扇等），器械（洗碗机门衬垫、干燥机通风管、洗衣机框架及机盖、冰箱门衬垫等），日用消费品（草坪和园艺设备如剪草机和喷水器等）。 注塑模工艺条件 干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理。熔化温度：220~275C，注意不要超过275C。 模具温度：40~80C，建议使用50C。结晶程度主要由模具温度决定。注射压力：可大到1800bar。 注射速度：通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。如果制品表面出现了缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。 流道和浇口:对于冷流道，典型的流道直径范围是4~7mm。建议使用通体为圆形的注入口和流道。所有类型的浇口都可以使用。典型的浇口直径范围是1~1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。PP材料完全可以使用热流道系统。 化学和物理特性: PP是一种半结晶性材料。它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。由于均聚物型的PP温度高于0C以上时非常脆因此许多商业的PP材料是加入1~4%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度（100C）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有有更强的抗冲击强度。PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。PP的维卡软化温度为150C。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP不存在环境应力开裂问题。通常，采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性。PP的流动率MFR范围在1~40。低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。对于相同MFR的材料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.8~2.5%。并且收缩率的方向均
新型功能材料发展趋势 功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。功能材料按使用性能分，可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏（智能）材料。由于我们已把电子信息材料单独作为一类新材料领域，所以这里所指的新型功能材料是除电子信息材料以外的主要功能材料。 功能材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，功能材料约占 85 % 。随着信息社会的到来，特种功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。 鉴于功能材料的重要地位，世界各国均十分重视功能材料技术的研究。 1989年美国200多位科学家撰写了《90年代的材料科学与材料工程》报告，建议政府支持的6类材料中有5类属于功能材料。从1995年至2001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中，特种功能材料和制品技术占了很大的比例。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题,而其中绝大部分均为功能材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等
薄膜材料的应用与发展 薄膜材料的发展以及应用，薄膜材料的分类，如金刚石薄膜、铁电薄膜、氮化碳薄膜、半导体薄膜复合材料、超晶格薄膜材料、多层薄膜材料等。各类薄膜在生产与生活中的运用以及展望。 1 膜材料的发展 在科学发展日新月异的今天，大量具有各种不同功能的薄膜得到了广泛的应用，薄膜作为一种重要的材料在材料领域占据着越来越重要的地位。 自然届中大地、海洋与大气之间存在表面，一切有形的实体都为表面所包裹，这是宏观表面。生物体还存在许多肉眼看不见的微观表面，如细胞膜和生物膜。生物体生命现象的重要过程就是在这些表面上进行的。细胞膜是由两层两亲分子--脂双层膜构成，它好似栅栏，将一些分子拦在细胞内，小分子如氧气、二氧化碳等，可以毫不费力从膜中穿过。膜脂双层分子层中间还夹杂着蛋白质，有的像船，可以载分子，有的像泵，可以把分子泵到膜外。细胞膜具有选择性，不同的离子须走不同的通道才行，比如有K＋通道、Cl－通道等等。细胞膜的这些结构和功能带来了生命，带来了神奇。 2 膜材料的应用 人们在惊叹细胞膜奇妙功能的同时，也在试图模仿它，仿生一直以来就是材料设计的重要手段，这就是薄膜材料。它的一个很重要的应用就是海水的淡化。