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Definition und Klassifizierung neuer Materialien: New materials refer to those materials that have just appeared or are already developing and have excellent properties and special functions that traditional materials do not have. Es gibt keine klare Grenze zwischen neuen Materialien und traditionellen Materialien. Auf Basis traditioneller Materialien werden neue Materialien entwickelt.
Wie werden neue Materialien definiert und klassifiziert?? Schauen wir uns zunächst die Definition neuer Materialien an:
Unter neuen Materialien versteht man solche Materialien, die entstanden sind oder sich bereits entwickeln und über hervorragende Eigenschaften und besondere Funktionen verfügen, die herkömmliche Materialien nicht haben.
Es gibt keine klare Grenze zwischen neuen Materialien und traditionellen Materialien. Auf Basis traditioneller Materialien werden neue Materialien entwickelt.
Traditionelle Materialien können durch Verbesserungen in der Zusammensetzung zu neuen Materialien weiterentwickelt werden, Struktur, Design und Prozess zur Verbesserung der Materialleistung oder zur Erzielung neuer Eigenschaften.
Definition und Klassifizierung neuer Materialien
Als Grundlage und Vorreiter der Hightech, Neue Materialien haben ein sehr breites Anwendungsspektrum.
Zusammen mit Informationstechnologie und Biotechnologie, Sie sind zu den wichtigsten und vielversprechendsten Bereichen des 21. Jahrhunderts geworden.
Wie traditionelle Materialien, Neue Materialien können aus vielen verschiedenen Perspektiven klassifiziert werden, beispielsweise nach ihrer strukturellen Zusammensetzung, Funktion und Anwendungsbereich.
Verschiedene Klassifizierungen sind miteinander verflochten und verschachtelt. Derzeit, Generell werden neue Materialien nach Anwendungsfeldern und aktuellen Forschungsschwerpunkten in die folgenden Hauptfelder eingeteilt:
Elektronische Informationsmaterialien, neue Energiematerialien, Nanomaterialien, fortschrittliche Verbundwerkstoffe, fortschrittliche keramische Materialien, Materialien für die ökologische Umwelt, neue Funktionsmaterialien (einschließlich hochtemperatursupraleitender Materialien, magnetische Materialien, Diamantfilme, funktionelle Polymermaterialien, usw.), biomedizinische Materialien, Hochleistungsbaustoffe, Intelligente Materialien, Neubau und chemische neue Materialien, usw.
Als elektronische Informationsmaterialien werden Materialien bezeichnet, die in den Bereichen der Mikroelektronik verwendet werden, optoelektronische Technologie und Basisprodukte für neue Komponenten, Dazu gehören hauptsächlich mikroelektronische Halbleitermaterialien, dargestellt durch einkristallines Silizium;
Optoelectronic materials represented by laser crystals; elektronische Keramikmaterialien, repräsentiert durch dielektrische Keramik und wärmeempfindliche Keramik;
Magnetic materials represented by neodymium iron boron (NdFeB) Permanentmagnetmaterialien; Materialien für die Glasfaserkommunikation; Datenspeichermaterialien, hauptsächlich basierend auf magnetischer Speicherung und optischer Plattenspeicherung;
Piezoelectric crystals and thin film materials;
Green battery materials represented by hydrogen storage materials and lithium ion embedding materials, usw.
Diese Grundmaterialien und ihre Produkte unterstützen die Entwicklung moderner Informationsindustrien wie der Kommunikation, Computer, Informationsgeräte und Netzwerktechnologien.
Der allgemeine Entwicklungstrend elektronischer Informationsmaterialien geht in Richtung Großformat, hohe Gleichmäßigkeit, hohe Integrität, sowie dünne Folie, Multifunktionalität und Integration.
Aktuelle Forschungsschwerpunkte und technologische Grenzen umfassen Halbleitermaterialien der dritten Generation, die durch Halbleitermaterialien mit großer Bandlücke wie flexible Transistoren repräsentiert werden, Photonische Kristalle, Photonische Kristalle, SiC, GaN, ZnSe, organische Displaymaterialien, und verschiedene nanoelektronische Materialien.
