漫談邁入21世紀(jì)的新材料

邁入21世紀(jì)新材料2004年2月目錄序言信息功能材料半導(dǎo)體材料光電子材料能源功能材料超導(dǎo)材料磁性材料貯能材料燃料電池

生物材料與智能材料醫(yī)用生物材料仿生材料工業(yè)生產(chǎn)中的生物模擬智能材料及智能系統(tǒng)宇航及動力機(jī)械材料材料制備工藝及檢測納米材料科學(xué)技術(shù)材料設(shè)計(jì)不同類型材料的發(fā)展金屬結(jié)構(gòu)材料工程陶瓷及其它無機(jī)非金屬材料有機(jī)高分子材料先進(jìn)復(fù)合材料碳素材料結(jié)束語

序言(1)人口、資源(能源)、環(huán)境（生態(tài)）三大壓力;(2)信息與經(jīng)濟(jì)的全球一體化;(3)知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代意味著科學(xué)技術(shù)與教育將受到更高的重視(5)國防與戰(zhàn)爭仍是促進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的動力(4)人類社會在發(fā)生變化：

壽命延長(器官更換，生物工程)生活水平提高(加速資源消耗)交往頻繁(信息網(wǎng)絡(luò)、交通運(yùn)輸)(6)人的質(zhì)量是社會進(jìn)步的決定性因素（教育將受到重大重視，創(chuàng)新環(huán)境十分重要）21世紀(jì)時(shí)代特征:(一)信息時(shí)代的信息功能材料仍是最活躍的領(lǐng)域信息功能材料是指信息獲取、傳輸、轉(zhuǎn)換、存儲、顯示或控制所需材料。半導(dǎo)體材料(1)以硅為基礎(chǔ)的微電子技術(shù)仍將占十分重要位置。芯片特征尺寸以每三年縮小計(jì),到2010年可能到極限(0.07μm)（量子效應(yīng)、磁場及熱效應(yīng)、制作困難、投資大）。

但不同檔次的硅芯片在21世紀(jì)仍大量存在，并將有所發(fā)展。

*在絕緣襯底上的硅（SOI，SiOnInsulator):功能低、低漏電、集成度高、高速度、工藝簡單等。SOI器件用于便攜式通信系統(tǒng)，既耐高溫又抗輻照。*集成系統(tǒng)（IS，IntegratedSystem)：在單個(gè)芯片上完成整系統(tǒng)的功能，集處理器、存儲器直到器件設(shè)計(jì)于一個(gè)芯片(SystemonaChip)。*集成電路的總發(fā)展趨勢：高集成度、微型化、高速度、低功耗、高靈敏度、低噪聲、高可靠、長壽命、多功能。為了達(dá)到上述目標(biāo)，有賴于外延技術(shù)（VPE，LPE，MOCVD及MBE）的發(fā)展，同時(shí)對硅單晶的要求也愈來愈高。表1為集成電路的發(fā)展對材料質(zhì)量的要求。表1集成電路發(fā)展對材料質(zhì)量的要求首批產(chǎn)品出現(xiàn)年代1999200220052008工藝水平（m)0.180.130.100.07

DRAM256M1G4G16G硅片直徑(mm)200300300450表面關(guān)鍵雜質(zhì)(At/cm2)(109)137.552.5局部平坦度（nm)180130100100光散射缺陷(個(gè)/cm2)0.290.140.060.03(2)第二代半導(dǎo)體材料是Ⅲ-Ⅴ族化合物

GaAs電子遷移率是Si的6倍（高速），禁帶寬（高溫）廣泛用于高速、高頻、大功率、低噪音、耐高溫、抗輻射器件。GaAs用于集成電路其處理容量大100倍，能力強(qiáng)10倍，抗輻射能力強(qiáng)2個(gè)量級，是攜帶電話的主要材料。InP的性能比GaAs性能更優(yōu)越，用于光纖通訊、微波、毫米波器件。（3）第三代半導(dǎo)體材料是禁帶更寬的SiC、GaN及金剛石。（4）下一代集成電路的探索

光集成原子操縱光電子材料21世紀(jì)光電子材料將得到更大發(fā)展電子質(zhì)量：10-31Kg/電子電子運(yùn)動：磁場、電阻熱、電磁干擾、光高速、傳輸（容量大、損耗低、高速、不受電磁干擾、省材料）光電子材料包括：（1）激光材料（20世紀(jì)60年代初）

激光：高亮度、單色、高方向性紅寶石（Cr+++:Al2O3）摻釹釔鋁石榴石（Nd:YAG)（2）非線性光學(xué)晶體（變頻晶體）

KDP（磷酸二氫鉀）、KTP（磷酸鈦氫鉀）LN（鈮酸鋰）、BBO（偏硼酸鋁）、LBO（三硼酸鋰）…（3）紅外探測材料（軍用為主）

HgCdTe、InSb、CdZnTe、CdTe（4）半導(dǎo)體光電子材料，見表2表2主要化合物半導(dǎo)體及其用途領(lǐng)域材料器件用途微電子GaAs、InP超高速IC電腦GaAsFET攜帶電話光電子GaAsInPSbInAsLD光通訊GaAs紅外LED遙控耦合器GaP、GaAs、GaAsP、GaAlAs、InGaAlPLEP出外顯示器CdTe、CdZnTe、HgCdTe—熱成像儀InSb、CdTe、HgCdTe、PbS、PbZnTe—紅外探測器GaAs、InP、GaSb—太陽能電池

