前沿新材料智能材料的七大功能
前沿新材料包括超导材料、纳米材料、生物材料、智能材料等几大类别，其中，智能材料在医疗器械、仪器仪表、自动控制、航空航天、汽车工程、机器人磁(电)机转换器件、药物载体、生物催化、智能织物、智能调光材料、智能粘合剂等领域应用广泛，下面，新材料全球交易网邀您一起走进前沿新材料，分享智能材料的七大功能。
（1）传感功能（Sensor）
能够感知外界或自身所处的环境条件，如负载、应力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化。
（2）反馈功能（Feedback）
可通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，并将其结果提供给控制系统。
（3）信息识别与积累功能
能够识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来。
（4）响应功能
能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相应的反应，并采取必要行动。
（5）自诊断能力（Self-diagnosis）
能通过分析比较系统的状况与过去的情况，对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。
（6）自修复能力（Self-recovery）
能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补某些局部损伤或破坏。
（7）自调节能力（Self-adjusting）
对不断变化的外部环境和条件，能及时地自动调整自身结构和功能，并相应地改变自己的状态和行为，从而使材料系统始终以一种优化方式对外界变化作出恰如其分的响应。
文章来源：新材料全球交易网
最新科技前沿——新颖材料 摘要： 随着科学技术的进步，开拓了新材料的范围，推动了新材料向更高、更新方向发展。本文首先对新材料的定义及发展前景进行分析，引出了超导体材料、高性能材料、高分子材料、复合型材料及金属材料的发展前景，最后对新颖材料在工业等领域发展进行展望。 关键词： 新材料，高性能材料，超导体材料，高分子材料，复合型材料
正文： 1最新材料技术 新材料技术的发展不仅促进了信息技术和生物技术的革命，而且对制造业、物资供应以及个人生活方式产生重大的影响。材料技术的进步使得“芯片上的实验室”成为可能，大大促进了现代生物技术的发展。新材料技术的发展赋予材料科学新的内涵和广阔的发展空间。 1.1新材料的定义 新材料是指那些新近发展或正在发展之中的具有比传统材料的性能更为优异的一类材料。新材料技术是按照人的意志，通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程，创造出能满足各种需要的新型材料的技术。新材料按材料的属性划分，有金属材料、无机非多属材料（如陶瓷、砷化镓半导体等）、有机高分子材料、先进复合材料四大类。按材料的使用性能性能分，有结构材料和功能材料。结构材料主要是利用材料的力学和理化性能，以满足高强度、高刚度、高硬度、耐高温、耐磨、耐蚀、抗辐照等性能要求；功能材料主要是利用材料具有的电、磁、声、光热等效应，以实现某种功能，如半导体材料、磁性材料、光敏材料、热敏材料、隐身材料和制造原子弹、氢弹的核材料等。新材料在国防建设上作用重大，例如，超纯硅、砷化镓研制成功，导致大规模和超大规模集成电路的诞生。隐身材料能吸收电磁波或降低武器装备的红外辐射，使敌方探测系统难以发现等等。 1.2最新材料的发展方向 目前，新材料技术正朝着研制生产更小、更智能、多功能、环保型以及可定制的产品、元件等方向发展纳米材料20世纪90年代，全球逐步掀起了纳米材料研究热潮。由于纳米技术从根本上改变了材料和器件的制造方法，使得纳米材料在磁、光、电敏感性方面呈现出常规材料不具备的许多特性，在许多领域有着广阔的应用前景。 专家预测，纳米材料的研究开发将是一次技术革命，进而将引起21世纪又一次产业革命。日本三井物产公司曾在去年末宣布该公司将批量生产碳纳米管，从2002年4月
智能材料的结构及应用 学院：班级： 姓名：学号： 摘要：材料的智能化代表了材料科学发展的最新方向，智能材料是一种能通过系统协调材料内部各种功能并对时间、地点和环境作出反应和发挥功能作用的材料。且能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。本文旨在简要介绍智能材料的结构的基础之上，介绍一些它在当今社会不同领域的应用。 关键词：智能材料、结构、应用 材料的发展从之前的单一型、复合型和杂化型，发展为异种材料间的不分界的整体式融合型材料。而近几年所兴起的智能材料更是不同于以往的传统材料，它的仿生系统具有传感、处理和响应功能，而且与机敏材料相比更接近于生命系统。它能够根据外界环境条件的变化程度实现非线性响应从而达到最佳适应的效果。对于智能材料我结合自己听课的内容、书籍及网上资料的查阅写下对智能材料的认识。 智能材料不同于传统的结构材料和功能材料，它模糊了两者之间的界限并加上了信息科学的内容，实现了结构功能化功能智能化。一般来说智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。即： （1）基体材料：基体材料担负着承载的作用，一般宜选用轻质材料。一般基体材料首选高分子材料，因为其重量轻、耐腐蚀，尤其具有粘弹性的非线性特征。其次也可选用金属材料，以轻质有色合金为主。 （2）敏感材料：敏感材料担负着传感的任务，其主要作用是感知环境变化（包括压力、应力、温度、电磁场、PH值等）。常用敏感材料如形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色材料、电流变体、磁流变体和液晶材料等。 （3）驱动材料：因为在一定条件下驱动材料可产生较大的应变和应力，所以它担负着响应和控制的任务。常用有效驱动材料如形状记忆材料、压电材料、电流变体和磁致伸缩材料等。可以看出，这些材料既是驱动材料又是敏感材料，显然起到了身兼二职的作用，这也是智能材料设计时可采用的一种思路。 （4）其它功能材料：包括导电材料、磁性材料、光纤和半导体材料等。
