Définition et classification de nouveaux matériaux: Les nouveaux matériaux se réfèrent aux matériaux qui viennent d'apparaître ou qui se développent déjà et ont d'excellentes propriétés et fonctions spéciales que les matériaux traditionnels n'ont pas. Il n’y a pas de frontière claire entre les nouveaux matériaux et les matériaux traditionnels. De nouveaux matériaux sont développés sur la base de matériaux traditionnels.
Comment les nouveaux matériaux sont-ils définis et classés? Voyons d’abord la définition des nouveaux matériaux:
Les nouveaux matériaux font référence aux matériaux qui ont émergé ou sont déjà en développement et qui possèdent d'excellentes propriétés et fonctions spéciales que les matériaux traditionnels n'ont pas..
Il n’y a pas de frontière claire entre les nouveaux matériaux et les matériaux traditionnels. De nouveaux matériaux sont développés sur la base de matériaux traditionnels.
Les matériaux traditionnels peuvent être transformés en nouveaux matériaux grâce à des améliorations de la composition, structure, conception et processus pour améliorer les performances des matériaux ou avoir de nouvelles propriétés.
Définition et classification de nouveaux matériaux
En tant que fondement et précurseur de la haute technologie, les nouveaux matériaux ont une très large gamme d’applications.
Avec les technologies de l'information et la biotechnologie, ils sont devenus les domaines les plus importants et les plus prometteurs du 21e siècle.
Comme les matériaux traditionnels, les nouveaux matériaux peuvent être classés sous de nombreux angles différents, tels que la composition structurelle, fonction et domaine d'application.
Différentes classifications s’entrelacent et s’imbriquent. À l'heure actuelle, les nouveaux matériaux sont généralement divisés dans les domaines principaux suivants en fonction des domaines d'application et des points chauds de recherche actuels:
Documents d'information électroniques, nouveaux matériaux énergétiques, nanomatériaux, matériaux composites avancés, matériaux céramiques avancés, matériaux écologiques, nouveaux matériaux fonctionnels (y compris les matériaux supraconducteurs à haute température, matériaux magnétiques, films de diamant, matériaux polymères fonctionnels, etc.), matériel biomédical, matériaux de structure haute performance, matériaux intelligents, nouveau bâtiment et nouveaux matériaux chimiques, etc..
Les supports d'information électroniques font référence aux matériaux utilisés dans les domaines de la microélectronique., Technologie optoélectronique et nouveaux composants produits de base, comprenant principalement des matériaux microélectroniques semi-conducteurs représentés par du silicium monocristallin;
Optoelectronic materials represented by laser crystals; matériaux céramiques électroniques représentés par les céramiques diélectriques et les céramiques thermosensibles;
Magnetic materials represented by neodymium iron boron (NdFeB) matériaux à aimant permanent; matériaux de communication par fibre optique; matériaux de stockage de données principalement basés sur le stockage magnétique et le stockage sur disque optique;
Piezoelectric crystals and thin film materials;
Green battery materials represented by hydrogen storage materials and lithium ion embedding materials, etc..
Ces matériaux de base et leurs produits soutiennent le développement des industries de l'information modernes telles que les communications, ordinateurs, appareils d'information et technologies de réseau.
La tendance générale du développement des documents d'information électroniques va vers des documents de grande taille., haute uniformité, haute intégrité, ainsi qu'en film mince, multifonctionnalité et intégration.
Les points chauds de la recherche et les frontières technologiques actuelles incluent les matériaux semi-conducteurs de troisième génération représentés par des matériaux semi-conducteurs à large bande interdite tels que les transistors flexibles., cristaux photoniques, cristaux photoniques, SiC, GaN, ZnSe, matériel d'affichage organique, et divers matériaux nanoélectroniques.
Les technologies des énergies nouvelles et des énergies propres renouvelables constituent l'un des cinq domaines techniques les plus décisifs dans le développement de l'économie mondiale au 21e siècle..
Les nouvelles énergies comprennent l'énergie primaire telle que l'énergie solaire, énergie de la biomasse, énergie nucléaire, énergie éolienne, énergie géothermique, énergie océanique, et l'énergie hydrogène dans les sources d'énergie secondaires.