（5）顯示材料

發(fā)光二級管（LED）如表3

發(fā)光尺襯底發(fā)光顏色波長（nm)Ga0.65Al0.35AsGaAs紅660GaAs0.35P0.65(N)GaP紅650GaAs0.1P0.9(N)GaP橙610GaAs0.1P0.9(N)GaP黃583GaPGap綠555GaNΑ-Al2O3藍(lán)490SiCSiC藍(lán)480(全包顯示屏)液晶顯示(LCD)材料(1968年發(fā)明)為21世紀(jì)上半葉主要顯示材料表3LED發(fā)光材料及可見光區(qū)

表4光纖發(fā)展階段及所需材料發(fā)展階段波長(m)

模數(shù)衰耗(dB/km)中繼距離(Km)第一階段

0.85

多模

1.5

10第二階段

1.30

單模

0.8

60第三階段

1.55

單模

0.16

500第四階段

2--5

3×10-4

2500(6)光纖與光纜材料(網(wǎng)絡(luò))(表4)一條光纖帶寬所容納信息量相當(dāng)于全世界無線電帶寬的1000倍.(25Tbpsvs25Gbps)光纖材料:

石英玻璃：SiO2、SiO2-GeO2、SiO2-B2O3-F

多組分玻璃：SiO2-GaO-Na2O、SiO2-B2O3–Na2O

紅外玻璃：重金屬氧化物、鹵化物

摻稀土元素玻璃：Er、Nd、…多模只適于小容量近距離（40Km,100Mbps)單?？蓚鬏斦{(diào)制后的信號≥40Gbps到200Km，而不需放大。（7）記錄材料21世紀(jì)將是以信息存儲為核心的計(jì)算機(jī)時(shí)代，在軍事方面，如何快速準(zhǔn)確地獲取記錄、存儲、交換與發(fā)送信息是制勝的關(guān)鍵。

磁記錄在21世紀(jì)初仍有很強(qiáng)的生命力，通過垂直磁記錄技術(shù)和納米單磁疇技術(shù)，再加先進(jìn)磁頭（如巨磁電阻）（GMR）的采用，有可能使每平方英寸的密度達(dá)100GB，所用介質(zhì)為氧化物磁粉（γ-Fe2O3及加Co-γ-Fe2O3、CrO2)，金屬磁粉或鋇鐵氧體粉。

磁光記錄：與磁記錄不同之處在于記錄傳感元件是光頭而不是磁頭。磁光盤的介質(zhì)主要是稀土-過渡族金屬，如TbFeCo、GdTbFe、NdFeCo，最新的是Pb/Co多層調(diào)制膜或Bi石榴石薄膜。磁光盤的特點(diǎn)在于可重寫，可交換介質(zhì)。（8）敏感材料

計(jì)算機(jī)的控制靈敏度與精確度有賴于敏感材料的靈敏度與穩(wěn)定性。

敏感材料種類繁多，涉及半導(dǎo)體材料、功能陶瓷、高分子、生物酶與核酸鏈（DNA）等。限于篇幅不一一列舉。（二）能源功能材料將取得

突破性進(jìn)展

化石能源日益枯竭（甲烷水化物）

環(huán)境要求越來越高

由于人口增長，生活水平提高，能源需求量大幅度增加。

開源節(jié)流

（1）可再生能源的開發(fā)（水電不存在材料問題）太陽能的利用：輻射于地球能量一萬倍于人類所消耗的能源（61017kwh）

密度低1kwh/m2

氣候影響大

兩種利用形式

直接輻射能

熱水器熱水發(fā)電

光伏電能

民用：高效、長壽、價(jià)廉，需要儲電系統(tǒng)。-Si(12.7%)(理論24%)多晶17.7%

單晶Si23.1%

GaAs28.7％還有Cu2InSe2,CdTe,Cu2O,Cu2S,CdS等衛(wèi)星用太陽能電池

雙結(jié)電池（GaInP/GaAs）23.7％

三結(jié)電池（GaInP/GaAs/Ge）27.％

四結(jié)電池（GaInP/GaAs/GaInNAs/Ge40％理論）一種設(shè)想：空間太陽能發(fā)電站

太陽能射向地球

30％大氣反射23％大氣吸收

空間太陽能電站，微波傳到地面,一個(gè)10萬千瓦電站壽命10年美國2010年電價(jià)2.2＄/kwh我國西北日照時(shí)間長，沙漠干旱設(shè)地面太陽能電站：