新材料产业特点及国外重点企业介绍 摘要新材料产业具有先导性、基础性和带动性，世界新材料产业的主导者是美国、日本和欧洲。美国的通用电气公司、杜邦公司、MEMC公司，日本的TDK公司、信越化学公司，欧洲的巴斯夫、圣戈班、摩根等公司在基础研究、应用研究、技术商品化、生产制造等方面居世界领先地位。 关键词新材料；产业；研究；跨国公司 新材料是指新出现或正在发展中的、具有传统材料所不具有的优异性能的材料。新材料是其他高新技术发展的支撑和先导，其研究水平和产业化规模已成为衡量一个国家和地区经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。新材料产业在发达国家已经成为一个具有技术和商业竞争力的支柱产业之一，其产出在国民经济中占有重要地位。新材料本身就是一个大市场，而由它带动而产生的新产品和新技术则是一个更大的市场。以美国为例，电子工业投入1美元的半导体材料，可以生产出10美元的电子设备系统；交通工业中材料的使用寿命延长1%，则可节约300亿美元。 1、新材料产业特点 先导性、基础性和带动性 新材料是其他高新技术及其产业发展的基础和先导，新材料广泛应用于信息、能源、交通、医疗等各个领域，处于其他高新技术产业链的上游。新材料的创新为下游产业的发展提供了机遇，并极大地带动了其他高技术产业的突破和发展，同时下游其他高技术产业的发展又能极大地刺激和推动新材料产业的发展。以信息材料为例，单晶硅和其他半导体材料的问世和应用，奠定了微电子技术的发展基础，同时随着信息技术的迅速发展，对材料技术不断提出
更高的要求，因而光电子材料将成为信息技术发展的核心基础。 新材料产业与上下游相关产业进一步融合，产业结构垂直扩散 新材料产业的发展依赖于上下游相关产业的发展，特别是下游用户的进一步创新开发，才能使新材料产品最终走向市场。随着元器件微型化的发展，新材料技术与器件技术的一体化趋势日趋明显，新材料产业与下游产业相互合作与融合更加紧密。如日本的很多电子材料厂家都在生产经营元器件或整机。此外，电子行业的整机厂家也在自行开发独具特色的元器件和新材料。企业由于减少了新材料产业化的中间环节，加快了新材料研究成果向最终产品的转化，因而研发与市场风险大大降低，有利于企业获得竞争优势，这对于新材料产业的整体发展也是有益的。 新材料与传统材料产业紧密结合，产业结构横向扩散 随着高新技术的发展，传统材料产业向新材料产业拓展。世界上很多著名的新材料企业以前是生产钢铁、化工、有色金属等原材料企业，利用积累的大规模生产能力和先进的生产技术，进入新材料行业。如美国的化学工业企业正在扩大产品品种，转向生物医用材料、电子信息材料和特种材料的生产，改变了化学工业“夕阳工业”面貌，成为美国多种高附加值新材料产品的生产者。同时美国生物医用材料工业的增长就是在化学工业的扶持下实现的。如日本住友金属公司，其主营业务是钢铁，但依靠先进的生产工艺和大量的研发投入，在全球硅片市场也获得了较为领先的地位。 2、国外新材料产业重点企业介绍 世界新材料产业的主导者是美国、日本和欧洲，无论在基础研究、应用研究、技术商品化、生产制造等各方面都居世界领先地位。从企业形态来说，不仅有大型跨国公司，还有众多的中小企业。尤其是许多大型跨国企业下有专门从事新材料产业的分支企业，这些分支企业依靠母公司的强大财力，研发制造的新型材料经常供本公司下游产品使用，如通用电气公司、
广东省培育前沿新材料战略性新兴产业 集群行动计划（2021-2025年） 为贯彻省委、省政府关于推进制造强省建设的工作部署，加快培育前沿新材料战略性新兴产业集群，促进产业迈向全球价值链高端，依据《广东省人民政府关于培育发展战略性支柱产业集群和战略性新兴产业集群的意见》（粤府函〔2020〕82号）等文件精神，制定本行动计划。 一、总体情况 前沿新材料是具有战略性、前瞻性和颠覆性的新材料，是未来产业发展的制高点，具有重要引领作用和重大应用前景。结合国家、省相关规划和我省新材料产业发展的现状，我省重点发展的前沿新材料产业包括智能、仿生与超材料，低维及纳米材料，高性能纤维，新型半导体材料，电子新材料及电子化学品，先进金属材料，新型复合材料，超导材料，增材制造材料，新能源材料，生物医用材料，材料先进研发、制备和检测、验证服务等领域。 （一） 发展现状。 “十三五”期间，我省前沿新材料产业发展迅速，2019年，我省前沿新材料产业营业收入接近500亿元，产业技术水平和综合实力位居全国前列。一是支撑前沿新材料的重大科技基础设施
带动创新要素快速集聚。大科学装置、省实验室和高水平新型研发机构的布局、建设，世界级科研创新平台集群正在形成，促进一大批院士、顶尖科学家和各类创新要素快速集聚，高起点开展碳纳米管、石墨烯、新型半导体、超导、非晶合金等前沿新材料基础研究和原始创新，新型科研体制和孕育世界级科技成果的创新链条渐具雏形。二是创新活跃，新技术发展迅猛。我省在石墨烯、超材料、新型显示、新能源材料、生物医用材料、先进半导体、材料基因工程等领域形成了较强优势，产出了一批优秀的科研成果和专利，单晶石墨烯的工业化制备、超材料的规模化生产、印刷显示、超宽禁带半导体材料等关键技术取得了重大突破。三是骨干企业带动作用凸显，产业集聚态势初步形成。“专精特新”“独角兽”“单项冠军”企业不断涌现，空间布局日趋合理，形成了梯次发展的良好格局，以广州、深圳、佛山、东莞、珠海等地市为核心，清远、惠州、韶关、江门、汕尾等地市快速发展，区域化聚集初步呈现；新能源材料、生物医用材料、新型显示、先进陶瓷材料等产业具有较为完整的产业链和完备的产业配套体系，产业集群效应明显。四是引领支撑高质量发展成效显著。前沿新材料对高科技产业的先导和基础作用日益突出，有力地支撑了新一代信息技术、高端装备制造业等战略性新兴产业的快速高质发展。 （二） 存在问题与面临的挑战。 我省前沿新材料产业仍处于培育发展阶段，一是材料创新系