Les nouveaux matériaux énergétiques font référence aux matériaux clés utilisés pour réaliser la transformation et l'utilisation de nouvelles énergies et le développement de nouvelles technologies énergétiques..
Ils comprennent principalement des matériaux pour batteries nickel-hydrogène représentés par des matériaux en alliage d'électrodes de stockage d'hydrogène., matériaux de batterie lithium-ion représentés par des électrodes négatives lithium-carbone et des électrodes positives LiCoO2, matériaux pour piles à combustible, matériaux de cellules solaires représentés par des matériaux semi-conducteurs en Si, et les matières énergétiques nucléaires des réacteurs représentées par l'uranium, deutérium, et tritium.
Les points chauds de la recherche et les frontières technologiques actuelles incluent les matériaux de stockage d'hydrogène à haute énergie, matériaux de batterie polymère, matériaux électrolytiques pour piles à combustible à oxyde solide à moyenne température, et matériaux de cellules solaires à couches minces polycristallines.
Les nanomatériaux sont un terme général désignant la dimension zéro, unidimensionnel, bidimensionnel, et matériaux tridimensionnels à effets de petite taille composés de particules ultrafines d'une taille inférieure à 100 nm (0.1-100nm).
Le concept de nanomatériaux est né au milieu des années 1980..
Étant donné que les nanomatériaux présentent des caractéristiques optiques uniques, électrique, magnétique, thermique, mécanique, et propriétés mécaniques, la nanotechnologie a rapidement pénétré divers domaines de matériaux et est devenue un sujet brûlant dans la recherche scientifique mondiale actuelle..
Selon la forme physique, les nanomatériaux peuvent être grossièrement divisés en cinq catégories: nanopoudres, nanofibres, nanofilms, nanoblocs, et liquides séparés en nanophases.
Bien que les nanomatériaux industrialisés soient principalement des nanopoudres telles que le carbonate de calcium, noir de carbone blanc, et oxyde de zinc, et d'autres en sont encore au stade de la recherche primaire du laboratoire, et une application à grande échelle devrait être 5-10 des années plus tard, il ne fait aucun doute que la nanotechnologie représentée par les nanomatériaux aura un impact profond sur le développement économique et social du 21e siècle.
Les points chauds de la recherche et les frontières technologiques actuelles comprennent: matériaux de nano-assemblage représentés par des nanotubes de carbone; matériaux nanostructurés de haute performance tels que les nano-céramiques et les nano-composites; conception et synthèse de matériaux nano-revêtements;
Development of nano-electronic devices such as single-electron transistors, nano-lasers et nano-switches, et matériaux de stockage d'informations à ultra haute densité C60.
Les matériaux composites sont des matériaux avec des structures à deux phases ou plus, composés de deux matériaux ou plus ayant des propriétés différentes par composition physique et chimique..
Ce type de matériau a non seulement de meilleures performances que n'importe quel matériau unique de la composition., mais possède également des propriétés uniques que les composants seuls n'ont pas.
Les matériaux composites peuvent être divisés en deux catégories selon leur utilisation: matériaux composites structurels et matériaux composites fonctionnels.
Les matériaux composites structurels sont principalement utilisés comme matériaux pour les structures porteuses.
Ils sont composés d'éléments de renfort pouvant supporter des charges (comme le verre, céramique, carbone, polymères, métaux, fibres naturelles, tissus, moustaches, feuilles et particules, etc.) et des composants matriciels qui peuvent relier les renforts pour former un matériau entier et transmettre la force (comme la résine, métal, céramique, verre, carbone et ciment, etc.).
Les matériaux structurels sont généralement divisés en composites à base de polymères, composites à base de métal, composites à base de céramique, composites à base de carbone et composites à base de ciment selon les différentes matrices.
Les matériaux fonctionnels font référence à des matériaux composites qui fournissent d'autres propriétés physiques., chimique, propriétés biologiques et autres en plus des propriétés mécaniques.
Il existe de nombreux types de matériaux composites, y compris piézoélectrique, conducteur, furtivité des radars, aimant permanent, photochromique, absorption acoustique, ignifuge, bio-auto-absorption, etc., qui ont de larges perspectives de développement.
À l'avenir, la proportion de matériaux composites fonctionnels dépassera celle des matériaux composites structurels et deviendra le courant dominant du développement des matériaux composites.
