纳米材料的发展与应用

纳米材料的发展与应用（精选9篇）

1.纳米材料的发展与应用 篇一

新型陶瓷材料的应用与发展

摘要：本文首先简单介绍了传统陶瓷材料向现代新型陶瓷材料转变的过程，新型陶瓷材料克服了传统陶瓷本身内部的缺陷，故使其性能大大提高，扩大了应用领域。然后论述了新型陶瓷材料分为结构陶瓷和功能陶瓷，以及它们耐高温、生物相容性能、电磁性、质量轻等特性及各自的应用领域，重点讨论了新型陶瓷材料在航空航天、军事、生物工程、电子工业等的应用，最后简单说明了新型陶瓷材料的近况和发展趋势。

关键字：新型陶瓷 材料 应用 发展

引言：在当今科技高度发展的工业社会,每一项工业化的成就都与材料科学、材料的制造及实际使用有着密不可分的关联,它使得某些新的科学设想、构思及生产过程得以实现。离开了材料科学与材料工业,世界上的许多科学创造和发明都是难以实现或达到的。陶瓷材料是继金属材料,非金属高分子材料之后人们所关注的无机非金属材料中最重要的一种，因为它同时兼有金属和高分子材料两者的共同优点,此外在不断的改性过程中,已使它的易碎裂的性能有了很大的改善。因此,它的应用领域和各类产品都有一个十分明显的提高。

1.传统陶瓷材料到新型陶瓷材料的演变

陶瓷一词(Ceramics)来源于古希腊Keramos 一词,意为地球之神。传统的陶瓷材料含意很广泛,它主要指铝、硅的氮化物,碳化物,玻璃及硅酸盐类。虽然传统陶瓷具有一定的耐化学腐蚀特性和较高的电阻率、熔点高,可耐高温,硬度高,耐磨损,化学稳定性高,不腐蚀等优点。但它也存在着塑料变形能力差,易发生脆性破坏和不易加工成型等缺点,这些原因大大地限制了在工业的应用范围，特别是在机械工业上的应用。而在电器上的应用也主要局限在高压电瓷瓶及其绝缘体部件等少数几个方面。

为此人们开展对传统的陶瓷材料进行改性研究和有关材料的人工合成开发,现代合成技术已经能够通过物理蒸发溅射(Vapor processing)溶液法(Aqueous precipitation)溶胶—凝胶技术(Solgel-technology)及其它先进技术改造传统陶瓷或人工合成极少缺陷的陶瓷材料,其中较为重要的有Si3N4 ,A12O3 等。合成的陶瓷材料与传统陶瓷材料相比，它的性能大大提高,与其它材料相比,在同样强度下这些材料具有良好的化学、热、机械及摩擦学(tribology)特性。它质轻,可以耐高温,硬度高,抗压强度有时超过金属及合金,具有较强的抗磨性和化学隋性、电及热的绝缘性都相当好,特别是由于采用纯净材料,消除了缺陷(eliminate-defects), 它的易脆性(brittleness)得到了极大的改善,因此其应用,特在现代机械业的应用日益广泛。目前巳有大量的新型陶瓷材料被用于工业高温抗磨器件、机械基础元器件,除此之外,电子及电信行业,生物医疗器件乃至于陶瓷记忆材料,超导陶瓷等应用都与新型陶瓷材料的研制与开发有关。

2.新型陶瓷材料特性与分类

新型陶瓷材料按照人们目前的习惯可分为两大类，即结构陶瓷（Structural ceramics）（或工程陶瓷）和功能陶瓷（Functional ceramics），将具有机械功能、热功能和部分化学功能的陶瓷列为结构陶瓷，而将具有电、光、磁、化学和生物体特性，且具有相互转换功能的陶瓷列为功能陶瓷。随着科学技术的发展，各种超为基数和符合技术的运用，材料性能和功能相互交叉渗透，确切分类已经逐渐模糊和淡化。根据现代科学技术发展的需要，通过对材料结构性能的设计，新型陶瓷材料的各种特性得到了充分的体现。

3.新型陶瓷的应用与发展

新型陶瓷是新型无机非金属材料, 也称先进陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷、精细陶瓷, 为什么能得到高速发展, 归纳起来有四方面原因：①具有优良的物理力学性能、高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗热震而且在热、光、声、电、磁、化学、生物等方面具有卓越的功能, 某些性能远远超过现代优质合金和高分子材料, 因而登上新材料革命的主角地位, 满足现代科学技术和经济建设的需要。② 其原料取于矿土或经合成而得, 蕴藏量十分丰富。③ 产品附加值相当高, 而且未来市场仍将持续扩展。④ 应用十分广泛, 几乎可以渗透到各行各业。3.1应用领域

功能陶瓷主要在绝缘、电磁、介电以经济光学等方面得到广泛应用；结构陶瓷除了耐低膨胀、耐磨、耐腐蚀外，还有重量轻、高弹性、低膨胀、电绝缘性等特性。因而在很多领域得到应用应该是以陶瓷燃气轮机为代表的耐高温陶瓷部件陶瓷广泛用于道具及模具等耐磨零件，这方面的应用主要是利用陶瓷的高硬度、低磨耗性、低摩擦系数等特性。另一方面，陶瓷材料具有其他材料所没有的高刚性、重量轻、耐蚀性等特性，从而被有效地应用在精密测量仪器和精密机床等上面。另外，因为陶瓷材料具有很好的化学稳定性和耐腐蚀性，在生物工程以及医疗等方面也得到广泛的应用。下面将分几方面来介绍新型陶瓷材料的应用领域。

1)航空航天材料:陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites）

当前耐高温材料已经成为航天先进材料中的由此岸优先发展方向，材料在高温下的应用对航天技术特别是固体火箭等领域具有极其重要的推动作用。随着航空技术的发展气体涡轮机燃烧室中燃气的温度要求越来越高，并更紧密地依赖于高温材料的研究开发，而先进陶瓷及其陶瓷基复合材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀质量轻等优异性能，是最具有希望代替金属材料用于热端部件的候选材料[4]

。为此世界各国开展对陶瓷发动机的研究工作。美、欧、日等越来越多的人体涡轮机设计者们开始用陶瓷基复合材料来制作旋转件和固定件。当前对高温结构陶瓷的研究主要集中于Sic、Si3N4、Al2O3和ZrO2等，尤其以Si3N4高温结构陶瓷最引人注目。这类陶瓷的综合性能较突出，它们有良好的高温强度，已经在航空涡轮发动机等方面得到了应用，非常适用于制作航天发动机涡轮转子叶片等高温受力部件。

2)陶瓷轴承（Ceramic Bearing）

陶瓷轴承作为一种重要的机械基础件，由于具有金属轴承所无法比拟的优异性能，近十多年来，在国计民生的各个领域得到日益广泛的应用。在航空航天、核工业、高速机床等高温、高速、耐腐蚀、真空、无磁、无摩擦的特殊环境下，陶瓷轴承的作用正在被人们逐渐地认识。陶瓷轴承突出的效果是大幅度地提高了轴承的使用寿命和极限速度，为发展高速和超高速、高精密机床提供了基础零部件[4]

。除此以外，在高温、腐蚀、绝缘、真空等行业的应用也已经取得了良好的效果，可在高温、强酸、强碱等一些高腐蚀性介质中长期稳定地工作。近来，与半导体制造装置和计算机的CD-ROM及其硬盘与信息工业相关的陶瓷轴承需求量不断增加。当今世界上著名的轴承企业无一不在开发、生产陶瓷轴承，而产品质量的高低，已成为衡量其企业实力的一个重要标志。

3)生物工程领域：生物陶瓷（Biological Ceramic Material）

由于生物陶瓷材料的无毒、无害，具有良好的生物活性和生物相溶性，且硬度高，杨氏模量与人体骨相近，故可作为骨骼、牙床、心脏瓣膜等的修补材料或替代材料使用。生物陶瓷材料又分生物性惰性陶瓷材料和生物性活性陶瓷材料。

生物性惰性陶瓷材料：如多晶氧化铝具有耐腐蚀、耐磨、热膨胀系数小等特点，且可通过高温消毒，常用于大块或小块骨的修补或承重骨的缺损修复。单晶氧化铝，除具有多晶氧化铝特性外，还具有生物相溶性好的特点，常用于制成人工骨螺钉，强度比金属材料制成的工骨螺钉更高。同时氧化铝单晶可以加工成各种尺寸小、强度大的牙根，它与人体蛋白质有良好的亲合性能，结合力强。因此有利于牙龈粘膜材料的附着。

生物性活性陶瓷材料：将含磷酸和钙的活性玻璃，置入生物体内，使之与生物体内的液体发生反应，然后有生物组织成长起骨原纤维组织，在生物玻璃表面与生物组织之间形成结合层。羟基磷灰石，它具有与人体硬组织（骨和牙）的无机质相同的物质组成，可用于牙槽、骨缺损、脑外科修补、填充等[2]。

4)军事应用：特种陶瓷（Special Ceramics）

军事应用中的特种陶瓷主要指的是氧化铝和碳化硼。在现代军事中，无论是海陆空或其他兵种的现代武器中，都有用特种陶瓷制成的部件。如B4C陶瓷可作为飞机、车辆和人员的防弹装甲，用比例纤维和B4C复合材料制成的0.6cm厚的B4C内衬可阻挡小口径的装甲弹的穿透作用[6]

。另外，宇宙飞船外壁的陶瓷隔热瓦即为玻璃纤维复合材料，具有轻质、耐热、耐冲击、低热导等优良性能，是理想的军用隔热材料。特种陶瓷实在导弹控制系统中也有用途，在雷达天线上加装一个气动天线罩，可协调机械、热力、电气系统、的功能，保证导弹正常运行。还有，火箭上需要的特殊高温材料，很多也是用金属陶瓷制成的。美国对国防用嵌入式轻质陶瓷装甲的需求近几年有了很大的增长，9.11事件后，配合全世界的反恐怖主义活动，防弹服的需求成倍增长。

5)电子工业领域：氮化铝陶瓷（Aluminum Nitride Ceramic即AIN)

氮化铝具有良好的高温抗蚀性，它对许多金属表现良好的抗蚀力，可与铝、铜、镍、钼、钨以及许多铁质合金和超合金在高温下共存，也能在某些化合物，如砷化镓的融盐中稳定存在。它可以应用到电子工业方面，做基片材料，AIN的导热率是Al2O3的5-10 倍，更适合大规模集成电路要求[6]

