新型材料研究进展

新型材料的分类
3 燃料电池材料
新能源材料
燃料电池是一种能量转化装置,它是按电化学原理, 即原电池工作原理,等温的把贮存在燃料和氧化剂中 的化学能直接转化为电能,因而实际过程是氧化还原 反应。
可应用于工业及生活的各个方面，如使用其作为
电动汽车电源一直是人类汽车发展目标之一。 在材料及部件方面，进行电解质材料合成及薄膜 化，电极材料合成与电极制备，密封材料及相关测 试表征技术研究。
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新能源材料
6 发展核能的关键材料
核能发电原理：利用原子核裂变反 应释放的能量产生电能。 中国核电工业由原先的适度发展进 入加速发展阶段，同时我国核能发电量 创历史最高水平。任何核电技术的突破 有赖于核材料的首先突破。发展核能的 关键材料包括：先进核动力材料，先进 的核燃料，高性能燃料元件，新型核反 应堆材料，铀浓缩材料等。
功能材料主要是利用其所具有的电、光、声、磁、热等功能 和物理效应。近几年，世界上研究、发展的新材料主要有新 金属材料，精细陶瓷和光纤等等。
为什么要发展新型材料?
为什么要发展新型材料?
1：传统材料具有局限性：新材料的出现与发展完全依赖于整
个人类社会对高性能化、高功能化、高智能化的追求。 案例 Example 汽车工业，需要在保持一定的强度时， 又具有比较轻的质量，现在普通的铁碳合金 以及金属材料很难满足高级赛车所需要的强 度与质量的平衡。 然而这台法拉利Enzo车身采用的是碳纤 维，拥有着较高的强度和非常轻的车身，车 身主体仅重92KG,这对赛车是非常有实际意 义的，且对其他领域也有很大的应用价值。
信息材料
信息时代
新型材料的分类
信息材料的分类
信息材料：是指与现代信息技术相关，用于实现信息的收集、存储、
处理、传递和显示的材料。
信息收集材料 信息存储材料 信息处理材料 信息传递材料 信息显示材料
信息收集传感器 信息存储器
信息显示器
信息传递光纤
信息处理芯片
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信息材料的分类
新能源材料是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料，是
发展新能源技术的核心和其应用的基础。新能源材料覆盖了镍氢电池材料，锂离子电池材料，燃料电池 材料，太阳能电池材料，反应堆核能材料，发展生物质能所需的重点材料，新型相变储能和节能材料等。
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新能源材料
1 锂离子电池及其关键材料：
新型材料的分类
新型材料的分类
新型材料的分类
信息材料
能源材料
纳米材料 生物材料
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信息材料
21世纪是信息时代
信息既非物质也非能量，却是构成世界的要素。 信息是十分重要和宝贵在资源。 现代信息技术中，对各种信息的收集、存储、处理、 传递和显示是通过各种信息功能器件来实现的，而信 心功能器件又是以各种信息材料为主构成的。
风能：大气流动的动能
处地 的热 可能 再： 生来 热自 能地 球 深
化学能源：直接把化学能转变为低压直 流电能的装置，也叫电池
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新能源和可再生能源
可燃冰：天然气的水合物
氢能：未来最理 想的二次能源 海洋能：包括潮汐能，潮流，海流，波 浪，海水温度差和海水盐差能
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新能源材料
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4 轻质高容量储氢材料
新能源材料
储氢材料(hydrogen storage material)是一类能可逆地吸 收和释放氢气的材料。最早发现的是金属钯，1体积钯 能溶解几百体积的氢气，但钯很贵，缺少实用价值。 实际应用的储氢材料主要有AB5型稀土系储氢合金、 钛系AB型合金和A屹型Laves相合金，但这些储氢材料的
光通信
光存储
光显示
新型材料的分类
信息材料发展新趋势
• 信息技术的几个主要环节（获取、传输、存储、显示、处理）在20世纪后 叶获得了巨大的发展，成为现代社会中的关键技术。 • 本世纪以来，信息技术依靠电子学和微电子学技术，从技术发展的阶段而 言，我们正处于电子信息时代。 • 光通信、光存储和光电显示技术的兴起和它们在近二十年来的飞速发展， 未来信息的载体由电子到光子的发展是必然趋势。 • 总之，为适应今后信息技术发展，微电子材料是重要的信息材料，光电子 材料是发展最快的信息材料，而光子材料是最有前途的信息材料。
