中國特色社會主義理論與實踐研究PPT

大力發(fā)展形狀記憶合金、自修復(fù)材料等智能材料，石墨烯、超材料等納米功能材料等高端材料

化工學(xué)院搜集資料制作PPT謝雄劉盛蘭商魯偉許麗杰徐亮席照磊馮廷璠何萌PPT展示：何萌加快建設(shè)質(zhì)量強國、制造強國

今年兩會期間，國家發(fā)改委公布了“十三五”規(guī)劃綱要(草案),公布了未來五年中國計劃實施的100個重大工程及項目形狀記憶合金(SMA)

形狀記憶合金(SMA)是一種具有形狀記憶效應(yīng)(SME)，能感知溫度變化，并能將熱能轉(zhuǎn)換成機械能的功能材料。包括Cu-Zn,Cu-Zn-Al,Cu-Zn-Sn,Cu-Al-Ni,Cu-Au-Zn,Ni-Ti,Ni-Al等，醫(yī)學(xué)中廣泛使用的是鎳鈦合金。11932瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到“記憶”效應(yīng)；21963美國海軍武器實驗室發(fā)現(xiàn)鈦鎳合金形狀記憶效應(yīng)；31970美國將鈦鎳記憶合金絲材制成宇宙飛船的天線；80年代我國開展相關(guān)研究。形狀記憶合金的發(fā)展形狀記憶合金的應(yīng)用航空航天將制好的天線在低溫下壓縮成一個小鐵球，使它的體積縮小到原來的千分之一，這樣很容易運上月球，太陽強烈的輻射就可以使它恢復(fù)原來的形狀，按照需求向地球發(fā)回寶貴的宇宙信息。生物醫(yī)療1）牙齒矯形絲2）脊柱側(cè)彎矯形機械電子產(chǎn)品

將形狀記憶合金制作成一個可打開和關(guān)閉快門的彈簧，用于保護霧燈免于飛行碎片的擊壞。用于制造精密儀器或精密車床，一旦由于震動、碰撞等原因變形，只需加熱即可排除故障。在機械制造過程中，各種沖壓和機械操作常需將零件從一臺機器轉(zhuǎn)移到另一臺機器上，現(xiàn)在利用形狀記憶合金開發(fā)了一種取代手動或液壓夾具，這種裝置叫驅(qū)動汽缸，它具有效率高靈活，裝夾力大等特點。日常生活(a)防燙傷閥

如果水龍頭流出的水溫達到可能燙傷人的溫度(大約48℃)時，形狀記憶合金驅(qū)動閥門關(guān)閉，直到水溫降到安全溫度，閥門才重新打開。(b)眼鏡框架

在眼鏡框架的鼻梁和耳部裝配TiNi合金可使人感到舒適并抗磨損。(c)移動電話天線和火災(zāi)檢查閥門

自修復(fù)材料自我修復(fù)材料是一種在物體受損時能夠進行自我修復(fù)的新型材料。這種材料被注入到塑料聚合物內(nèi)，當(dāng)物體開裂時，注入的材料會釋放出來，對受損的物體表面進行自動修復(fù)

新型“自我修復(fù)材料”受到越來越多關(guān)注，而將之運用于智能手機領(lǐng)域的前景最受人們期待。盡管關(guān)于“自我修復(fù)材料”的設(shè)想可以追溯到二十世紀(jì)六十年代，然而其在技術(shù)上的突破與進展在進入21世紀(jì)才得以凸顯。

科學(xué)家利用簡單的化學(xué)反應(yīng)，開發(fā)出了一種即使受損也能夠自然修復(fù)的凝膠狀新材料。這種凝膠狀物質(zhì)能夠自由地吸附在一起或分離，即使切開，也能夠自己修復(fù)。二茂鐵環(huán)式糊精數(shù)秒結(jié)合凝膠狀物質(zhì)切開數(shù)小時到24小時之內(nèi)結(jié)合恢復(fù)了原狀切斷面上涂抹氧化劑不會再次結(jié)合涂抹還原劑修復(fù)能力還會得到提高