Neue Energien und erneuerbare saubere Energietechnologien sind einer der fünf entscheidendsten technischen Bereiche für die Entwicklung der Weltwirtschaft im 21. Jahrhundert.
Neue Energie umfasst Primärenergie wie Solarenergie, Biomasseenergie, Kernenergie, Windenergie, Geothermie, Meeresenergie, und Wasserstoffenergie in sekundären Energiequellen.
Neue Energiematerialien beziehen sich auf die Schlüsselmaterialien, die zur Umsetzung und Nutzung neuer Energie sowie zur Entwicklung neuer Energietechnologien verwendet werden.
Dazu gehören hauptsächlich Nickel-Wasserstoff-Batteriematerialien, die durch Legierungsmaterialien für Wasserstoffspeicherelektroden repräsentiert werden, Lithium-Ionen-Batteriematerialien, dargestellt durch negative Lithium-Kohlenstoff-Elektroden und positive LiCoO2-Elektroden, Materialien für Brennstoffzellen, Solarzellenmaterialien, dargestellt durch Si-Halbleitermaterialien, und Reaktor-Kernenergiematerialien, vertreten durch Uran, Deuterium, und Tritium.
Zu den aktuellen Forschungsschwerpunkten und technologischen Grenzen zählen hochenergetische Wasserstoffspeichermaterialien, Polymerbatteriematerialien, Elektrolytmaterialien für Festoxid-Brennstoffzellen für mittlere Temperaturen, und polykristalline Dünnschicht-Solarzellenmaterialien.
Nanomaterialien sind ein allgemeiner Begriff für nulldimensional, eindimensional, zweidimensional, und dreidimensionale Materialien mit kleinen Größeneffekten, die aus ultrafeinen Partikeln mit einer Größe von weniger als 100 nm bestehen (0.1-100nm).
Das Konzept der Nanomaterialien entstand Mitte der 1980er Jahre.
Denn Nanomaterialien weisen einzigartige optische Eigenschaften auf, elektrisch, magnetisch, Thermal-, mechanisch, und mechanische Eigenschaften, Die Nanotechnologie hat schnell in verschiedene Materialbereiche vorgedrungen und ist zu einem heißen Thema in der aktuellen weltweiten wissenschaftlichen Forschung geworden.
Je nach körperlicher Form, Nanomaterialien lassen sich grob in fünf Kategorien einteilen: Nanopulver, Nanofasern, nanofilms, Nanoblöcke, und nanophasengetrennte Flüssigkeiten.
Obwohl es sich bei den industrialisierten Nanomaterialien hauptsächlich um Nanopulvermaterialien wie Calciumcarbonat handelt, weißer Ruß, und Zinkoxid, und andere befinden sich im Grunde noch in der primären Forschungsphase des Labors, und eine groß angelegte Anwendung wird erwartet 5-10 Jahre später, Es besteht kein Zweifel daran, dass die Nanotechnologie, repräsentiert durch Nanomaterialien, tiefgreifende Auswirkungen auf die wirtschaftliche und soziale Entwicklung des 21. Jahrhunderts haben wird.
Zu den aktuellen Forschungsschwerpunkten und technologischen Grenzen gehören:: Nanoaufbaumaterialien, dargestellt durch Kohlenstoffnanoröhren; Hochleistungsfähige nanostrukturierte Materialien wie Nanokeramik und Nanokomposite; Design und Synthese von Nanobeschichtungsmaterialien;
Development of nano-electronic devices such as single-electron transistors, Nanolaser und Nanoschalter, und C60-Informationsspeichermaterialien mit ultrahoher Dichte.
Verbundwerkstoffe sind Materialien mit zwei oder mehr Phasenstrukturen, die durch physikalische und chemische Verbindung aus zwei oder mehr Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften bestehen.
Diese Art von Material weist nicht nur eine bessere Leistung auf als jedes einzelne Material in der Zusammensetzung, sondern verfügt auch über einzigartige Eigenschaften, die die Komponenten allein nicht haben.