入網(wǎng)燃料電池電解水－H2儲氫（1m3H2＝5度電）化工原料風(fēng)能及風(fēng)力發(fā)電

W＝1/2PV3（V風(fēng)速）太陽能到地面有2％變風(fēng)能

全球1.3萬億KW中國32億KW潮汐、海水溫差、地?zé)崮埽?）核能

目前核電站基于鈾裂變（熱中子反應(yīng)維）燃料U235，鈾礦中占0.71％，U238為99.28％。

快中子增殖維：U238，效率60－79％液鈾冷卻（強(qiáng)腐蝕），泄漏污染（副產(chǎn)物P239,半衰期2.4萬年）

法國超鳳凰堆（1986－1995）最近提出加速器驅(qū)動的核電站（嬗變）可解決污染問題

可控?zé)岷司圩兎磻?yīng)堆－永久能源

D2＋D2T3+P+4.04MevD2＋T3He4+n+17.5Mev一噸海水所含D2相當(dāng)300噸汽油

海水D2=1013砘已實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火，處于物理研究所段，

材料問題：高溫抗輻射氫脆2050年或更長可實(shí)用化（3）超導(dǎo)材料低溫（液氦溫度）超導(dǎo)已產(chǎn)業(yè)化，價(jià)格問題高溫（液氮溫度）超導(dǎo)已發(fā)現(xiàn)30多種

YBaCuO，Je≥105A/cm2（薄膜,塊體）

(Bi,Pb)SrCaCuO(B12223/Ag)帶絲線材生產(chǎn)穩(wěn)定，質(zhì)量均一性未能解決，2010年可望產(chǎn)業(yè)化探索高溫超導(dǎo)，及高溫超導(dǎo)機(jī)理問題趨導(dǎo)失超后的安全問題

(4)磁性材料

硅鋼片是最重量要的軟磁材料（全世界650萬噸）

鐵基非晶態(tài)合金有明顯優(yōu)越性（表5）

特別用于：電焊機(jī)，節(jié)能，體積?。?/10）

作為結(jié)構(gòu)材料：耐磨（作磁頭），耐蝕（代不銹鋼）冷軋硅鋼片。

這些都屬軟磁材料，用于變壓器，電動機(jī)在儀表工業(yè)中用量更大的是軟磁鐵氧體，雖然已很成熟但向高磁感強(qiáng)度（Bs），高磁導(dǎo)率（）低損耗方向發(fā)展，仍有廣闊發(fā)展前景。

硬磁材料發(fā)展很快，20世紀(jì)40年代AlNiCo，50年代鐵氧體，65年ReCO5,72年R2CO17，83年NdFeB,磁能積提高了幾十倍，從性能價(jià)格比來看，（表6）鐵氧體永磁遠(yuǎn)比其它磁性材料更具有競爭能力；NdFeB則單位體積的性能比鐵氧體高出10倍而得到更快的發(fā)展，目前世界產(chǎn)量近萬噸，中國占了一半左右，但性能有待進(jìn)一步提高。下一代永磁發(fā)展目標(biāo)是納米技術(shù)的應(yīng)用與新材料的探索，如：SmFeN等。過去每10年提高40kJ/m3，2010年達(dá)可到600－800kJ/m3，

表6－永磁體價(jià)格/性能比（1995）

*NdFeB最大磁能積512KJ/m3（理論值）（5）貯能材料（貯氫與高能電池）

電網(wǎng)調(diào)峰與環(huán)保的需要，信息電子工業(yè)所必須，與太陽能配套。

太陽能發(fā)電電解水－氫－貯氫電－蓄電池

也是機(jī)械能動力源

貯氫材料：金屬間化物貯氫基本成熟（表7），但用于

汽車燃料存在比重大，易中毒和價(jià)格問題。

表7－幾種金屬間化物貯氫材料

納米碳管是最近發(fā)現(xiàn)的貯氫材料，正在研究開發(fā)中。

表8為幾種典型電池反應(yīng)機(jī)理與特性，當(dāng)前最有發(fā)展前景的是Ni－MH電池，但從比能量密度，鋰電池最好，而價(jià)格是前者3.5倍，其中塑料鋰電池具有重量輕，形狀可任意改變，安全性更好的特點(diǎn)，可能是21世紀(jì)開發(fā)的重點(diǎn)。Ni－MH電池－汽油混合汽車已實(shí)用化，低速與起動用電池，而高速時(shí)自動跳到汽油并充電，如比可節(jié)油（1/2），排放減至1/10，CO2（1/2）。

表8－幾種典型電池反應(yīng)機(jī)理和特性

燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N裝置，效率高、污染小，是21世紀(jì)重點(diǎn)發(fā)展的一種技術(shù)。