如果使用改變二茂鐵結(jié)構(gòu)的氧化還原反應(yīng)，還能使凝膠成為液體。研究小組正在研究，如果將這種液體通過細(xì)小的管子注入人體內(nèi)，是否能夠使提供給腫瘤營養(yǎng)的血管再次成為凝膠狀，從而堵塞血管，斷絕對腫瘤的營養(yǎng)供應(yīng)，以治療癌癥。研究人員表示，這一發(fā)現(xiàn)將有助于開發(fā)出壽命更長的塑料等新材料，并有望應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。美國研制出奇特新型材料能夠自我修復(fù)這種材料使用“形狀記憶”高分子聚合物，當(dāng)加熱到一定溫度后，能恢復(fù)到最初的狀態(tài)。把這種聚合物嵌入光纖網(wǎng)絡(luò)，既可以作為損壞傳感器，也可以當(dāng)做熱能傳送系統(tǒng)?？芍踩脶t(yī)療設(shè)備，或者可以被壓縮到很小，一旦進入太空就可以自動擴大為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的太空材料，又或者機器人刺客。熱影像圖表明在運行的形狀記憶系統(tǒng)。有紅外激光的地方是給提供的熱能，可以使這種材料變堅固，且能恢復(fù)到它原先的形狀，加固材料的裂縫和撕裂處。光纖網(wǎng)絡(luò)傳送熱能材料受到破壞觸發(fā)“形狀記憶”聚合物形體記憶效應(yīng)裂縫和撕扯處愈合恢復(fù)到材料原始強度的96%復(fù)合材料能自我修復(fù)的新材料2內(nèi)含有治愈劑的微膠囊“免疫系統(tǒng)”受到損傷打開含有治愈劑的微膠囊治愈劑泄漏、填補了裂痕發(fā)生化學(xué)反應(yīng)治愈劑固化裂痕填充自愈系統(tǒng)的最困難之處在于測定微膠囊治愈劑殼層的厚度。如果殼層太厚，當(dāng)裂痕產(chǎn)生時，不會將殼層擠破；殼層太薄，則微膠囊在加工過程中就被破壞了微膠囊對于衛(wèi)星、火箭發(fā)動機、修復(fù)器官以及宇宙空間站和橋梁中的一些部件有著重要的用途。產(chǎn)生微小的裂痕材料的強度恢復(fù)到其原來的75%法國研制出能自我修復(fù)的新型彈性材料物質(zhì)這種神奇的新材料是由從植物中提煉出的脂肪酸合成所得，是由眾多小分子結(jié)構(gòu)混合成超大分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而成，一旦這種超大分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被打破或出現(xiàn)碎裂，其中的小分子就會自動重新回復(fù)結(jié)構(gòu)并表現(xiàn)出其原始的彈性。

重復(fù)實施多次自我修復(fù)這種新材料未來的可應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑹謴V闊。用這種面料做出來的衣服，將是真正的“自動修復(fù)服裝”，衣服上磨損出的洞或孔都會自動“愈合”，達到了“想破也難”的目的；用在鞋業(yè)制造上，則會做出“永不磨損變形”的鞋底。另外，這種新材料還可用來制造玩具，從而使孩子們不會再因心愛玩具的損壞而傷心；甚至，這種新材料還能用來制造發(fā)動機的一些零部件，從而增加發(fā)動機使用壽命并大幅減少維修率新材料未來將使飛機自我修復(fù)此材料填充有環(huán)氧樹脂和硬化劑的中空纖維這種材料未來如果用于飛機制造業(yè)，將可以使得飛機具備自我修復(fù)功能，即使是在飛行過程中它們也同樣具備這種神奇的功能。另外，這種材料還可以減輕飛機的質(zhì)量，進而大幅度節(jié)省燃油成本。

美國伊利諾伊大學(xué)的團隊的研究成果最為著名，該團隊將液體修復(fù)性材料注入塑料聚合物內(nèi)，當(dāng)材料開裂時，被注入的修復(fù)性材料就會釋放出來，同時發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，從而使塑料的兩個表面重新聚合這樣能保證原材料恢復(fù)75%左右的平整度。