虽然地球上70％的面积被水覆盖着，但是人们赖以生存的淡水只占总水量的2.5％～3％，随着人口增长和工业发展，当今世界几乎处于水荒之中。因此将浩瀚的海水转为可以饮用的淡水迫在眉睫。淡化海水的技术主要有反渗透法和蒸馏法,反渗透法用到的是具有选择性的高分子渗透膜,在膜的一边给海水施加高压,使水分子透过渗透膜,达到膜的另一边,而把各种盐类离子留下来,就得到了淡水。反渗透法的关键就是渗透膜的性能,目前常用有醋酸纤维素类、聚酰胺类、聚苯砜对苯二甲酰胺类等膜材料.这种淡化过程比起蒸法法,是一种清洁高效的绿色方法。 利用膜两边的浓度差不仅可以淡化海水,还可以提取多种有机物质。工业生产中，可用膜法过滤含酚、苯胺、有机磺酸盐等工业废水，膜法过滤大大节约了成本,有利于我们的生存环境。 膜的应用还体现在表面化学上面。在日常生活中,我们会发现在树叶表面,水滴总是呈圆形,是因为水不能在叶面铺展。喷洒农药时,如果在农药中加入少量的润湿剂(一种表面活性剂),农药就能够在叶面铺展,提高杀虫效果,降低农药用量。 更重要的，研究人员还将膜材料用于血液透析，透析膜的主要功能是移除体内多余水份和清除尿毒症毒素，大大降低了肾功能衰竭患者的病死率[1] 3 膜材料的分类 近年来,随着成膜技术的飞速发展,各种材料的薄膜化已经成为一种普遍趋势。 薄膜材料种类繁多,应用广泛,目前常用的有：超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜、介质薄膜、绝缘薄膜、钝化与保护薄膜、压电薄膜、铁电薄膜、光电薄膜、磁电薄膜、磁光薄膜等。目前很受人们注目的主要有一下几种薄膜。 3.1金刚石薄膜 金刚石薄膜的禁带宽，电阻率和热导率大，载流子迁移率高，介电常数小，击穿电压高，是一种性能优异的电子薄膜功能材料，应用前景十分广阔。 近年来,随着科技的发展,人们发展了多种金刚石薄膜的制备方法,比如离子束沉积法、磁控溅射法、热致化学气相沉积法、等离子化学气相沉积法等.成功获得了生长速度快、具有较高质量的膜,从而使金刚石膜具备了商业应用的可能。
对建筑工程新型材料的发展现状及应用分析 1 建筑工程新型材料应用的意义 建筑材料直接影响土木和建筑工程的安全可靠性、耐久性及适用性等各种性能。因此加强建筑新型材料的开发、生产和使用，对于促进建筑业发展、发展国民经济具有重要意义。发展新建材、推广节能建筑是改造传统建材和建筑工艺发展的重要前提。新材料代表了建筑材料的未来发展方向，符合世界发展趋势和人类发展的需要。 2 建筑工程新型材料的現状分析 目前建筑工程新型材料具有很强的地方性和区域性，其发展受到资源、自然条件、工业和科学技术水平、建筑风格、民族习俗等多方面的影响。目前建材工业成为国民经济体系中资源综合利用的关键环节和消纳固体废弃物的主要工业之一。并且建材工业正在朝着资源消耗低、环境污染少的资源节约型、环境友好型产业的绿色发展方向迈进。虽然新型建筑材料正朝着大型化、轻质化、节能化、利废化、复合化和装饰化方向发展，产品结构趋于合理，但代表建筑材料现代化水平的各种轻质、复合板和复合墙板可供建筑业选择使用的仍然比较少。此外新型建筑材料施工工艺要求较高，施工人员培训不够，墙体砌筑、安装质量不易保证。因此要改变过去依赖能源、资源并且污染环境的建筑材料应
用，必须不断加强建筑工程新型材料的生产、应用发展。 3 建筑工程新型材料的应用分析 3.1 建筑工程新型混凝土材料的应用分析 新型混凝土特性如下：（1）硬化混凝土的性能。现代建筑向高层化、大跨度方向发展，因此促进了高强HPC 的研究和开发。在高层建筑中的混凝土强度是对应于柱子的轴力，可以说建筑物的层数是由所使用的混凝土强度来决定的。比如25?30层的建筑物要使用强度36Mpa?42MPa的混凝土，30?35层要42MPa?48MPa,更高层的建筑就需要更高强的混凝土，如60层需用100MPa。在此情况下，配合比设计可以参照普通混凝土的方法，但是主要组成材料和性能应满足HPC的要求。HPC可能比普通混凝土要耐久得多，这是因为在设计配合比时，就考虑到耐久性问题。（2）新拌混凝土的工作性。新拌混凝土的工作性是一个综合指标，如流动性、可泵性、填充性、均匀性等。HPC要求新拌混凝土具有大流动性及流动度经时损失小，以满足混凝土集中搅拌、运输、泵送、浇注的工艺要求。甚至在浇注时要求混凝土不振捣自流平，即好的填充性。与普通混凝土相比，HPC的组分复杂，多种掺合料与超塑化剂配合使用，其目的是通过这些组分来调整性能。其中最关键的技术之一是超塑化剂及其组成。单一成分的超塑化剂（如萘系和三聚氰胺系高效减水剂）虽然对水泥浆有强的分散作
未来十年高分子材料重点发展领域及需求分析 《中国制造2025》围绕经济社会发展和国家安全重大需求，选择10大优势和战略产业作为突破点，力争到2025年达到国际领先地位或国际先进水平。十大重点领域是：新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农业装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械。 图表高分子材料十大重点发展领域 数据来源：产研智库 为指明十大重点领域的发展趋势、发展重点，引导企业的创新活动，国家制造强国建设战略咨询委员会特组织编制了《中国制造2025》重点领域技术路线图，其中提到与高分子材料直接相关的项目如下： 1、降低船体摩擦阻力涂料 重点突破新型高性能降阻涂料技术、船底空气润滑降阻技术等。 2、低温材料与防寒设备 重点开展适用于极地航行船舶的低温材料、泵、阀件等核心液压元件低温启动和密封技术研发。 3、轻量化车身 实现复合材料/混合材料技术突破，降低成本，在新能源汽车上的应用率达到30%，自主率超过50%。
