新材料與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)新型材料與新興技術(shù)新型材料與臨界技術(shù)新型材料與新能源新型材料與空間技術(shù)新型材料與現(xiàn)代電子技術(shù)新型材料與激光技術(shù)新型材料與紅外技術(shù)新型材料與海洋工程第1節(jié)新型材料與臨界技術(shù)臨界技術(shù)對(duì)于開(kāi)發(fā)其它新技術(shù)和提高現(xiàn)有技術(shù)水平有著極其重要的作用。如何利用新的原理來(lái)制造臨界技術(shù)發(fā)展所需要的新型材料和元件，將是支配今后產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵技術(shù)臨界技術(shù)包括：低溫技術(shù)，一般以液化天然氣溫度(-100℃)以下的溫度為對(duì)象，重點(diǎn)是材料呈超導(dǎo)狀態(tài)的溫度(一般都在-160℃以下)。普通材料隨著溫度的降低，韌性、塑性降低，因此需要研究適應(yīng)低溫下使用的材料，如低溫合金和低溫鋼超低溫技術(shù)，獲得接近于絕對(duì)零度低溫的技術(shù)，低于1K的溫度叫做超低溫，4He液浴減壓可達(dá)最低溫度約0.5K，用于順磁鹽絕熱去磁(磁冷卻)，稀釋致冷，核絕熱去磁，從而制備超低溫材料冷凍干燥真空冷凍干燥是將濕物料或溶液在較低的溫度(-10℃~-50℃)下凍結(jié)成固態(tài)，然后在真空(1.3～13帕)下使其中的水分不經(jīng)液態(tài)直接升華成氣態(tài)，最終使物料脫水的干燥技術(shù)材料的物理結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)變化極小，其組織結(jié)構(gòu)和外觀形態(tài)被較好地保存用于藥物、食品等工業(yè)領(lǐng)域

第1節(jié)新型材料與臨界技術(shù)超高壓技術(shù)，指幾十至幾百始帕壓力下合成氨、聚乙烯等物質(zhì)，在大于1000兆帕壓力下人工合成金剛石技術(shù)，以及據(jù)推測(cè)在1700、5600兆帕壓力下，氫可以變成金屬態(tài)。

人工合成金剛石第1節(jié)新型材料與臨界技術(shù)元件工作速度的高速化技術(shù)。利用具有超導(dǎo)現(xiàn)象約瑟夫森元件、砷化鎵元件、高電子遷移率半導(dǎo)體元件等，使開(kāi)關(guān)速度在10微微秒以下的高速半導(dǎo)體實(shí)用化。約瑟夫森邏輯元件也可以用于電子計(jì)算機(jī)。采用無(wú)晶體缺陷的完整硅單晶，可以制成能夠應(yīng)用的1000千兆赫超高頻或開(kāi)關(guān)速度小于50微微秒的超速半導(dǎo)體器件中國(guó)天河一號(hào)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)第1節(jié)新型材料與臨界技術(shù)超純、超凈、超精細(xì)加工技術(shù)。這是推動(dòng)半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，而且它已成為現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工業(yè)技術(shù)的手段。例如，光通訊關(guān)鍵材料要求一根直徑100微米左右的光導(dǎo)纖維，在長(zhǎng)達(dá)幾萬(wàn)米時(shí)仍保持質(zhì)地均勻、非常透明。這種新型材料的開(kāi)發(fā)，是一種要求很高、難度很大的技術(shù)，它要求材料中的雜質(zhì)含量在10-9以下