目前正在開發(fā)的燃料電池，如表9：

表9－正在開發(fā)的燃料電池類型

（6）燃料電池以氫氧燃料電池為例其理論比容量為2975A.h/kg，比能量為3660w.h/kg，遠(yuǎn)高于蓄電池、燃料電池的發(fā)展，有電極材料問題。據(jù)報(bào)導(dǎo)，Benz廠用甲醇作燃料電池的燃料已用于汽車。最近美國NASA正在開展一種試驗(yàn)，即太陽能電池與氫氧燃料電池聯(lián)合開動的小飛機(jī)，白天太陽能電池工作，用剩余電來電解水、晚上H2O燃料電池工作，目前載人還不現(xiàn)實(shí)，計(jì)劃在2003年實(shí)現(xiàn)用于通信。（三）生物材料與智能材料將受到高度重視（1）醫(yī)用生物材料最主要是與人體相容性*組織工程*生長因子*DNA*自組裝除神經(jīng)系統(tǒng)以外的各種器官都可制造。目前正在嘗試?yán)谜障鄼C(jī)、光導(dǎo)系統(tǒng)與視網(wǎng)膜細(xì)胞相聯(lián)為盲人復(fù)明，要生物學(xué)家，工程師，材料科學(xué)家的通力合作。21世紀(jì)是生命科學(xué)時(shí)代（2）仿生材料生物材料多年演化的結(jié)果（合理性）人造絲與蠶絲陶瓷與珍珠殼、骨骼（表10）(3)工業(yè)生產(chǎn)中的生物模擬(4)

智能材料及智能系統(tǒng)智能系統(tǒng)

用于機(jī)翼、潛艇、車體、建筑隨處界條件改變外形以減少阻力、即省能耗，提高安全。

材料的自檢測、自恢復(fù)及自修復(fù)

藥物和控制釋放

（四）宇航及動力機(jī)械材料將不斷提高

飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星與飛船的發(fā)展，材料是關(guān)鍵。以飛機(jī)為例，戰(zhàn)斗機(jī)性能的提高有2/3靠材料，發(fā)動機(jī)性能的提高，材料占1/2，對空間飛行器來說，由于材料的改進(jìn)，收益更為顯著。如圖4，說明比強(qiáng)度和比剛度對高速飛行器來說更為重要。戰(zhàn)斗機(jī)已發(fā)展到第四代（如美國F22），主要材料為鈦合金（41％），樹脂基復(fù)合材料（24％），鋁合金（15％），鋼只有5％。民用機(jī)到了第三代（波音777），鋁（70%）,鋼及復(fù)合材料（多11％），鈦（7％）。對發(fā)動機(jī)材料來說，除了比剛度、比強(qiáng)度，主要是耐高溫、長壽命，為軍用發(fā)動機(jī)的發(fā)展趨勢提供一些參考。表11－軍用發(fā)動機(jī)性能發(fā)展趨勢

從發(fā)動機(jī)關(guān)鍵材料看：高溫合金仍然是主要材料（>50％）。作為渦輪葉片，單晶加發(fā)汗冷卻，可以滿足2000℃以上。

陶瓷有可能用于燃燒室和導(dǎo)向葉片。

鈦合金（1600℃－650℃）及鈦鋁基中間化物（600℃－1000℃）可用于機(jī)匣，壓氣機(jī)葉片。

C/C復(fù)合材料雖然在比強(qiáng)度，比剛度和高溫有特殊優(yōu)越性，但抗氧化問題須解決。

樹脂基復(fù)合材料目前使用溫度已達(dá)290－345℃，正向425℃發(fā)展。噴管為C/C復(fù)合材料（比強(qiáng)高,抗熱震，耐燒能）關(guān)鍵航天材料：高強(qiáng)、高模纖維。碳纖維（T300,T800）芳綸及高強(qiáng)聚乙烯纖維。為減少污染，提高燃效，增加機(jī)動性（如調(diào)峰），工業(yè)燃?xì)夂臋C(jī)將得到更大發(fā)展（圖5）圖5－全世界工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電量

工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)與航空發(fā)動機(jī)相比（表13），運(yùn)行壽命長，腐蝕嚴(yán)重，特別葉片大，重量差20－30倍，渦輪也相應(yīng)增大。

表13－工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)與航空發(fā)動機(jī)要求對比

因此，今后工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)材料在21世紀(jì)將受到更大重視。（五）材料制備工藝及檢測方法的研究與開發(fā)將多到更多的重視

材料制備是從基礎(chǔ)到研究到工程應(yīng)用必由之路；

提高材料質(zhì)量及降低成本的主要途徑；

有效利用資源和能源，減少污染的重要手段。美國科學(xué)基金會材料領(lǐng)域投入中材料制備占41%（90年代初）。

*高溫超導(dǎo)（1986）至今15年工程陶瓷已大量開發(fā)研究近40年

未開發(fā)出合適工藝而不能大量推廣

*鋼的價(jià)格波動甚少，因工藝不斷改進(jìn)（質(zhì)量提高，收得率增加，能耗下降，勞動生產(chǎn)率提高）

*高溫合金葉片材料的不斷提高，主要通過工藝的不斷改進(jìn)。

制備工藝的發(fā)展趨勢：（1）電子信息材料向功能與結(jié)構(gòu)一體化，多功能化、材料與器件一體化和小型化發(fā)展，主要靠采用控制到原子精度的氣相外延（VPE）、液相外延（LPE）、金屬有機(jī)化物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）和分子束外延（MBE）技術(shù)。（2）冶金、化工材料盡量做到零排放。（3）制造工藝的自動化、智能化。（4）為提高材料利用率、提高性能、降低成本，開發(fā)多種類型的表面改性技術(shù)，梯度材料制備技術(shù)；發(fā)展自蔓燃制備技術(shù)等。