Verbundwerkstoffe lassen sich je nach Verwendungszweck in zwei Kategorien einteilen: strukturelle Verbundwerkstoffe und funktionelle Verbundwerkstoffe.
Strukturverbundwerkstoffe werden hauptsächlich als Materialien für tragende Strukturen verwendet.
Sie bestehen aus belastbaren Bewehrungsbauteilen (wie zum Beispiel Glas, Keramik, Kohlenstoff, Polymere, Metalle, Naturfasern, Stoffe, Schnurrhaare, Blätter und Partikel, usw.) und Matrixkomponenten, die die Verstärkungen zu einem Gesamtmaterial verbinden und Kraft übertragen können (wie zum Beispiel Harz, Metall, Keramik, Glas, Kohlenstoff und Zement, usw.).
Strukturmaterialien werden üblicherweise in Verbundwerkstoffe auf Polymerbasis unterteilt, Verbundwerkstoffe auf Metallbasis, Verbundwerkstoffe auf Keramikbasis, Verbundwerkstoffe auf Kohlenstoffbasis und Verbundwerkstoffe auf Zementbasis entsprechend den verschiedenen Matrizen.
Funktionsmaterialien beziehen sich auf Verbundmaterialien, die andere physikalische Eigenschaften bieten, chemisch, neben den mechanischen Eigenschaften auch biologische und andere Eigenschaften.
Es gibt viele Arten von Verbundwerkstoffen, einschließlich piezoelektrisch, leitfähig, Radar-Stealth, Permanentmagnet, photochrom, Schallabsorption, schwer entflammbar, Bio-Selbstabsorption, usw., die breite Entwicklungsperspektiven haben.
In der Zukunft, Der Anteil funktioneller Verbundwerkstoffe wird den Anteil struktureller Verbundwerkstoffe übersteigen und zum Hauptbestandteil der Verbundwerkstoffentwicklung werden.
Die zukünftige Forschungsrichtung von Verbundwerkstoffen wird sich hauptsächlich auf Nanokomposite konzentrieren, Bionische Verbundwerkstoffe, und die Entwicklung multifunktionaler, intelligente und intelligente Verbundwerkstoffe.
Öko-Umweltmaterialien wurden vor dem Hintergrund des Bewusstseins der Menschen für die wichtige strategische Bedeutung des Umwelt- und Umweltschutzes und der Tatsache, dass Länder auf der ganzen Welt den Weg einer nachhaltigen Entwicklung einschlagen, vorgeschlagen.
Sie sind ein unvermeidlicher Trend in der Entwicklung der Materialwissenschaft und der Ingenieurforschung im In- und Ausland.
Es wird allgemein angenommen, dass Öko-Umweltmaterialien Materialien sind, die eine zufriedenstellende Leistung aufweisen und über eine hervorragende Umweltkoordination verfügen.
Die Eigenschaften dieser Art von Material bestehen darin, dass es weniger Ressourcen und Energie verbraucht, hat eine geringe Belastung für Ökologie und Umwelt, weist eine hohe Recyclingquote auf, und steht über den gesamten Lebenszyklus ab der Materialherstellung im Einklang mit der ökologischen Umwelt, verwenden, Entsorgung bis zur Wiederverwertung und Wiederverwertung.
Hauptsächlich umfassen: umweltverträgliche Materialien, wie reine Naturmaterialien (Holz, Stein, usw.), biomimetische Materialien (Künstliche Knochen, Künstliche Organe, usw.), grüne Verpackungsmaterialien (grüne Verpackungsbeutel, Verpackungsbehälter), ökologische Baustoffe (ungiftige Dekorationsmaterialien, usw.); umweltverträgliche Materialien (biologisch abbaubare Kunststoffe, usw.); umwelttechnische Materialien, wie Materialien zur Umweltsanierung, Materialien zur Umweltreinigung (Molekularsiebe, Ionensiebmaterialien), Umweltfreundliche alternative Materialien (Phosphorfreie Waschmittelzusätze), usw.