超臨界萃取技術(shù)超臨界流體（Supercriticalfluid）指處于臨界溫度和臨界壓力之上的高密度流體流體處于超臨界狀態(tài)時(shí)，其密度接近于液體密度，并且隨流體壓力和溫度的改變發(fā)生十分明顯的變化，而溶質(zhì)在超臨界流體中的溶解度隨超臨界流體密度的增大而增大超臨界流體萃取正是利用這種性質(zhì)，在較高壓力下，將溶質(zhì)溶解于流體中，然后降低流體溶液的壓力或升高流體溶液的溫度，使溶解于超臨界流體中的溶質(zhì)因其密度下降溶解度降低而析出，從而實(shí)現(xiàn)特定溶質(zhì)的萃取一般用CO2作萃取劑強(qiáng)磁場(chǎng)技術(shù)強(qiáng)磁場(chǎng)能有效誘導(dǎo)自旋、軌道有序，并改變電子結(jié)構(gòu)和原子、分子間的相互作用，能是原來(lái)復(fù)雜甚至混亂的過(guò)程變?yōu)楹?jiǎn)單催化出一系列新的重要應(yīng)用技術(shù)：電磁冶金技術(shù)、磁化學(xué)反應(yīng)合成、腦功能成像等美國(guó)佛羅里達(dá)州國(guó)家高磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室的45-T混合磁體是世界上最大最強(qiáng)的磁體，能產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的磁場(chǎng)，比地球磁場(chǎng)大約強(qiáng)100萬(wàn)倍,比核磁共振成像儀產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)20倍。第2節(jié)新型材料與新能源能源緊缺是當(dāng)前世界上重大問(wèn)題之一，已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展、影響人民生活提高的重要因素。如何提高現(xiàn)有能源的利用率、節(jié)約能源以及開(kāi)發(fā)新能源已成為當(dāng)務(wù)之急。要解決這一問(wèn)題，必須研究出新型材料與之配合所謂新能源，它是相對(duì)已經(jīng)比較廣泛應(yīng)用的“舊能源”而言的。主要是指太陽(yáng)能、海洋熱能、鈉235、鈾238、鈾232、氘、硼11等核燃料、風(fēng)力、潮汐和地?zé)岷托碌摹岸文茉础睔洹⒓状嫉忍?yáng)能：每秒鐘到達(dá)池面上的總能量高達(dá)80萬(wàn)億千瓦，相當(dāng)于60萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒產(chǎn)生的能量。第2節(jié)新型材料與新能源

太陽(yáng)能的直接應(yīng)用主要有3種方式，都需要特殊的新型材料:光-熱轉(zhuǎn)換：高效率的聚光集熱材料制造聚光集熱器；儲(chǔ)存熱能的材料，以克服夜間和陰天無(wú)太陽(yáng)輻射能的缺點(diǎn)。光-電轉(zhuǎn)換：太陽(yáng)能電池。其關(guān)鍵是光電轉(zhuǎn)換材料，硅、硫化鎘、砷化鎵等材料，都可用來(lái)制造這種電池。光—化轉(zhuǎn)換：綠色植物的光合作用，就是光-化轉(zhuǎn)換，但它不能完全受人控制。人們正努力尋找完全可控的光—化轉(zhuǎn)換方法，看來(lái)只有研制一種模擬綠色植物發(fā)生光合作用的材料，才能實(shí)現(xiàn)。如果這種光-化轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)了，人類生理活動(dòng)的能源——食物和生產(chǎn)過(guò)程的能源都可以通過(guò)這個(gè)轉(zhuǎn)換得到，它將會(huì)引起科學(xué)技術(shù)和社會(huì)生產(chǎn)的巨大變革。綜上所述，直接利用太陽(yáng)能的關(guān)鍵是提供各種新型的光-熱、光—電和光—化轉(zhuǎn)換材料

第2節(jié)新型材料與新能源地?zé)峋褪堑厍虻膬?nèi)熱，火山爆發(fā)、地震等都是地球內(nèi)部能量的釋放過(guò)程，也都是能源地?zé)崮苤饕糜诎l(fā)電、采暖、制冷、醫(yī)療洗浴和各種形式的工農(nóng)業(yè)用熱以及水產(chǎn)養(yǎng)殖開(kāi)發(fā)地?zé)岜仨氂心蜔?、耐蝕結(jié)構(gòu)材料(合金、結(jié)構(gòu)陶瓷、復(fù)合材料)，以保證鉆井和機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)第2節(jié)新型材料與新能源原子能是利用核反應(yīng)時(shí)原子核與原子核或原子核與基本粒子間在相互作用時(shí)，原子核發(fā)生變化而釋放的能量核反應(yīng)有“裂變反應(yīng)”和“聚變反應(yīng)”,其重要元素為鈾235、鈾238、釷232等和氚(氫3)、氦3、鋰6、鋰7等原子能所需要的材料超導(dǎo)材料反應(yīng)堆核燃料包殼材料減速材料反射材料控制材料耐高溫、耐腐蝕、抗中子吸收抗放射線損傷結(jié)構(gòu)材料秦山核電站三期第2節(jié)新型材料與新能源燃料電池是將物質(zhì)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方法主要由燃料、氧化劑、電極、電解液四個(gè)部分組成第2節(jié)新型材料與新能源燃料電池的優(yōu)點(diǎn)燃料-電能轉(zhuǎn)換效率在45%～60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30%～40%結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維護(hù)方便、燃料利用率高等優(yōu)點(diǎn)發(fā)展燃料電池需要解決固體電解質(zhì)的材料問(wèn)題電解液隔膜電極催化雙極板氫氣儲(chǔ)存材料