L’orientation future de la recherche sur les matériaux composites se concentrera principalement sur les nanocomposites, matériaux composites bioniques, et le développement de multifonctionnels, matériaux composites intelligents et intelligents.
Les matériaux éco-environnementaux ont été proposés dans le contexte de la prise de conscience des êtres humains de l’importance stratégique importante de la protection écologique et environnementale et du fait que les pays du monde entier s’engagent sur la voie du développement durable..
Ils constituent une tendance inévitable dans le développement de la recherche en science et ingénierie des matériaux au pays et à l'étranger..
Il est généralement admis que les matériaux éco-environnementaux sont des matériaux présentant des performances satisfaisantes et dotés d'une excellente coordination environnementale..
Les caractéristiques de ce type de matériau sont qu'il consomme moins de ressources et d'énergie., a peu de pollution pour l’écologie et l’environnement, a un taux de recyclage élevé, et est en harmonie avec l'environnement écologique tout au long du cycle de vie depuis la fabrication des matériaux, utiliser, élimination au recyclage et au recyclage.
Comprend principalement: matériaux respectueux de l'environnement, tels que des matériaux naturels purs (bois, pierre, etc.), matériaux biomimétiques (os artificiels, organes artificiels, etc.), matériaux d'emballage verts (sacs d'emballage verts, conteneurs d'emballage), matériaux de construction écologiques (matériaux décoratifs non toxiques, etc.); matériaux écologiquement dégradables (plastiques biodégradables, etc.); matériaux d'ingénierie environnementale, tels que les matériaux de restauration environnementale, matériaux de purification de l'environnement (tamis moléculaires, matériaux de tamis ionique), matériaux alternatifs environnementaux (additifs pour détergents à lessive sans phosphore), etc..
Les hauts lieux de la recherche et les axes de développement des matériaux éco-environnementaux incluent la conception de polymères recyclés (plastiques), le système théorique d'évaluation de la coordination environnementale matérielle, et de nouveaux processus, nouvelles technologies et nouvelles méthodes pour réduire la charge environnementale des matériaux.
Les matériaux biomédicaux sont un nouveau type de matériaux de haute technologie utilisés pour diagnostiquer, traiter ou remplacer les tissus et organes humains ou améliorer leurs fonctions.
Il s'agit d'un domaine nouveau et en développement dans la science et la technologie des matériaux..
Ils ont non seulement un contenu technique élevé et une valeur économique élevée, mais sont également étroitement liés à la vie et à la santé des patients. Dans le passé 10 années, le marché des matériaux et produits biomédicaux a maintenu un taux de croissance d'environ 20%.
Matériaux biomédicaux
Les matériaux biomédicaux sont divisés en matériaux métalliques médicaux, matériaux polymères médicaux, matériaux biocéramiques et matériaux composites biomédicaux selon la composition et les propriétés des matériaux.
Métaux, céramique, les polymères et leurs matériaux composites sont les matériaux biomédicaux les plus utilisés.
Selon la demande, les matériaux biomédicaux peuvent être divisés en matériaux dégradables et absorbables, matériaux d'ingénierie tissulaire et organes artificiels, matériaux à libération contrôlée, matériaux intelligents bioniques, etc..
Les orientations de recherche et développement de matériaux biomédicaux sont principalement:
Au milieu des années 1980, les gens ont proposé le concept de matériaux intelligents (Matériaux intelligents ou système de matériaux intelligents): Les matériaux intelligents imitent les systèmes de vie, peut détecter les changements environnementaux et modifier un ou plusieurs de ses propres paramètres de performance en temps réel, et fabriquer les matériaux composites souhaités ou les matériaux composites qui peuvent s'adapter à l'environnement modifié.
Les matériaux intelligents sont un système matériel complexe qui intègre des matériaux et des structures, traitement intelligent, systèmes d'exécution, systèmes de contrôle et systèmes de capteurs.
Sa conception et sa synthèse couvrent presque toutes les disciplines de haute technologie.
Les composants matériels de base qui constituent les matériaux intelligents comprennent les matériaux piézoélectriques., matériaux à mémoire de forme, fibres optiques, électro-(magnéto-)fluides rhéologiques, matériaux magnétostrictifs et matériaux polymères intelligents.