。AIN 陶瓷的综合性能良好，非常适用于电子工业。同时氮化铝陶瓷材料在高温耐蚀和复合材料方面也有很好的应用。

在高温耐蚀方面的应用：AIN陶瓷具有良好的高温耐蚀性，它能与许多金属在高温下共存。因此是优良的坩埚材料，也可用作腐蚀性物质的容器和处理器。

在复合材料方面的应用：可以通过复合相陶瓷的途径，拓展它在其它方面的应用。如：加入TICP、SICP颗粒和SICW晶须以提高其强度和韧性。

4.新型陶瓷材料研究近况和发展趋势

现代各国不仅在新型陶瓷的应用方面取得了一定的成就，但同时也不断大力地开展新陶瓷的研究和开发，下面列举的几个方面是近年来比较著名的研究领域：

4.1纳米复合陶瓷（Nanocomposite Ceramics）

Al2O3-Sic纳米复合陶瓷的抗弯强度比三氧化二铝单体提高近三倍。纳米复合材料不仅在常温下具有很高的强度，其高温强度性能也明显提高。近来，双向纳米复合陶瓷和纳米压电复合陶瓷是引人注目的新方向[8]。

4.2梯度功能材料（Functionally Graded Material，FGM）

梯度功能材料它不同于传统的复合材料，其成分或结构在材料的一面向另一面逐渐变化。FGM材料的就开发哦在研究和开发热障涂层材料为主的高温耐热材料、刀具材料、热点转换材料等方面取得了进展，在FGM研发工艺中等离子体喷射法（Plasma Spraying）、气象沉积法（CVD）、粉末冶金法（PM）具有较明显的优势，得到广泛的利用。

4.3 synergy 陶瓷

synergy陶瓷是指在同一材料里实现多种性能的共存或互补的高性能复合陶瓷，从广义上来看，synergy陶瓷的概念与结构和功能一体化比较接近。日本名古屋工业技术研究所和日本惊喜陶瓷中心（JFCC）是开展synergy陶瓷开发的基地，并取得了重大研究成果，如兼有高强度（1400MPa）、高韧性（12MPa）和高热传导性（120W/mk）的强韧性Si[7]

3N4陶瓷。

还有很多新的领域如：陶瓷涂层、金属-陶瓷、陶瓷膜材料、仿生层状复合材料等各国均积极在研究，寻求新的突破。

发展趋势： 在各种新材料中, 新型陶瓷是近年来发展很快的一种, 其中功能陶瓷, 特别是电子功能陶瓷的发展速度快于结构陶瓷。目前研究与开发的重点已出现向结构陶瓷和复合陶瓷逐步转移的趋势, 预测以后, 这种转移将有明显增强。21 世纪将是一个以各种复合材料为主的时代。当前的研究工作主要是为下世纪的技术突破作准备。无论是氧化物陶瓷, 还是非氧化物陶瓷一, 都存在向小型化、薄膜化、集体化、高功能、多功能发展的趋势。有逐步重视关键基础技术研究的倾向,目的是实现陶瓷材料性能测试与评价技术的实用化。在材料体系中, 成分全新的新品种不多, 绝大多数是通过改换元素、添加元素和改善工艺等途径来实现性能的最佳化。因此, 技术方面的更新不断出现。由于陶瓷的制造需要系列专门技术, 各道生产工序都影响材料的最终性能, 因此近几年国外公司有实行从原料准备到成品加工一体化生产的倾向

5.结束语

新型陶瓷材料是当今科学技术发展的物质基础，除了作为高强、耐磨、耐腐的结构陶瓷而广泛应用，在微电子技术、激光技术、光电子技术、光纤技术、传感技术、超导技术和空间技术的发展中也占有十分重要的地位。国防工业和军用技术历来是新材料、新技术的主要推动和应用者，在武器和军用技术的发展上，新型陶瓷材料及一期为基础的新技术具有举足轻重的作用。新型陶瓷材料还是建立在发展新技术产业、改造传统工业、节约能源和保护环境及提高我国国际竞争力所不可缺少的物质条件。随着新世纪的到来和技术的不断进步，会对新型陶瓷材料的性能提出更加苛刻的要求，我们必须不断地开拓进取，在新型陶瓷材料制备技术、新的材料体系不断创新，使其对人类社会的进步作出更大的贡献。

2.纳米材料的发展与应用 篇二

高强度钢在汽车中的应用与发展

为了应对来自轻质材料的挑战, 钢铁企业将开发的重点放在了高强度材料上, 先后开发出了高强度钢 (屈服强度大于210MPa) 、超高强度钢 (屈服强度大于550MPa) 和先进的高强度钢 (以下统称为高强度钢) , 取得了良好的减重效果。目前汽车使用的高强度钢主要为板材与管材, 取代普通钢材、铸铁, 用于车身零件和其他结构件, 如高强度钢制成的传动轴可减重约10%。而北美开发的PNGV-Class轿车, 其车身全部采用高强度钢, 重量只有218kg, 与全铝车身相当。据最新的应用情况表明, 有些铝、镁合金零件, 如保险杠、车轮、骨架、前门、后门、横梁等, 又转而采用高强度钢设计。现在各国均加速了高强度钢在汽车车身、底盘、悬架和转向等零件上的应用, 以北美为例, 它在轿车中应用的比例已由1997年的6%上升到2010年的50%, 预计今后几年将会得到更进一步的发展, 因此高强度钢的用量将会逐年上升, 而中、低强度钢和铸铁的用量将呈现下降趋势。在合金化方面, 主要是利用V、Ti、Nb、B等微量元素, 向低合金化或碳钢化方向发展。为提高汽车用钢质量和生产率, 各国都在冶炼设备和技术上下功夫, 如真空除气、炉外精炼、成份微调、连铸连轧、新型热处理等。使得汽车用齿轮钢、轴承钢、弹簧钢的纯净度、成份精度、淬透性、稳定性、疲劳强度等都有很大提高。

铝合金材料在汽车中的应用与发展

世界铝业协会的报告指出, 汽车质量每减少10%, 燃油消耗可降低6%~8%。因此汽车轻量化对于节约能源、减少排放、实现可持续发展战略具有十分积极的意义。实现汽车轻量化的一个重要途径就是新材料应用, 如铝合金。铝合金材料具有密度低、强度高和耐腐蚀等特性, 在轿车的轻量化中占举足轻重的地位。

目前汽车中用铝量最大的零部件是车轮。铝合金车轮在世界汽车行业上的装车率已经超过了40%, 几乎覆盖了全部车型, 正逐步取代钢制车轮。它质量轻, 节约能源;散热速度快, 使整车的安全性能更高;尺寸精度高, 行驶性能好, 还具有良好的附着性和缓冲特性、足够的负载能力和速度能力、耐腐蚀、耐老化和良好的气密性、良好的均匀性和质量平衡、精美的外观和装饰性等优点。目前广泛使用的是AlM g-S i系铝合金 (美国牌号A356, 相当于我国的ZL101A) , 广泛用于汽车结构件和非结构件, 特别是汽车动力和悬挂等汽车部件, 如铝制发动机、缸体、气缸头等铝铸件, 已经被全世界所有制造厂所接受, 同时开发出来的汽车外壳、散热器、底盘和车轮等铝部件, 铝合金汽车防碰撞管理系统, 铝合金前后保险杠也是汽车工业用铝的重大突破。

未来对于汽车铝合金的主要研究方向:开发可用于铝合金零部件的分析和设计、产品、工艺、材料为一体的数字技术;开发低成本的、适用于同类型材料和不同类型材料的连接技术;开发不需要中间加工、可直接生产净尺寸零件的先进成形技术。同时, 在新一代铝合金开发中, 亦包括满足特定零部件使用要求的新合金开发, 成形性能与焊接性能良好的高强度铝合金开发, 开发具有相同力学性能不同物理性能 (密度和弹性模量) 材料的可行性研究, 合金热力学性能对零部件的影响, 开发新型抗划伤合金。在未来几年内, 中型轿车的铝合金用量将大幅增加已成为必然趋势。

镁合金材料在汽车中的应用与发展

众所周知, 镁比铝还轻, 用镁板制成的车身将使汽车变得更轻。现在, 德国弗莱堡镁板制造公司已经找到了一种制造镁板的廉价方法。在研究试验中, 该公司制造出了一张超过4t重的镁板。该项试验表明, 只要用简单的工艺就能制造出符合工业标准的模板产品。这个研究项目成功的关键是新型无锭轧制技术, 其优势在于:原料是更为廉价的生镁块, 而且大大减少了加工步骤。例如, 在平常技术情况下生产2mm厚的镁板, 需要120mm厚的浇铸镁坯做原料, 大约需要15次轧制, 并且轧制过程中还要对镁坯反复加热, 这不但耗费成本, 而且轧制过程中容易出现边裂, 需要不停地进行剪边处理, 浇铸镁坯不但浪费, 浇铸过程中也易出现空隙和砂眼, 因此, 只有部分浇铸镁坯可以用来轧制镁板, 整个过程中浪费了许多的原材料。

弗莱堡镁板制造公司的新型无锭轧制技术, 只需一个步骤就可以把熔化了的镁直接制成5~6mm的镁板。而且使用的生镁块比浇铸镁坯更为廉价, 每公斤价格约2.5欧元, 而浇铸过的镁坯每公斤约12欧元。目前弗莱堡镁板制造公司的试验熔炉每小时可以吞进1.2t原料, 同时产生750kg熔化镁。熔化镁从熔炉中直接流向轧机, 轧成符合工业标准的薄板。特别是在试验熔炉的熔化阶段, 使用了许多新研究成果。镁在熔化时被保护气体隔离, 因为液态镁如果和氧气接触就会燃烧。另外, 轻金属因为其热熔很低而不易于处理, 液态镁一旦遇到比自己温度低的熔炉部件就会凝固。弗莱堡镁板制造公司通过在熔炉里安装复杂的加热和绝热系统解决了这个难题。

