关键技术中的新材料(上)

新材料是发展高新技术的物质基础,也是改造传统产业的必备条件,因此,世界各工业发达国家都给予高度重视,把新材料的研究与开发列为关键技术的重要组成部分。 从目前到下世纪初,新材料的发展主要有以下几个方面: 信息功能材料 信息功能材料是新材料中最活跃的领域。信息行业,主要包括通讯、计算机及控制等三个方面,指信息的获取、传输、存储、显示、处理等,这些都以材料为基础。     

蓬勃发展的微纳米加工前沿技术——激光微纳制备

正微纳结构化材料是指在功能材料中引入微纳米尺度结构,以提升功能材料性能和拓展其新功能.功能结构的微纳米化不仅意味着能源与原材料的节省,而且带来多功能的高度集成和生产成本的大大降低.实现材料微纳结构化的基础是先进的微纳米加工技术,从晶体管到集成电路,从微电子到微机械与微流体,从微米技术到纳米技术,微纳米加工技术获得     

高迁移率聚合物半导体材料

作为有机场效应晶体管的重要组成部分,有机半导体材料对器件性能有着重要的影响.相对于小分子半导体材料而言,聚合物半导体材料因其具有更容易溶液加工、适用于室温制备等优势,得到了研究者的广泛关注和研究.从20世纪70年代至今,聚合物半导体材料及其光电器件均得到了突飞猛进的发展.经过研究者们的不断探索创新,各种结构新颖的聚合物半导体材料层出不穷,器件制备工艺也不断优化改进,使得聚合物场效应晶体管的载流子迁移率从早期的10–5 cm2 V–1 s–1提升到了如今的36.3 cm2 V–1 s–1,在聚合物场效应材料分子结构的设计合成方面积累了丰富的经验,同时其内在电荷传输机理也随着材料和器件性能的提高不断明朗.本文以分子结构作为切入点,分别从p型、n型及双极性3种载流子传输类型方面对近5年报道的高迁移率聚合物半导体材料进行了系统的总结与归纳,同时还简要分析了聚合物半导体材料中的电荷传输机制及优化方法,希望对研究者进一步设计和合成更高性能的聚合物半导体材料及器件构筑起到一定的指导作用.     

聚合物太阳能电池中富勒烯受体材料研究进展

聚合物太阳能电池具有成本低、质量轻以及柔性可弯曲等优点,近年来受到了国内外的广泛关注.太阳能电池光电转换效率也得到了飞速的提高,从原来不到1%提高到了目前的8%以上.富勒烯是公认的聚合物太阳能电池最佳受体材料,其化学修饰和物理化学性质表征是过去十几年聚合物太阳能电池研究领域的热点.本文就近年来富勒烯衍生物受体材料的开发和改进研究进行归纳,阐述聚合物太阳能电池性能与富勒烯衍生物受体材料结构之间的密切关系,为今后开发高效的聚合物太阳能电池受体材料提供参考.     

浅谈汽车同步带材料的发展

正时机构是发动机正常顺利地运转的动力传输保障,而汽车用同步带在正时机构中的应用发展得很快.尤其是材料的不断更新换代,使得汽车用同步带的寿命和效率得到不断的提高,同时,也不断满足了发动机日趋提高的要求.文章从材料的发展及应用对比分析了国外的技术要点和国内汽车同步带技术的缺点与不足.     

编者按

<正>21世纪的材料科学家和工程师通过开发新一代的先进材料,试图解决人类面临的诸多挑战.缩短材料从研发到应用的时间,是推动一个具有强大竞争力的制造业和经济增长的原动力.从材料研发到应用需要漫长的周期,其主因是材料在研究与开发过程中主要依赖于经验直觉和反复实验的试错法;旷日持久的实验周期;理论研究、     

α-Fe(Si)纳米相的晶格畸变

纳米晶合金通常是指晶粒尺寸为1—100nm的单相或多相多晶合金.该材料可视为纳米晶体和晶界两部分.Gleiter等称纳米晶材料的晶界是一种既无长程序又无短程序的类气态结构.到目前为止,纳米晶材料的界面结构得到了广泛的研究,而且该材料的许多性能亦多从界面结构及界面体积百分数来寻找答案,然而,Thomas等利用高分辨电镜并未观察到Gleiter等称的类气态的界面结构;同时,文献[7]表明纳米晶Pd的热膨胀和热振动行为与普通晶体材料并无明显的区别,而通常认为纳米晶材料的热膨胀系数远大于普通晶体的值,原     