檢測方法的新進(jìn)展往往帶來材料研究和質(zhì)量控制的新突破，如描述隧道顯微鏡的發(fā)明可以做到“原子操縱”從而成為下一代信息技術(shù)的新熱點(diǎn)。工程陶瓷斷裂的臨界尺寸為微米級，因此，要使陶瓷穩(wěn)定生產(chǎn)，必須開發(fā)更精確的探傷手段，而且要求在線檢測和動態(tài)檢測。

進(jìn)入21世紀(jì)有關(guān)制備工藝的

重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（973）

集成微光機(jī)電系統(tǒng)研究

材料先進(jìn)制備、成型與加工的科學(xué)基礎(chǔ)

攀登計(jì)劃

金屬材料熱成型過程的動態(tài)模擬及組織、性能、質(zhì)量的優(yōu)化控制。

微電子機(jī)械系統(tǒng)

熔融還原技術(shù)基礎(chǔ)研究

自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目

支持產(chǎn)品創(chuàng)新的先進(jìn)制造技術(shù)中的若干基礎(chǔ)研究

金屬熔體凝固控制與若干先進(jìn)成形過程基礎(chǔ)研究

新型功能陶瓷材料的制備科學(xué)及其關(guān)鍵基礎(chǔ)化問題（六）納米材料科學(xué)技術(shù)將成

為21世紀(jì)最活躍領(lǐng)域

1959年12月R.FEYNMAN在美國物理學(xué)會上提出納米科學(xué)技術(shù)的概念,并提出開展在原子與分子水平制造材料的物理規(guī)律。

80年初發(fā)明掃描隧道顯微鏡（STM）及原子力顯微鏡（AFM）以后原子操縱才有可能。

納米材料就是利用物質(zhì)在小到原子或分子尺度以后所出現(xiàn)的奇異現(xiàn)象而發(fā)展出新的材料。

2000年二月美國總統(tǒng)向國會提出《國家納米技術(shù)的建議》（NationalNanotecthnologyInitiative）認(rèn)為納米技術(shù)可導(dǎo)致下一工業(yè)革命，應(yīng)置于最優(yōu)先地位。

納米科學(xué)技術(shù)主要包括:

納米材料

納米電子學(xué)、光電子學(xué)和磁學(xué)

納米醫(yī)學(xué)

他要求2001年撥款4.95億美元比上一年多83%。其分配：

基礎(chǔ)研究1.7億（NSF1.22）定向課題(Grandchallengs)1.4億

(DOD0.54,DOE0.36)

研究中心及網(wǎng)絡(luò)0.77億

基礎(chǔ)設(shè)施0.80億

其它0.28億

基礎(chǔ)研究(NSF2.17億)及國防系統(tǒng)(DOD、DOE、NASA共2.24億)占大頭。

可以認(rèn)為納米技術(shù)尚處于基礎(chǔ)研究階段尚未大規(guī)模進(jìn)入工業(yè)開發(fā)，但他們?nèi)詮?qiáng)調(diào)與產(chǎn)業(yè)界結(jié)合，及時(shí)轉(zhuǎn)入規(guī)模生產(chǎn)。

通過“設(shè)計(jì)”制造出來的材料，性能大幅度提高，預(yù)期強(qiáng)度為鋼的四倍，其重量比紙輕10倍，環(huán)境友好，價(jià)格又可承受。使用的可靠性提高，因其可自修復(fù)。這類材料用于造橋，壽命可大幅度延長，用于造空間飛引器，可幾十倍的減輕重量，如此等等，前景誘人，但是成為現(xiàn)實(shí)要10-20年。

我國納米材料起步不晚，聲勢也很大，謹(jǐn)防一哄而起，急于求成。（七）21世紀(jì)將逐步實(shí)現(xiàn)按需設(shè)計(jì)材料

材料的四要素與五要素

材料科學(xué)與工程四要素：

結(jié)構(gòu)/成份、合成/流程、性質(zhì)、效能

因結(jié)構(gòu)與成份非同義詞

相同成份可出現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)

建議改為五要素：

成分、合成/流程、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、效能

特點(diǎn)：材料理論與材料設(shè)計(jì)處于五邊形中心；

性能與效能（使用性能）和環(huán)境發(fā)生直接聯(lián)系

圖材料科學(xué)與工程四要素（a）與五要素（b）關(guān)系圖材料根據(jù)對性能的要求而決定于不同層次的結(jié)構(gòu)，如圖圖——不同層次的材料設(shè)計(jì)