4、高性能聚烯烃材料 突破高熔融指数聚丙烯、超高分子量聚乙烯、发泡聚丙烯、聚丁烯-1（PB）等工业化生产技术，实现规模应用。 5、聚氨酯树脂 重点发展环保型聚氨脂材料如水性聚氨酯材料，加快发展脂肪族异氰酸酯等原料。 6、氟硅树脂 重点发展聚偏氟乙烯、PET、其它氟树脂以及硅树脂、硅油等。 7、特种合成橡胶 重点发展异戊橡胶并配套发展异丁烯合成异戊二烯；发展硅橡胶、溶聚丁苯橡胶和稀土顺丁橡胶；发展卤化丁基、氢华丁腈等具有特殊性能的橡胶等。 8、生物基合成材料 重点突破生物基橡胶合成技术，生物基芳烃合成技术，生物基尼龙制备关键技术，新型生物基增塑剂合成及应用关键技术，生物基聚氨酯制备关键技术，生物基聚酯制备关键技术，生物法制备基础化工原料关键基础技术等。 9、生物基轻工材料 重点发展聚乳酸（PLA）、聚丁二酸丁二酯（PBS）、聚对苯二甲酸二元醇酯（PET、PTT)、聚羟基烷酸（PHA)、聚酰胺（PA)等产品。PLA关键单体L-乳酸和D-乳酸的光学纯度达99.9%以上，成本下降20%；PBS关键单体生物基丁二酸、1，4-丁二醇提高生物转化率达5-10%；PTT关键单体1，3-丙二醇以木薯淀粉、甘油等非粮原料发酵生产，PTT纤维聚合纺丝实现产业化；PA关键单体戊二胺硫酸盐成品纯度高于99%，成本下降20%。 10、特种工程塑料 重点发展基于热塑性聚酰亚胺（PI）工程塑料树脂、杂萘联苯型聚醚砜酮共聚树脂（PPESK）、高端氟塑料的加工成型的特种纤维、过滤材料、耐高温功能膜、高性能树脂基复合材料、耐高温绝缘材料、耐高温功能涂料、耐高温特种胶粘剂。热塑性聚酰亚胺工程塑料树脂，粘度0.38dL/g，Tg=230-310℃，Td5%>500℃，拉伸强度>100MPa，弯曲强度>150MP，成本<15万/吨；杂萘联苯型聚醚砜酮共聚树脂，Tg=263-305℃，拉伸强度90-122MPa，拉伸模量2.4-3.8GPa，体积电阻率3.8-4.8×1016Ω·cm，成本降低到PEEK的50－70％。高端氟塑料主要性能指标：超纯氟塑料制品：PTFE固体表现密度SSG≤2.147g/cm3,PTFE树脂拉伸强度＞28MPa，伸长率＞350%，绝缘强度＞3.5KV/mil。满足SEMI标准中C12的要求；耐高低温氟材料功能膜、特种氟纤维及过滤产品：满足高端环保要求，PTFE树脂要求压缩比＞3000，拉伸强度＞28MPa，伸长率＞360%；油气及化工流体输送用泵、阀门及管
玻璃材料的应用与趋势 内容摘要：随着建筑多元化的发展，建筑玻璃的已经成为建筑多样化和建筑功能化的关键组成部分，尤其是最近几年，建筑用深加工玻璃的品种、数量也得到了很大的发展，产品质量有了很大的提高。但是一些建筑使用的深加工玻璃出现了如钢化玻璃自爆、中空玻璃漏气等多种问题，造成很大的损失。当今世界玻璃制造商们在开发钢化玻璃新技术方面，均向能源、材料、环保、信息、生物等五大领域的发展和需求奋进。 关键词：玻璃材料的应用现状，玻璃材料的发展趋势 一 .世界建筑的发展对玻璃的要求变化 从20世纪60年代，随着第一个玻璃幕墙出现开始，建筑幕墙一直占据着建筑市场的主导位置并引领着建筑行业技术的发展。到目前，建筑对玻璃的要求经过了从白玻、本体着色玻璃、热反射镀膜到低辐射镀膜玻璃的变化。玻璃的颜色也由无色、茶色、金黄色到兰色、绿色并最后向通透方向的发展变化。 二.建筑玻璃的主要应用品种及特点 1、钢化玻璃 它是利用加热到一定温度后迅速冷却的方法，或是化学方法进行特殊处理的玻璃。一般是在原来普通的浮法玻璃基础上，经过将玻璃加热到软化点温度再经过淬火处理，使玻璃内部中心部位具有张应力
而玻璃表面部位具有压应力并达到均匀应力平衡的玻璃产品。钢化玻璃的品种包括化学钢化也称离子钢化和物理钢化两种；化学钢化玻璃的特点是由于采用颗粒较大的离子如钾离子置换玻璃表面的钠离子，在约400度的温度下经过一定的工艺制作完成；化学钢化玻璃可以切割、热弯等，但经过高温加工后的玻璃强度会受影响；化学钢化玻璃的初始强度可以达到原片的6-7倍，但是随着使用时间加长，性能会衰减；由于离子置换的特殊性，多数使用在超薄的玻璃上。物理钢化玻璃的特点是强度高，一般强度可以达到普通平板玻璃的4倍左右 2、夹层玻璃 夹层玻璃是由一层玻璃与一层或多层玻璃、塑料材料夹中间层而成的玻璃制品，中间层是介于玻璃之间或玻璃与塑料材料之间起粘结和隔离作用的材料，使夹层玻璃具有抗冲击、阳光控制、隔音等性能；夹层玻璃的特点是安全—即使破碎，也不会对人造成伤害。缺点是降低采光性能、玻璃自重增加。 3、镀膜玻璃 镀膜玻璃俗称热反射玻璃，包括阳光控制镀膜玻璃和低辐射镀膜玻璃（Low-E）玻璃两个品种。镀膜形成的原理是在原片玻璃表面镀上金属或者金属氧化物/氮化物膜，使玻璃的遮蔽系数降低，又称低辐射玻璃，是一种对波长范围4.5μm-25μm的远红外线有较高反射比的镀膜玻璃。低辐射镀膜玻璃还可以复合阳光控制功能，称为阳光控制低辐射玻璃。镀膜玻璃主要有两个系列的品种，一种是在线镀