复合材料在汽车中的应用与发展

复合材料是两种或两种以上不同物质的组合, 它可以发挥每种材料的优点, 克服单一材料的缺陷, 扩大合成材料的应用范围, 并提高了该材料的综合性能。特别是环氧复合材料在各行业应用中具有非常明显的优势, 主要体现在几个方面:一是充分利用和发挥了复合材料各向异性的特点, 实现了在更高层次上的材料可设计性, 按受力状态铺层, 从而合理、有效地使用了原材料的性能, 减轻了制品的重量, 得到非常高的比强度和比模量;二是通过精心设计和细心制作, 高度实现了材料的复合效应, 从而充分发挥了各组成材料的潜在能力, 获得了原材料所没有的优异性能和新用途;三是耐疲劳性和减振性优异, 即使在已有损伤的情况下也很难观察到损伤在疲劳下扩展, 这是环氧复合材料在航空、航天及机械制造领域广泛应用的重要原因;四是材料设计和结构设计, 材料成形和构件成形是同时一次完成。

环氧玻璃钢复合材料因明显具有轻质高强、设计自由度大、不锈蚀、成形工艺性好等优点, 成为汽车工业以塑代钢的理想加工材料。目前, 我国越来越多的车型采用了环氧树脂基复合材料部件, SMC、RTM、GMT等先进材料和工艺的应用推广十分迅速, 而且作为以塑代钢的理想材料已逐步被汽车行业认可。美国复合材料年均增长率约为美国GDP增长率的两倍 (4%~6%) , 这主要归功于汽车用复合材料的迅速增加。20世纪80年代后期到90年代末, “全塑汽车”的概念曾经在国内汽车界轰动一时, 北京、山东、浙江、重庆等地的汽车生产厂家, 均生产过全环氧玻璃钢车身。近年来, 作为新材料前沿的复合材料逐步替代汽车零部件中的金属产品, 并取得了更加经济和安全的效果。福特汽车目前通过将汽车发动机盖改成模塑件, 可有效整合原来11个金属部件, 而这一款福特车的年产量是20万辆。生产实践和科学研究表明, 玻璃钢复合材料是较为科学、理想的新型汽车零部件材料。随着汽车轻量化的强烈要求, 以及总体生产成本下降的需要, 将促进新型玻璃钢工艺技术的发展与完善, 诸如真空辅助成形等新型工艺技术将在汽车零部件开发中扮演重要角色。先进的产业化汽车玻璃钢材料关键成形技术及其产业化应用, 将是以后研究的重要方向, “以塑代钢”是实现汽车轻量化发展的有效途径, 而环氧树脂基复合材料则在塑料行业中扮演着非常重要的角色, 作为未来汽车材料发展的主流, 必将为汽车工业做出很大贡献。

高分子材料在汽车中的应用与发展

近几年, 低密度非金属材料如高分子材料在汽车中的使用比例也有较大幅度的增加。

(1) 汽车塑料制品按其使用部位可分为内饰件、外装件、机能结构件等, 近年先后开发出一批轿车国产化急需的非金属材料, 促进了国产汽车材料的技术进步。

(2) 高分子汽车材料就其自身化学性质, 内部高分子链间的范德华力远远超过一般分子, 赋予了高分子材料以强度, 这就是高分子材料能作为结构材料使用的根本原因, 而这一特性恰好符合汽车对于车体材料安全性的考虑。由于化学性质的特殊, 高分子材料其化学上的可变性决定了其强大的适应性, 从而能够满足汽车行业对于多方面的不同要求。高分子汽车材料外在特点主要表现为重量轻, 有良好的外观装饰效果, 有多种实际应用功能, 容易加工成形, 节约能源和可持续利用等各方面优点, 但是也存在刚性差、耐热性差和抗冻能力差的缺点。

目前汽车用塑料制品主要应用于汽车内饰和吸收振动的零部件上。其主要制品有:仪表板、后视镜框、保险杠、座椅软垫、头枕、转向盘、控制箱、仪表板防振垫、前后支柱装饰、中间支柱装饰、前顶衬里、窗框架、顶棚与侧顶架装饰、门衬板、遮阳板和后顶架装饰等。另外工程塑料制造的汽车机能件也不断增加, 其中常见的零部件有:散热器格栅 (其材料有ABS、20%玻璃纤维增强聚丙烯) 、空气滤清器壳 (聚丙烯) 、行李箱盖 (聚丙烯) 、仪表板 (聚丙烯) 、曲轴箱盖 (尼龙6) 、正时齿轮链盒 (聚丙烯) 、正时齿轮 (30%玻璃纤维增强聚甲醛) 和挡泥板 (尼龙R-RIM) 等。部分塑料基复合材料如S M C、D X (聚甲醛复合材料) 开始用于制造汽车结构件, 对减少汽车自重起了重要作用, 如SMC材料模压成形制造汽车门板, 聚甲醛复合材料制造转向节主销衬套等。

结语

总之, 各种材料在汽车上的应用比例正在发生巨大的变化, 铸铁, 中、低强度钢的比例将逐步下降, 轻量化材料技术与汽车产品设计和制造工艺的结合将更为密切, 汽车车身结构材料将趋向多材料设计方向发展。高分子材料等新型材料的用量将有所上升, 作为一门新兴领域, 高分子材料正以其独特的优越性逐渐与汽车行业相结合, 具有巨大的潜在需求和良好的发展前景, 其总体表现为各国在汽车工程材料上的研发投入加大, 以及汽车行业对于材料性能要求的增高。

3.纳米材料的发展与应用 篇三

【关键词】包装设计 绿色材料 应用

引言

商品经济的飞速发展，使得商品包装形式不仅日益多样，而且也得到持续创新；如其包装形式，最初仅是简单的包裹，而现在已经出现了一系列诸如真空包装、软包装及复合型包装等多样化包装。这些包装形式的出现，给人们的生活带来了极大的便捷。但是最近几年，很多商家为能从中得到更大的经济效益，尽可能地应用多种包装形式以促使商品附加价值的大幅度提高。实践表明，这种为提高利润而尽可能使包装形式多样化的行为，已对人们赖以生存的地理环境带来了极大的伤害。因为这种过于注重多样形式的包装，不仅极大地破坏环境资源，而且还造成能源的无休止消耗。此外，在人们使用商品过程中所产生的包装废弃物，不仅没有系统地进行回收，而且即使回收后这些包装废弃物也无法进行自行降解、腐化，这不仅极大地威胁着人们的身体健康，而且对环境所产生的危害也日益严重。

相关资料显示，这些商品包装材料不仅在其生产过程中，而且在其废弃过程中，都会对人们赖以生存的地理环境带来不同程度的破坏和污染。但是一直以来，在进行商品包装设计过程中，为使商品附加价值尽可能地提高，人们总是过于注重包装的装饰性、结构性及功能性等方面的研究，而对于包装过程中如何选择包装材料、在其废弃后尽可能地实现自行降解和腐化等问题，却研究得甚少，以至于造成了如今这种难以收拾的环境污染和资源浪费局面。正是基于此，本文在对绿色包装材料的特点及类型进行分析的基础上，就包装设计中绿色材料的应用与发展这个课题，进行了一些分析和探讨。

1 包装设计中绿色材料的特点及类型

1.1 特点

环保行业最能体现环保价值的材料就是绿色包装材料，这种绿色包装材料不仅具有普通包装材料那些如装饰性、保护性等特性，而且还具有普通包装材料所没有的例如生态适应性等特性。

作为绿色包装材料，通常具有以下特点：①其本身不含有对人有害的化学元素或细菌；②具有多元化的来源方式、成本低性价比高且生产过程能耗少；③生产加工过程中可实现有害废弃物的零排放，不对环境造成污染；④包装材料可多次进行循环使用；⑤包装材料在使用结束后可自行降解，重新回到环境中。

1.2 类型

根据绿色环保的要求，可用于包装设计的绿色材料，主要有这些以下类型：①可回收处理再造的：符合这些环保要求的材料，主要有蜂窝纸张、纸张、纸浆模塑等。这些材料不仅具有价格低质量轻等特点，而且还具有加工简单、绿色环保等优点。②可自然腐化分解、自然回归的：这类绿色材料主要有纸质包装材料（纸板、纸张、纸浆模塑等）；生物合成材料，包括可光、水降解包装材料和生物降解包装材料；仿生及生物材料；可食性材料。③可焚烧回归不对大气产生污染的：符合这些环保要求的包装材料，其原料来源极为丰富，既可应用先进的生产技术和加工技术来生产制造出包装设计中所需的诸如可生物降解的塑料等新型绿色包装材料，还可采用这些先进生产技术制造出那些无污染、纯净的复合型材料和高分子材料，这类新型绿色材料，即使暂时无法做到循环再生，但至少通过卫生填埋或焚烧以后所产生的物质，既不对人体健康构成威胁，也不对人们赖以生存的地理环境带来破坏和污染。

当前有关可持续发展这一思想正深入人心，绿色包装材料也正处于一个快速发展和深入研究过程中，在不久的将来，随着科技水平的快速提高，绿色包装材料的类型也将更为多样，可以更大程度地满足人们进行商品包装的各种需求。

2 包装设计中绿色材料的应用与发展

2.1 绿色纸质包装材料

（1）纸浆模塑包装材料。纸浆模塑包装材料当前已在各种商品及商品的包装领域得到极为普遍的应用，例如药品类包装、食品类包装、电子类产品包装等，以下就这些领域做个分析。

①食品包装。纸浆模塑绿色材料可用于超市盘、水产盘、快餐盒、快餐托盘等的设计。这样就成功地实现了原本一次性不可降解发泡塑料餐具的替代，把一次发泡塑料的使用率降低下来。此外，纸浆模塑材料本身极易进行加工，在各类餐具设计过程中可完美实现缓冲性、防撞击、防震性等要求，这正好可对诸如水果类等食品的易腐烂、易碎等缺点进行有效弥补，对于运输成本的降低及透气性、保鲜性的长时间保持都起到了很大的促进作用。同时，纸浆模塑材料还具有使用方便无污染、废弃后可在土壤中自行降解而作为肥料重新回归环境，从而有效达到了环保和再生的要求。②医用器械包装：医用器械的包装，原本消毒不够彻底而在使用中极易出现传染性感染；在医用器械包装中应用纸质模塑材料，不仅可达到无传染、无污染的效果，而且还可进行自行消毒。此外，在对其废弃包装进行焚烧中，其产生的气体不会对环境造成污染。③电器内衬包装：运输过程中对电子电器产品包装的精度要求极高，传统的电子电器包装是应用发泡塑料包装，虽然可有效满足这些要求，但在完成使用后，却会对环境安全构成极大威胁。把纸浆模塑材料应用于电子电器产品包装，不仅可满足电子电器的运输要求，而且废弃后也不会对环境安全构成威胁，完全符合环保要求。因此，纸浆模塑材料现已广泛应用于各类电子产品的包装设计中。