1.人类历史的5次材料技术革命是什么？简述材料设计时代的特点。 答：1）石器时代---青铜器时代---铁器时代---合金化时代---合成材料时代---新材料设计与制备加工工艺时代。 2）材料设计时代的特点:资源-材料-制品界限的弱化与消失-按照使用要求来设计材料的性能；性能设计与工艺设计一体化要求-同时设计出可以获得其性能的可行的制备加工工艺。 2.简述材料加工技术的总体发展趋势以及主要发展方向。 答：发展趋势：概括为过程综合、技术综合、学科综合三个综合。过程综合包括两个方面：一是材料设计、制备、成形与加工的一体化；二是多个过程（如凝固与成形）的综合化。技术综合是指材料加工技术与计算机技术、信息技术、各种先进控制技术的综合。学科综合体现为三级学科（铸造、塑性加工、热处理）之间的综合、与材料物化、材料学等二级学科的综合，与计算机、信息环境过程工程等一级学科的综合。主要发展方向：常规材料加工工艺的短流程化和高效化；发展先进的成形加工技术，实现组织与性能的精确控制；材料设计、制备与成形加工一体化；开发新型设备与成形加工技术，发展新材料和新制品；发展计算机数值模拟与过程仿真技术，构筑完善的材料数据库；材料的智能制备和成形加工。 3.简述快速凝固的概念及用途。实现快速凝固的两种方法以及金属快速凝固的组织特征。答：快速凝固是指由液相到固相的相变过程进行得非常快，从而获得普通铸件和铸锭无法获得的成分、相结构和显微结构的过程。用途：获得新的凝固组织，开发新材料；制备难加工材料薄带、细小线材和块体材料；简化制备工序，实现近终形成形；提高产品质量，降低生产成本。实现方法：快速冷却和深过冷。组织特征：偏析形成倾向减小；形成非平衡相；细化凝固组织；析出相的结构发生变化；形成非晶态。 4.简述定向凝固的概念和现有工艺。简述连续定向凝固的基本原理。 答：定向凝固是指在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属和未凝固金属熔体中建立起特定方向的温度梯度，从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固，最终的到具有特定取向柱状晶的技术。现有工艺：发热剂法、功率降低法、高速凝固法、液态金属冷却法和连续定向凝固。连续定向凝固的基本原理：在连续定向凝固过程中对铸型进行加热，使它的温度高于被铸金属的凝固温度，并通过在铸型出口附近的强制冷却，或同时进行分区加热与控制，在凝固金属和未凝固熔体中建立起沿拉环方向的温度梯度，从而使熔体形核后沿着与热流(拉坯方向)相反的方向，按单一的结晶取向进行凝固，获得连续定向结晶组织（连续柱状晶），甚至单晶组织。 5.简述半固态加工的概念和特点；何谓触变成形？何谓流变成形？ 答：半固态加工就是在金属凝固的过程中对其施以剧烈的搅拌作用，充分破碎树枝状的初生固相，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固液混合浆料，即流变浆料，利用流变浆料直接进行成形加工的方法称为半固态金属的流变成形。如果将流变凝固成锭，按需要将此金属锭切成一定大小，然后重新加热至金属的半固态温度区，利用金属的半固态坯料进行成形加工的方法称为触变成形。上述两种方法合称为半固态加工。特点：黏度比液态金属高，容易控制；流动应力比固态金属低；应用范围广，具有固液两相区的合金均可实现半固态加工。 6.连续驻扎的概念和工艺特点，列出3种目前咋生产的金属材料。影响铸轧过程稳定性的主要因素有哪些？保证铸轧正常进行的两个条件是什么？答：连续铸轧是直接将金属熔体“轧制”成半成品带坯或成品带材的工艺。显著的特点是：其结晶器为两个带水冷系统的旋转铸轧辊；熔体在辊缝间完成凝固和热轧两个过程；而且在很短的时间内（2~3s）完成。例子为铝带铸轧、硅钢、普碳钢、不锈钢。影响稳定性的因素：钢水的流动性；凝固行为；铸轧速度；侧封；铸轧力和辊缝；二次冷却和拉坯系统的影响。两个条件：1.基本条件：浇注系统预热温度、金属液面高度；热平衡条件：铸轧温度、铸轧速度、冷却强度。
2020年广西专业技术人员公需科目《当代科学技术前沿知识》试题（90分） 一．单项选择题（共20题，共40分） 1．下列不属于智能制造的是( )[2分] A智能制造装备 B工业互联网 C工业软件 D量子计算 2．( )是指具有感知环境刺激，能对其进行分析、处理和判断，并采取一定的措施 进行适应度响应的智能材料系统，其行为与生命体的智能反应类似。[2分] A第三代半导体材料 B先进能源材料 C生物医用材料 D智能材料 3．冶金工业是高耗能行业，仅钢铁工业的能耗就占全国工业总能耗的( )。[2分] A1% B10% C50% D90% 4．基于太阳能在新能源领域的龙头地位，美国、德国、日本等发达国家都将太阳能 光电技术放在新能源的首位。下列不属于太阳能光电技术的研究是()o[2分] A单晶硅电池 B多晶硅电池 C燃料电池 D钙钛矿太阳能电池 5. 2000年，( )启动“国家纳米计划”(NNl)，引发了全球的纳米技术研发热[2分] A日本 B美国 C德国 D中国 6．以下哪个国家或地区不面临严重的水资源压力：( )。[2分] A巴西 B中国东部 C北非 D阿拉伯地区 7. 2000年9月，在联合国千年首脑会议上，世界各国领导人共同签署了千年发展目标( MDGs)，其中千年发展目标不包括以下哪项：( )[2分] A消灭极端贫穷和饥饿 B促进男女平等并赋予妇女权利 C普及小学教育 D实现共同富裕 8．无人遥控潜水器最早出现在( )，主要用于考古方面的研究。[2分] A1953年 B1973年