《化学与人类文明》课程论文 化学材料的发展与应用 学院：机械学院 专业：机械制造及其自动化 班级：机制101 学号： 学生姓名： 电子信箱： 2012年12月12日
化学材料的发展与应用 摘要：随着现代科学技术的飞跃发展，以前传统的材料早已不能满足我们人类的需求和发展，为了获得更多满足人类工业和日常生活中所需要的具有特定性能的材料，化学材料先如今得到了很大的发展，化学材料不仅获得了传统材料的有点，还具备了一些特殊的功能，极大的满足了工业生产和生活所需。本文章分析了一些常见的化学材料的应用和发展状况，并提出了未来材料化学的发展趋势的一些简单看法。 关键词：材料化学；化学材料；性能；应用；发展 化学与材料息息相关，面对传统的材料不能满足工业生产、日常生活的时候，世界上各国都已开始把目光看向了材料化学，材料化学的发现和使用，使之研发出一系列的新材料，材料化学在原子和分子的水准上设计新材料的战略意义有着广阔的应用前景。然而，材料化学在发挥巨大作用的同时也不短的推动自身理论与技术水平的提高，并且为材料工程的发展带来了新的活力和更加广阔的发展空间。 1材料化学简介 材料化学是材料科学的一个重要分支，也是材料科学的核心部分，在新材料的发现和合成，制备和修饰工艺的发展以及表征方法的革新等领域所作出了的独到贡献。材料是具有使其能够用于机械、结构、设备和产品的性质的物质，是人们利用化合物的某些功能来制作物件时用的化学物质。而化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、件能、反应和应用的学科。材料与化学试剂不同，后者在使用过程中通常被消耗并转化成别的物质，而材料则一般可重复持续使用，除了正常消耗以外，它不会不可逆的转变为别的物质。化学则是关于物质的组成，结构和性质以及物质相互转变的研究。显然，材料科学和化学的对象都是物质，前者注重的是宏观方面，而后者则关注原子和分子水平的相互作用。材料化学正是这两者结合的产物，它是关于材料的结构、性能，制备和应用的化学。2化学材料的分类、功能及应用 材料一般按其化学组成，结构进行分类。通常可把材料分成金属材料，无机非金属材料，聚合物材料和复合材料四大类。此外，随着材料科学的迅猛发展，
科技名词定义 中文名称： 功能材料 英文名称： functional material 定义： 具有除力学性能以外的其他物理性能的特殊材料。 应用学科： 航空科技（一级学科）；航空材料（二级学科） 功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。 功能材料专业介绍（新增） 本专业为2011年新增专业。专业代码：080215S，修业年限：四年，授予学位门类：工学。通过学习，将具备了以下几方面的能力：1、具有坚实的学科基础，较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力；2、较系统地掌握专业领域宽广的技术理论基础知识；3、具有较强的解决与力学有关的材料加工技术问题的理论分析能力与实验技能；4、具有较强的计算机和外语应用能力；5、具备相应的实验、科研能力。职业前景：这个专业是在国家新兴产业结构调整下应运而生的，有政策支持，专业的就业前景不错。毕业生可以从事与信息技术、生物工程技术等相关的新材料开发与应用相关的职业，也可在高校、事业部门从事教学、科研工作。功能材料在国外发展迅速，新工艺层出不穷，相对于传统材料领域，就读国内该专业的学生具有较多的出国、读研机会。相近专业：无机非金属材料工程（080203）、冶金工程（080201）、材料科学与工程（080205Y）、复合材料与工程（080206W）、焊接技术与工程（080207W）、生物功能材料（080213S）。开办学校：东北大学秦皇岛分校，石家庄铁道大学，西安建筑科技大学，沈阳建筑大学; 兰州理工大学;华中科技大学,华侨大学，天津大学，北京石化学院，昆明理工大学。 功能材料的重要性 功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材料的研发与应用，它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。在全球新材料研究领域中，功能材料约占85 % 。我国高技术(863)计划、国家重大基础研究[973]计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目（约占新材料领域70%比例），并取得了大量研究成果。 新型功能材料国外发展现状 当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料及材料的分子、原子设
（汽车行业）汽车车身新材料的应用及发展方向