（2）蜂窝纸板包装材料。蜂窝纸板这种新型绿色环保包装材料，现已在包装、家电、建筑等领域得到极为普遍的应用。当前蜂窝纸板的应用，主要有以下方面：①进行大型包装箱的制作，以用于较重的家电产品、机电产品、易碎怕摔产品等的包装；②进行大型运输托盘的制作；③各种建筑隔板、内衬缓冲垫等的制作。由于蜂窝纸板包装完全符合可持续发展理念，这种包装材料在当前是最为理想的环保包装材料，具有大力进行推广使用的价值。基于当前我国限塑、限木的要求，应用蜂窝纸板进行包装，显然是最好的选择。但是，蜂窝纸板产业在我国发展较晚，不管是在生产技术、还是在市场推广方面，都还存在着一些问题，这就需要我国相关部门采取有效措施加以克服。

2.2 绿色可降解塑料包装材料

当前可降解塑料包装材料主要有两种：①新型淀粉基塑料包装材料。这种包装材料主要用于医药、食品、文化用品、日用百货等方面的包装，由于这种包装材料不会污染周围的大气、水及土壤，故在包装设计中应用这种包装材料，不仅可对淀粉等这些可再生自然资源进行充分利用，而且还可对一直以来困扰人们的“白色污染”进行有效缓解。这不仅可有效保护人们赖以生存的自然环境，而且还可对一直困扰着人们的石化等非可再生能源危机进行一定的缓解。②新型聚乳酸塑料包装材料。这种包装材料是一种良好的热塑性塑料，具有极好的抗溶剂性和抗拉强度，通过加工可生产出多种形状的容器。而且由于它们可以与食品进行零接触，因而当前已广泛应用于各种食用瓶、超市产品及酸奶等的包装中。此外，这种包装材料还具有良好的透气性，因而在蔬菜及水果的保鲜包装中也得到了极为广泛的应用。

2.3 绿色可食性包装材料

作为可食性包装材料的原料，主要有以下这些：①动植物纤维类；②多糖、淀粉类；③蛋白质类；④脂肪酸；⑤其他天然复合类材料。这些原料通过加工可制成薄膜，用于诸如糖果、甜点等的包装。此外，还可加工成一次性饮料杯、快餐盒及药用胶囊。可食性包装材料现在已是一门极为火热的绿色包装材料的研究课题，在不久的将来一定有更多的新兴种类持续被发现出来，并被大量应用于绿色食品包装上，其发展前景极为可观。

结语

总之，在商品包装中应用绿色包装材料，这是社会发展的必然趋势，也是经济可持续发展的必然要求。随着人们环保意识的不断提高，有关包装的使用，也不再局限于商品的单一保护，人们更多注重的是包装材料带给他们的身心健康和环境的持续发展。因此，对绿色包装材料进行合理选择并加以有效使用，这不仅是未来包装业的发展趋势，而且也是人们构建和谐社会的一项重要内容。

参考文献

[1]戴宏民.绿色包装的评价标准及环境标志[J].包装工程，2011.05.

[2]钟苏.环保新材料-蜂窝复合纸板[J].科技与经济，2012.02.

4.论文：纳米涂料发展与应用分析 篇四

[摘要]科技的发展，使我们对物质的结构研究的越来越透彻。纳米技术便由此产生了，主要对纳米材料和纳米涂料的应用加以阐述。

[关键词]纳米材料应用

一、纳米的发展历史

纳米（nm）是长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米），对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。

1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德。费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。，纳米产品的年营业额达到500亿美元。

二、纳米技术在防腐中的应用

纳米涂料必须满足两个条件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因为纳米相的存在而使涂料的性能有明显提高或具有新功能。纳米涂料性能改善主要包括：第一、施工性能的改善。利用纳米粒子粒径对流变性的影响，如纳米SiO2用于建筑涂料，可防止涂料的流挂；第二、耐候性的改善。利用纳米粒子对紫外线的吸收性，如利用纳米TiO2、SiO2可制得耐候性建筑外墙涂料、汽车面漆等；第三、力学性能的改善。利用纳米粒子与树脂之间强大的界面结合力，可提高涂层的强度、硬度、耐磨性、耐刮伤性等。纳米功能性涂料主要有抗菌涂料、界面涂料、隐身涂料、静电屏蔽涂料、隔热涂料、大气净化涂料、电绝缘涂料、磁性涂料等。

纳米技术的应用为涂料工业的发展开辟了一条新途径，目前用于涂料的纳米材料最多的是SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe2O3等。由于纳米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之间极易团聚，纳米粒子的这种特性决定了纳米涂料不可能象颜料、添料与基料通过简单的混配得到。同时纳米粒子种类很多，性能各异，不是每一种纳米粒子和每一粒径范围的纳米粒子制得的涂料都能达到所期望的性能和功能，需要经过大量的实验研究工作，才有可能得到真正的`纳米涂料。

纳米涂料虽然无毒，但由于改性技术原因，性能并不理想，加上价格太贵，难以推广；而三聚磷酸铝也因价格原因未能大量应用。国外公司如美国的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德国的Hrubach、法国的SNCZ、英国的BritishPetroleum、日本的帝国化工公司均推出了一系列无毒纳米防锈颜料，性能不错，甚至已可与铬酸盐相以前我国防锈颜料的开发整体水平落后于西方发达国家，仍然以红丹、铬酸盐、铁系颜料、磷酸锌等传统防锈颜料为主。红丹因其污染严重，对人体的伤害很大，目前已被许多国家相继淘汰和禁止使用；磷酸锌防锈颜料虽比。我国防锈涂料业也蓬勃发展，也可以生产纳米漆。

我国自主生产的产品目前已通过国家涂料质量监督检测中心、铁道部产品质量监督检验中心车辆检验站等国内多家权威机构的分析和检测，同时还经过加拿大国家涂料信息中心等国外权威机构的技术分析，结果表明其具有目前国内外同类产品无可比拟的防锈性能和环保优势，是防锈涂料领域划时代产品，复合铁钛粉及其防锈漆通过国家权威机构的鉴定后已在多个工业领域得到应用。

三、纳米材料在涂料中应用展前景

预测据估算，全球纳米技术的年产值已达到500亿美元。目前，发达国家政府和大的企业纷纷启动了发展纳米技术和纳米计划的研究计划。美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心，年初把纳米技术列为国家战略目标，在纳米科技基础研究方面的投资，从的1亿多美元增加到20近5亿美元，准备像微电子技术那样在这一领域独占领先地位。日本也设立了纳米材料中心，把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点，将以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。德国也把纳米材料列入21世纪科研的战略领域，全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。在人类进入21世纪之际，纳米科学技术的发展，对社会的发展和生存环境改善及人体健康的保障都将做出更大的贡献。从某种意义上说，21世纪将是一个纳米世纪。

由于表面纳米技术运用面广、产业化周期短、附加值高，所形成的高新技术和高技术产品、以及对传统产业和产品的改造升级，产业化市场前景极好。

在纳米功能和结构材料方面，将充分利用纳米材料的异常光学特性、电学特性、磁学特性、力学特性、敏感特性、催化与化学特性等开发高技术新产品，以及对传统材料改性；将重点突破各类纳米功能和结构材料的产业化关键技术、检测技术和表征技术。多功能的纳米复合材料、高性能的纳米硬质合金等为化工、建材、轻工、冶金等行业的跨越式发展提供了广泛的机遇。各类纳米材料的产业化可能形成一批大型企业或企业集团，将对国民经济产生重要影响；纳米技术的应用逐渐渗透到涉及国计民生的各个领域，将产生新的经济增长点。

纳米技术在涂料行业的应用和发展，促使涂料更新换代，为涂料成为真正的绿色环保产品开创了突破性的新纪元。

纳米涂料已被认定为北京奥运村建筑工程的专用产品，展示出该涂料在建筑领域里的应用价值。它利用独特的光催化技术对空气中有毒气体有强烈的分解，消除作用。对甲醛、氨气等有害气体有吸收和消除的功能，使室内空气更加清新。经测试，对各种霉菌的杀抑率达99％以上，有长期的防霉防藻效果。纳米改性内墙涂料，实际上是高级的卫生型涂料，适合于家庭、医院、宾馆和学校的涂装。纳米改性外墙涂料，利用纳米材料二元协同的荷叶双疏机理，较低的表面张力，具有高强的附着力，漆膜硬度高且有韧性，优良的自洁功能，强劲的抗粉尘和抗脏物的粘附能力，疏水性极佳，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外线能力极强。使用寿命达以上。颗粒径细小，能深入墙体，与墙面的硅酸盐类物质配位反应，使其牢牢结合成一体，附着力强，不起皮，不剥落，抗老化。其纳米抗冻性功能涂料，除具备纳米型涂料各种优良性之外，可在10℃到25℃之内正常施工。突破了建筑涂料要求墙体湿度在10％以下的规定，使建筑行业施工缩短了工期，提高了功效，又创造出高质量。

四、结语

由于目前应用纳米材料对涂料进行改性尚处在初级阶段，技术、工艺还不太成熟，需要探索和改进。但涂料的各种性能得到某些改进的试验结果足以证明，纳米改性涂料的市场前景是非常好的。

参考文献：

[1]桥本和仁等［J］.现代化工.(8):25～28.

[2]曾汉民［J］.现代涂料与涂装.(4，5，6):40～42，39～42，42～44.