第2節(jié)新型材料與新能源氫能是燃燒氫所獲取的能量，是一種儲(chǔ)量大、無(wú)污染、新的二次能源燃燒熱值高，每千克氫燃燒后的熱量，約為汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。燃燒的產(chǎn)物是水，是世界上最干凈的能源第2節(jié)新型材料與新能源利用這種能源的關(guān)鍵是如何實(shí)現(xiàn)用太陽(yáng)能來(lái)分解水和制造一種能簡(jiǎn)易儲(chǔ)運(yùn)氫的裝置，這些都需要以下材料：高效光—化轉(zhuǎn)換材料：納米半導(dǎo)體催化劑高容量的儲(chǔ)氫材料金屬氫化物氨基、硼氫化物和MOFs儲(chǔ)氫材料氫致光變儲(chǔ)氫合金薄膜新型儲(chǔ)氫材料第3節(jié)新型材料與空間技術(shù)空間新技術(shù)包括遙感技術(shù)、衛(wèi)星通訊技術(shù)、遙控操作技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、極端條件技術(shù)等空間技術(shù)與運(yùn)載工具(火箭)、人造衛(wèi)星、飛機(jī)等航天器有著密切的關(guān)系太空環(huán)境：重力場(chǎng)、無(wú)重力或微重力場(chǎng)、空氣流摩擦、沖刷、振動(dòng)，高溫、低溫、高壓、真空，太陽(yáng)光照射、放射線輻照、

地磁場(chǎng)等極端環(huán)境第3節(jié)新型材料與空間技術(shù)空間技術(shù)與新型材料的關(guān)系是空間技術(shù)發(fā)展需要新型材料，同時(shí)空間技術(shù)又為研究新型樹(shù)料提供了特殊條件：制造宇航運(yùn)載工具用的材料，既要能承受外部環(huán)境的作用，又要能夠使內(nèi)部處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)在滿足太空環(huán)境的同時(shí)，還能以最小的摧力使機(jī)體達(dá)到最大的速度或承載更多的物件，則要求材料的比強(qiáng)度(強(qiáng)度/比重)高?；鸺龂娮觳牧希竽蜔?燃燒氣體高于4000℃)、耐蝕、耐高壓，同時(shí)還要承受抗熱震等載荷利用空間實(shí)驗(yàn)室來(lái)研究和制備高質(zhì)量的新型材料，如超純半導(dǎo)體和藥劑等材料，顯示超導(dǎo)性的金-鍺混合物第4節(jié)

新型材料與現(xiàn)代電子技術(shù)隨著晶體管、集成電路的大量應(yīng)用，現(xiàn)代電子技術(shù)由模擬電子技術(shù)向數(shù)據(jù)電子技術(shù)發(fā)展

現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展直接體現(xiàn)在半導(dǎo)體材料的發(fā)展中，每種新型半導(dǎo)體材料的出現(xiàn)，都會(huì)促進(jìn)許多獨(dú)特新器件發(fā)明與各種半導(dǎo)體材料發(fā)展的同時(shí)，材料和器件的制備工藝也有了很大的發(fā)展第4節(jié)新型材料與現(xiàn)代電子技術(shù)在探索新型材料時(shí)，結(jié)合各種器件應(yīng)用的需要，發(fā)展了新的生長(zhǎng)技術(shù)，如分子束外延技術(shù)深入觀察分析半導(dǎo)體材料微區(qū)中的缺陷和雜質(zhì)情況，進(jìn)而采取措施實(shí)現(xiàn)有效控制除了半導(dǎo)體材料之外，各種磁性材料、壓電材料、鐵電材料和非線性介質(zhì)材料的研制成功，都對(duì)電子技術(shù)的發(fā)展起了重要的作用第4節(jié)新型材料與現(xiàn)代電子技術(shù)現(xiàn)代電子技術(shù)對(duì)新型材料的要求：隨著固體器件向小型化、高可靠性、高速化發(fā)展，對(duì)封裝材料、襯底材料、焊接材料也提出了新的要求，這些材料的研制對(duì)電子技術(shù)的發(fā)展也將會(huì)作出重要的貢獻(xiàn)集成電路的迅速發(fā)展對(duì)材料提出了更高的要求。如大尺寸、高完整性的硅單晶和薄膜單晶的生長(zhǎng)技術(shù)光信息處理技術(shù)，需要激光材料，如注入型發(fā)光二極管；儲(chǔ)存材料，如晶體、非晶體和有機(jī)材料；傳輸材料，如光導(dǎo)纖維；顯示材料，如液晶電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，需要研制相應(yīng)的新型材料與之配合。如MOS金屬氧化物半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路作主儲(chǔ)存器，用雙極半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路作高速緩沖儲(chǔ)存器第5節(jié)新型材料與激光技術(shù)激光是一種新穎的光源，是利用輻射的受激發(fā)射來(lái)放大光波普通光是自發(fā)輻射，光源雜亂地射向各方，顏色復(fù)雜；激光是受激輻射，方向性強(qiáng)，亮度高，單色性好，相干性好，頻率高而穩(wěn)定廣泛應(yīng)用于測(cè)距、雷達(dá)、制導(dǎo)、監(jiān)視、通訊、偵察、武器以及工、農(nóng)、醫(yī)、氣象、地質(zhì)、建筑、機(jī)械、物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)等各個(gè)方面第5節(jié)新型材料與激光技術(shù)激光材料有固體激光物質(zhì)，繼紅寶石之后，又有加入稀土元素的蝕玻璃、鎢酸鈣、石榴石及各種氟化物的晶體物質(zhì)激光技術(shù)用的材料還有電光晶體、非線性光學(xué)晶體、聲光晶體等調(diào)制、變頻、偏轉(zhuǎn)等用的各種材料激光技術(shù)今后的發(fā)展，應(yīng)取決于尋求原子或分子不同能級(jí)的恰當(dāng)組合和其最佳的材料。在這方面的進(jìn)步，將會(huì)導(dǎo)致開(kāi)發(fā)更有用途的激光器第6節(jié)新型材料與紅外技術(shù)紅外技術(shù)：近紅外(波長(zhǎng)為0.75～3.0微米)、中紅外指(3.0～20微米)、遠(yuǎn)紅外(20～1000微米)