汽车车身新材料的应用及发展趋势 现代汽车车身除满足强度和使用寿命的要求外，仍应满足性能、外观、安全、价格、环保、节能等方面的需要。在上世纪八十年代，轿车的整车质量中，钢铁占80％，铝占3％，树脂为4％。自1978年世界爆发石油危机以来，作为轻量化材料的高强度钢板、表面处理钢板逐年上升，有色金属材料总体有所增加，其中，铝的增加明显；非金属材料也逐步增长，近年来开发的高性能工程塑料，不仅替代了普通塑料，而且品种繁多，在汽车上的应用范围广泛。本文着重介绍国内外在新型材料应用方面的情况及发展趋势。 高强度钢板 从前的高强度钢板，拉延强度虽高于低碳钢板，但延伸率只有后者的50％，故只适用于形状简单、延伸深度不大的零件。当下的高强度钢板是在低碳钢内加入适当的微量元素，经各种处理轧制而成，其抗拉强度高达420N/mm2，是普通低碳钢板的2～3倍，深拉延性能极好，可轧制成很薄的钢板，是车身轻量化的重要材料。到2000年，其用量已上升到50%左右。中国奇瑞汽车X公司和宝钢合作，2001年在试制样车上使用的高强度钢用量为262kg，占车身钢板用量的46%，对减重和改进车身性能起到了良好的作用。低合金高强度钢板的品种主要有含磷冷轧钢板、烘烤硬化冷轧钢板、冷轧双相钢板和高强度1F冷轧钢板等，车身设计师可根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。含磷高强度冷轧钢板：含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车外板、车门、顶盖和行李箱盖升板，也可用于载货汽车驾驶室的冲压件。主要特点为：具有较高强度，比普通冷轧钢板高15％～25％；良好的强度和塑性平衡，即随着强度的增加，伸长率和应变硬化指数下降甚微；具有良好的耐腐蚀性，比普通冷轧钢板提高20％；具有良好的点焊性能；烘烤硬化冷轧钢板：经过冲压、拉延变形及烤漆高温时效处理，屈服强度得以提高。这种简称为BH钢板的烘烤硬化钢板既薄又有足够的强度，是车身外板轻量化设计首选材料之壹；冷轧双向钢板：具有连续屈服、屈强比低和加工硬化高、兼备高强度及高塑性的特点，如经烤漆后其强度可进壹步提高。适用于形状复杂且要求强度高的车身零件。主要用于要求拉伸性能好的承力零部件，如车门加强板、保险杠等；超低碳高强度冷轧钢板：在超低碳钢（C≤0.005％）中加入适量的钛或铌，以保证钢板的深冲性能，再添加适量的磷以提高钢板的强度。实现了深冲性和高强度的结合，特别适用于壹些形状复杂而强度要求高的冲压零件。 轻量化迭层钢板 迭层钢板是在俩层超薄钢板之间压入塑料的复合材料，表层钢板厚度为0.2～0.3mm，塑料层的厚度占总厚度的25％～65％。和具有同样刚度的单层钢板相比，质量只有57％。隔热防振性能良好，主要用于发动机罩、行李箱盖、车身底板等部件。铝合金 和汽车钢板相比，铝合金具有密度小（2.7g/cm3）、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收再生等优点，技术成熟。德国大众X公司的新型奥迪A2型轿车，由于采用了全铝车身骨架和外板结构，使其总质量减少了135kg，比传统钢材料车身减轻了43％，使平均油耗降至每百公里3升的水平。全新奥迪A8通过使用性能更好的大型铝铸件和液压成型部件，车身零件数量从50个减至29个，车身框架完全闭合。这种结构不仅使车身的扭转刚度提高了60%，仍比同类车型的钢制车身车重减少50%。由于所有的铝合金都能够回收再生利用，深受环保人士的欢迎。根据车身结构设计的需要，采用激光束压合成型工艺，将不同厚度的铝板或者用铝板和钢板复合成型，再在表面涂覆防具有良好的耐腐蚀性。 镁合金 镁的密度为1.8g/cm3，仅为钢材密度的35％，铝材密度的66％。此外它的比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定性好，因此在航空工业和汽车工业中得到了广泛的应用。镁的储藏量十分丰富，镁可从石棉、白云石、滑石中提取，特别是海水的
赵治亚：超材料高端装备 7月28日，中国电科发展战略研究中心与远望智库联合举办了“新挑战、新理念、新技术——未来战争研讨会”，来自权威机构共13名专家，对前沿科技和未来战争相关问题，进行全面深入解析，展开广泛交流和探讨。来自军方、国防工业部门以及科研院校近600人参加了会议。超材料高端装备赵治亚深圳光启高等理工研究院（在未来战争论坛上的报告） 感谢中国电科发展战略研究中心和远望智库提供这么好的 一个平台，我们大家进行思维的交流和互动。我们一直是从事于超材料的技术及装备的研究，我们想在这里从超材料，从材料的这个角度以及在国内外的应用情况和对未来战争 的影响。从这块跟大家分享一下我们的心得。概述 这块的特殊之处，因为超材料整个从概念到技术它还是一个相对来讲比较新的程度。而且它的成熟度尤其是以2006年开始为一个起点。所以从这个角度上来讲大家从美国也好，从中国也好，大家的起跑的时间是一致的。尤其是我们的几位院长，原来在美国的这个领域研发的核心团队，所以在这块我们更看重的是这个里面的发展的时间窗口。谁能更有效地把握住时间窗口，还有像上午专家所说的，更快地进行研究里面的迭代，谁就更有可能去把握先机影响到未