C1993年 D2003年 9．地球的淡水资源少部分分布在湖泊、河流、土壤和地表以下浅层地下水中，大部分则冰川、永久积雪和多年冻土的形式储存，其中( )储水量最大。[2分] A湖泊 B河流 C地下水 D冰川 10.深海生物资源主要是指生活在海洋大陆坡和洋底水深( )之间，具有开发利用价值的生物。[2分] A小于200米 B200～3000米 C3000~5000米 D大于5000米 1 1．目前，全球固体废物领域技术创新最为活跃的国家是以下哪个国家：( )。[2分] A美国 B德国 C日本 D中国 12. 2016年3月，谷歌公司人工智能( )战胜围棋世界冠军李世石，引发了基于深度学习的人工智能爆发。[2分] A AlphaGo B AlphaGoMaster C AlphoGoLee D AlphaGoZero 13.以下哪个国家是世界上最大的发展中国家：( )。[2分] A中国 B印度 C俄罗斯 D巴西 14.近十几年来，我国煤炭消费量呈逐年增长态势，但未来我国煤炭消费量上升的可能性较小，预计到( )年消费量达到峰值。[2分] A2020 B2025 C2030 D2035 15.( )，我国工信部向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照，标志着我国正式进入5G商用元年。[2分] A2017年 B2018年 C2019年 D2020年 16.科学界通常把裂变反应堆划分为( )代。[2分] A一
新材料行业发展趋势 与传统材料相比，新材料产业具有技术高度密集，研究与开发投入高，产品的附加值高，生产与市场的国际性强，以及应用范围广，发展前景好等特点，其研发水平及产业化规模已成为衡量一个国家经济，社会发展，科技进步和国防实力的重要标志，世界各国特别是发达国家都十分重视新材料产业的发展。下面是有关于新材料行业发展趋势的分析，一起来看看。 中国新材料产业发展前景分析新材料作为二十一世纪三大关键技术之一，是高新技术发展的基础和先导，已成为全球经济迅猛增长的源动力。 随着科学技术发展，人们在传统材料的基础上，根据现代科技的研究成果，开发出新材料。新材料按组分为金属材料、无机非金属材料(如陶瓷、砷化镓半导体等)、有机高分子材料、先进复合材料四大类。按材料性能分为结构材料和功能材料。结构材料主要是利用材料的力学和理化性能，以满足高强度、高刚度、高硬度、耐高温、耐磨、耐蚀、抗辐照等性能要求;功能材料主要是利用材料具有的电、磁、声、光热等效应，以实现某种功能，如半导体材料、磁性材料、光敏材料、热敏材料、隐身材料和制造原子弹、氢弹的核材料等。新材料在国防建设上作用重大。例如，超纯硅、砷化镓研制成功，导致大规模和超大规模集成电路的诞生，使计
算机运算速度从每秒几十万次提高到每秒百亿次以上;航空发动机材料的工作温度每提高100℃，推力可增大24%;隐身材料能吸收电磁波或降低武器装备的红外辐射，使敌方探测系统难以发现等等。 在新材料产业中分布情况 21世纪科技发展的主要方向之一是新材料的研制和应用。新材料的研究，是人类对物质性质认识和应用向更深层次的进军。 信息材料是最活跃的新材料领域，微电子材料在未来10~15年仍是最基本的信息材料，集成电路及半导体材料将以硅材料为主体，化合物半导体材料及新一代高温半导体材料共同发展。光电子材料将成为发展最快和最有前途的信息材料，主要集中在激光材料、高亮度发光二极管材料、红外探测器材料、液晶显示材料、光纤材料等领域。 XX年，在“国家半导体照明工程”计划的推动下，我国半导体照明产业发展加速，关键技术取得突破，蓝光功率型LED芯片发光效率达到90mW，处于国际先进水平;封装的功率型白光LED发光效率超过30lm/W，达到国际先进水平。建立了上海、大连、厦门、南昌4个国家半导体照明产业化基地，民营资本投资近37亿元人民币，我国LED产业迎来了快速发展的时期。 XX年我国推出了激光电视样机，技术水平达到国际先进。
化学前沿 【论文摘要】: 无机化学是化学学科里其它各分支学科的基础学科，在近年来取得较突出的进展，主要表现在固体材料化学、配位化学等方面。未来无机化学的发展特点是各学科交叉纵横相互渗透，用以解决工业生产与人民生活的实际问题。文章就当代无机化学研究的前沿与未来发展趋势做了简要阐述。 当前无机化学的发展趋向主要是新型的无机化合物的合成和应用，以及新的研究领域的开辟和建立。因此21世纪理论与计算方法的运用将大大加强理论和实验更加紧密的结合。同时各学科间的深入发展和学科间的相互渗透，形成许多学科的新的研究领域。例如，生物无机化学就是无机化学与生物学结合的边缘学科；固体无机化学是十分活跃的新兴学科；作为边沿学科的配位化学日益与其它相关学科相互渗透与交叉。 根据国际上最新进展和我国的具体情况,文章就“无机合成与制备化学研究进展”和“我国无机化学最新研究进展”两个方面进行阐述： 一、无机合成与制备化学研究进展 无机合成与制备在固体化学和材料化学研究中占有重要的地位, 是化学和材料科学的 基础学科。发展现代无机合成与制备化学, 不断地推出新的合成反应和路线或改进和绿化现有的陈旧合成方法, 不断地创造与开发新的物种, 将为研究材料结构、性能(或功能) 与反应间的关系、揭示新规律与原理提供基础。近年来无机合成与制备化学研究的新进展主要表现为以下几个方面： （一）极端条件合成 在现代合成中愈来愈广泛地应用极端条件下的合成方法与技术来实现通常条件下无法进行的合成, 并在这些极端条件下开拓多种多样的一般条件下无法得到的新化合物、新物相与物态。