锗三级管
GaAs二极管
InP器件
Baidu Nhomakorabea
高温半导体SiC
SiC晶片
金刚石薄膜
新型材料的分类
信息材料的分类
• 信息传递材料是用于各种通信器件的能够用来传递信息的材料。 • 如光纤材料
光纤石英管
光纤装饰
光纤传输
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信息材料的分类
• 信息显示材料主要是指用于阴极射线管和各类平板显示器件的一些发光 显示材料。 • 按照显示原理对信息显示材料进行分类可以有如下几种：液晶显示材料 （LED）、等离子体显示材料（PDP）、阴极射线管显示材料（CRT）、场 发射显示材料（FED）、真空荧光显示材料等。
新型材料最新研究进展
Recent Research Progress of New Materials
XXX
School of Mathematical Sciences School of Chemical Science and Engineering School of Physics Science and Engineering
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。 光伏材料是指能将太阳能直接转换成电能的材 料。只有半导体材料具有这种功能。可做太阳电池 材料的材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、 GaAlAs、InP、CdS、CdTe等。在世界太阳能电 池市场上，目前仍以晶体硅电池为主。 钙钛矿薄膜太阳能电池在光电转换性能方面取 得了巨大进展，其光电转换效率超过了已经商业化 的多晶硅、碲化镉和铜铟镓硒电池。
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信息材料的发展方向
多功能及智能化的传感器材料
多功能及智能化传感器材料涉及多种学科的技术融合。例如在同一芯片上，或将众多同一类 型的传感材料做成单个传感器件并集成为一维线性、二维阵列型传感器，因而具备单一器件 所不具备的功能。
微型传感器的应用
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信息材料的发展方向
可见光通信在未来发展中的关键技术
对材料产业进行结构调整，改变原来的资源依托的现状，积极发 展新材料产业，走技术推动发展的道路
为什么要发展新型材料?
3：提高综合实力
研究和发展新材料产业 不仅有利于材料工业创 新换代，而且有利于促 进传统产业转型升级， 同时构建国际竞争新优 势，提升一国的科学技 术水平，对保障国家重 大工程建设以及国防安 全都有重大意义。
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新能源材料
2 镍氢电池及其关键材料：
全球已经批量生产的混合动力汽车大多采用镍氢动力电池。目前技术较为领先的是日本Panasonic EV Engery公司。 镍氢电池是近年来开发的一种新型电池，与常用的镍镉电池相比，容量可以提高一倍，没有记忆效 应，对环境没有污染。 它的核心是储氢合金材料。 我国镍氢电池的出口量逐年增长，年增长率为30%以上。
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新能源材料
7 其他新能源材料：
我国风能资源较为丰富，利用技术和发展差 距较大，主要问题是尚不能制造大功率风电机 组的复合材料和叶片材料。 随着新材料技术的发展和新能源含义的拓展， 一些新的热电转换材料也可以当作新能源材料 研究。利用相变材料的相变潜热来实现能量的
储存和利用是近年来前沿研究方向之一。
磁芯
半导体集成
电子管
大规模集成电路
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信息材料发展新趋势
• 信息技术的几个主要环节（获取、传输、存储、显示、处理）在20世纪后 叶获得了巨大的发展，成为现代社会中的关键技术。 • 本世纪以来，信息技术依靠电子学和微电子学技术，从技术发展的阶段而 言，我们正处于电子信息时代。 • 光通信、光存储和光电显示技术的兴起和它们在近二十年来的飞速发展， 未来信息的载体由电子到光子的发展是必然趋势。
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新能源展望
新能源材料是推动氢能燃料电池快速发展的重要保障。提高能效，降低成本，节约 资源和环境友好将成为新能源发展永恒主题，新能源材料将在其中发挥越来越重要 的作用。 针对新能源发展的重大需求，解决 相关新能源材料的材料科学基础研 究和重要工程技术问题，将成为重 要研究课题。