5.纳米材料的发展与应用 篇五

（山东省人民政府令第181号）

山东省新型墙体材料发展应用与建筑节能管理规定

第一条

为保护土地资源和生态环境，节约能源，建设节约型社会，保障国民经济和社会的可持续发展，根据有关法律、法规，结合本省实际，制定本规定。第二条

在本省行政区域内从事墙体材料生产和使用、建筑节能及其相关的工程规划、设计、施工、监理等活动的，应当遵守本规定。第三条

本规定所称新型墙体材料，是指在国家和省公布的目录范围内的具有节约土地、节约能源、综合利用废弃物和改善建筑功能等特点的建筑墙体材料。

本规定所称建筑节能，是指在建设活动中，依照国家和省建筑节能标准，应用节能技术与产品，提高能源利用效率，降低建筑物使用能耗的活动。

第四条

省人民政府建设行政主管部门负责全省新型墙体材料发展应用与建筑节能的监督管理工作。

设区的市、县(市)人民政府建设行政主管部门负责本行政区域内新型墙体材料发展应用与建筑节能的监督管理工作。

其他有关部门按照各自职责，共同做好新型墙体材料发展应用与建筑节能工作。

第五条

县级以上人民政府应当支持新型墙体材料、建筑节能技术的开发、生产与推广，鼓励发展先进适用的新型建筑结构体系，并将新型墙体材料发展应用和建筑节能工作纳入国民经济和社会发展计划。

第六条

限制或者禁止在建筑工程中使用能耗高或者严重污染环境的落后技术与产品。省建设行政主管部门应当会同有关部门定期发布鼓励、限制或者禁止在建筑工程中使用的技术与产品目录。

任何单位和个人不得违反目录规定生产或者使用落后的技术与产品。

第七条

鼓励企业利用煤矸石、粉煤灰、炉渣、赤泥、磷石膏等工业废渣和淤泥(沙)等为原料开发、生产新型墙体材料和建筑节能技术与产品。

根据新型墙体材料和建筑结构体系的发展情况，逐步淘汰以粘土为原料的建筑材料。第八条

新型墙体材料和建筑节能技术与产品开发生产企业应当按照国家标准、行业标准或者地方标准组织开发和生产；没有国家标准、行业标准和地方标准的，应当制定企业标准，并报质量技术监督部门和建设行政主管部门备案。

没有标准或者未达到标准要求的，不得开发、生产、销售、使用。

第九条

开发、生产新型墙体材料和建筑节能技术与产品应当符合环境保护的有关规定。第十条

新型墙体材料和建筑节能技术与产品实行全省统一认定制度，具体办法由省建设行政主管部门会同有关部门制定。开发、生产和应用经认定的新型墙体材料和建筑节能技术与产品的，按照国家和省有关规定享受优惠政策。

第十一条

禁止新建、改建、扩建实心粘土砖(瓦)生产线。现有实心粘土砖(瓦)生产企业应当逐步限产、转产或者关闭。具体办法由省建设行政主管部门会同省国土资源等部门制定。现有实心粘土砖(瓦)生产企业取土用地不得占用耕地和基本农田。

第十二条

新建、改建、扩建建设工程，应当按照下列规定禁用实心粘土砖(瓦)：

（一）在本省设市城市规划区范围内，不得使用实心粘土砖（瓦）；

（二）在本省县人民政府所在地建制镇城市规划区范围内，自2006年7月1日起不得使用实心粘土砖（瓦）；

（三）在其他建制镇城市规划区范围内，自2008年7月1日起不得使用实心粘土砖（瓦）。在城市规划区范围外，县级以上人民政府确定的重点建设工程，自2006年7月1日起不得使用实心粘土砖（瓦）。

在农民自建住房等农村建设工程中，推广使用新型墙体材料，并逐步减少使用实心粘土砖（瓦）。

第十三条

在本规定第十二条确定的禁用实心粘土砖（瓦）的范围内，建设、设计、施工、监理等单位不得要求或者允许使用实心粘土砖（瓦）。

第十四条

新建、改建、扩建建筑工程的，建设单位应当按照国家和省有关规定缴纳新型墙体材料专项基金。

新型墙体材料专项基金征收、返还、使用和管理的具体办法，由省财政部门会同省建设行政主管部门制定。

第十五条

新型墙体材料专项基金应当缴入国库，纳入财政预算，实行收支两条线管理，专款专用。任何单位和个人不得截留、坐支、挤占、挪用。

第十六条

除国家另有规定外，任何单位和个人不得改变新型墙体材料专项基金征收对象、征收范围、征收标准或者减、免、缓征新型墙体材料专项基金。

第十七条

县级以上人民政府应当鼓励发展、应用下列建筑节能技术与产品：(一)新型节能墙体和屋面保温、隔热技术与材料；(二)节能门窗的保温隔热和密闭技术；(三)集中供热和热、电、冷联产联供技术；

(四)供热采暖系统温度调控和分户热量计量技术与装置；(五)太阳能、地热等可再生能源应用技术及设备；(六)建筑照明节能技术与产品；(七)空调制冷节能技术与产品；

(八)其他技术成熟、效果显著的节能技术与产品。

第十八条

新建建筑工程必须选择先进合理的采暖供热方式，采用高效的管道保温与热调控计量技术和节能型产品。

对建筑物实施改建、扩建或者大型修缮的，应当符合建筑节能的有关要求。

现有建筑物未达到建筑节能标准的，应当逐步对其围护结构和采暖供热系统进行技术改造。县级以上人民政府应当逐步推行采暖按户计量收费制度。第十九条

建筑物照明工程应当合理选择照度标准、照明方式、控制方式并充分利用自然光，选用节能型产品，降低照明电耗，提高照明质量。

建筑物的公共走廊、楼梯内等部位，必须安装使用节能灯具。

第二十条

省建设行政主管部门应当及时组织编制建筑节能设计标准、通用设计图集、施工规程和验收标准。

第二十一条 建设单位应当按照建筑节能要求和建筑节能强制性标准委托设计和施工，不得擅自修改节能设计文件，不得明示或者暗示设计单位或者施工单位违反建筑节能强制性标准进行设计、施工。

设计单位应当按照建筑节能强制性标准和规范进行设计，不得降低建筑节能标准。施工图设计审查机构应当将建筑节能列入审查内容。经审查达不到建筑节能设计标准的，不得通过设计审查。

施工单位应当严格按照设计文件和规范施工，不得擅自改变建筑节能设计，不得偷工减料、弄虚作假，降低建筑节能标准。

监理单位应当按照建筑节能设计文件和有关规定进行监理，不得允许在建筑工程中使用不符合建筑节能要求的技术与产品。第二十二条

建筑工程竣工后，建设单位应当按照建筑节能标准和规范要求组织竣工验收。未达到建筑节能标准要求的建筑工程，不得作为合格工程交付使用。

第二十三条

建设行政主管部门在建筑工程竣工验收备案过程中发现未达到建筑节能标准的，应当责令建设单位改正，并重新组织竣工验收。

第二十四条

违反本规定，开发、生产、销售、使用没有标准或者未达到标准的新型墙体材料和建筑节能技术与产品的，由质量技术监督、工商行政管理、环保、建设等部门依法予以处罚。

第二十五条

违反本规定，建设单位在建筑工程中使用淘汰的建筑技术与产品的，由建设行政主管部门责令改正，并可处以l万元以上3万元以下的罚款。

第二十六条

违反本规定，建设单位超过限时期限使用实心粘土砖（瓦）的，由建设行政主管部门责令限期改正，并可处以1万元以上3万元以下的罚款。

第二十七条

建设单位、设计单位、施工单位、工程监理单位违反本规定，未按照建筑节能强制性标准进行工程发包、设计、施工、监理和竣工验收的，由建设行政主管部门依照《建设工程质量管理条例》的规定予以处罚。违反本规定，建设单位未按照规定缴纳新型墙体材料专项基金的，由建设行政主管部门责令限期改正，补缴新型墙体材料专项基金，并自滞纳之日起，按日加收万分之五的滞纳金。第二十九条

建设行政主管部门和其他有关部门的工作人员有下列情形之一的，依法给予行政处分；构成犯罪的，依法追究刑事责任：

（一）截留、坐支、挤占、挪用新型墙体材料专项基金的；

（二）擅自改变新型墙体材料专项基金征收对象、征收范围、征收标准或者减、缓、免征新型墙体材料专项基金的；

（三）对未达到建筑节能标准要求的工程通过竣工验收备案的；

（四）发现新型墙体材料发展应用与建筑节能违法行为不依法予以查处的；

（五）其他玩忽职守、滥用职权、徇私舞弊的行为。第三十条

6.纳米材料的发展与应用 篇六

绿色环保墙体材料的应用及发展概述

【摘要】随着国家对耗能的传统墙体材料使用的限制，以及建筑业的革新与进步，我国墙体材料应不断地适应现代化建筑的要求。因此，开发节能环保的绿色墙体材料是减少资源消耗、保护生态环境以确保人类社会可持续发展的必然要求。阐述了我国几种绿色墙体材料的研究应用现状，并且论述了绿色新型墙体材料的研究应用及发展。

【关键词】绿色墙体材料究应用现状发展

在发展墙体材料产业的实践中，我国绿色环保墙体材料工业经历了从无到有、从小到大的发展过程。所谓绿色墙材，是指无毒或低毒的健康型墙材、防火或阻燃的安全型墙材、耗能低的节能型墙材及各类新型多功能墙材。从绿色墙体材料具有的特点来看，发展绿色墙体材料是实现节能减排的有效途径。

绿色新型墙体材料改革是当前建材行业面临的一项艰巨而紧迫的任务。黏土砖是我国传统墙体材料，随着大量的能耗和大批良田被毁，国家加大了对黏土砖的限制力度，我国新型墙体的性能便得到了蓬勃发展。

一、我国绿色墙材的现状及特点

1、绿色墙体现状简介

改革开放以来，我国在墙体材料革新与建筑节能上取得了显著的进展和成效，各类绿色的新型墙体材料在品种、规格、性能、数量、生产技术及应用技术等方面都有了长足地发展，按其构造要求可分为：建筑块材、轻质板材、复合墙体三大类。

1．1 建筑块材

建筑块材数量之多，应用范围之广，发展速度之快，取代黏土砖的作用之大，在各类新型墙材中是首屈一指的，按照其结构的形状可分为建筑砌块和混凝土空心砖2部分。

1．1．1 建筑砌块

建筑砌块是比标准砖尺寸大、比大板尺寸小的块状建筑砌体，用之砌筑砌体可以加快施工进度和减轻劳动量。制作砌块的材料有许多种类：混凝土砌块、硅酸盐砌块、轻骨料砌块、加气混凝土砌块、粉煤灰砌块、灰砂砌块、石膏砌块等。这些砌块的品种、规格、性能是因地制宜、因工程制宜的。各地生产砌块的原材料资源不尽相同，因此，砌块的品种也就多样化。

1．1．2 混凝土空心砖回

混凝土空心砖是在混凝土空心砌块得到广泛应用的基础上，以砌墙砖尺寸为基本规格而制成的一种新型墙体材料。它是由石屑、细石、黄砂、水泥及外加剂f粗骨料≤10 mm)按一定比例经机械成型，养护而成的块材。它既不同于黏土多孔砖，也不同于普通混凝土小型空心砌块。

混凝土空心砖墙片的砂浆强度、墙顶正应力对其抗震性能的影响很大，砂浆强度增加，沿水平灰缝的抗震强度增加，砖与砂浆黏结牢固，有利于混凝土空心砖强度的充分发挥，【精品文档】