来的战场。图1 下面的报告想从三个方面跟大家简要地介绍一下。第一个可能大家对于超材料从原理到技术到应用可能还不是很熟悉。想对超材料进行一个电磁材料进行一个介绍。第二个主要是从国内外的超材料的发展还有超材料武器装备上面的发展 进行介绍，尤其是以国外的武器装备发展的情况为主。还有第三个也想简要地介绍一下我们对于未来装备发展，尤其是我们超材料能够在未来装备发展里面所产生的作用和影响。part 1 超材料介绍图2 图2比较好地介绍了超材料的基本的原理。根据我们的国家标准GJB 32005-2015这个标准里面的描述，超材料的定义是什么呢？就是一种特殊的复合材料或者是结构，通过对于材料的关键物理尺寸上进行有序的结构设计，来使它进行常规材料所不具备的这种超常物理性质。如果是针对电磁波的频谱，我们可以根据电磁波频谱工作的波长取这个波长的四分之一到二十分之一波长这 样的一个尺寸。比如在厘米级和毫米级的这样的一个尺寸我们对它进行人工的拓扑结构和排布方式进行一个设计，可以看到比如说类似于这样的二维的柔性的超材料，和三维的这种超材料的设计，从而达到一个传统的介质材料所不能达到的，对于电磁波的调控的影响。所以它的整个的超材料的核心就是针对于我所要工作的这个波长进行有序的结 构和排布设计，从而达到我们可以人工定制化地去调制电磁
国内外焊接材料的应用 及发展趋势 集团标准化小组：[VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN]
国内外焊接材料的应用及发展趋势 沈阳工业大学材料科学与工程学院 摘要：焊接材料是焊接行业中一个重要分支。随着焊接技术的发展，国内外焊接材料的生产和使用也得到了长足的进步。本文简单介绍国内外的钢材、焊接材料的应用状况，进而分析了焊接材料的应用领域，总结出我国焊接的材料发展中存在的问题及应对策略。 关键词：焊接材料；应用；发展趋势 1国内外钢材及焊接的应用现状 钢产量是衡量一个国家综合经济实力的重要指标，钢铁工业是中国工业进程中的支柱产业。表1为世界主要国家的钢产量数据。从表中数据可以发现，从2001年开始我国的钢产量已经跃居全球第一，从2001年到2008年钢产量已经提高了3倍多，这样的增速明显高于其他国家。这主要是由于中国的经济持续高速增长，拉动了钢铁工业的快速发展，带动了中国钢铁的生产和消耗。但与中国钢产量全球第一形成鲜明的对比的是中国也是钢材进口大国，尤其是特种性能、高强度钢材的大量进口，因此中国钢材巨大产量，并没有给中国带来巨大的经济效益。
（数据来源：中国钢材贸易网） 焊接是一种将材料永久性连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。几乎所有的产品，从几十万吨巨轮到不足1克的微电子元件。在生产制造中都不同程度地应用焊接技术。焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性和寿命以及生产的成本、效率和市场反应速度。焊接技术包括焊接材料、设备和工艺等相关内容，而其中焊接材料是焊接技术发展的基础，所以焊接材料的应用和发展影响着焊接技术的发展。 钢材产量和快速升高又拉动了中国焊接材料产业的强劲发展，钢材的产量、品质及发展趋势直接决定了焊接行业的可持续发展及焊接技术的发展方向。2006年，按国际钢材协会统计，全世界钢产量12．39亿吨，按有 关资料综合测算，焊材的消费量应为钢材总量的0．6%--1．6%，全世界焊接材料约为600多万吨，因此，2006年中国钢产量占全世界钢产量的34%[2]，中国焊接材料产量占全世界焊接材料产量的50%左右。但是中国焊接材料的种类和分布不是很平衡[3，4]，见表2-表3。
纳米材料及其应用前景 摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。 关键词：纳米材料；功能；应用； 一、纳米材料的基本特性 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增 殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和 增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直 难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、 强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。 使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油 钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用 变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面 有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作 用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的 隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体 器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管 放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室 温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研 制出由碳纳米管组成的逻辑电路。