美國萊斯大學(xué)的研究人員表示，他們正在研究一種新型聚氨酯納米材料，該材料不僅能夠阻擋子彈的射擊，還能進行自我修復(fù)。

在試驗中，研究人員朝這種材料射出小型玻璃珠，結(jié)果顯示它可有效抵擋玻璃珠的撞擊。該研究小組表示：“這將是一個很好的防彈玻璃材料。”當(dāng)遭遇小型物體高速撞擊時，這種復(fù)雜的聚氨酯納米材料會“融化”成液體，從而阻止小型物體前進，并堵住它們的撞擊入口，完成自我修復(fù)?！叭庋蹍s看不出這種材料有什么破損?！笨勺晕倚迯?fù)的材料誕生？摔壞的手機屏有救了！

“自我修復(fù)材料”的應(yīng)用范圍極為廣泛，包括軍用裝備、電子產(chǎn)品、汽車、飛機、建筑材料等領(lǐng)域，其中以其在智能手機和平板電腦屏幕上的應(yīng)用最受關(guān)注。該技術(shù)的重大意義在于，可避免資源與資金的浪費。在過去，一旦手機屏幕破損，用戶不得不將之丟棄，這樣勢必會造成浪費，而“自我修復(fù)材料”能有效地解決這方面的問題。英國布里斯托大學(xué)的教授在談及這項技術(shù)時透露，“光”可能將在這項技術(shù)的應(yīng)用中扮演重要角色，“當(dāng)你的手機屏幕受到劃傷時，你可以將手機放置在窗口的陽光下，24個小時后手機上的劃痕就可能已經(jīng)自我修復(fù)了。石墨烯石墨烯的發(fā)現(xiàn)石墨烯過去一直被認(rèn)為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無法單獨穩(wěn)定存在。直到2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯丁·諾沃肖洛夫以簡單的膠帶機械剝離的方法獲得了石墨烯并在理論方面取得了巨大成果，二人因此共同獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎墨烯的發(fā)現(xiàn)石墨烯是由碳原子以SP2雜化連接的單原子層構(gòu)成的"其基本結(jié)構(gòu)單元為有機材料中最穩(wěn)定的苯六元環(huán)"其理論厚度僅為0.34nm是目前所發(fā)現(xiàn)最薄的二維材料石墨烯是單原子層的二維晶體材料，也是結(jié)構(gòu)最為簡單的碳材料。常見的石墨材料可以看作由石墨烯層層堆疊而成，因此石墨烯也被視作“單層石墨”。被譽為“21世紀(jì)神奇材料”的石墨烯是目前已知的世上最薄、最堅硬、室溫下導(dǎo)電性最好而且擁有強大靈活性的納米材料：它可以薄到只有一個碳原子的厚度，1毫米厚的石墨薄片中能剝離出300萬層石墨烯石墨烯的制備技術(shù)機械剝離法機械剝離法是最早制備石墨烯的一種方法首先將石墨片剝離出石墨，繼而將石墨片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，在撕開膠帶的同時將石墨片分開，不斷進行這樣的機械力剝離操作，得到的石墨片越來越薄，最終得到的就是僅由一層碳原子構(gòu)成的石墨烯外延生長法通過高溫加熱大面積的單晶SiC使石墨烯生長于其上，在超真空或常壓下脫除Si留下C，繼而得到與原SiC差不多面積的石墨烯薄層金屬催化法是指固態(tài)或氣態(tài)碳源在一定的溫度"壓強及催化劑的作用下在基底上直接生成石墨烯的方法淬火法制備石墨烯的原理是通過在快速冷卻過程中造成內(nèi)外溫度差產(chǎn)生的應(yīng)力，使得物體出現(xiàn)表面脫落或裂痕，繼而使得石墨烯從石墨上剝落下來石墨烯的應(yīng)用石墨烯是一種技術(shù)含量非常高、應(yīng)用潛力非常廣泛的碳材料，具有高導(dǎo)電性、高韌度、高強度、超大比表面積等特點，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、光伏產(chǎn)業(yè)、鋰離子電池、航天、軍工、新一代顯示器等傳統(tǒng)領(lǐng)域和新能源、新材料等新興領(lǐng)域都將帶來革命性的技術(shù)進步。石墨烯在超級電容器中的應(yīng)用超級電容器分為雙層電容器"贗電容器和非對稱電容器，它是一種新型儲能裝置。石墨烯材料一般應(yīng)用于雙層電容器中，比表面積"導(dǎo)電性和孔徑大小及分布是作為雙電層電容器存儲電量材料的幾個至關(guān)重要的因素。石墨烯在電池材料中的應(yīng)用石墨烯還可作為鋰電池負(fù)極材料運用于電動自行車"電動汽車"電動工具等便攜式電子設(shè)備和動力電源中。在鋰電池負(fù)極材料中，石墨烯與金屬或氧化物粒子組成復(fù)合材料要比單獨使用石墨烯作為鋰離子負(fù)極材料的優(yōu)勢更明顯。中外發(fā)展中國是目前石墨烯研究和應(yīng)用開發(fā)最為活躍的國家之一。數(shù)據(jù)顯示，在所有國家中，中國申請的石墨烯專利數(shù)量最多，已超過2200項，占全世界的1/3。中國目前已經(jīng)走在了石墨烯產(chǎn)業(yè)化的前列，涌現(xiàn)出了一大批石墨烯相關(guān)企業(yè)，產(chǎn)業(yè)方向集中在石墨烯的制備以及儲能、觸摸屏和涂層等幾個應(yīng)用領(lǐng)域英國：投入巨資，確保英國能做出名堂