但随砂浆强度的增加，延性系数下降。墙顶正应力增加，墙体的开裂荷载、极限荷载都增加，说明加大正应力可提高墙体的抗侧能力，同时，延性系数增大，刚度退化减慢。

1．2 轻质板材

轻质板材是近年来新兴的轻质墙体形式，包括的种类有：纤维水泥板；纸面石膏板和以石膏为胶凝材料的轻质板材；硅酸钙板等。硅酸钙板是一种新型轻质墙体板材，近年来随着“四节一环保”和墙材改革的开展，硅酸钙板其优越的品质和良好的性能已为人们所共识。在国家体育场鸟巢、奥运综合训练馆、北京奥运村、国家体育馆，人们都可以从这些场馆的地面、墙面或看台见到这种质朴而轻便的材料。随着工艺的进步和新型建筑的需要，具有防火、隔热、超轻、防潮、防腐、防霉变、憎水、易加工、高强度等性能的硅酸钙板制品将在新型墙体材料的应用中占有重要的地位。

1．3 复合墙体

复合墙体是近年来迅猛发展、前景广阔的新型墙体结构体系。它是由混凝土砌块空腔墙同其他非承重的材料复合而成，即在承重墙体的基础上再复合为高效保温性能的材料，将这2种材料合二为一。

2、绿色墙材的特点

① 节约资源。绿色墙材应尽可能少用天然资源，降低能耗，并大量使用废弃物作原料，不仅节约其生产能耗又可节约建筑物的使用能耗；

② 采用不污染环境的可清洁生产技术。在生产过程中不排放或极少排放废渣、废水、废气，大幅度减少噪音，实现较高的自动化程度；

③产品不仅不损害人体健康，而且有益于人体健康；

④可再生利用。产品达到其使用寿命后，可再生利用而不污染环境。

因此，发展绿色环保型墙体材料有利于节能减排战略目标任务的实现。新型墙体材料的发展不仅符合现在社会发展的要求，而且它所具有的轻质、高强、节能、利废、隔声、隔热、防火、防腐等良好的性能满足了对高层建筑越来越高的要求。

二、我国绿色新型墙材的发展

1．砌块在轻钢建筑中的应用

随着我国钢产量的与日俱增，钢结构住宅在住宅产业的发展进程中必然要起着举足轻重的作用。对于轻钢结构建筑，在综合考虑保温、隔热、耐久、防火等要求的基础上，结合国外成熟经验，可采用混凝土装饰小砖与轻钢结构相结合，即轻钢结构作为建筑结构的承重部分，规格尺寸与黏土砖相近的混凝土装饰小砖砌筑外叶墙作为外装饰部分，外叶墙与轻钢结构之间用镀锌铁件或不锈钢件相连接，该种建筑与传统的黏土砖建筑极为相似，但比黏土砖建筑具有更好的耐久性，而且，在混凝土中加入彩色氧化铁系列颜料，可充分体现建筑色彩的丰富性、多样性。

这样，混凝土的外叶墙不仅起到装饰建筑外观色彩的作用，还保护了内部的钢结构，提高了建筑物的耐久性。在钢结构与混凝土砖墙之间以及钢结构中间填充适当的保温材料可达到保温、隔热的效果。

2．高强度砌筑砂浆研制及应用

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与传统现场搅拌砂浆相比，预料砂浆在技术上有明显优势：掺入不同添加剂可改善砂浆性能，由于黏结力大，保水性好，提高了砌筑和抹灰质量，有效地避免了灰缝不饱满，抹面空鼓、开裂、脱落等现象。而且这种砂浆改进了它的施工工艺，提高工效，降低成本。而干拌砂浆粉售价低于水泥，由此配制的砂浆成本低于普通水泥砂浆。干拌砂浆粉在粉煤灰的使用上提供了一个新途径，有利于新材料新技术的推广、优化施工环境、减轻劳动强度和减少材料浪费，施工效率高、工程质量好、环境效益好。

3．加强预应力砌体在新型墙体中的应用

当前，砌体的发展要满足轻质、高强的要求，因此，不仅要对材料性能进行改进，提高砌块与砌筑砂浆的强度和黏结力的同时要减轻结构的自重，还要对结构体系进行创新，由于砌体存在抗拉、抗剪强度低的弱点，传统的砌体结构不能充分发挥砌体抗压能力较高的优势。对砌体施加预应力后，可以提高抗剪、抗弯能力，减小截面尺寸，充分利用砌体的抗压强度，改进砌体结构的脆性等。因此，预应力砌体是新型墙体发展的一种必然趋势。

4．加强利用工业废料加工的各种砌块

高性能再生骨料混凝土砌块是一种循环利用的资源，它以大掺量的粉煤灰、矿渣粉等工业废料替代水泥，利用废弃混凝土进行清洗、破碎、筛分和按一定比例相互配合后加工形成的再生骨料取代天然碎石作为混凝土骨料，采用高效减水剂改善混凝土性能，形成与普通混凝土砌块具有同等使用寿命的再生混凝土砌块。

结语

限制和禁止使用实心黏土砖、发展绿色环保新型墙体材料，不仅是墙体的高新技术产业化的要求，也是住房建设和建筑业现代化的需要。随着经济的发展以及国家对烧结黏土砖生产和使用的限制，绿色环保新型墙体材料必将得到较大发展。生产绿色环保的新型墙体材料不仅有效治理了工业废弃物，更有利于空气与水资源的保护，节约能源消耗，达到社会效益和经济效益的双赢，这也是当今社会大力推广的新技术产业。

【参考文献】

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[4]潘本栋．建筑的节能与墙体保温研究[J]．砖瓦，2005(12)：46—49．

7.建筑用相变储能材料的应用与发展 篇七

一、相变储能材料

热能储存主要有三种方式, 显热储能、潜热储能和化学反应储能。利用显热储能时, 材料自身只有温度发生变化, 无其他变化。这种储能方式简单、成本低, 但在释放能量时, 材料的温度会连续变化, 不能维持在一定的温度下释放能量, 达不到控制环境温度的目的。而利用化学反应储能, 尽管储能密度大, 但其复杂的制备工艺限制了它的使用范围, 目前仅在太阳能领域有所应用。

目前应用最多的是潜热储能, 就是利用相变材料在其发生相变时将热量以潜热的方式储存或释放, 通过恰当的方式在建筑材料中加入相变材料, 就能达到室内温度被有效控制的目的。

二、建筑用相变储能材料

相变储能材料按其化学成分可分为无机相变材料和有机相变材料。国内外研究得较多的是无机水合盐类和有机类相变材料。并不是所有的相变材料都能用于建筑中, 能用于建筑中的相变材料应满足以下几点: (1) 相变温度在20～25℃左右; (2) 熔化潜热大; (3) 导热性好, 相变速度快, 相变过程可逆性好; (4) 性能稳定, 可反复使用, 寿命长; (5) 无毒, 无腐蚀性, 与建筑材料的相容性好; (6) 原料来源广、价格便宜。

目前, 还没发现完全满足这些条件的相变储能材料, 现在多从相变温度和相变焓的角度进行筛选。表1中例举了常用于建筑中的部分具有适宜相变温度和相变焓的相变材料。

三、相变储能材料在建筑中的应用

由于常用于建筑中的相变材料多为固液相变材料, 在发生相变时存在相变材料泄漏、基体材料腐蚀等问题, 所以不能直接用于建筑结构中, 通常需要将其与建筑材料结合起来使用。

(一) 相变储能材料与建筑材料的复合工艺。

目前, 建筑材料基体与相变储能材料的结合主要有三种形式:浸渍法;微胶囊法;直接混合法。

1.浸渍法。利用多孔建筑材料直接吸附相变材料, 如膨胀珍珠岩, 石膏板。此法生产工艺简单, 易于对已有的建筑材料进行改进。制备的相变储能建筑材料在储能方面有较大的提高, 但是对相变材料的泄漏、相变材料对基体材料的腐蚀问题始终难以有效解决, 因此不能得到实际的推广应用。

2.微胶囊法。是利用成膜材料通过物理或化学方法将相变储能材料 (固态或液态) 封装成微小颗粒, 应用于建筑材料。相变材料被一层膜包覆, 在相变过程中, 膜层始终保持固态, 有效解决相变材料泄漏、相分离以及腐蚀性等问题。但是这种技术将大大增加了材料的成本, 限制其大规模应用。

3.直接混合法。即将相变材料直接与建筑材料熔融后混合在一起, 制成成分均匀的相变储能建筑材料。此法优点是工艺简单, 易制成各种形状和大小的建筑构件, 满足不同建筑需要。但是在发生相变过程中, 易出现相分离问题。

(二) 相变储能建筑材料的应用。

1.相变储能材料在石膏基体中的应用。石膏是一种绿色环保建筑材料, 轻质、抗震性好, 具有一定的调温调湿功能, 有一定的防火性能、隔热隔音效果。在石膏板中加入相变储能材料制得的相变储能石膏板, 将其制室内壁材料, 由于相变材料在发生相变过程中的储放热作用课减小室内的温度波动, 提高室内的舒适度。Li Min等通过真空吸附法将石蜡吸附到膨胀珍珠岩中制成复合相变材料, 然后再将相变材料和石膏进行复合, 研究结果表明研究结果表明石蜡的使用有效降低了室内环境温度的波动, 但是也降低了石膏板的热导率。Lai, Chi-Ming等将相变材料制成相变微胶囊, 再添加到石膏板中, 通过控制添加量, 研究了相变石膏板的热工性能和物理力学性能。Neeper等将石蜡和脂肪酸添加到石膏板中, 在不影响其使用性能的情况下, 相变储能石膏板的储热能力较普通石膏板提高了十倍。

2.相变储能材料在混凝土中的应用。在建筑工程领域中混凝土是用途最广、用量最大的一种建筑材料, 未来的发展趋势是利用新的技术手段制备新型的多功能混凝土。研究人员越来越多的将研究中的放在开发相变储能混凝土中。用相变储能混凝土制成墙体, 在冬冷夏热地区或冬热夏热地区使用, 可降低室内温度波动, 有效缓解保温和隔热的矛盾, 达到节约能源的目的。相变储能混凝土的热工性能及其稳定性和耐久性取决于所使用的相变储能材料的类型以及相变材料的封装方法。Hawex等在混凝土中吸附石蜡、脂肪酸和醇类有机相变材料对混凝土进行改性, 使得混凝土的蓄热能力提高2倍。杨玉山等将硬脂酸丁酯吸附到活性炭中制成相变储能骨料, 替代部分的骨料 (卵石) 制成相变储能混凝土, 结果表明相变储能混凝土的储热能力得到显著提高。

