21世紀新材料界定與分類

知識 07-25

新材料的界定與分類是如何界定和分類的呢，先看新材料的界定：

新材料是指那些新出現或已在發展中的、具有傳統材料所不具備的優異性能和特殊功能的材料。新材料與傳統材料之間並沒有截然的分界，新材料在傳統材料基礎上發展而成，傳統材料經過組成、結構、設計和工藝上的改進從而提高材料性能或出現新的性能都可發展成為新材料。

新材料的主要領域：

新材料作為高新技術的基礎和先導，應用範圍極其廣泛，它同信息技術、生物技術一起成為二十一世紀最重要和最具發展潛力的領域。同傳統材料一樣，新材料可以從結構組成、功能和應用領域等多種不同角度對其進行分類，不同的分類之間相互交叉和嵌套，目前，一般按應用領域和當今的研究熱點把新材料分為以下的主要領域：

電子信息材料、新能源材料、納米材料、先進複合材料、先進陶瓷材料、生態環境材料、新型功能材料（含高溫超導材料、磁性材料、金剛石薄膜、功能高分子材料等）、生物醫用材料、高性能結構材料、智能材料、新型建築及化工新材料等。電子信息材料電子信息材料是指在微電子、光電子技術和新型元器件基礎產品領域中所用的材料，主要包括單晶硅為代表的半導體微電子材料；激光晶體為代表的光電子材料；介質陶瓷和熱敏陶瓷為代表的電子陶瓷材料；釹鐵硼（NdFeB）永磁材料為代表的磁性材料；光纖通信材料；磁存儲和光碟存儲為主的數據存儲材料；壓電晶體與薄膜材料；貯氫材料和鋰離子嵌入材料為代表的綠色電池材料等。這些基礎材料及其產品支撐著通信、計算機、信息家電與網路技術等現代信息產業的發展。電子信息材料的總體發展趨勢是向著大尺寸、高均勻性、高完整性、以及薄膜化、多功能化和集成化方向發展。當前的研究熱點和技術前沿包括柔性晶體管、光子晶體、SiC、GaN、ZnSe等寬禁帶半導體材料為代表的第三代半導體材料、有機顯示材料以及各種納米電子材料等。

新能源材料

新能源和再生清潔能源技術是21世紀世界經濟發展中最具有決定性影響的五個技術領域之一，新能源包括太陽能、生物質能、核能、風能、地熱、海洋能等一次能源以及二次電源中的氫能等。新能源材料則是指實現新能源的轉化和利用以及發展新能源技術中所要用到的關鍵材料。主要包括儲氫電極合金材料為代表的鎳氫電池材料、嵌鋰碳負極和LiCoO2正極為代表的鋰離子電池材料、燃料電池材料、Si半導體材料為代表的太陽能電池材料以及鈾、氘、氚為代表的反應堆核能材料等。當前的研究熱點和技術前沿包括高能儲氫材料、聚合物電池材料、中溫固體氧化物燃料電池電解質材料、多晶薄膜太陽能電池材料等。

納米材料

納米材料是指由尺寸小於100nm（0.1-100nm）的超細顆粒構成的具有小尺寸效應的零維、一維、二維、三維材料的總稱。納米材料的概念形成於80年代中期，由於納米材料會表現出特異的光、電、磁、熱、力學、機械等性能，納米技術迅速滲透到材料的各個領域，成為當前世界科學研究的熱點。按物理形態分，納米材料大致可分為納米粉末、納米纖維、納米膜、納米塊體和納米相分離液體等五類。儘管目前實現工業化生產的納米料主要是碳酸鈣、白炭黑、氧化鋅等納米粉體材料，其它基本上還處於實驗室的初級研究階段，大規模應用預計要到5-10年以後，但毫無疑問，以納米材料為代表的納米科技必將對二十一世紀的經濟和社會發展產生深刻的影響。當前的研究熱點和技術前沿包括：以碳納米管為代表的納米組裝材料；納米陶瓷和納米複合材料等高性能納米結構材料；納米塗層材料的設計與合成；單電子晶體管、納米激光器和納米開關等納米電子器件的研製、C60超高密度信息存貯材料等。

