是指那些易于磁化并可反复磁化的材料,但当磁场去除后,磁性即随之消失。这类材料的特性标志是:
磁导率
(μ=B/H)高,即在磁场中很容易被磁化,并很快达到高的
磁化强度
;但当磁场消失时,其
剩磁
很小。这种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。常用的
软磁体
有
铁硅合金
、
铁镍合金
、
非晶金属
。
Fe-(3%~4%)Si的铁
硅
合金是最常用的软磁材料,常用作
低频变压器
、电动机及发电机的
铁芯
;铁镍合金的性能比铁硅合金好,典型代表材料为
坡莫合金
(Permalloy),其成分为79%Ni-21%Fe,坡莫合金具有高的磁导率(磁导率μ为铁硅合金的10~20倍)、低的损耗;并且在弱磁场中具有高的磁导率和低的
矫顽力
,广泛用于电讯工业、电子
计算机
和控制系统方面,是重要的
电子材料
;非晶金属(
金属玻璃
)与一般金属的不同点是其结构为非晶体。它们是由Fe、Co、Ni及
半金属元素
B、Si 所组成,其
生产工艺
要点是采用极快的速度使金属液冷却,使固态金属获得原子无规则排列的非晶体结构。非晶金属具有非常优良的磁性能,它们已用于
低能耗
的变压器、
磁性传感器
、
记录磁头
等。另外,有的非晶金属具有优良的
耐蚀性
,有的非晶金属具有强度高、韧性好的特点。
新材料
纳米材料
纳米本是一个尺度,
纳米科学技术
是一个融科学前沿的高技术于一体的完整体系,它的基本涵义是在纳米尺寸范围内认识和改造自然,通过
直接操作
和安排原子、分子创新物质。
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。
纳米材料是纳米科技领域中最富活力、研究内涵十分丰富的
科学分支
。用纳米来命名材料是20世纪80年代,纳米材料是指由
纳米颗粒
构成的固体材料,其中纳米颗粒的尺寸最多不超过100纳米。纳米材料的制备与合成技术是当前主要的研究方向,虽然在样品的合成上取得了一些进展,但至今仍不能制备出大量的块状样品,因此研究纳米材料的制备对其应用起着至关重要的作用。
1.纳米材料的性能
物化性能 纳米颗粒的熔点和晶化温度比常规粉末低得多,这是由于纳米颗粒的表面能高、活性大,熔化时消耗的能量少,如一般铅的熔点为600K,而20nm的铅微粒熔点低于288K;
纳米金属
微粒在低温下呈现
电绝缘性
;钠米微粒具有极强的吸
光性
,因此各种
纳米微粒
粉末几乎都呈黑色;纳米材料具有奇异的磁性,主要表现在不同粒径的纳米微粒具有不同的磁性能,当微粒的尺寸高于某一
临界尺寸
时,呈现出高的矫顽力,而低于某一尺寸时,矫顽力很小,例如,粒径为85nm的镍粒,矫顽力很高,而粒径小于15nm的镍微粒矫顽力接近于零;纳米颗粒具有大的
比表面积
,其表面
化学活性
远大于
正常粉末,因此原来化学惰性的金属铂制成纳米微粒(铂黑)后却变为活性极好的催化剂。
扩散及烧结性能 纳米结构材料的
扩散率
是普通状态下晶格扩散率的1014~1020倍,是
晶界
扩散率的102~104倍,因此纳米结构材料可以在较低的温度下进行有效的掺杂,可以在较低的温度下使不
混溶
金属形成新的
合金相
。
扩散能力
提高的另一个结果是可以使纳米结构材料的
烧结温度
大大降低,因此在较低温度下烧结就能达到致密化的目的。
力学性能
纳米材料与普通材料相比,力学性能有显著的变化,一些材料的强度和硬度成倍地提高;纳米材料还表现出
超塑性
状态,即断裂前产生很大的伸长量。
2.纳米材料的应用
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。对于高熔点难成形的金属,只要将其加工成
纳米粉末
,即可在较低的温度下将其熔化,制成耐高温的元件,用于研制新一代
高速发动机
中承受超高温的材料。
“
纳米球
”润滑剂:全称 “原子自组装纳米球
固体润滑剂
”,是具有
二十面体
原子团簇
结构的铝基合金 成分并采用独特的纳米制备工艺加工而成的纳米级润滑剂。采用高速
气流粉碎
技术,精确控制添加剂的颗粒粒度,可在
摩擦表面
形成新表面,对机车发动机产生修复作用。其成分设计及制备工艺具有创新性,填补了润滑油合金基添加剂的空白技术。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。
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。
纳米碳管
纳米碳管的直径只有1.4nm,仅为计算机
微处理器
芯片上最细电路
线宽