材料設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜過程：

非平衡熱力學(xué)

結(jié)構(gòu)敏感性質(zhì)（如力學(xué)性質(zhì)）可變因素（不定因素）太多表面與內(nèi)部結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的不一致性

復(fù)雜的環(huán)境因素

材料設(shè)計(jì)目標(biāo)是根據(jù)需要，通過合理成分與工藝流程設(shè)計(jì)，最終能做出合乎要求的工程材料、零件、器件或構(gòu)件。

功能材料可能首先實(shí)現(xiàn)材料設(shè)計(jì)

重點(diǎn)在于：

深入的基礎(chǔ)研究——了解物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能

完整而精確的數(shù)據(jù)庫

正確模型的建立

大容量快速計(jì)算機(jī)

不同學(xué)科科學(xué)家與工程師的通力合作。（八）不同類型材料的發(fā)展前景（1）金屬在結(jié)構(gòu)材料中仍占主要位置，特別是鋼鐵今后幾十年內(nèi)的世界年產(chǎn)量在7-10億噸徘徊。但鋼的性能會大幅度提高從而達(dá)到節(jié)約資源減少污染的目的。

我國在《超級鋼》的研究中使200MPA級的低碳鋼、400MPA級低合金鋼通過強(qiáng)化、晶粒細(xì)化和均勻化可提高強(qiáng)度一倍，并通過了大生產(chǎn)試驗(yàn)。

有色金屬資源在21世紀(jì)前半葉就接近枯竭，如同鉛、鋅等。代用品的研究與開發(fā)為當(dāng)務(wù)之急。有些金屬，如鋁，地殼中含量很高分布很廣，但合於開采價(jià)值的礦石卻有限，因此開發(fā)低品位礦石的采選與冶煉工藝的研究與尋找代用材料必須及早考慮。

鈦，性能優(yōu)越，地殼含量不低，以及生產(chǎn)成本高而不能得到廣泛應(yīng)用，有些水電豐富地區(qū)如我國攀西地區(qū)，不但水電豐富而且礦藏世界前茅，21世紀(jì)將出現(xiàn)一個(gè)開發(fā)鈦的高潮。

鎂與鋁頗多相似之處，而鎂取之不盡（海水中鎂2.1×1015噸），塑性好，減震性強(qiáng)但不耐腐蝕（特別海水和應(yīng)力腐蝕，又沒找到適于強(qiáng)化相而不能和鋁相競爭，21世紀(jì)將會受到重視。）

金屬作為功能材料（如硅鋼）的地位不會改變。硬磁材料在NdFeB的基礎(chǔ)上還會有更大發(fā)展

（2）工程陶瓷及其它無機(jī)非金屬材料

會得到更大發(fā)展

功能陶瓷在功能材料中已占十分重要地位隨著凝聚態(tài)物理與化學(xué)進(jìn)展，將會有更大進(jìn)展，當(dāng)前氧化物研究正廣泛開展，高溫超導(dǎo)便是成果之一。

工程陶瓷發(fā)展方向：一是開發(fā)新工藝流程以降低成本，同時(shí)大力推廣只有生產(chǎn)量大，成本才能降下來。二是進(jìn)一步提高性能，開發(fā)生產(chǎn)過程的臨控手段，保證質(zhì)量的穩(wěn)定性。三是機(jī)械制造的工作者，開發(fā)使用脆性材料的設(shè)計(jì)思想。

在金屬材料資源日益枯竭，科學(xué)技術(shù)日益進(jìn)步的情況下工程陶瓷會得到進(jìn)一步發(fā)展。

水泥與玻璃是極為重要的建筑材料，無疑會受到重視但水泥是重要污染源（一噸水泥產(chǎn)生CO20.8-1.0噸）：因此，

充分利用廢料

提高水泥標(biāo)號，減少產(chǎn)量

改進(jìn)水泥，增強(qiáng)組元（塑料不誘鋼絲）

玻璃的智能化對命能有明顯的作用（3）有機(jī)高分子材料將得到更大發(fā)展

高分子材料比重小，軟硬靈活加工外瑚比剛度比強(qiáng)度高（三大高強(qiáng)纖維：芳綸、碳纖維與結(jié)晶狀態(tài)的聚乙烯）。特別是資源可再生。

高分子材料已接近《分子設(shè)計(jì)》水平。

高分子結(jié)構(gòu)材料（塑料）的用途越來越廣，以體積計(jì)，90年初全世界塑料廣告已越過了粗鋼的體積。1995年美德塑鋼比分別為2.85和1.94，而我國目前塑鋼體積比不到0.5，因此我國21世紀(jì)初塑鋼將大發(fā)展。

21世紀(jì)更有發(fā)展前途的是有機(jī)功能高分子，目前醫(yī)用高分子、高分子分離膜，高吸水樹脂、感光樹脂、離子交換樹脂、光導(dǎo)纖維已經(jīng)成熟并已得到廣泛應(yīng)用。