超临界流体反应之一的超临界水热合成就是无机合成化学的一个重要分支。 （二）软化学合成 与极端条件下的合成化学相对应的是在温和条件下功能无机材料的合成与晶化, 即温 和条件下的合成或软化学合成。由于苛刻条件对实验设备的依赖与技术上的不易控制性, 减弱了材料合成的定向程度。而温和条件下的合成化学——即“软化学合成”,正是具有对实验设备要求简单和化学上的易控性和可操作性特点, 因而在无机材料合成化学的研究领域中 占有一席之地。 （三）缺陷与价态控制 缺陷与特定价态的控制是固体化学和固体物理重要的研究对象, 也是决定和优化材料 性能的主要因素。材料的许多性质如发光、导电、催化等都和缺陷与价态有关。晶体生长行为和材料的反应性与缺陷关系密切, 因此, 缺陷与价态在合成中的控制显然成为重要的科学题。缺陷与特定价态的生成和变化与材料最初生成条件有关, 因此，可通过控制材料生成条件来控制材料中的缺陷和元素的价态。 （四）计算机辅助合成 计算机辅助合成是在对反应机理有了了解的基础上进行的理论模拟过程。国际上一般为建立与完善合成反应与结构的原始数据库, 再在系统研究其合成反应与机理的基础上, 应用神经网络系统并结合基因算法、退火、mon te2carlo 优化计算等建立有关的合成反应数学模型与能量分布模型, 并进一步建立定向合成的专家决策系统。
当代科学技术前沿知识 一. 单项选择题(共20题，共40分) 1.目前高产的稻麦品种的光能利用效率仅为（）左右，远远没有达到理论值，挖掘和提高光能利用效率具有巨大的潜力。[2分] A0.1% B0.5% C1% D1.5% 2.下列不是中微子天文学重要进展的是（）。[2分] A首次捕捉到源自太阳系外的高能中微子 B首次探测到来自银河系以外的高能中微子信号 C将捕捉到的高能中微子溯源到距地球约37.8亿光年的耀变体 D发现希格斯玻色子 3.目前，全球固体废物领域技术创新最为活跃的国家是以下哪个国家：（）。[2分] A美国 B德国 C日本 D中国 4.“十三五”期间，我国把控制能源消费总量作为重要任务，其中煤炭作为控制总
量的重点，煤炭的消费比重将降到（）以下，并将加快研究制定商品煤系列标准和煤炭清洁利用标准。[2分] A20% B40% C60% D80% 5.第一代基因编辑技术指的是（）。[2分] A巨型核酸酶 B锌指核酸酶 C转录激活因子样效应物核酸酶 DCRISPR/Cas 6.以下哪种非常规能源的生产技术尚处于研发阶段：（）。[2分] A油页岩 B煤层气 C页岩气 D天然气水合物 7.近十几年来，我国煤炭消费量呈逐年增长态势，但未来我国煤炭消费量上升的可能性比较小，预计到（）年消费量达到峰值。[2分] A2020
B2025 C2030 D2035 8.目前，以疫苗为主的生物治疗目前在全球迅速发展，下列不属于以疫苗为主的生物治疗的是（）。[2分] AT细胞激活与调节 B树突状细胞疫苗 C手术治疗 DT细胞过继转移 9.以（）为代表的物联网智能信息技术将在制造业智能化、网络化、服务化等转型升级方面发挥重要作用。[2分] A自动驾驶 B增强现实 C量子计算 D信息物理系统 10.近年来，一系列信息技术的发展及其在设施农业中的结合应用，颠覆了传统农业生产方式，发展出了智能高效的设施农业。以下哪项信息技术与设施农业的智能化发展无关：（）。[2分] A物联网
新材料概念上市公司简介 (新材料未来蓝海 一、碳纤维 中钢吉炭000928:分享碳纤维这块迅速成长的蛋糕 “密度是钢的1/4，强度比钢大4-5 倍，在3,000℃非氧化气氛下不熔化，在液氮温度下依旧很柔软。”这种神奇的高科技材料就是碳纤维。碳纤维从上世纪60 年代开始问世得到了广泛应用，不仅可用在火箭、飞机上，在高尔夫球杆、钓鱼杆和球拍中也得到了广泛应用。公司的全资子公司神舟碳纤维目前产能10 吨/年，主要生产1K、3K 的碳纤维。神舟碳纤维是在军委的支持下建立起来的，也是国防科工委唯一认证的碳纤维生产商。公司产品主要供给国防科工委，产品售价可达3,000 元/千克，毛利率可达40%左右。公司持股30%的江城碳纤维一期500 吨项目有望明年年初投产，将给公司业绩带来新增长点。 要点： 碳纤维是一种含碳量大于 90%的纤维材料，它既有碳素材料的特性，又具有纺织纤维的可加工性。碳纤维在国防、军工、体育、休闲及多个工业领域得到广泛应用，是支撑世界高技术产业发展的重要材料。 PAN 基碳纤维的生产工艺主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程。目前，我国碳纤维发展的“瓶颈”在于PAN 原丝生产技术。原丝占总成本的50%-65%。原丝制约着碳纤维的生产成本和市场竞争能力。 2010 年1 月，科技部将吉林市认定为唯一的国家碳纤维高新技术产业化基地。基地的主要成员有三家公司。其中吉林化纤主要生产原丝，神舟碳纤维和江城碳纤维主要做碳化，而中油吉化既做原丝又做碳化。 我们预计公司 2010-2012年的每股收益分别为0.05元、0.06 元和0.12 元。公司主营业务乏善可陈，但其碳纤维值得关注，目前公司持有30%的江城碳纤维股权，公司有望从碳纤维迅速成长中分享利益。 主要风险： 江城碳纤维无法按时投产的风险。 石墨电极、碳纤维、原丝价格波动超预期的风险。 二、石墨烯 石墨烯的命名來自英文的graphite(石墨 + -ene(烯类的结尾，是一种从石墨材料中剥离出的一个碳原子厚度（0.335 纳米）的材料，也可叫单层石墨，是目前世界上最薄的材料。2004 年英国曼彻斯特大学的Andre K. Geim 等用透明胶将石墨一层一层剥开后得到石墨烯。石墨