低维量子材料的研究进展

许多新奇的量子效应可以在一些特殊的材料中被观察或者观测到，这一类材料是量子效应的载体，被称为量子材料。对量子材料的研究正在引领新的技术革命，是多个研究领域的前沿热点方向。由于低维材料中电子与电子之间的关联性和电子明显的限域效应，其中存在着丰富且奇妙的量子效应或者行为。文章主要从材料中的量子效应出发介绍了影响量子材料基本特性的几种机理，并着重介绍了几种低维量子材料(拓扑绝缘体、石墨烯、硅烯、锗烯)的发展历程、发展现状和目前所面临的挑战。     

高技术新材料与计算机模拟技术

1．高技术新材料的产生途径在当代高技术迅速发展过程中，新材料的基础和先导作用正日趋明显，新材料本身已成为高技术的重要组成部分。加速发展新材料是国际高技术激烈竞争夺取“制高点”的重要目标，纵观世界各国的高技术计划，几乎都涉及到新材料，如新型光电材料、新型金属材料、精细陶瓷、先进复合材料、生物技术材料等。高技术新材料的产生大致有以下三个途径：1）由于理论突破或偶然发现而出现的材料，如超导材料、半导体材料、激光晶体、光导纤维与金属玻璃等。其中半导体超晶格材料是一个典型的例子，该材料体系首先从理论上提出，…     

回旋动力论进展

在实验室和自然界等离子体中有限Larmor半径效应(FLR)影响诸多不稳定性,发展保留有限Larmor半径效应的约化动力学方程显得相对重要.将动力学方程从粒子坐标表象变换到引导中心坐标表象有效地保留了有限Larmor半径效应,由此而得到的约化动力学方程称之为回旋动力方程.自Rutherford和Frieman及Taylor和Hastie等人开创性的工作后,经Chen,Tsai,Dubin,Brizard 等人的发展,回旋动力论经历了从低频模到任意频率模、从恒定磁场位形到任意磁场位形、从静电模到电磁模、从非相对论到相对论、从线性理论到非线性理论的发展过程,自身理论框架不断得到完善,形成了等离子体动力学理论的一个重要分支,成为国际上的研究热点之一,并在高能粒子分量对等离子体的稳定与激发、静电低频涨落的数值模拟、保留有限Larmor半径效应的MHD方程等方面得到应用.     

钢结构住宅的设计与发展优势

钢结构住宅建筑是住宅建筑的一个分支,与砌体结构、钢筋混凝土结构、木结构一样是住宅建筑的重要组成部分,钢结构具备其他结构无法比拟的优点,从设计、施工、到一系列新材料的使用都出现了革命性的变化,因此在国际范围内代表了未来住宅发展的新模式.     

在通讯,能源和交通运输方面需要革新的高技术材料

引言高技术材料已经对人类生活的质量产生了巨大的影响.—个国家的兴衰程度几乎与利用这些材料的数量直接相关。事实上,我们可以把利用高技术材料的量作为一个指数,据此把发达国家与发展中国家明显地区别开来。过去几年中,发达国家在这些高技术工业方面的投资是巨大的,某些材料的投资得到了天文数字大小。当今发展最快的、或许也是社会最需要的就是与材料有关的工业。不幸的是,这些高级材料并未进入     

新材料的现状与展望

新材料是发展高新技术的物质基础,也是改造传统产业的重要条件,因此,世界各工业发达国家都给予高度重视,把新材料的研究与开发列为关键技术的组成部分,最近德国Fraunhofer Institute for Systems and Innovation Research分析了世界各国发展计划,总结出在21世纪初的九大重点领域,它们是:先进材料,纳米技术,微电子学,光子学,微系统工程,软件与计算机模拟,分子电子学,细胞生物技术,信息、生产与管理工程.在这九个领域中又列出了80个课题,其中属于先进材料的24项,在其他领域中也包含着不少与材料直接相关的课题,如纳米技术中的纳米材料,微电子学中的信息存储、微电子材料、超导及高温电子学等,共有27项,因此,在未来技术80个课题中,有关材料方面的课题占60%以上,这足以说明新材料在未来技术中的地位,从目前到下世纪初,材料的发展主要有六个方面。     

聚烯烃:创新一直在路上

<正>聚烯烃由宇宙中蕴藏量最丰富的元素氢和地球上含量最多的元素之一碳组成,是高分子材料的最大品种.自20世纪50年代诞生以来,其制备技术持续创新,从催化剂设计、聚合方法探索、聚合装置和工艺开发、材料加工改性,到制品成型与服役行为等诸方面,引领了高分子材料研究开发的新范式,推动了“高分子化学与物理”的蓬勃发展,成为石油化工、煤化工和天然气化工等领域下游的支柱产品,为人类经济社会发展作出了重要贡献.     