今后要大力開發(fā)的是導(dǎo)電高分子、非線性高分子、鐵磁性材料、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體用于電池的離分子快離子導(dǎo)體以及液晶顯示材料等。由于這些材料質(zhì)輕、原料有保證而將得到發(fā)展。但穩(wěn)定性及老化是人們擔(dān)心的問題。

（4）先進(jìn)復(fù)合材料

先進(jìn)復(fù)合材料是近幾十年來十分重視開發(fā)的一類材料。有的已經(jīng)很成熟并得到大量應(yīng)用，如樹脂及復(fù)合材料，已用于宇航及運(yùn)動器材等要求比強(qiáng)度及比模量高的結(jié)構(gòu)件，長纖維強(qiáng)化的金屬基復(fù)合材料雖然具有明顯優(yōu)越性，以其價(jià)格高連接難，不可大量推廣。因此今后的任務(wù)是發(fā)展新工藝降低成本。顆粒或短纖維強(qiáng)化的金屬基復(fù)合材料，為提高強(qiáng)度和耐熱性有可能大量推廣。陶瓷基復(fù)合材料除了提高高溫性能以外，更重要的是增加性，目前正處于開發(fā)階段。

（5）碳素材料將得到更大發(fā)展

自然界是碳素的大循環(huán)

碳資源取之不盡用之不竭（CO2中的碳）

碳的同素多形體使之成為多用途材料

無定形碳（煤、木炭）—石墨（天然）—熱解石墨（CVD）—玻璃態(tài)石墨—碳纖維—類金剛石—金剛石—巴基球（納米管）

由于結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，碳材料有以下突出特點(diǎn)：

潤滑劑（石墨）

高強(qiáng)纖維（碳纖維）

最硬晶體（金剛石）（人造寶石。耐磨材料）

高溫半導(dǎo)體（金剛石500、GAAS250、S150）

最佳吸附材料（活性碳）

優(yōu)良阻氦材料（玻璃態(tài)碳、核材料）

1985發(fā)現(xiàn)巴基球（C60），隨后又發(fā)現(xiàn)以此組成的納米碳管，雖然目前還沒找到特殊應(yīng)用對象但有很好的前景，重要的是能大量生產(chǎn)并大幅度降低成本，（C60）的市場價(jià)，1990為每英兩$35,000，2000年$225，有人認(rèn)為需要降到每英兩$3）才能得到廣泛應(yīng)用。從目前看納米管的應(yīng)用前景更為廣闊，且研究與開發(fā)工作十分活躍，在納米技術(shù)研究高潮中，21世紀(jì)上半葉可能有突破性進(jìn)展。

進(jìn)入21世紀(jì)，我國碳材料在重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，只有納米碳管貯氫材料列入（973）的能源項(xiàng)目。

結(jié)束語

（一）新材料的發(fā)現(xiàn)不等于能應(yīng)用于實(shí)際，有很多看來誘人如金屬的非晶態(tài)、高溫超導(dǎo)等，但生產(chǎn)工藝不過關(guān)，價(jià)格沒競爭能力，而不能產(chǎn)業(yè)化。

（二）新材料的發(fā)現(xiàn)往往出于偶然，如超導(dǎo)、C60等因此廣泛探索，悉心鉆研十分關(guān)鍵。

（三）新材料的研究開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，有賴于高技術(shù)的發(fā)展而高技術(shù)又以新材料基礎(chǔ)和先導(dǎo)，因此新材料與高技術(shù)相輔相成。

（四）在開發(fā)先進(jìn)材料的同時(shí)，必須重視傳統(tǒng)材料，因此后者是國民經(jīng)濟(jì)和支柱產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，資源消耗的大戶，又是環(huán)境的主要污染源。傳統(tǒng)材料性能的提高的生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，有很大潛力必須給以更高的投入（人力、財(cái)力）和足夠的重視。

（五）通過納米科學(xué)技術(shù)和學(xué)科間的交叉，21世紀(jì)材料科學(xué)技術(shù)將會出現(xiàn)突破性進(jìn)展，新型材料不斷涌現(xiàn)為信息技術(shù)、能源技術(shù)、機(jī)械制造、空間技術(shù)等的發(fā)展創(chuàng)造條件，并達(dá)到小型化、智能化和多功能化。

（六）進(jìn)入21世紀(jì)我國重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目中，在國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究（973）80個(gè)項(xiàng)目中有26項(xiàng)與材料有關(guān)屬于材料領(lǐng)域者有11項(xiàng)，自然科學(xué)基金有60個(gè)重大項(xiàng)目，與材料有關(guān)的有17項(xiàng)，但多數(shù)于化學(xué)領(lǐng)域。謝謝觀看/歡迎下載BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH——“ifen”酒新品發(fā)布活動策劃愛奮斗?愛生活目錄010203040506活動概述“ifen”酒新品發(fā)布會“愛奮斗?愛生活”品酒晚宴“我愛奮斗”高校樂隊(duì)演唱會活動執(zhí)行活動費(fèi)用活動概述2012年05月20日-ThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.-ThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.活動時(shí)間湖南錦繡瀟湘文化產(chǎn)業(yè)園活動地點(diǎn)新品發(fā)布會/品酒晚宴/高校樂隊(duì)演唱會活動構(gòu)架活動概述活動目的：提升代理商對ifen酒的認(rèn)識，有效促進(jìn)合作。通過新聞發(fā)布會的召開向外界傳達(dá)強(qiáng)勢品牌的印象和