L’émergence de matériaux intelligents amènera la civilisation humaine à un nouveau sommet, mais on est encore à une certaine distance du stade pratique.
Les futurs axes de recherche comprennent les six aspects suivants:
Les matériaux structurels font référence aux matériaux d'ingénierie dont les propriétés mécaniques sont la caractéristique principale..
Ce sont les matériaux les plus utilisés dans l’économie nationale.
Des nécessités quotidiennes, des bâtiments aux automobiles, avions, satellites et fusées, ils obtiennent tous leur forme, taille et résistance grâce à une certaine forme de cadre structurel.
Les matériaux traditionnels tels que l'acier et les métaux non ferreux appartiennent à cette catégorie..
Les matériaux structurels hautes performances font généralement référence à des matériaux structurels dotés de propriétés mécaniques plus élevées telles que la résistance., dureté, plasticité et ténacité, et s'adapter aux exigences environnementales particulières.
Ils incluent de nouveaux matériaux métalliques, matériaux céramiques structurels et matériaux polymères haute performance.
Les points chauds de la recherche actuelle comprennent: alliages haute température, nouveau alliages d'aluminium et alliages de magnésium, matériaux céramiques structurels haute température et alliages polymères.
Les matériaux fonctionnels font référence à des matériaux qui présentent des propriétés spéciales telles que l'électricité., magnétisme, lumière, biologie et chimie en plus des propriétés mécaniques.
En plus des informations, énergie, nano, matériaux biomédicaux et autres introduits plus tôt, les nouveaux matériaux fonctionnels comprennent principalement des matériaux supraconducteurs à haute température, matériaux magnétiques, films de diamant, matériaux polymères fonctionnels, etc..
Les points chauds de la recherche actuelle comprennent: matériaux nano-fonctionnels, aimants permanents nanocristallins de terres rares et matériaux en alliage de stockage d'hydrogène de terres rares, matériaux amorphes en vrac, matériaux supraconducteurs à haute température, matériaux en alliage à mémoire de forme magnétique, matériaux polymères magnétiques, technologie de préparation de film de diamant, etc..
Les nouveaux matériaux chimiques sont des matières premières de base utilisées dans les domaines de l'industrie chimique, pétrole, etc., comprenant principalement des matériaux organiques fluorés, matériaux de silicium organique, fibres haute performance, matériaux nanochimiques, matériaux fonctionnels inorganiques, etc..
Les matériaux nanochimiques et les revêtements chimiques spéciaux ont été des points chauds de la recherche ces dernières années.
Les matériaux céramiques avancés font référence à des produits offrant d'excellentes performances et fabriqués à partir de matériaux raffinés de haute pureté., composés inorganiques ultra-fins comme matières premières et technologie de processus de préparation avancée.
Selon les exigences de la technologie d'ingénierie pour la performance du produit, les produits fabriqués peuvent être piézoélectriques, ferroélectrique, conducteur, semi-conducteur, magnétique, etc.. ou avoir d'excellentes propriétés telles qu'une haute résistance, haute ténacité, haute dureté, résistance à l'usure, résistance à la corrosion, résistance aux hautes températures, conductivité thermique élevée, isolation ou bonne biocompatibilité.
Matériaux céramiques avancés
Les matériaux céramiques avancés sont généralement divisés en trois catégories: céramique structurelle, matériaux composites à base de céramique et céramiques fonctionnelles.
La plupart des céramiques fonctionnelles sont largement utilisées dans l'industrie électronique et sont également communément appelées matériaux céramiques électroniques..
Tels que les matériaux isolants en céramique, matériaux de substrat en céramique, matériaux d'emballage en céramique utilisés pour fabriquer des puces, et céramique de condensateur, céramique piézoélectrique, matériaux magnétiques en ferrite utilisés pour fabriquer des appareils électroniques.
Les points chauds de la recherche actuelle incluent la technologie de renforcement et de trempe des matériaux céramiques., la technologie de préparation et de synthèse de matériaux nano-céramiques, la conception de systèmes avancés de matériaux céramiques structurels, et la haute uniformité et la technologie ultra-fine des matériaux céramiques électroniques.
