新材料的产业链、分类及应用

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一、新材料分类：

按材料的属性划分有金属材料、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。

1、金属材料：包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。

2、无机非金属材料：陶瓷、砷化镓半导体等

3、有机高分子材料：主要是碳、氢、氧、氮等

4、先进复合材料：指可用于加工主承力结构和次承力结构、其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料。

按材料的使用性能分，有结构材料和功能材料。

1、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。

2、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。

二、新材料类型：

1、复合新材料：由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。

复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类：

金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。

非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。

复合新材料在新能源和交通市场上的应用：

（1）清洁、可再生能源用复合材料，包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器。

（2）汽车、城市轨道交通用复合材料，包括汽车车身、构架和车体外覆盖件，轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等。

（3）民航客机用复合材料，主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%，主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。中国未来20年间需新增支线飞机661架，将形成民航客机的大产业，复合材料可建成新产业与之相配套。

（4）船艇用复合材料，主要为游艇和渔船，游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场，由于中国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢，但复合材料特有的优点仍有发展的空间。

2、超导材料：有些材料当温度下降至某一临界温度时，其电阻完全消失，这种现象称为超导电性，具有这种现象的材料称为超导材料。

超导材料主要分为合金材料（如铝合金、铜合金、铁合金、镁合金和高温合金等）和化合物材料（如超导陶瓷）两种。

超导材料最诱人的应用是：（1）发电、输电和储能。（2）超导磁悬浮列车。（3）超导计算机等

3、智能材料：主要应用航空航天高科技新材料发展，包括形状记忆合金压电材料、磁致伸缩材料、导电高分子材料、电流变液和磁流变液等智能材料驱动组件材料等功能材料。

4、磁性材料：磁性材料可分为软磁材料和硬磁材料二类。

软性材料在电子技术中广泛应用于高频技术。如磁芯、磁头、存储器磁芯；在强电技术中可用于制作变压器、开关继电器等。目前常用的软磁体有铁硅合金、铁镍合金、非晶金属。

硬磁材料（永磁材料）如常见的指南针、仪表、微电机、电动机、录音机、电话及医疗等方面。永磁材料包括铁氧体和金属永磁材料两类。

5、纳米材料：纳米材料的制备与合成技术是当前主要的研究方向。

纳米科技主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学七个方面。

纳米材料的应用：（1）纳米金属。如纳米铁材料，是由6纳米的铁晶体压制而成的，较之普通铁强度提高12倍，硬度提高2~3个数量级，利用纳米铁材料，可以制造出高强度和高韧性的特殊钢材。用于研制新一代高速发动机中承受超高温的材料。（2）“纳米球”润滑剂。在机车发动机加入纳米球，可以起到节省燃油、修复磨损表面、增强机车动力、降低噪音、减少污染物排放、保护环境的作用。（3）纳米陶瓷。首先利用纳米粉末可使陶瓷的烧结温度下降，简化生产工艺，同时，纳米陶瓷具有良好的塑性甚至能够具有超塑性，解决了普通陶瓷韧性不足的弱点，大大拓展了陶瓷的应用领域。（4）纳米碳管。纳米碳管将成为未来高能纤维的首选材料，并广泛用于制造超微导线、开关及纳米级电子线路。（5）纳米催化剂。用于催化剂。（6）量子元件。制造存储芯片。

国内研究成果：目前中国已经研制出一种用纳米技术制造的乳化剂，以一定比例加入汽油后，可使象桑塔纳一类的轿车降低10%左右的耗油量；纳米材料在室温条件下具有优异的储氢能力，在室温常压下，约2/3的氢能可以从这些纳米材料中得以释放，可以不用昂贵的超低温液氢储存装置。

三、新材料的应用：

目前，一般按应用领域和当今的研究热点把新材料分为以下的主要领域：

1.电子信息材料

主要内容涉及微电子材料、介电材料、压电材料、传感器材料、能源电池材料、光电材料和有机电子材料等。

2.新能源材料

能源材料主要有太阳能电池材料、储氢材料、固体氧化物电池材料等。

3.纳米材料

（1）天然纳米材料：动物头部内的纳米磁性材料。

（2）纳米磁性材料：用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。

（3）纳米传感器：制作温度传感器、红外线检测仪和汽车尾气检测仪，检测灵敏度比普通的同类陶瓷传感器高得多。

（4）纳米倾斜功能材料：用在航天用的氢氧发动机中。

（5）纳米半导体材料：在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。

（6）纳米催化材料：可替代昂贵的铂或钯催化剂。

（7）医疗上的应用：把各种有治疗作用的纳米粒子注入到人体各个部位，便可以检查病变和进行治疗，其作用要比传统的打针、吃药的效果好。

（8）纳米计算机：微型计算机，微型存储器芯片等。

（9）纳米碳管：它的抗张强度比钢高出100倍，导电率比铜还要高。

（10）家电：纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用，可用为作电冰箱、空调外壳里的抗菌除味塑料。

（11）环境保护：纳米膜。

（12）纺织工业：可用于制造抗菌内衣、用品，可制得满足国防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维。（13）机械工业：对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理，可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。

4.先进复合材料：

（1）航空航天领域。由于复合材料热稳定性好，比强度、比刚度高，可用于制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构、太阳能电池翼和外壳、大型运载火箭的壳体、发动机壳体、航天飞机结构件等。（2）汽车工业。由于复合材料具有特殊的振动阻尼特性，可减振和降低噪声、抗疲劳性能好，损伤后易修理，便于整体成形，故可用于制造汽车车身、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件。

（3）化工、纺织和机械制造领域。有良好耐蚀性的碳纤维与树脂基体复合而成的材料，可用于制造化工设备、纺织机、造纸机、复印机、高速机床、精密仪器等。

（4）医学领域。碳纤维复合材料具有优异的力学性能和不吸收X射线特性，可用于制造医用X光机和矫形支架等。碳纤维复合材料还具有生物组织相容性和血液相容性，生物环境下稳定性好，也用作生物医学材料。此外，复合材料还用于制造体育运动器件和用作建筑材料等。

5.生态环境材料：生物降解材料。

6.新型功能材料：高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等。

7.生物医用材料：用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。

8.高性能结构材料：高性能结构材料是支撑航空航天、交通运输、电子信息、能源动力以及国家重大基础工程建设等领域的重要物质基础。

9.新型建筑及化工新材料等：

新型建筑材料主要包括新型建筑结构材料、新型墙体材料、保温隔热材料、防水密封材料和装饰装修材料。化工新材料主要是有机硅产品。