美國：實力雄厚，科研與產(chǎn)業(yè)并駕齊驅(qū)歐盟：聯(lián)合研發(fā)，積極搶占戰(zhàn)略制高點，計劃10年內(nèi)提供10億歐元資助，將石墨烯研究提升至戰(zhàn)略高度，旨在把石墨烯和其他二維材料從實驗室推向社會，促進產(chǎn)業(yè)革命和經(jīng)濟增長，創(chuàng)造就業(yè)機會。該項目由瑞典查爾姆斯理工大學(xué)牽頭、歐盟15個成員國的100多個研發(fā)團隊組成，其中包括4名諾貝爾獎得主。

韓國：重視專利，政府與企業(yè)合力發(fā)展，包括韓國科學(xué)技術(shù)院在內(nèi)的41家研究機構(gòu)將與6家企業(yè)形成石墨烯聯(lián)盟，合作攻關(guān)，政府將在未來6年投入4230萬美元，希望打造每年153億美元的市場，形成25家全球領(lǐng)先企業(yè)。韓國注重保護和申請石墨烯專利，專利量居全球第三，僅次于美國和中國，遠(yuǎn)高于歐洲其他國家。作為一種獨特的先進碳材料，石墨烯正在掀起一場席卷全球的顛覆性產(chǎn)業(yè)革命。但總的來講，目前石墨烯產(chǎn)業(yè)仍處在發(fā)展初期，特別是石墨烯整個產(chǎn)業(yè)鏈未實現(xiàn)疏通和整合。超材料（Metamaterial）

指的是一類具有特殊性質(zhì)的人造材料，這些材料是自然界沒有的。它們擁有一些特別的性質(zhì)，比如讓光、電磁波改變它們的通常性質(zhì)，而這樣的效果是傳統(tǒng)材料無法實現(xiàn)的曾被美國《科學(xué)》雜志評為2003年的"年度十大科學(xué)突破"之一。結(jié)構(gòu)性質(zhì)超材料的成分上沒有什么特別之處，它們的奇特性質(zhì)源于其精密的幾何結(jié)構(gòu)以及尺寸大小。其中的微結(jié)構(gòu)，大小尺度小于它作用的波長，因此得以對波施加影響。對于超材料的初步研究是負(fù)折射率超材料。領(lǐng)域相關(guān)超材料是一個跨學(xué)科的課題，囊括電子工程，凝聚態(tài)物理，微波，光電子學(xué)、經(jīng)典光學(xué)、材料科學(xué)、半導(dǎo)體科學(xué)以及