的1%,其质量是同体积钢的1/6,强度却是钢的100倍,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。
量子元件 制造量子元件,首先要开发量子箱。量子箱是直径约10纳米的微小构造,当把电子关在这样的箱子里,就会因
量子效应
使电子有异乎寻常的表现,利用这一现象便可制成量子元件,量子元件主要是通过控制电子波动的相位来进行工作的,从而它能够实现更高的
响应速度
和更低的
电力消耗
。另外,量子元件还可以使元件的体积大大缩小,使电路大为简化,因此,量子元件的兴起将导致一场电子
技术革命
。人们期待着利用量子元件在21世纪制造出16GB(
吉字节
)的
DRAM
,这样的存储器芯片足以存放10亿个汉字的信息。
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,可使像
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。
新材料
复合材料创新
复合材料创新包括复合材料的
技术发展
、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用,具体要抓住树脂基体发展创新、
增强材料
发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。到2007年,
亚洲
占世界复合材料总销售量的比例将从18%增加到25%,亚洲人均
消费量
仅为0.29kg,而美国为6.8kg,亚洲地区具有极大的增长潜力。
中国碳纤维工业发展缓慢,从CF发展回顾、特点、国内碳纤维发展过程、中国PAN基CF市场概况、特点、“
十五
”科技攻关情况看,发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。
中国玻璃纤维70%以上用于增强基材,在
国际市场
上具有
成本优势
,但在品种规格和质量上与先进国家尚有差距,必须改进和发展纱类、
机织物
、无纺毡、
编织物
、
缝编织物
、复合毡,推进玻纤与玻钢两行业密切合作,促进玻璃
纤维增强材料
的新发展。
一是清洁、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
;二是汽车、
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;三是
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;四是
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。
新材料
总论
新材料作为高新技术的基础和先导,
应用范围
极其广泛,它同信息技术、生物技术一起成为二十一世纪最重要和最具
发展潜力
的领域。同传统材料一样,新材料可以从结构组成、功能和
应用领域
等多种不同角度对其进行分类,不同的分类之间
相互交叉
和嵌套,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:
新材料
阻燃
建筑与纺织的联姻是最近几年才有的。将纤维放入混凝土中,起到增强建筑强力、抗老化的效果,已经取得了成效,在
奥运场馆
的建设中,这样的实例不少。但是,作为建筑行业使用的防火、
阻燃材料
纺织品,还没有引起足够的重视。2009年2月9日
央视
配楼
的火灾人们仍然记忆犹新。这场大火,给国家和
人民群众
的生命
财产安全
带来了严重危害。媒体披露了失火原因系大楼外墙
易燃材料
——
挤塑板
遇燃放的烟花引燃起火。挤塑板虽然环保,但是具有
易燃性
,过火极快。使用这种易燃材料,一旦遇到火星,造成的损失就不可避免。在建筑工程领域,为了减少由此造成的损失,世界各国对阻燃材料的研究格外重视。一些高性能及高
阻燃性
的聚合物,包括
聚醚醚酮
(PEEK)、
聚醚酰亚胺
(PEI)、
聚苯硫醚
(PPS)、聚苯砜(
PPSU
)、
聚醚砜
(PES)、
聚偏氟乙烯
(
PVDF
)和改性
聚苯醚
(PPO)等浮出水面。
全世界芳纶产量在3.1万吨,其中美国
杜邦
公司产量最大,为2.5万吨,其次是日本帝人公司,年产2500吨左右。中国生产芳纶1313的企业主要有
烟台氨纶
、圣欧集团和广东彩艳股份公司等,年产总量在5000吨~6000吨之间,远不能满足市场的需要。
中国产业用纺织品行业协会
高级工程师张艳博士介绍说,国家出台的
建材下乡
政策,产业用纺织品可以助一臂之力。一些高性能纤维用于建筑材料,可以起到增强、防火、阻燃的功效。如果可以把这些高性能纤维纳入建材下乡的范围,就可以扩大产业用纺织品用途,扩大产业用纺织品市场。