品牌強(qiáng)勢運(yùn)作的信息。借助新聞發(fā)布會的召開傳遞產(chǎn)品信息和品牌價(jià)值，形

成事件傳播。活動概述活動意義：新聞發(fā)布會的意義在于能夠激發(fā)和鞏固代理商積極銷售的信心，

同時(shí)可以對于ifen酒品牌的上市做一個(gè)正式的通告，

借以帶動業(yè)界對于ifen酒的認(rèn)同和認(rèn)識和關(guān)注，是對

于ifen酒的整個(gè)傳播體系的推動和幫助。以新聞與活動的結(jié)合表現(xiàn)形式確立ifen酒目標(biāo)群體中的顯赫地位新品發(fā)布會愛奮斗?愛生活

——2012ifen酒新品發(fā)布會發(fā)布會主題-ThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.-ThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.錦繡瀟湘“芙蓉國劇場”發(fā)布會地點(diǎn)15:30——17:20發(fā)布會時(shí)間新品發(fā)布會特色互動環(huán)節(jié)：ifen銷售達(dá)人賽場外場內(nèi)連線互動：在活動開展前期，在長沙步行街開展小型戶外活動——ifen酒銷售達(dá)人賽，然后將現(xiàn)場火熱瘋搶的畫面剪輯成視頻，在發(fā)布會上進(jìn)行播放，讓經(jīng)銷商看到ifen酒受廣大市民（年輕消費(fèi)者）的追捧。第一次連線：將現(xiàn)場瘋搶的畫面拍攝下來，隨即采訪一下消費(fèi)者，問其為何要買酒，對酒的印象等。第二次連線：要求攝像拍攝出現(xiàn)場產(chǎn)品售罄的狀態(tài)。表現(xiàn)形式：安排兩百位學(xué)生扮演消費(fèi)者到現(xiàn)場配合工作，現(xiàn)場隨即采訪消費(fèi)者的購買心得。微電影VCR展播主持人開場新品發(fā)布會發(fā)布會流程：

蝶舞九天女子時(shí)尚電聲組開場來賓簽到（微電影VCR熱場）第一次場外連線：讓經(jīng)銷商看到場外熱鬧瘋搶的狀況與ifen酒品牌展示，從而給經(jīng)銷商留下好的印象，讓他們看到該產(chǎn)品的市場前景。顏總致辭（宣布政策）第二次連線新品發(fā)布會發(fā)布會流程：現(xiàn)場調(diào)酒演示（品酒師點(diǎn)評）第一次連線第二次場外連線：此次連線需看到產(chǎn)品即將售罄的狀態(tài)，以求再次打動在坐經(jīng)銷商的心，讓產(chǎn)品熱銷，好銷，有市場等一切優(yōu)秀品質(zhì)進(jìn)入經(jīng)銷商的心，從而使經(jīng)銷商從心動變?yōu)樾袆?。簽約儀式“ifen酒”榮耀現(xiàn)世新品發(fā)布會發(fā)布會流程：

經(jīng)銷商代表發(fā)言此環(huán)節(jié)后附詳細(xì)流程

合影自由洽談簽約儀式500萬獎(jiǎng)金現(xiàn)場助陣，活動至高潮。新品發(fā)布會1、“ifen酒”榮耀現(xiàn)世：嘉賓觸摸LED點(diǎn)光球，特制酒保箱綻放,同時(shí)煙霧升起.冷焰火四射，ifen酒在綻放的儀器中榮耀現(xiàn)世。新品發(fā)布會2、“ifen酒”500萬重獎(jiǎng)銷售機(jī)制建立：“ifen”酒業(yè)老總親自向經(jīng)銷商代表頒發(fā)“ifen酒”500萬銷售獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制承諾書。新品發(fā)布會3、“ifen酒”品酒塔：這里我們用傳統(tǒng)的香濱灌注香濱塔,改成“ifen”灌注,體現(xiàn)另外一種引用模式，同時(shí)，音樂響起，兩位模特手捧“ifen”走秀。新品發(fā)布會新品發(fā)布會會場布置：易拉寶簽到臺噴繪、海報(bào)新品發(fā)布會新品發(fā)布會網(wǎng)絡(luò)直播：我們與湖南最權(quán)威的媒體網(wǎng)絡(luò)之一“文明在線”合作，全程緊密跟蹤直播新品發(fā)布會。新品發(fā)布會新品發(fā)布會主持人：湖南電視臺魏哲浩侯文ifen品酒晚宴愛奮斗?愛生活

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