新材料定义：新材料是指那些新出现或已在发展中的、具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料。新材料与传统材料之间并没有截然的分界，新材料在传统材料基础上发展而成，传统材料经过组成、结构、设计和工艺上的改进从而提高材料性能或出现新的性能都可发展成为新材料。 新材料按结构组成分，有金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、先进复合材料四大类。按材料性能分，有结构材料和功能材料。按照新材料的用途和性质，《中国新材料产品与技术指导目录》将新材料产品分为新型金属材料、新型建筑材料、新型化工材料、电子信息材料、生物医用材料、新型能源材料、纳米及粉体材料、新型复合材料、新型稀土材料、高性能陶瓷材料、新型碳材料、新材料制备技术与设备等十多类具体技术领域。 1、电子信息材料 （1）微电子材料：晶圆、封装料、光刻胶、金丝、浆料、电子化学品、IGBT、功率MOS （2）光电子材料：光棒光纤、光器件、光盘、磁记录材料 （3）平板显示材料：偏光片、滤光片、玻璃、液晶、PDP稀土荧光粉、OLED发光料 （4）固态激光材料：人工晶体、非线性光学材料、特种玻璃、镀膜材料 2、节能新材料 （1）半导体照明材料：衬底、外延片、MO源、高纯气体、封装料
（2）光伏电池材料：多晶硅、单晶硅、薄膜、玻璃 （3）新能源材料：燃料电池电极、固体氧化物、二次电池电极、膜、锂离子聚合物、储氢合金粉及其他储氢材料 3、纳米材料 4、先进复合材料 玻璃纤维、芳纶、碳化硅、石墨、硼纤维、钢纤维、晶须、人工合成耐磨材料、树脂基、金属基、陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料、硬质合金刀片、摩擦材料、复合材质材料 5、先进金属材料 （1）超级钢：新普碳、超合金、复相、专用钢、耐高温耐磨耐腐蚀材料、特种材、非晶合金（金属玻璃） （2）贵金属与有色：高纯贵金属、铝镁钛轻合金及材、特种铜材 6、化工新材料 有机硅、有机氟、工程塑料及塑料合金、特种橡胶、特种纤维、特种涂料、制冷剂、精细化工产品 7、先进陶瓷材料 功能陶瓷（微波、瓷介电子元件、压电、敏感、透明）结构陶瓷（蜂窝、耐磨、高温、高韧、涂层、陶瓷基复合） 8、稀土材料 高纯稀土、助剂、催化剂、永磁、发光、储氢 9、磁性材料 软磁、永磁、磁记录材料、磁器件
材料化学研究前沿和发展展望 摘要:材料是人类发展的铺路石,从古至今材料伴随着人类的发展而发展,到了21世纪更是成为了材料的世纪。工业、军事、航空航天、生物、能源等都与材料密不可分。材料的研究前沿和发展成为众多科技工作者关注的对象。 能源、材料与信息是现代科技的基础，而材料是发展工程、信息、新能源等高科技的重要物质基础，是当代前沿科学技术领域之一。由于现代科技的不断进步，各个科学领域对材料的需求量越来越大，对其性能的要求也越来越高，甚至其形态规格，也由三维块状材料向二维薄膜材料、一维纤维材料和准零维纳米材料发展。就此，本文将对材料化学的研究前沿和发展展望作简要讨论。 1 材料研究前沿 随着时代的不断发展，人类所使用的材料也由简到繁，由少到多。人类从石器时代走来，经历了上千年的风风雨雨，人类使用的器具也由石器到青铜，再到铁器……慢慢地，到现在使用的许多高品质的化学材料。不光在我们的生活中，在当今世界的许多高科技领域，材料的品质和发展得到了极大的重视和进步，其中处于当前研究前沿并收到科学界、工业界广泛关注的，主要有纳米材料、先进陶瓷材料、功能薄膜材料等等。 1.1 纳米材料之概论 纳米是一个极小的度量单位，一纳米等于十的负九次方米，所以纳米级的材料由于它是由极小的微粒组成，因而具有许多其他材料所不具备的性质，因此在大量科学领域中纳米材料的开发和使用成为其领域发展和进步的重中之重。而纳米材料则由于其优良的特性成为科学界青睐的对象，其特性主要表现在表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应。 （1）微粒随着粒径变小，比表面积将会明显增大，则表面原子所占的百分数会显著增加，即微粒表面具有极高活性的原子所占百分数增加，进而导致纳米材料可以直接和空气发生剧烈反应，这就是在材料研究中不可忽视的表面效应。 （2）纳米粉体的粒径和光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度形成透射深度等物理特征尺寸相当或更小时引起一系列宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。其中具体又可以分为特殊的光学性质、热学性质、磁学性质以及力学性质。鉴于其作为纳米颗粒的优越性，可以取适当的材料作为高效率的光热、光电转换材料，可应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。且其特殊力学效应在于良好的韧性和延展性，它这新奇的力学性质使之应用前景十分宽广。 （3）量子尺寸效应则为当纳米材料能级间距大于热能、电场能或磁场能的平均能级间距时，就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性。例如原本可导电的金属在纳米粉体时可以变成优良的绝缘体等。纳米材料正是在纳米粉体的基础上建立和发展起来的，迄今为止纳米材料已经诞生了十多年，而其在许多高科技领域中的广泛应用也使得纳米材料成为科学界关注的热点。许多领域都在应用不同功能的纳米材料，但是现在用得最多的有纳米磁性材料、纳米催化材料、纳米生物材料和纳米光学材料等。其中纳米催化材料和纳米生物材料又是与人类日常生活联系得最为紧密的：汽车前进过程中因为汽油的不完全燃烧，排气管排出的尾气中含有大量的一氧化碳、二氧化氮等有毒有害气体，危害人类健康，破坏