先進複合材料

複合材料是由兩種或多種性質不同的材料通過物理和化學複合，組成具有兩個或兩個以上相態結構的材料。該類材料不僅性能優於組成中的任意一個單獨的材料，而且還可具有組分單獨不具有的獨特性能。複合材料按用途主要可分為結構複合材料和功能複合材料兩大類。結構複合材料主要作為承力結構使用的材料，由能承受載荷的增強體組元（如玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金屬、天然纖維、織物、晶須、片材和顆粒等）與能聯結增強體成為整體材料同時又起傳力作用的基體組元（如樹脂、金屬、陶瓷、玻璃、碳和水泥等）構成。結構材料通常按基體的不同分為聚合物基複合材料、金屬基複合材料、陶瓷基複合材料、碳基複合材料和水泥基複合材料等。功能材料是指除力學性能以外還提供其它物理、化學、生物等性能的複合材料。包括壓電、導電、雷達隱身、永磁、光致變色、吸聲、阻燃、生物自吸收等種類繁多的複合材料，具有廣闊的發展前途。未來的功能複合材料比重將超過結構複合材料，成為複合材料發展的主流。未來複合材料的研究方向主要集中在納米複合材料、仿生複合材料、和發展多功能、機敏、智然複合材料等領域。生態環境材料生態環境材料是在人類認識到生態環境保護的重要戰略意義和世界各國紛紛走可持續發展道路的背景下提出來的，是國內外材料科學與工程研究發展的必然趨勢。一般認為生態環境材料是具有滿意的使用性能同時又被賦予優異的環境協調性的材料。這類材料的特點是消耗的資源和能源少，對生態和環境污染小，再生利用率高，而且從材料製造、使用、廢棄直到再生循環利用的整個壽命過程，都與生態環境相協調。主要包括：環境相容材料，如純天然材料（木材、石材等）、仿生物材料（人工骨、人工器臟等）、綠色包裝材料（綠色包裝袋、包裝容器）、生態建材（無毒裝飾材料等）；環境降解材料（生物降解塑料等）；環境工程材料，如環境修復材料、環境凈化材料（分子篩、離子篩材料）、環境替代材料（無磷洗衣粉助劑）等。生態環境材料研究熱點和發展方向包括再生聚合物（塑料）的設計、材料環境協調性評價的理論體系、降低材料環境負荷的新工藝、新技術和新方法等。

生物醫用材料

生物醫用材料是一類用於診斷、治療或替換人體組織、器官或增進其功能的新型高技術材料，是材料科學技術中的一個正在發展的新領域，不僅技術含量和經濟價值高，而且與患者生命和健康密切相關。近10多年以來，生物醫用材料及製品的市場一直保持20％左右的增長率。生物醫用材料按材料組成和性質分為醫用金屬材料、醫用高分子材料、生物陶瓷材料和生物醫學複合材料等。金屬、陶瓷、高分子及其複合材料是應用最廣的生物醫用材料。按應用生物醫用材料又可分為可降解與吸收材料、組織工程材料與人工器官、控制釋放材料、仿生智然材料等。生物醫用材料的研究和發展方向主要為：（1）改進和發展生物醫用材料的生物相容性評價（2）研究新的降解材料（3）研究具有全面生理功能的人工器官和組織材料（4）研究新的藥物載體材料（5）材料表面改性的研究

智能材料

20世紀80年代中期人們提出了智能材料（Smart Materials或者Intelligent Material System）的概念：智能材料是模仿生命系統，能感知環境變化並能實時地改變自身的一種或多種性能參數，作出所期望的、能與變化後的環境相適應的複合材料或材料的複合。智能材料是一種集材料與結構、智然處理、執行系統、控制系統和感測系統於一體的複雜的材料體系。它的設計與合成幾乎橫跨所有的高技術學科領域。構成智然材料的基本材料組元有壓電材料、形狀記憶材料、光導纖維、電（磁）流變液、磁致伸縮材料和智然高分子材料等。智然材料的出現將使人類文明進入一個新的高度，但目前距離實用階段還有一定的距離。今後的研究重點包括以下六個方面：（1）智能材料概念設計的仿生學理論研究（2）材料智然內稟特性及智商評價體系的研究（3）耗散結構理論應用於智能材料的研究（4）機敏材料的複合-集成原理及設計理論（5）智能結構集成的非線性理論（6）仿人智然控制理論

高性能結構材料

結構材料指以力學性能為主的工程材料，它是國民經濟中應用最為廣泛的材料，從日用品、建築到汽車、飛機、衛星和火箭等，均以某種形式的結構框架獲得其外形、大小和強度。鋼鐵、有色金屬等傳統材料都屬於此類。高性能結構材料一般指具有更高的強度、硬度、塑性、韌性等力學性能，並適應特殊環境要求的結構材料。包括新型金屬材料、高性能結構陶瓷材料和高分子材料等。當前的研究熱點包括：高溫合金、新型鋁合金和鎂合金、高溫結構陶瓷材料和高分子合金等。新型功能材料功能材料是指表現出力學性能以外的電、磁、光、生物、化學等特殊性質的材料。除前面介紹過的信息、能源、納米、生物醫用等材料外，新型功能材料主要還包括高溫超導材料、磁性材料、金剛石薄膜、功能高分子材料等。當前的研究熱點包括：納米功能材料、納米晶稀土永磁和稀土儲氫合金材料、大塊非晶材料、高溫超導材料、磁性形狀記憶合金材料、磁性高分子材料、金剛石薄膜的製備技術等。