Zu den Forschungsschwerpunkten und Entwicklungsrichtungen von Öko-Umweltmaterialien gehört das Design recycelter Polymere (Kunststoffe), das theoretische System der materiellen Umweltkoordinationsbewertung, und neue Prozesse, neue Technologien und neue Methoden zur Reduzierung der Umweltbelastung durch Materialien.
Biomedizinische Materialien sind eine neue Art von High-Tech-Materialien für die Diagnose, menschliche Gewebe und Organe behandeln oder ersetzen oder deren Funktionen verbessern.
Sie sind ein neues und sich entwickelndes Gebiet in der Materialwissenschaft und -technologie.
Sie haben nicht nur einen hohen technischen Inhalt und wirtschaftlichen Wert, sondern stehen auch in engem Zusammenhang mit dem Leben und der Gesundheit der Patienten. In der Vergangenheit 10 Jahre, Der Markt für biomedizinische Materialien und Produkte weist eine Wachstumsrate von etwa 1,5 % auf 20%.
Biomedizinische Materialien
Biomedizinische Materialien werden in medizinische Metallmaterialien unterteilt, medizinische Polymermaterialien, biokeramische Materialien und biomedizinische Verbundmaterialien nach Materialzusammensetzung und Eigenschaften.
Metalle, Keramik, Polymere und ihre Verbundmaterialien sind die am häufigsten verwendeten biomedizinischen Materialien.
Laut Antrag, Biomedizinische Materialien können in abbaubare und resorbierbare Materialien unterteilt werden, Gewebezüchtungsmaterialien und künstliche Organe, Materialien mit kontrollierter Freisetzung, bionische intelligente Materialien, usw.
Die Forschungs- und Entwicklungsrichtungen biomedizinischer Materialien sind hauptsächlich:
Mitte der 1980er Jahre, Menschen schlugen das Konzept der intelligenten Materialien vor (Intelligente Materialien oder intelligentes Materialsystem): Intelligente Materialien imitieren Lebenssysteme, können Umweltveränderungen wahrnehmen und einen oder mehrere ihrer eigenen Leistungsparameter in Echtzeit ändern, und gewünschte Verbundwerkstoffe oder Verbundwerkstoffe herzustellen, die sich an die veränderte Umgebung anpassen können.
Intelligente Materialien sind ein komplexes Materialsystem, das Materialien und Strukturen integriert, intelligente Verarbeitung, Ausführungssysteme, Steuerungssysteme und Sensorsysteme.
Sein Design und seine Synthese umfassen nahezu alle High-Tech-Disziplinen.
Zu den grundlegenden Materialkomponenten, aus denen intelligente Materialien bestehen, gehören piezoelektrische Materialien, Formgedächtnismaterialien, optische Fasern, Elektro-(magneto-)rheologische Flüssigkeiten, magnetostriktive Materialien und intelligente Polymermaterialien.
Das Aufkommen intelligenter Materialien wird die menschliche Zivilisation auf einen neuen Höhepunkt bringen, Von der Praxisreife ist es aber noch ein Stück weit entfernt.
Zukünftige Forschungsschwerpunkte umfassen die folgenden sechs Aspekte:
Strukturmaterialien beziehen sich auf technische Materialien, deren Hauptmerkmal mechanische Eigenschaften sind.
Sie sind die am häufigsten verwendeten Materialien in der Volkswirtschaft.
Vom täglichen Bedarf, Gebäude bis hin zu Automobilen, Flugzeuge, Satelliten und Raketen, sie alle erhalten ihre Form, Größe und Stärke durch eine Art strukturelles Gerüst.
Zu dieser Kategorie gehören traditionelle Materialien wie Stahl und Nichteisenmetalle.
Hochleistungsstrukturmaterialien beziehen sich im Allgemeinen auf Strukturmaterialien mit höheren mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit, Härte, Plastizität und Zähigkeit, und passen sich besonderen Umgebungsanforderungen an.
Dazu gehören neue Metallwerkstoffe, Hochleistungs-Strukturkeramikwerkstoffe und Polymerwerkstoffe.