1.航空器发展对材料的要求有哪些? 答：耐高温、高比强、抗疲劳、耐腐蚀、长寿命和低成本。 2.什么是自然资源,属性是什么？自然资源分为哪几类？ 答：（1）人类可以直接从自然界获得并用于生产和生活的物质。（2）属性包括：自然+经济。（3）可分为三类：无穷——空气、风、太阳能；可再生——生物体、水、土壤；非再生，矿物、化石燃料。 3.环境的定义是什么？环境污染的实质是什么？对人类而言环境的作用有哪些？ 答：（1）环境是人类周围一切物质、能量和信息的总和。 （2）人类索取超过资源再生+排放废弃物数量超过环境自净能力。 （3）首先，生存的基本条件——物质基础；其次，环境对废物消纳及转化，保证延续；第三，提供精神享受。 4.什么是资源保护？如何提高资源效率减轻环境污染？ （1）广义——在维护生态系统及其综合体中，对资源采取的平衡行动；狭义——对资源综合利用，提高资源效率。（2）1》通过技术革新，提高生产效率，减少废物排放；2》保护资源，加强资源综合利用，特别是废弃物的回收。 5.什么是金属间化合物，金属间化合物的特点是什么？ 答：指两种金属或金属与类金属组成的具有整数化学计量比的化合物。 特点：密度低、屈服强度随温度升高而提高、比刚度高、熔点高、高温强度好、抗氧化性能优良等。 6.金属间化合物分为哪几类，各自的特点是什么？ 答：分类及特点：①正常价化合物：符合化合物原子价规律。键特点: 电子转移和共用电子对。a.金属倾向与345副族元素形成化合物,b.金属正电性越强, B族负电性越强,越易形成,越稳定。 ②电子化合物：a.不符合原子价规则，成分不定b.结构由e浓度决定，超点阵结构。c.金属键。 ③间隙化合物：AR大过渡族金属元素和AR小的C、N、B等元素组成；高熔点；高硬度。 ④复杂化合物：更复杂结构的间隙化合物——渗碳体及碳化物。 7.二元Ti3Al合金的缺点有哪些，其发展思路是什么？ 答：缺点：室温断裂韧性、冲击韧性低、O相合金的抗氧化问题、高Nb合金抗氧化性差。发展思路：在Ti-Al-Nb 的基础上，加β相稳定元素，增加塑性第二相，改善室温塑性和加工性能。 8.金属间化合物结构材料脆性原因？其韧化方法有哪些？ 答：脆性原因：①结构特性：电负性、结构复杂性②滑移特征：独立滑移系③晶界特征：杂质偏聚④环境影响：氢脆⑤应力状态：缺口敏感性。韧化方法：①偏离化学计量比；②合金化：微合金化法、宏合金化；③改变晶粒形态：细化晶粒、择优取向；④微结构控制：组织优化；制备多相合金、改进制备工艺。 9.Ti3Al（α2）基合金中加入β相稳定元素的目的是什么？不同β相稳定元素含量分别对应什么相组成？ 答:通过添加β相稳定元素（如Nb和Mo），增加塑性的第二相，使Ti3Al基合金的室温塑性和加工性能得到改善。 ①第一代β稳定元素含量在10%～14%，显微组织为α2（DO19）＋β；②β稳定元素含量在14%～17%之间，该合金具有更高的拉伸强度和蠕变抗力，显微组织取决于热处理，主要为α2、β和O相(第一代O相合金)O相（基于Ti2AlNb，正交结构，可看作α2的畸变结构；③β稳定元素含量在23％以上，如GE公司研制的Ti-24.5Al-23.5Nb和Ti-22Al-27Nb 合金，显微组织为O＋β，这类以O相为基的合金比α2合金和超α2合金有更高的高温屈服强度、蠕变抗力和断裂韧性，已经成为近期研究的重点（第二代O相合金）。 10.什么是高温合金？高温合金的服役条件是什么？高温合金的强化方法有哪些？以Ni基高温合金的强化为例讲述高温合金强化原理。 答：高温合金又称热强合金、耐热合金或超合金（Superalloys)，是指以Fe、Ni、Co为基，能在600℃以上温度，一定应力条件下适应不同环境短时或长时使用的金属材料。服役条件（航空发动机热端部件）：①600~1100℃②氧化和燃气腐蚀环境③复杂应力（蠕变，高、低周疲劳，热疲劳等）④长期可靠工作。强化方法：组织：γ/ γ’共格组织，基体：γ，强化相：γ’①固溶强化：γ ②第二相强化：γ’ ③晶界强化：微量元素晶界偏聚④工艺强化：定向或单晶。 借助Mo来提高/ 晶格错配度，增加晶格界面应力场，阻止位错运动，减小合金最小蠕变速率。在蠕变过程中形成稠密的界面位错网络，这些位错网络在稳定的蠕变阶段可以有效阻止相中的滑移位错进入相。提高了Mo 元素的含量，增大了合金高温蠕变过程中TCP相析出的倾向，增加Ru元素降低这一倾向，提高合金稳定性。11.组织工程学的三大要素是什么？对细胞载体材料－支架材料的具体要求是什么？ 答：三大要素：①细胞载体材料－支架材料；②细胞的分离和培养；③细胞生长因子。对支架材料的具体要求有：1.多孔且需要高的孔隙率；2.内部均匀分布和相互联通的孔结构；3. 支架材料易于加工成不同的厚度和形状；4. 良好的相容性和一定的机械强度；5. 可以通过生物降解最终消失。
太阳能电池的发展趋势 紧紧围绕提高光电转换效率和降低生产成本两大目标的各种新型太阳能电池的研究工作，一直在各发达国家及一些发展中国家积极进行。所谓新型太阳能电池，是指用新材料、新结构和新工艺制造的太阳能电池。目前晶体硅高效太阳能电池和各类薄膜太阳能电池是全球新型太阳能电池研究开发的两大热点和重点。高效单晶硅太阳能电池的光电转换效率已接近２５％，高效多晶硅太阳能电池的光电转换效率已超过２０％。薄膜太阳能电池的研究工作主要集中在非晶硅薄膜电池、ＣｄＴｅ系薄膜电池、ＣＩＳ系薄膜电池和多晶硅薄膜电池上。非晶硅薄膜电池的研发，重点是研究解决电池的光致衰降和提高效率问题。经过努力，已有许多新的突破，实验室的稳定效率已达１５％。ＣｄＴｅ系薄膜电池的实验室效率已达到１６．４％，ＣＩＳ系薄膜电池实验室效率已达到１９．２％，并且都已建立了效率超过１０％的中试规模的生产线。多晶硅薄膜电池的研究工作，自１９８７年以来发展迅速，目前实验室效率已超过１７％，成为引起世界光伏界瞩目的新热点，前景看好。 下面对２１世纪前２０年期间世界太阳能电池的发展趋势作一简要预测。 高效率低成本晶体硅太阳能电池的研究开发 晶体硅太阳能电池在２１世纪的前２０年内仍将是居主导地位的光伏器件，在生产和应用总量中占首位，并将向效率更高、成本更低的方向发展。 制约晶体硅太阳能电池光电转换效率进一步提高的主要技术障碍有：①电池表面栅线遮光影响；②电池表面光反射损失；③光传导损失；④内部复合损失； ⑤表面复合损失等。针对这些障碍，近些年来研究开发了许多新技术、新工艺，