3.相变储能材料在其他建筑材料中的应用。邓安仲等将相变石膏砂浆作填充层制备出相变地板, 并对其热物性能进行研究, 结果表明相变地板房的地板温度变化比普通地板稳定。刘成楼等将膨胀珍珠岩作为储能基体材料吸附石蜡制成定型相变储能材料掺入到抹面砂浆中, 对其热物性进行研究。结果表明与普通砂浆相比, 相变储能抹面砂浆的表面温度变化较稳定, 高温时可降低5.5℃, 低温时则提高2.5℃。

四、建筑用相变储能材料的应用展望

从目前的研究水平来看, 建筑用相变储能材料的应用还处于比较初级的阶段, 有很多实际问题亟待解决, 例如相变材料与基体 (石膏或水泥试块) 的相容性问题, 微胶囊封装工艺的成本问题都是目前较难克服的困难。在未来一个阶段, 建筑用相变储能材料的发展主要集中在以下几个方面:一是通过对单一相变储能材料的改性或对复合相变储能材料的进一步研究, 开发出满足建筑工程使用的具有适宜相变温度和相变潜热较大的储能材料。二是通过对相变储能材料与普通建筑材料的结合形式的探索, 开发出性价比更高的相变储能建筑材料。三是研究改善相变材料的导热性能, 提高相变材料与基体的相容性及混合后材料的热物性能和力学性能。四是针对不同的室内外环境条件, 开展房间热过程的数值模拟研究与模拟试验对应的实验研究, 建立分析相变建筑构件和蓄冷采暖系统的物理模型。

摘要：相变储能材料的开发已成为国际国内的研究热点, 本文阐述分析了建筑用相变储能材料的研究应用现状, 对相变材料在建筑中的应用进行了综述, 并对建筑用相变储能材料的研究进行了展望。

关键词：相变材料,建筑节能,应用发展

参考文献

[1].尚燕, 张雄.储能新技术——相变储能[J].房材与应用, 2003

[2].王沁芳, 张朝辉, 杨江金.相变储能材料在节能建筑中的应用[J].建筑应用, 2009

[3].宋纤纤, 陈仕国, 刘泽华, 朱建平.复合相变建筑材料的研究和应用进展[J].江苏建材, 2011

[4].Min Li, Zhishen Wu, Meirong Chen, Preparation and proper-ties of gypsum-based heat storage and preservation material[J].Energy and Buildings, 2011

[5].Lai, Chi-Ming;Chen, R.H.;Lin, Ching-Yao.Heat trans-fer and thermal storage behavior of gypsum boards incorporating micro-encapsulated PCM.[J].Energy and Buildings.2010

[6].Neeeper D A.Thermal dynamics of wallboard with latent heat storage[J].Solar Energy, 2000

[7].Hawes D W, Banu D, Feldman D.Latent heat storage in con-creteⅡ[J].Solar Energy Mater, 1990

[9].邓安仲, 庄春龙, 李胜波等.地板采暖系统用复合相变砂浆填充材料研究[J].建筑材料学报, 2010

[10].刘成楼.相变储能材料在抗裂抹面砂浆中的应用研究[J].新型建筑材料, 2009

8.浅析现代隔热材料的应用及发展 篇八

文献标识码：B文章编号：1008-925X(2012)07-0149-01

摘要：

从墙体保温和屋面保温两个角度论述了现代保温材料的应用，并以发展的眼光展望了其发展趋势。

关键词：现代；隔热；应用

引言

能源问题已成为世界各国关注的热点问题，由于国内人均能源占有量远低于世界水平因而能源问题尤为重要，在总的能源消耗中建筑能耗占27%左右，因此降级建筑能耗具有很大的潜力，而降低建筑能耗的重要途径则是增加外围结构的保温性能，减少外围结构的热损失，其即可提高建筑物的保温隔热效果，降低采暖和空调能耗，并可节约建筑材料降低造价以及改善使用者的生活、工作环境等，因此积极推广新型保温隔热材料具有非常现实的意义。

1 墙体保温材料应用及发展趋势

1.1 墙体保温材料应用。

干挂式外保温。是将岩棉、玻璃棉毡或聚苯乙烯泡沫板等材料置于墙体外侧，该类材料均在内部有大量的封闭孔，其表观密度较小，最经常用的聚苯乙烯泡沫板是经发泡剂发泡而形成的，因而其密度非常小，属于无机材料的矿物棉则具备不宜燃烧和一定的隔声效果等。采用该类施工工艺是将保温层置于墙体外侧可起到保护墙体结构、延长建筑寿命的作用，并可保证室内温度变化较小，热稳定性较好及不宜形成热桥等现象，在旧建筑改造中采用该工艺可避免对室内装修造成影响［1］。

与墙体一次浇筑成型。其是在基层墙体外现浇混凝土墙体内采用聚苯板作为保温隔热材料，将单面钢丝网也可为双面钢丝网等保温材料置于外墙外模板内侧，并采用锚栓作为辅助固定件，在版面拼接时应保证各相邻板面全部刷满胶粘剂以保证板缝能够紧密粘贴。

保温砂浆。是将废弃的聚苯乙烯塑料加工破碎成为0.5-4mm范围内的颗粒作为轻集料来配置保温砂浆，其包含保温层、抗裂防护层和抗渗保护面层，分为一般型和加强型，其加强型是在砂浆涂抹过程中敷设镀锌钢丝网以增强保温层与基层墙体的拉结力。

保温涂料。保温涂料是采用具备保温性能的涂料层作为墙体保温层，多采用的涂料为复合硅酸盐保温涂料，涂抹后的涂料层干燥后可形成具有一定强度及弹性的保温层，施工后的墙体热对流主要由保温涂料内部的空气完成，因此其具有良好的保温隔热效果，保温涂料导热系数低但保温效果显著，并可实现与墙体基层全面粘接以增强基层与面层的整体性；并具有可提高住宅内使用面积，且该工艺的阻燃性好，环保性强，但其也存在干燥周期强，容易出现空鼓现象，抗冲击能力较弱及吸湿性能较强等缺陷。

1.2 墙体保温发展趋势［2］。 由于硬质聚氨酯泡沫塑料的导热系数远远低于其他材料，且其特有的闭孔结构使其具有更为优越的耐水汽性能，因而在今后的发展中可将其通过喷涂以进行主体保温隔热，并采取胶粉聚苯颗粒作为找平层来补充保温隔热，其饰面层可采用涂料或面砖等形式；

岩面聚苯颗粒具有防火性能耐久性好等优点，且可实现与建筑寿命同步，因此在防火要求等级较高的建筑应尽量采用该种保温形式以代替其他保温形式，将该材料通过钢丝网和锚固件将岩棉板固定在基层墙体，并应配套以聚苯颗粒保温浆料以提高保温层的强度；

目前对建筑保温仅从气候、建筑朝向以及外墙外表颜色等角度进行单独作用考虑，并仅从保温层位置和厚度角度考虑，而未能将所有因素进行综合考虑，同时也没有将各因素对保温层厚度及位置的影响因素间相互关系进行量化，因此在今后的发展中应考虑多种保温形式共同进行保温，以降低单层保温的缺点带来的负面影响；

在保温材料选择及施工技术、建筑构造等方面均应在考虑保温性能的同时考虑环保因素，应尽量采用建筑及工业废料在墙体保温中的应用以实现废物利用并节约能源，并应推广建筑保温与装饰一体化方向发展；

2 屋面保温材料应用及发展趋势

2.1 屋面保温材料应用。膨胀珍珠岩。其实以珍珠岩矿石为原料经过破碎、分级、预热以及高温焙烧形成的多孔粒状物料，其常与水泥、石膏、水玻璃以及合成高分子树脂等作为胶结剂加工为具有规则形状的制品，其具有很大的吸水性，但其一旦吸水则强度和绝热性能会大大降低。

膨胀蛭石。是经蛭石经晾干、破碎、筛选、煅烧、膨胀而成的制品，其经过高温煅烧使其内部结晶水变为气体，并使总体积膨胀，膨胀后的蛭石薄片间形成空气夹层，其内部充满无数小孔隙因而其密度也大大降低，该产品可直接作为松散材料应用也可配合水泥、水玻璃等制成蛭石制品应用，其产品具有质轻、导热系数低、防火防腐以及价格低廉的优点，但其吸水率较高因而对施工环境要求较高。

矿棉。其是矿渣棉和岩棉的统称，其是由高速离心设备加工制成的人造无机纤维，具有质轻、不燃以及导热系数小灯优点，一般在其内部加入特制的胶结剂形成矿棉制品，该类产品利于废物利用和建筑节能，一般在顶棚作为吊顶材料使用来充分发挥其隔热、吸声以及防火的性能，也各将其作为复合板的夹心材料用于屋面保温来克服其抗压强度低的特点。

泡沫玻璃。由定量的碎玻璃、发泡剂以及改性添加剂和促进剂经粉碎混合而成拌合物，之后将其放入特定的模具内经过预热、熔融、发泡以及退火等工艺制得。其内部气泡相互独立、封闭，且具有防火、防水、耐腐蚀以及无放射性等优点因而属于环保型保温隔热材料。

发泡混凝土。是利用机械方式将发泡剂制成泡沫，之后将其混入砂或粉煤灰等硅质材料或钙质材料以及水等组成混合料，搅拌成混合物后浇筑成各种规格后经养护形成含有大量封闭气孔的轻质隔热制品。其内部气体是经过机械制泡而得，同时具有保温性能好、质轻和吸音效果高等优点，并可经过自然养护硬化而无需蒸压等优点。

2.2 屋面保温材料发展趋势［3］。轻质化。屋面保温材料发展的必然趋势之一则为轻质化，一般材料密度越小则隔热性能越好，并不会导致建筑结构的额外负担，从而避免了由于结构变形导致的渗漏现象；

节能利废。粉煤灰、废旧泡沫塑料以及玻璃等固体废物作为保温材料在可实现其性能要求的同时可以节省资源浪费，因此采用废料作为保温材料也应成为发展趋势之一；

多功能。未来的屋面保温材料除了具有保温隔热功能外还应具有承重、结构自防水以及防火等功能，但由于功能提升的同时应避免增加工程造价。

参考文献

［1］夏雅君．隔热技术［M］.北京：机械工业出版社，1991.