新材料的应用与发展
新材料 摘要：随着现代科学技术的迅速发展和人类需求的改变，我们队对材料的要求也越来越高，我们期待能够有更好的材料来满足我们各方面的需求，随着新材料的研发日益的成熟，更多的新材料开始真正的进入大众的视野当中，在现实生活当中的使用也是日趋广泛。新的要求，新的材料，新的使用，新的材料的使用是我们的生活的各个方面发生着巨大的变化。 关键词：建筑节能新材料，高分子智能材料，汽车新材料 正文：新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料，具有比传 统材料更为优异的性能。新材料作为高新技术的基础和先导，应用范围极其广泛,它同信息技术，生物技术一起成为二十一世纪最重要和最具发展潜力的领域同传统材料一样，新材料可以从结构组成，功能和应用领域等多种不同角度对其进行分类,不同的分类之间相互交叉和嵌套.新材料正在从一点一滴改变我们的世界。 一.建筑节能新材料。近年来国内建筑业得到了突飞猛进的发展，建筑节能是社会发展的需求，它有利于缓解能源紧缺问题；建筑节能是环境保护的需求它有利于减轻大气污染现状；建筑节能是建筑业进步的需求，它有利于巩固企业市场地位。 我国传统围护结构墙多为无机材料组成，如砖石砌体、混凝土、水泥砂浆等而最新发明的新型环保阻燃蜂窝复合墙体材料则是利用煤渣、水稻秸秆等废料生产而来，其是将废料同水泥、粘合剂经过混合搅拌压缩而成，该种节能砖既减少了废物排放又能实现清洁生产，同时其具有能耗低、重量轻、所需钢筋水泥量小等优点。 防裂性是墙体保温工程要解决的关键技术，因为一旦保温层、抗裂防护层发生开裂，墙体保温性能就会发生很大改变，非但满足不了节能要求，甚至还会危
[转载]西苑沙龙第一次会议——超材料技术发展战略研讨会召开 2013年5月8日，第一次西苑沙龙会议在北京西苑饭店召开。此次会议的主题为“超材料技术发展战略”。超材料是新材料技术发展的热点方向，备受科技界和产业界的关注。来自863计划新材料技术领域主题专家、科技界和工业部门等的14位专家参加了会议。 会议邀请了863计划新材料领域新型功能与智能材料专家组召集人周少雄教授，做了题为“超材料技术发展战略思考”的主题报告，并邀请深圳光启研究院刘若鹏院长等4位专家就工业级超材料技术的创建与发展、超材料在微波光波等领域应用、超材料与自然材料的融合等方面问题做了专题报告。与会专家就超材料概念、应用前景、面临的挑战、技术路线、发展重点等展开了热烈的讨论和争论，各抒己见，并就我国超材料技术发展战略与对策提出宝贵的意见和建议。 附： “西苑沙龙”是科技部高技术研究发展中心为了推动国家科技计划相关领域发展战略研究，举办的以西苑饭店为场地的系列科技发展战略和学术研讨沙龙活动。沙龙重点围绕高技术、基础研究及其学科交叉领域的发展前沿与趋势、重大应用和产业发展需求方面的重大问题，探讨科技前沿、讨论最新突破性进展，展望未来发展趋势。沙龙鼓励与会者本着“客观、求实，融合、创新”的原则，以客观求实的态度，发表自己的学术观点；鼓励和引导多学科交叉融合，激励创新思想。 德国研制出“隐热”衣让热“弯曲”传导 利用特殊的超介质材料让光线、声音绕过物体传播，能达到隐形、隐身的效果。据物理学家组织网5月9日（北京时间）报道，最近，德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）研究人员成功演示了超材料同样也能影响热的传导。他们的“隐热”衣能让热力“弯曲”似的、绕过中央的隐藏区而传导。相关论文发表在最近的《物理评论快报》上。 这种“隐热”衣是用铜和硅制造的一个盘子，盘子虽能导热但其中心的圆形区域却不会受热力影响。“这两种材料必须排列得十分巧妙。”论文第一作者、KIT的罗伯特·斯奇特尼解释说，铜是热的良导体，而所用的硅材料叫做PDMS，是一种不良导体。“我们给一个薄铜盘制作了多重环形花纹的硅结构，使它能从多个方向，以不同的速度来传导热量，这样绕过一个隐藏目标所需的时间就能互相弥补。” 如果给一个简单的金属盘的左边加热，热量会一致地向右传导，盘子的温度从左到右会呈下降趋势。如果用这种铜硅超介质材料来做这个实验，也会表现出类似现象，但却只在盘子外圈呈现温度从左到右的下降，没有热量能穿透到内部，在内圈没有任何被加热的迹象。
电子信息材料发展趋势