经过多年发展，小型锂离子电池在信息终端产品中应用已占据垄断性地位，我国成为全球三大锂离子 电池和材料的制造和出口大国之一。 · 新能源汽车用锂离子动力电池和新能源大规模储能用锂离子电池日渐成熟，市场前景广阔。 · 提高锂离子电池安全性和降低成本的重要途径： 开发具有优良综合性能的正负材料，工作温度更高的新型隔膜和加阻燃剂的电解液
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信息材料的发展方向
激光技术的多元化、广泛化应用
激光显示
激光切割机
激光探测
激光全息
新型材料的分类
信息材料
能源材料
纳米材料 生物材料
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1 八项能源发展方针： · 节约优先 · 立足国内 · 多元发展 · 保护环境
中国的能源政策
2 《中国的能源政策》指出，今后一 段时期，中国仍将处于工业化、城镇 化加快发展的阶段，发展经济、改善 民生的任务十分艰巨，能源需求还会 增加。作为一个拥有13亿多人口的发
还有一类重要的信息材料是：半导体激光器材料。 光信息的存储、处理、传递和显示并不基于半导体激光材料在外场作用下发生某种物理或 化学变化来实现，但这些功能必须有半导体激光器产生的激光参与才能实现。 半导体激光器是信息功能器件的核心器件和通用器件，半导体激光材料也是信息材料中重 要的部分。
• 信息收集材料是指用于信息传感和探测的一类对外界信息敏感的材料。 • 信息传感材料主要包括力敏材料、热敏材料、光敏材料、磁敏材料、气 敏材料、湿敏材料、压敏材料、生物传感材料等。
LED显示屏
PDP拼接墙
真空荧光显示屏
新型材料的分类
信息材料发展新趋势
• 信息技术的几个主要环节（获取、传输、存储、显示、处理）在20世纪后 叶获得了巨大的发展，成为现代社会中的关键技术
世界上第一台通用计算机——ENIAC
计算机之父——图灵
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信息材料发展新趋势
• 信息技术的几个主要环节（获取、传输、存储、显示、处理）在20世纪后 叶获得了巨大的发展，成为现代社会中的关键技术。 • 本世纪以来，信息技术依靠电子学和微电子学技术，从技术发展的阶段而 言，我们正处于电子信息时代。
储氢质量分数都低于2.2％。
大力发展新型高容量储氢材，研究热点主要集中在 高容量金属氢化物储氢材料、配位氢化物储氢材料、氨 基化合物储氢材料和MOFs等方面的研究。高性能低钒固
溶体合金和以钒铁为原料的钛钒铁系固溶体储氢合金的
研究日益受到重视。
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5 太阳能电池材料
新能源材料
基于太阳能在新能源领域的龙头地位，美国、
为什么要发展新型材料?
2：减轻环境压力：
虽然我国国土面积广大，国家资源总量也很大，但我们有世界上最多 的人口，因此平均算来我们的人均资源占有量极少，还不及世界人均 资源占有量的平均水平。 早先的工业发展类型是资源型的，因此人们对资源的依赖特别强，因 而导致资源过度的开发，从而造成极大的环境压力。
· 深化改革
· 科技创新 · 国际合作
展中大国，中国必须立足国内增加能
源供给，稳步提高供给能力，满足经 济平稳较快发展和人民生活改善对能
· 改善民生
源的需求。
新型材料的分类
新能源和可再生能源
太阳能：人类最主要的可再生能源
生物质能 核能：原子核结构发生变化放出的能量
新型材料的分类
新能源和可再生能源
2018.12.20
新型
材料？
目录
CONTENTS
新型材料的概念 I.
II.
为什么要发展新型材料?
III.
新型材料的分类
IV.
展望及存在的问题
新型材料的概念
新型材料的概念
新型材料
指新近发展或正在发展的具有优异性能的结构材料 和有特殊性质的功能材料。
结构材料主要是利用它们的强度、韧性、硬度、弹性等机 械性能。如新型陶瓷材料，非晶态合金 (金属玻璃) 等。
力敏传感材料——单晶硅片
力敏传感材料——康铜合金
光敏二极管
CO2传感器
磁敏元器件
湿敏电阻
新型材料的分类
信息材料的分类
• 信息存储材料是指用来制作各种信息存储器的一些能够记录和存储信息 的材料。 • 如磁记录材料和光存储材料。
磁带
磁条卡上的磁条
存储光盘
• 信息处理材料是指用于对电信号或光信号进行检波、倍频、混频、限幅、开关、 放大等信号处理的一类信息材料。 • 主要有 Si 、 Ge 等半导体材料， GaAs 系类、 InP 系列、 GaN 系列等半导体材料， SiO2等氧化物材料，微波铁氧体材料等。