Les nouveaux matériaux de construction comprennent principalement les nouveaux matériaux de murs, matériaux de construction chimiques, nouveaux matériaux d'isolation thermique, matériaux de décoration de bâtiment, etc..
Parmi eux, les matériaux de construction chimiques comprennent les plastiques de construction, revêtements de construction, imperméabilisation des bâtiments, matériaux d'étanchéité, matériaux d'isolation thermique, matériaux d'isolation phonique, céramiques spéciales, adhésifs de construction, etc., qui sont de nouveaux matériaux de construction sur lesquels mon pays se concentrera sur le développement au cours du « 15ème Plan quinquennal ».
Nouvelle définition du matériau: Les nouveaux matériaux font référence aux matériaux qui ont émergé ou sont déjà en développement et qui possèdent d'excellentes propriétés et fonctions spéciales que les matériaux traditionnels n'ont pas..
Il n’y a pas de frontière claire entre les nouveaux matériaux et les matériaux traditionnels.
De nouveaux matériaux sont développés sur la base de matériaux traditionnels.
Les matériaux traditionnels peuvent être transformés en nouveaux matériaux grâce à des améliorations de la composition, structure, conception et processus pour améliorer les performances des matériaux ou avoir de nouvelles propriétés.
Les nouveaux matériaux sont divisés en quatre catégories selon leur composition structurelle, y compris les matériaux métalliques, matériaux inorganiques non métalliques, matériaux polymères organiques, et matériaux composites avancés.
Selon les performances du matériau, il existe des matériaux structurels et des matériaux fonctionnels.
Selon les usages et propriétés des nouveaux matériaux, le « Catalogue d'orientation sur les produits et technologies des nouveaux matériaux de Chine » divise les nouveaux produits en matériaux en plus de dix domaines techniques spécifiques, y compris de nouveaux matériaux métalliques, nouveaux matériaux de construction, nouveaux matériaux chimiques, matériel d'information électronique, matériel biomédical, nouveaux matériaux énergétiques, matériaux nano et poudre, nouveaux matériaux composites, nouveaux matériaux de terres rares, matériaux céramiques hautes performances, nouveaux matériaux en carbone, nouvelle technologie et équipement de préparation des matériaux.
1 Documents d'information électroniques
2 Nouveaux matériaux économes en énergie
3 Nanomatériaux
4 Matériaux composites avancés
Fibre de verre, aramide, carbure de silicium, graphite, fibre de bore, fibre d'acier, moustaches, matériaux synthétiques résistants à l'usure, à base de résine, à base de métal, matériaux composites à base de céramique, matériaux composites carbone/carbone, lames en carbure , matériaux de friction, matériaux composites
5 Matériaux métalliques avancés
6 Nouveaux matériaux chimiques
Silicium organique, fluor organique, plastiques techniques et alliages plastiques, caoutchouc spécial, fibre spéciale, revêtement spécial, réfrigérant, produits de chimie fine
7 Matériaux céramiques avancés
Céramiques fonctionnelles (micro-ondes, composants électroniques diélectriques en céramique , piézoélectrique, sensible, transparent) céramique structurelle (rayon de miel, résistant à l'usure, haute température, haute ténacité, revêtement, composite à base de céramique)
8 Matériaux de terres rares
Terre rare de haute pureté, additifs, catalyseurs, aimants permanents, luminescence, stockage d'hydrogène
9 Matériaux magnétiques
Matériaux magnétiques doux, aimants permanents, matériaux d'enregistrement magnétique, appareils magnétiques
10 Matériaux en carbone
Charbon actif, noir de carbone, diamant, graphite, fibre de carbone
11 Matériaux membranaires
Membranes filtrantes (membranes organiques, membranes inorganiques), films fonctionnels (optique, isolant)
12 Matériaux supraconducteurs
Technologies de préparation et d’application de fils supraconducteurs pratiques, blocs, et des films.
13 Matériel biomédical
Implants, tissus artificiels, filtration du sang, points de suture
14 Matériaux écologiques et environnementaux
Matériaux d'ingénierie environnementale, emballage vert, matériaux dégradables, matériaux alternatifs environnementaux
15 Nouveaux matériaux de construction
Matériaux d'isolation thermique, ciment à haute résistance, matériaux de construction écologiques verts
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