Zu den aktuellen Forschungsschwerpunkten zählen:: Hochtemperaturlegierungen, neu Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen, Hochtemperatur-Strukturkeramikmaterialien und Polymerlegierungen.
Unter Funktionsmaterialien versteht man Materialien, die besondere Eigenschaften wie Elektrizität aufweisen, Magnetismus, Licht, Biologie und Chemie sowie mechanische Eigenschaften.
Zusätzlich zu den Informationen, Energie, Nano, biomedizinische und andere Materialien, die früher eingeführt wurden, Zu den neuen Funktionsmaterialien zählen vor allem hochtemperatursupraleitende Materialien, magnetische Materialien, Diamantfilme, funktionelle Polymermaterialien, usw.
Zu den aktuellen Forschungsschwerpunkten zählen:: nanofunktionale Materialien, nanokristalline Seltenerd-Permanentmagnete und Seltenerd-Wasserstoffspeicherlegierungsmaterialien, amorphe Massenmaterialien, Hochtemperatursupraleitende Materialien, magnetische Formgedächtnislegierungsmaterialien, magnetische Polymermaterialien, Diamantfilm-Vorbereitungstechnologie, usw.
Neue chemische Stoffe sind Grundrohstoffe für die chemische Industrie, Petroleum, usw., Dazu gehören hauptsächlich organische Fluormaterialien, organische Siliziummaterialien, Hochleistungsfasern, nanochemische Materialien, anorganische Funktionsmaterialien, usw.
Nanochemische Materialien und spezielle chemische Beschichtungen waren in den letzten Jahren Forschungsschwerpunkte.
Fortschrittliche Keramikmaterialien beziehen sich auf Produkte mit hervorragender Leistung, die aus raffiniertem, hochreinem Material hergestellt werden, ultrafeine anorganische Verbindungen als Rohstoffe und fortschrittliche Herstellungsprozesstechnologie.
Entsprechend den Anforderungen der Ingenieurstechnik an die Produktleistung, Die hergestellten Produkte können piezoelektrisch sein, ferroelektrisch, leitfähig, Halbleiter, magnetisch, usw. oder hervorragende Eigenschaften wie hohe Festigkeit aufweisen, hohe Zähigkeit, hohe Härte, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit, Isolierung oder gute Biokompatibilität.
Fortschrittliche Keramikmaterialien
Hochleistungskeramikmaterialien werden im Allgemeinen in drei Kategorien unterteilt: Strukturkeramik, Verbundwerkstoffe auf Keramikbasis und Funktionskeramik.
Die meisten Funktionskeramiken werden häufig in der Elektronikindustrie eingesetzt und werden auch häufig als elektronische Keramikmaterialien bezeichnet.
Zum Beispiel keramische Isoliermaterialien, keramische Substratmaterialien, Keramische Verpackungsmaterialien zur Herstellung von Chips, und Kondensatorkeramik, piezoelektrische Keramik, Ferritmagnetische Materialien, die zur Herstellung elektronischer Geräte verwendet werden.
Aktuelle Forschungsschwerpunkte sind die Verstärkungs- und Zähigkeitstechnologie keramischer Werkstoffe, die Herstellungs- und Synthesetechnologie nanokeramischer Materialien, das Design fortschrittlicher Strukturkeramik-Materialsysteme, und die hohe Gleichmäßigkeit und ultrafeine Technologie elektronischer Keramikmaterialien.
Zu den neuen Baumaterialien zählen vor allem neue Wandmaterialien, chemische Baustoffe, neue Wärmedämmstoffe, Baudekorationsmaterialien, usw.
Darunter, Zu den chemischen Baustoffen zählen Baukunststoffe, Gebäudebeschichtungen, Gebäudeabdichtung, Dichtungsmaterialien, Wärmedämmstoffe, Schallschutzmaterialien, Spezialkeramik, Bauklebstoffe, usw., Dabei handelt es sich um neue Baumaterialien, auf deren Entwicklung sich mein Land im Rahmen des „15. Fünfjahresplans“ konzentrieren wird..