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电子信息材料发展趋势 电子信息材料发展趋势 电子信息材料及产品支撑着现代通信、计算机、信息网络技术、微机械智能系统、工业自动化和家电等现代高技术产业。电子信息材料产业的发展规模和技术水平，已经成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志，在国民经济中具有重要战略地位，是科技创新和国际竞争最为激烈的材料领域。 随着电子学向光电子学、光子学迈进，微电子材料在未来10～15年仍是最基本的信息材料，光电子材料、光子材料将成为发展最快和最有前途的信息材料。电子、光电子功能单晶将向着大尺寸、高均匀性、晶格高完整性以及元器件向薄膜化、多功能化、片式化、超高集成度和低能耗方向发展。一、集成电路和半导体器件用材料由单片集成向系统集成发展。微电子技术发展的主要途径是通过不断缩小器件的特征尺寸，增加芯片面积以提高集成度和信息处理速度，由单片集成向系统集成发展。 1.Si、GaAs、InP等半导体单晶材料向着大尺寸、高均质、晶格高完整性方向发展。椎8英吋硅芯片是目前国际的主流产品，椎12英吋芯片已开始上市，GaAs芯片椎4英吋已进入大批量生产阶段，并且正在向椎6英吋生产线过渡；对单晶电阻率的均匀性、杂质含量、微缺陷、位错密度、芯片平整度、表面洁净度等都提出了更加苛刻的要求。 2.在以Si、GaAs为代表的第一代、第二代半导体材料继续发展的同时，加速发展第三代半导体材料———宽禁带半导体材料SiC、GaN、ZnSe、金刚石材料和用SiGe／Si、SOI等新型硅基材料大幅度提高原有硅集成电路的性能是未来半导体材料的重要发展方向。 3.继经典半导体的同质结、异质结之后，基于量子阱、量子线、量子点的器件设计、制造和集成技术在未来5～15年间，将在信息材料和元器件制造中占据主导地位，分子束外延MBE 和金属有机化合物化学汽相外延 MOCVD 技术将得到进一步发展和更加广泛的应用。 4.高纯化学试剂和特种电子气体的纯度要求将分别达到lppb～0．1ppb和6N级以上，0．5μm以上的杂质颗粒必须控制在5个／毫升以下，金属杂质含量控制在ppt级，并将开发替代有毒气体的新品种电子气体。 二、光电子材料向纳米结构、非均值、非线性和非平衡态发展。光电集成将是21世纪光电子技术发展的一个重要方向。光电子材料是发展光电信息技术的先导和基础。材料尺度逐步低维化———由体材料向薄层、超薄层和纳米结构材料的方向发展，材料系统由均质到非均质、工作特性由线性向非线性，由平衡态向非平衡态发展是其最明显的特征。发展重点将主要集中在激光材料、红外探测器材料、液晶显示材料、高亮度发光二极管材料、光纤材料。 1.激光晶体材料：向着大尺寸、高功率、LD泵浦、宽带可调谐以及新波长、多功能应用方向发展。 2.红外探测器材料：大面积高均匀性HgCdTe外延薄膜及大尺寸ZnCdTe衬底材料仍是2010年前红外探测器所用的主要材料。 3.液晶材料：研究发展超扭曲向列型 STN 和薄膜晶体管型 TFT 显示器所用混合液晶，提高性能，降低成本。 4.高亮度发光二极管材料：继规模生产发红、橙、黄色的GaAs基、GaP基外延材料之后，拓宽发光波段，开发发蓝光的GaN基、ZnSe基外延材料将成为研究热点。
金属材料的应用现状及发展趋势分析 在进行金属材料的应用现状及发展趋势分析之前，先简要介绍一下金属材料。金属材料是最重要的工程材料之一。按冶金工艺，金属材料可以分为铸锻材料、粉末冶金材料和金属基复合材料。铸锻材料又分为黑色金属材料和有色金属材料。黑色金属材料包括钢、铸铁和各种铁合金。有色金属是指除黑色金属以外的所有金属及其合金，如铝及铝合金、铜及铜合金等。工程结构中所用的金属材料90%以上是钢铁材料，其资源丰富、生产简单、价格便宜、性能优良、用途广泛。钢有分为碳钢和合金钢，铸铁又分为灰口铸铁和白口铸铁。 一、金属材料的应用现状 金属材料的结构及其性能决定了它的应用。而金属材料的性能包括工艺性能和使用性能。工艺性能是指在加工制造过程中材料适应加工的性能，如铸造性、锻造性、焊接性、淬透性、切削加工性等。使用性能是指材料在使用条件和使用环境下所表现出来的性能，包括力学性能（如强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等）、物理性能（如熔点、密度热容、电阻率、磁性强度等）和化学性能（如耐腐蚀性、抗氧化性等）。 金属材料具有许多优良性能，是目前国名经济各行业、各部门应用最广泛的工程材料之一，特别是在车辆、机床、热能、化工、航空航天、建筑等行业各种部件和零件的制造中，发挥了不可替代的作用。 （1）、在汽车中的应用。缸体和缸盖，需具有足够的强度和刚度，良好的铸造性能和切削加工性能以及低廉的价格等，目前主要用灰铸钢和铝合金；缸套和活塞，对活塞材料的性能要求是热强性高，导热性好，耐磨性和工艺性好，目前常用铝硅合金；冲压件，采用钢板和钢带制造，主要是热轧和冷轧钢板。热轧钢板主要用于制造承受一定载荷的结构件，冷轧钢板主要用于构型复杂、受力不大的机器外壳、驾驶室、轿车车身等。还有汽车的曲轴和连杆、齿轮、螺栓和弹簧等，都按其实用需要使用的了不同的金属材料 （2）、在机床方面的应用。机床的机身、底座、液压缸、导轨、齿轮箱体、轴承座等大型零件部，以及其他如牛头刨床的滑枕、带轮、导杆、摆杆、载物台、手轮、刀架等，首选材料为灰铸铁，球磨铸铁也可选用。随着对产品外观装饰效果的日益重视，不锈钢、黄铜的