主要有：①双层减反射膜，②激光或机械刻槽埋藏栅线技术；③绒面技术；④背点接触电极克服技术；⑤高效反射器技术；⑥光吸收技术等。 降低硅材料的生产费用，是降低太阳能电池成本的关键。多晶硅电池的材料成本比单晶硅电池的材料成本低，应作为研究开发的重点。主要研发的问题有：①多晶硅材料制备的新技术；②快速掺杂表面处理技术；③提高硅片质量的新技术、新工艺等。 太阳能电池的短路电流、开路电压和填充因子都达到最大值时，可以得到最高的转换效率。但由于它们相互影响和制约，并受到材料内在质量的影响，同时提高三者是很困难的，一般情况下只能单独改善其中的某一项。提高短路电流可从光吸收和光谱响应两方面努力。在太阳光谱中短波光的能量很大，而常规硅电池的短波响应却很差。为展宽电池光谱响应的峰区，研制了具有浅结、密栅及“死层”薄特征的紫光电池。常规硅电池表面虽有减反射膜，但单层的减反射膜仍对波长有选择性。无反射电池即绒面电池，则由于表面不平整，可多次吸收入射光，并且没有对波长的选择性，因而在较宽波长范围内光能的吸收量增大，进一步提高了短路电流。提高电池的开路电压能提高电池的转换效率，而具有背面场的电池，开路电压、短路电流和填充因子都可得到提高。这些新工艺、新技术已在高效电池中得到应用，并取得了好的效果。当前的目标，是不但要研发新的工艺、新的技术和新的器件结构，而且也要研发向工业生产的转移问题、降低电池和组件的成本问题。 产品名称: 扩散炉Diffusion Furnace :产品商标: 七星华创 产品产地: 北京 产品描述: 该设备主要应用于太阳能电池片生产中的扩散 工艺。 产品代码: 002 最低订货量: FOB地点: 交货期限:
江苏省 科学技术情报研究所 新材料前沿技术跟踪研究 江苏省科学技术情报研究所 2012年12月
江苏省科学技术情报研究所 新材料是指新出现或正在发展中的、具有传统材料所不具有的优异性能的材料。它主要包括电子信息、光电、超导材料；生物功能材料；能源材料和生态环境材料；高性能陶瓷材料及新型工程塑料；粉体、纳米、微孔材料和高纯金属及高纯材料；表面技术与涂层和薄膜材料；复合材料；智能材料；新结构功能助剂材料、优异性能的新型结构材料等。新材料产业包括新材料及其相关产品和技术装备。 与传统材料相比，新材料产业技术高度密集、更新换代快、研究与开发投入高、保密性强、产品的附加值高、生产与市场具有强烈的国际性、产品的质量与特定性能在市场中具有决定作用。新材料的应用范围非常广泛，发展前景十分广阔，其研发水平及产业化规模已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。 综观全世界，新材料产业已经渗透到国民经济、国防建设和社会生活的各个领域，支撑着一大批高新技术产业的发展，对国民经济的发展具有举足轻重的作用，成为各个国家抢占未来经济发展制高点的重要领域。主要发达国家都十分重视新材料产业投入和发展。在我国新材料产业发展过程中，国家给予了大力支持，极大地促进了新材料产业发展。 未来新材料技术将向材料的结构功能复合化、功能材料智能化、材料与器件集成化、制备和使用过程绿色化发展。突破现代材料设计、评价、表征与先进制备加工技术，在纳米科学研究的基础上发展纳米材料与器件，开发超导材料、智能材料、能源材料等特种功能材料，开发超级结构材料、新一代光电信息材料等新材料。本报告将就其中的碳纳米管材料、功能薄膜材料、复合材料等前沿技术给予重点介绍 一、碳纳米管 1、技术综述 1991年，日本NEC 公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛(Iijima)在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子,这就是碳纳米管（Carbon nanotube ）。 碳纳米管又称巴基管（Carbon Nanotube ），是一种具有特殊结构（径向尺寸为2—20nm 量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料，主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。碳纳米管按石墨烯片层数可分为单壁碳纳米管（Single-walled nanotubes ，SWNTs ）和多壁碳纳米管（Multi-walled nanotubes ，MWNTs ）。多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。与多壁管相比，单壁管是由单层圆柱型石墨层构成，其直径大小的分布范围小，缺陷少，具有更高的均匀一致性。 由于碳纳米管具有独特的金属和半导体导电性、极高的机械强度、贮氢能力、吸附能力、较强的微波吸收能力，因而被认为是纳米材料中的“乌金”，如：其独特的结构是理想的一维模型材料;巨大的长径比使其有望用作坚韧的碳纤维，其强度为钢的100倍，重量则只有钢的1/6;同时它还有望用作为分子导线、纳米半导体材料、催化剂载体、分子吸收剂和近场发射材料等。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。步入21世纪，伴随碳纳米管产业化制备技术的成熟，在复合材料、电子、场发射组件、能源／资源、量测／仪器、生物医药及平台等七个重点领域广泛的应用，已引起各国的高度关注。