Neue Materialdefinition: Unter neuen Materialien versteht man solche Materialien, die entstanden sind oder sich bereits entwickeln und über hervorragende Eigenschaften und besondere Funktionen verfügen, die herkömmliche Materialien nicht haben.
Es gibt keine klare Grenze zwischen neuen Materialien und traditionellen Materialien.
Auf Basis traditioneller Materialien werden neue Materialien entwickelt.
Traditionelle Materialien können durch Verbesserungen in der Zusammensetzung zu neuen Materialien weiterentwickelt werden, Struktur, Design und Prozess zur Verbesserung der Materialleistung oder zur Erzielung neuer Eigenschaften.
Neue Materialien werden entsprechend ihrer strukturellen Zusammensetzung in vier Kategorien eingeteilt, einschließlich Metallmaterialien, anorganische nichtmetallische Materialien, organische Polymermaterialien, und fortschrittliche Verbundwerkstoffe.
Je nach Materialleistung, Es gibt Strukturmaterialien und Funktionsmaterialien.
Je nach Verwendungszweck und Eigenschaften neuer Materialien, Der „China New Materials Products and Technology Guidance Catalogue“ unterteilt neue Materialprodukte in mehr als zehn spezifische technische Bereiche, einschließlich neuer Metallwerkstoffe, neue Baumaterialien, neue chemische Materialien, elektronische Informationsmaterialien, biomedizinische Materialien, neue Energiematerialien, Nano- und Pulvermaterialien, neue Verbundwerkstoffe, neue Seltenerdmaterialien, Hochleistungskeramikwerkstoffe, neue Kohlenstoffmaterialien, neue Technologien und Geräte zur Materialaufbereitung.
1 Elektronische Informationsmaterialien
2 Energiesparende neue Materialien
3 Nanomaterialien
4 Fortschrittliche Verbundwerkstoffe
Glasfaser, Aramid, Siliziumkarbid, Graphit, Borfaser, Stahlfaser, Schnurrhaare, synthetische verschleißfeste Materialien, Auf Harzbasis, Metallbasiert, Verbundwerkstoffe auf Keramikbasis, Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe, Hartmetallklingen , Reibungsmaterialien, Verbundwerkstoffe
5 Fortschrittliche Metallmaterialien
6 Neue chemische Materialien
Organisches Silizium, organisches Fluor, technische Kunststoffe und Kunststofflegierungen, Spezialgummi, Spezialfaser, Spezialbeschichtung, Kältemittel, Feinchemikalien
7 Fortschrittliche Keramikmaterialien
Funktionskeramik (Mikrowelle, Keramische dielektrische elektronische Komponenten , piezoelektrisch, empfindlich, transparent) Strukturkeramik (Bienenwabe, verschleißfest, hohe Temperatur, hohe Zähigkeit, Beschichtung, Verbundwerkstoff auf Keramikbasis)
8 Seltenerdmaterialien
Hochreine seltene Erde, Zusatzstoffe, Katalysatoren, Permanentmagnete, Lumineszenz, Wasserstoffspeicherung
9 Magnetische Materialien
Weichmagnetische Materialien, Permanentmagnete, magnetische Aufzeichnungsmaterialien, magnetische Geräte
10 Kohlenstoffmaterialien
Aktivkohle, Ruß, Diamant, Graphit, Kohlefaser
11 Membranmaterialien
Filtermembranen (organische Membranen, anorganische Membranen), Funktionsfolien (optisch, isolierend)
12 Supraleitende Materialien
Herstellungs- und Anwendungstechnologien praktischer supraleitender Drähte, Blöcke, und Filme.
13 Biomedizinische Materialien
Implantate, künstliche Gewebe, Blutfiltration, Nähte
14 Ökologische und umweltfreundliche Materialien
Materialien für die Umwelttechnik, grüne Verpackung, abbaubare Materialien, Umweltfreundliche alternative Materialien
15 Neue Baumaterialien
Wärmedämmstoffe, hochfester Zement, grüne ökologische baustoffe
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