［2］莫理京，王致中，刘希和等．绝热工程技术手册［M］.北京：中国石化出版社，l997.

9.新型无机材料的创新与发展 篇九

姓名：李 猛

学号：52100602003

摘要：本文简单介绍了新型无机材料的分类、特点、应用等基本情况，着重强调了近年来的创新和发展及其巨大的应用价值和发展潜力。关键词：无机材料 合成 应用 1 前言

无机材料是多种元素以适当的组合形式所形成的无机化合物。无机材料一般可以分为传统无机材料和新型无机材料两大类。传统无机材料指以二氧化硅及其硅酸盐化合物为主要成分制备的材料，因此又称硅酸盐材料。新型无机材料指新近发展起来和正在发展中的具有优异性能和特殊功能的材料，其多用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各种非金属化合物经特殊的先进工艺制成。

新型无机材料为高技术密集型材料，具有以下显著特点[1]：（1）新型无机材料以经典和现代科学理论为基础；（2）综合运用现代先进的科学技术，多学科交叉，知识密集，与现代社会密切相关，具有特定的功能、结构，突破关键技术，能够充分实现材料的价值；（3）品种较多，生产规模一般较小，更新换代快，技术保密性强，发展迅速，具有一定的针对性；（3）高投入、耗时长、高风险、高技术、高性能、高产值、高效益。2 新型无机材料的创新和发展

新型无机材料可以根据各方面的因素，采用混合分类法，以应用为主线，分为新型陶瓷材料、纳米材料、新能源材料、半导体材料以及其他等几个领域。这几个领域在诸多情况下是相互交叉、彼此关联的。2.1 新型陶瓷材料

传统陶瓷主要采用天然的岩石、矿物、粘土等材料做原料。而新型陶瓷则采用人工合成的高纯度无机化合物或者精制的高纯天然无机物为原料，在严格控制的条件下经成型、烧结和其他处理而制成具有微细结晶组织的无机材料。它具有一系列优越的物理、化学和生物性能，其应用范围是传统陶瓷远远不能相比的，这类陶瓷又称为特种陶瓷或精细陶瓷。

新型陶瓷材料主要有电解质陶瓷、压电陶瓷、敏感陶瓷、铁电陶瓷、超导和磁性陶瓷、纳米陶瓷等种类，在国防、航空航天、能源、电子、机械、汽车、生物医药等领域有着重要的应用。以航空航天为例，随着航空航天技术的不断发展，对耐高温材料提出了越来越高的要求，传统材料已经无法满足这种需求。当前，对高温结构陶瓷的研究主要集中于SiC、Si3N4、Al2O3和ZrO2等，其中尤以Si3N4高温结构材料最为引人注目[2]。它们具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、质量轻等优异的综合特性。

近年来，Ti3AlC2这种新近发展起来的新型陶瓷材料也逐渐引起了人们的注意[3]。它兼具金属和陶瓷的优良性能，耐氧化、抗热震、高弹性模量、高断裂韧性，更为重要的是在高温下具有良好的塑性并能保持比目前最好的硬质合金还要高的强度，易加工、质量轻并且有良好的自润滑性能，在除了航空航天上的巨大应用价值之外，还在新一代电刷和电极材料等领域有着很好的前景。

目前，新型陶瓷材料的主要发展和创新方向有：陶瓷膜材料、陶瓷基复合材料、金属陶瓷、陶瓷涂层、纳米陶瓷、梯度陶瓷材料、仿生层状复合陶瓷材料等。相信，随着新型陶瓷材料的不断发展，其必将在推动社会发展、科技进步上起到更大的作用。2.2 纳米材料

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料[4]。纳米材料能够体现出小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道等纳米效应，使得纳米材料的性能优越于粗晶粒组成的传统材料，拥有一些特殊的性质，并在催化、生物医药、机械、电子、能源等诸多方面有着重要的应用[5,6]。作为21世纪的重要学科，无机纳米材料的研究开发和应用必将对其他学科、产业、社会产生重大的影响。

纳米材料的小孔径效应和表面效应与化学电源中的活性材料非常相关，作为电极的活性材料纳米化后，表面增大，电流密度会降低，极化减小，导致电容量增大，从而具有更良好的电化学活性。特别是最富特征的一维纳米材料纳米碳管在作为新型贮锂材料、电化学贮能材料和高性能复合材料等方面的研究己取得了重大突破，因而开辟了全新的科学研究领域[7]。纳米微粒作催化剂可以控制反应时间、提高反应效率及反应速度、决定反应路径、有优良的选择性和降低反应温度的特性，主要有金属（Ag、Pd、Pt、Fe等）、复合金属（多种金属负载与多空载体上）、相关化合物（MoS、ZnS等）。在生物医药上，科研人员已经成功地利用纳米SiO2微粒进行细胞分离，用金纳米颗粒进行定位病变治疗，减少了副作用。纳米涂料实现防紫外线辐射、抗降解、变色、杀菌保洁的功效，纳米级二氧化锡等可以与树脂复合，作为静电屏蔽涂层[8]。2.3 新能源材料

能源是人类社会进步的基础，能源结构的重大变革引起并促进了人类社会的革命性进步。从近现代的第一次工业革命的蒸汽机的应用、第二次工业革命的电力的应用、第三次工业革命的核能的应用，一直到现在正在发生的第四次工业革命中新能源的大规模开发、应用、推广，无不如此。随着时代的发展，原来作为人类社会发展的主要动力的化石能源正在日益枯竭，并造成了巨大的环境污染，引发了人们必须面对的巨大的生存危机，新能源的出现正在逐渐缓解这种危机，并注定在将来成为社会新的主要推动力。新能源的开发是以材料作为基础的，材料可以提高储能和能量转化效果，决定新能源的性能、安全性及环境协调性，决定了能源的投资和运行成本，并且可以将诸多的不适于大规模应用的能源转化成为可以广泛利用的新能源，如现在可以利用催化剂、电解质使氢与氧直接反应产生电能，应用于电动车等领域。

氢作为一种洁净的新能源受到了广泛的关注，但是其储存却成了很大的问题，近年来发展起来的固体无机物储氢材料为解决这一问题提供了很好的路径，浙江大学的林仁波等[9]发现，球磨2h无水CaCl2样品在温度20℃和氨压0.55MPa的条件下，15min内即可完全氨化，形成CaCl2(NH3)8，其吸氨量可达55.1wt％，相当于储氢量9.72wt％，CaCl2(NH3)8在20—300℃的范围内可通过三步反应实现完全脱氨，脱氨反应受温度和压力控制，其中6个NH3分子在常温、常压下即可脱附，如果与NH3分解催化剂联用，可能是一种较好的以NH3为介质的高容量储氢材料。球形纳米晶LiFeP04作为良好的正极材料，具有原料廉价、结构稳定、安全性高、循环和热稳定性明显优于其他材料等优点，同时Li4 Ti5 012作为负极材料具有充电平稳、首次库仑效率高、循环稳定性好等特点，二者的结合在1C倍率下的循环比容量分别高达140和130mAh/g，是组成高安全性动力锂离子电池的热点[10]。此外，新型无机材料钒掺杂纳米TiO2薄膜在太阳能电池的应用等都取得了很大的进展。2.4 半导体材料

通常来说，半导体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，电阻率一般在104~1010Ω·cm之间。半导体材料是半导体器件的物质基础，从家用电器、太阳能到计算机、人造卫星，半导体材料与国民经济的发展、人民的日常生活息息相关，承担着信息交流、沟通等重要作用，也是目前无机新材料中取得最为迅速发展的科学与技术之一。

作为第三代半导体材料的典型代表，宽禁带半导体氮化镓(GaN)具有许多硅材料所不具备的优异性能，它具有禁带宽度宽、临界击穿电场强度大、饱和电子漂移速度高、介电常数小以及良好的化学稳定性等特点，是高频、高压、高温和大功率应用的优良半导体材料，在民用和军事领域具有广阔的应用前景，南加州大学研究了SiO2作为钝化层对高压AlGaN/GaN HEMT的影响，实现了击穿电压930 V，比导通电阻为2.43 mΩ·cm2的高压器件[11]。窄禁带的锑化物半导体材料近年来被国际上公认为第三代超高速、超低功耗集成电路和第三代焦平面阵列红外探测器的首选材料体系，而固体红外激光器在气体环境监测、化学物品探测、生物医学诊断、卫星遥感技术等领域中都有十分重要的应用。锑化物材料的禁带宽带正好对应于2～5μm中红外波段的大气窗口，是开发工作于该波段激光器的重要材料。研究和开发高性能的新型锑化物基红外激光器是近年来非常活跃的研究课题，取得了一系列重要研究成果，如A1GaAsSb／InGaAsSb多量子阱激光器等[12]。2.5 其他新型无机材料

新型无机材料中还包含有环境材料、特种玻璃、人工晶体、多孔材料、无机纤维、薄膜材料、生物材料等等一系列方面和领域，它们之间往往没有清楚的界限，互相之间有所包容，这或许就是无机新材料得到迅速发展、应用广泛的奥秘所在吧。3 新型无机材料的展望和趋势

1、新型能源转换和储能材料：主要在电动汽车和混合动力车等新一代环境和谐型交通工具和如风能等新能源的发展上。

2、新型光电子材料及器件：集中在信息技术数字化、网络化、超大容量信息传输、超高密度信息储存、信息防破译传输方面发挥巨大作用，如量子通讯技术。

3、生物医用材料：除了人工骨、人工牙齿、HAP陶瓷、心脏瓣膜与血管支架等生物材料之外，还将利用特种纳米粒子，进行细胞分离、染色，生物探针标记及利用纳米制成药物或新型抗体进行临床疾病诊断、靶向治疗。

4、信息功能材料：主要应用于信息技术中，材料的制作将向着微型化和智能化方向发展，在新一代移动通讯及数字化信息技术中，能扮演重要角色。

5、复合智能型材料：在未来汽车工业、高速列车、航空航天等领域上，对新一代拥有轻质高强、高韧、自修复、自洁净、可感知等性能的复合材料提出了要求。

6、纳米无机材料：主要集中在光子电子纳米信息材料；纳米发光材料；纳米结构器件设计等方面。这类材料有可能成为下一代微电子和光电子器件的核心，以及新一代发光器件。

参考文献

[1] 杨华明等．新型无机材料［M］.北京：化学工业出版社，2005年．