受熱物體所發(fā)射的輻射在光譜、強(qiáng)度和方向的分布；輻射在媒質(zhì)中的傳播特性--反射、折射、衍射和散射；熱電效應(yīng)和光電效應(yīng)應(yīng)用：紅外熱像、紅外攝像、紅外通訊、紅外光譜儀、紅外傳感器

第6節(jié)新型材料與紅外技術(shù)在發(fā)展紅外技術(shù)中需要多種材料，重要的有窗口材料、透紅外材料、反紅外材料、分光材料等一系列光學(xué)材料，還要有制造紅外探測(cè)器的功能材料為提高光譜選擇和探測(cè)率的靈敏性，要求出現(xiàn)新的材料。在光學(xué)材料中，有單晶體、多晶體、非晶體和塑料等；探測(cè)用材料，有光—電效應(yīng)、熱—電效應(yīng)、光—磁—電效應(yīng)等。這些材料的研制成功和進(jìn)步，將有力地推動(dòng)紅外技術(shù)的發(fā)展紅外涂層材料研制成功，為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需用的加熱烘烤，提供了有效的熱源，同時(shí)對(duì)降低電耗、提高生產(chǎn)效率起了促進(jìn)作用第7節(jié)新型材料與海洋工程海洋工程，除了傳統(tǒng)的水產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)、海運(yùn)開(kāi)發(fā)和軍事利用之外，還有現(xiàn)代礦產(chǎn)資源(如深海礦物、大陸架石油等)開(kāi)發(fā)、海洋能源(如潮汐發(fā)電、波能發(fā)電、溫差發(fā)電、海水提取核燃料氘、氖等)開(kāi)發(fā)、海洋空間(如海底核電站、海底貯油庫(kù)、海上機(jī)場(chǎng)、海上或海底加工廠、海上都市、海底公園等)開(kāi)發(fā)

第7節(jié)新型材料與海洋工程海洋工程結(jié)構(gòu)和發(fā)展用的設(shè)備是處于惡劣的環(huán)境下工作的，如需經(jīng)受風(fēng)浪潮流、冰、地震的沖擊，同時(shí)還要長(zhǎng)時(shí)間的在海水腐蝕下工作，以海洋工程結(jié)構(gòu)使用的鋼材為例，要求它們具有高的抗海水腐蝕能力和在海水腐蝕條件下抗疲勞和抗斷裂能力海洋工程材料還要求具有良好的加工成形性能，尤其焊接性能。海洋工程結(jié)構(gòu)對(duì)使用的焊接材料也有嚴(yán)格的要求，如耐吸濕、高抗裂、高韌性等現(xiàn)在已有的材料較難滿足這些要求，因此必須開(kāi)發(fā)新型的海洋結(jié)構(gòu)材料第7節(jié)新型材料與海洋工程海洋開(kāi)發(fā)還需要有能夠適應(yīng)各種要求的功能材料，如海洋溫差發(fā)電，為了使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸較小和適應(yīng)海洋環(huán)境，需要用能夠耐海水腐蝕的形狀記憶合金來(lái)制造