次序模板法合成中空多壳层结构材料的发展与挑战

中空多壳层结构材料因具有由外至内次序排列的多个壳层,赋予了材料独特的时空有序性,在电化学储能、太阳能转换、电磁波吸收、催化、气敏、药物释放等领域有着巨大的应用潜力.然而由于结构的复杂性,缺乏普适可控的合成方法成为制约该新型功能材料发展与应用的关键.次序模板法的发展,实现了中空多壳层结构材料的普适可控合成,促进了该领域的迅速发展.本文简单回顾了中空多壳层结构材料合成方法的发展历程,主要总结了次序模板法从提出到日益成熟的发展过程,深入分析了次序模板法的特点与适用范围,剖析了次序模板法促进中空多壳层结构材料迅速发展的原因,最后探讨了中空多壳层结构材料在可控合成上面临的挑战和未来的发展方向.     

封面说明

正生物医用材料是用来对生命体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的材料.随着对生命体认识的不断深入,生物医用材料的研究也在进一步向更广阔、更深入的方向进军.从基础原材料的合成、纳米组装体的制备、宏观尺寸材料的构建,到药物传输新技术、材料与细胞或机体的相互作用研究等,材料化学与生物医学的交叉不断深入,并催生了很多新兴学科的出现.中国学者在生物医用材料的各领域都开展了积极的研究,成为生物医用材料国际舞台上的一支重要力量.本期"生物医用材料专题"集中展现了中国学者在生物医用材料领域的最新研究进展,期望助力这一领域的产、学、研、用的融合,推动生物医用材料基础研究和应用产业的发展.     

导电性聚合物的合成、结构与电导

人类文明的发展,技术的进步一直是与新材料的出现紧密相关的。近30年来高分子材料的出现和应用对现代文明的发展起了极为重要的作用。但至今不论天然或合成高分子材料都是作为绝缘体而应用的。虽然在上世纪末人们就已知道将金属粉末或碳黑混入天然高分子材料中可赋与其一定的电导性,近年来这种复合型导电材料又得到了很大的发展并在很多方面得到了应用。但这并不是高分子本身的特性。六十年代初期由于发现TCNQ(四氰基对苯醌二甲烷)的一系列电荷转移复合物具有较高     

CALYPSO结构预测方法

凝聚态物质内部的原子排列方式,即结构,是深入理解其宏观物理和化学性质的重要信息.只根据物质的化学组分从理论上开展物质的结构预测是物理、化学和材料科学长期的期盼,但一直是个巨大挑战.基于结构对称性的分类检索思想,结合粒子群多目标优化算法,引入成键特征矩阵的结构表征方法,提出并发展了卡里普索(CALYPSO)结构预测方法,并在此基础上开发了拥有自主知识产权的同名结构预测软件包.该方法和软件只需给定材料的化学组分和外界条件(如压力),就可以预测材料的基态及亚稳态结构,并可以进行功能材料逆向设计.CALYPSO方法的高效可靠性已经在科研实践中得到了证实.目前该方法已经被广泛应用到三维晶体、二维层状材料和表面、零维的团簇等体系的结构研究领域,成为理论确定材料结构的有效手段.     

新型墙体材料——粘土陶粒

近年来,随着世界建筑业的迅速发展,各国在墙体材料的研究、试验、应用方面都取得了很大突破,已发展到了很高的水平。我国的墙体材料是从秦砖汉瓦发展起来的。新中国成立后,特别是改革开放以来,由于建筑结构的变化,尤其是唐山大地震发生的情况,迫使我国建筑业必须从北方高寒、多震,南方潮湿、地耐力差的特点出发,来研制生产具有抗震、轻型、隔热,保温、防火、隔音性能好的新型墙体材料。当前,在我国建筑中推广使用的粘土陶粒制品,就是     

羰基化合物作为锂离子电池有机电极材料研究进展

随着锂离子电池从便携式电子设备到大规模储能系统的应用,开发具有高能量密度、功率密度和长循环寿命的锂离子电池成为研究的重点之一.而锂离子电池的性能很大程度上取决于电极材料.目前,广泛使用的无机电极材料普遍存在容量提升有限、能耗高和成本高等缺陷.因此,开发新型电极材料至关重要.与传统无机材料相比,有机电极材料具有结构可控、资源丰富、清洁环保和成本低廉等优势,近年来得到了广泛关注.其中共轭羰基化合物以羰基为活性基团,因其结构多样、理论容量高和反应动力学快而被广泛研究.本文从正极、负极、全电池三方面,综述了目前国内外已经开展的关于羰基化合物作为锂离子电池电极材料的研究工作,评述了这些化合物的电化学性能及其具备的优势和存在的不足,并指出了有机化合物作为锂离子电池电极材料需要解决的关键问题.