化工新材料

化工新材料是應用在化工、石油等領域的基礎原材料，主要包括有機氟材料、有機硅材料、高性能纖維、納米化工材料、無機功能材料等。納米化工材料和特種化工塗料是近年來的研究熱點。

先進陶瓷材料

先進陶瓷材料是指採用精製的高純、超細的無機化合物為原料及先進的製備工藝技術製造出的性能優異的產品。根據工程技術對產品使用性能的要求，製造的產品可以分別具有壓電、鐵電、導電、半導體。磁性等或具有高強、高韌，高硬、耐磨。耐腐蝕、耐高溫、高熱導、絕熱或良好生物相容性等優異性能。先進陶瓷材料一般分為結構陶瓷、陶瓷基複合材料和功能陶瓷三類。大部分功能陶瓷在電子工業中應用十分廣泛，通常也稱為電子陶瓷材料。如用於製造晶元的陶瓷絕緣材料、陶瓷基板材料、陶瓷封裝材料以及用於製造電子器件的電容器陶瓷、壓電陶瓷、鐵氧體磁性材料等。當前的研究熱點包括陶瓷材料的強韌化技術、納米陶瓷材料的製備合成技術、先進結構陶瓷材料體系的設計以及電子陶瓷材料的高勻、超細技術。

新型建築材料

新型建築材料主要包括新型牆體材料、化學建材、新型保溫隔熱材料、建築裝飾裝修材料等。其中化學建材包括建築塑料、建築塗料、建築防水、密封材料、隔熱保溫材料、隔聲材料、特種陶瓷、建築膠粘劑等，是我國 "十五"期間要重點發展的新型建築材料。

新材料定義：新材料是指那些新出現或已在發展中的、具有傳統材料所不具備的優異性能和特殊功能的材料。新材料與傳統材料之間並沒有截然的分界，新材料在傳統材料基礎上發展而成，傳統材料經過組成、結構、設計和工藝上的改進從而提高材料性能或出現新的性能都可發展成為新材料。

新材料的分類：

新材料按結構組成分，有金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料、先進複合材料四大類。按材料性能分，有結構材料和功能材料。按照新材料的用途和性質，《中國新材料產品與技術指導目錄》將新材料產品分為新型金屬材料、新型建築材料、新型化工材料、電子信息材料、生物醫用材料、新型能源材料、納米及粉體材料、新型複合材料、新型稀土材料、高性能陶瓷材料、新型碳材料、新材料製備技術與設備等十多類具體技術領域。

1、電子信息材料（1）微電子材料：晶圓、封裝料、光刻膠、金絲、漿料、電子化學品、IGBT、功率MOS （2）光電子材料：光棒光纖、光器件、光碟、磁記錄材料（3）平板顯示材料：偏光片、濾光片、玻璃、液晶、PDP稀土熒光粉、OLED發光料（4）固態激光材料：人工晶體、非線性光學材料、特種玻璃、鍍膜材料

2、節能新材料（1）半導體照明材料：襯底、外延片、MO源、高純氣體、封裝料（2）光伏電池材料：多晶硅、單晶硅、薄膜、玻璃（3）新能源材料：燃料電池電極、固體氧化物、二次電池電極、膜、鋰離子聚合物、儲氫合金粉及其他儲氫材料

3、納米材料

4、先進複合材料玻璃纖維、芳綸、碳化硅、石墨、硼纖維、鋼纖維、晶須、人工合成耐磨材料、樹脂基、金屬基、陶瓷基複合材料、碳/碳複合材料、硬質合金刀片、摩擦材料、複合材質材料

5、先進金屬材料（1）超級鋼：新普碳、超合金、復相、專用鋼、耐高溫耐磨耐腐蝕材料、特種材、非晶合金（金屬玻璃）（2）貴金屬與有色：高純貴金屬、鋁鎂鈦輕合金及材、特種銅材

6、化工新材料有機硅、有機氟、工程塑料及塑料合金、特種橡膠、特種纖維、特種塗料、製冷劑、精細化工產品

7、先進陶瓷材料功能陶瓷（微波、瓷介電子元件、壓電、敏感、透明）結構陶瓷（蜂窩、耐磨、高溫、高韌、塗層、陶瓷基複合）

8、稀土材料高純稀土、助劑、催化劑、永磁、發光、儲氫

9、磁性材料軟磁、永磁、磁記錄材料、磁器件

10、碳材料活性炭、碳黑、金剛石、石墨、碳纖維

11、膜材料過濾膜（有機膜、無機膜）、功能薄膜（光學、絕緣）

12、超導材料實用化超導線材、塊材、薄膜的製備技術和應用技術。