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Definizione e classificazione dei nuovi materiali: 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. Non esiste un confine chiaro tra nuovi materiali e materiali tradizionali. Nuovi materiali vengono sviluppati sulla base di materiali tradizionali.
Come vengono definiti e classificati i nuovi materiali? Vediamo innanzitutto la definizione di nuovi materiali:
I nuovi materiali si riferiscono a quei materiali che sono emersi o si stanno già sviluppando e hanno proprietà eccellenti e funzioni speciali che i materiali tradizionali non hanno. Non esiste un confine chiaro tra nuovi materiali e materiali tradizionali. Nuovi materiali vengono sviluppati sulla base di materiali tradizionali. I materiali tradizionali possono essere sviluppati in nuovi materiali attraverso miglioramenti nella composizione, struttura, progettazione e processo per migliorare le prestazioni dei materiali o ottenere nuove proprietà.
Definizione e classificazione dei nuovi materiali
Come fondamento e precursore dell'alta tecnologia, i nuovi materiali hanno una gamma molto ampia di applicazioni. Insieme all’informatica e alle biotecnologie, sono diventati i campi più importanti e promettenti del 21° secolo. Come i materiali tradizionali, i nuovi materiali possono essere classificati da molte prospettive diverse come la composizione strutturale, funzione e campo di applicazione. Diverse classificazioni sono intrecciate e annidate. Attualmente, i nuovi materiali sono generalmente suddivisi nei seguenti campi principali in base ai campi di applicazione e agli attuali punti caldi della ricerca:
Materiali informativi elettronici, nuovi materiali energetici, nanomateriali, materiali compositi avanzati, materiali ceramici avanzati, materiali ambientali ecologici, nuovi materiali funzionali (compresi materiali superconduttori ad alta temperatura, materiali magnetici, pellicole diamantate, materiali polimerici funzionali, ecc.), materiali biomedici, materiali strutturali ad alte prestazioni, materiali intelligenti, nuove costruzioni e nuovi materiali chimici, ecc.
I materiali informativi elettronici si riferiscono a materiali utilizzati nei campi della microelettronica, tecnologia optoelettronica e nuovi prodotti di base componenti, comprendendo principalmente materiali microelettronici semiconduttori rappresentati dal silicio monocristallino; materiali optoelettronici rappresentati da cristalli laser; materiali ceramici elettronici rappresentati da ceramiche dielettriche e ceramiche termosensibili; materiali magnetici rappresentati dal neodimio ferro boro (NdFeB) materiali a magneti permanenti; materiali di comunicazione in fibra ottica; materiali di archiviazione dati basati principalmente su archiviazione magnetica e archiviazione su disco ottico; cristalli piezoelettrici e materiali a film sottile; materiali per batterie ecologiche rappresentati da materiali per lo stoccaggio dell'idrogeno e materiali per l'inclusione di ioni di litio, ecc. Questi materiali di base e i relativi prodotti supportano lo sviluppo delle moderne industrie dell'informazione come le comunicazioni, computer, apparecchi informativi e tecnologie di rete.
La tendenza generale allo sviluppo dei materiali informativi elettronici va verso le grandi dimensioni, elevata uniformità, elevata integrità, così come il film sottile, multifunzionalità e integrazione. Gli attuali punti caldi della ricerca e le frontiere tecnologiche includono materiali semiconduttori di terza generazione rappresentati da materiali semiconduttori ad ampio gap di banda come transistor flessibili, cristalli fotonici, cristalli fotonici, SiC, GaN, ZnSe, materiali espositivi organici, e vari materiali nanoelettronici.
La nuova energia e la tecnologia dell’energia rinnovabile e pulita rappresentano uno dei cinque settori tecnici più decisivi per lo sviluppo dell’economia mondiale nel 21° secolo. La nuova energia include l’energia primaria come l’energia solare, energia da biomassa, energia nucleare, energia eolica, energia geotermica, energia oceanica, e l'energia dell'idrogeno nelle fonti di energia secondarie. I nuovi materiali energetici si riferiscono ai materiali chiave utilizzati per realizzare la trasformazione e l'utilizzo di nuova energia e lo sviluppo di nuove tecnologie energetiche. Includono principalmente materiali per batterie al nichel-idrogeno rappresentati da materiali in lega per elettrodi di stoccaggio dell'idrogeno, materiali delle batterie agli ioni di litio rappresentati da elettrodi negativi al litio-carbonio ed elettrodi positivi LiCoO2, materiali per celle a combustibile, materiali delle celle solari rappresentati da materiali semiconduttori Si, e materiali energetici nucleari dei reattori rappresentati dall'uranio, deuterio, e trizio.
Gli attuali punti caldi della ricerca e le frontiere tecnologiche includono materiali per lo stoccaggio dell’idrogeno ad alta energia, materiali delle batterie ai polimeri, materiali elettrolitici per celle a combustibile a ossido solido a media temperatura, e materiali per celle solari a film sottile policristallino.
I nanomateriali sono un termine generale per indicare la dimensione zero, unidimensionale, bidimensionale, e materiali tridimensionali con effetti di piccola dimensione composti da particelle ultrafini di dimensione inferiore a 100 nm (0.1-100nm). Il concetto di nanomateriali è nato a metà degli anni ’80. Poiché i nanomateriali presentano un'ottica unica, elettrico, magnetico, termico, meccanico, e proprietà meccaniche, la nanotecnologia è rapidamente penetrata in vari campi dei materiali ed è diventata un tema caldo nell'attuale ricerca scientifica mondiale. Secondo la forma fisica, i nanomateriali possono essere approssimativamente suddivisi in cinque categorie: nanopolveri, nanofibre, nanofilm, nanoblocchi, e liquidi separati in nanofase. Sebbene i nanomateriali che sono stati industrializzati siano principalmente materiali in nanopolveri come il carbonato di calcio, bianco nero carbone, e ossido di zinco, e altri sono sostanzialmente ancora nella fase di ricerca primaria del laboratorio, e si prevede un’applicazione su larga scala 5-10 anni dopo, non c’è dubbio che la nanotecnologia rappresentata dai nanomateriali avrà un profondo impatto sullo sviluppo economico e sociale del 21° secolo.
Gli attuali punti caldi della ricerca e le frontiere tecnologiche includono: materiali di nanoassemblaggio rappresentati da nanotubi di carbonio; materiali nanostrutturati ad alte prestazioni come nanoceramiche e nanocompositi; progettazione e sintesi di materiali per nanorivestimenti; sviluppo di dispositivi nanoelettronici come i transistor a singolo elettrone, nanolaser e nanointerruttori, e materiali di archiviazione delle informazioni ad altissima densità C60.
I materiali compositi sono materiali con strutture a due o più fasi composte da due o più materiali con proprietà diverse attraverso la composizione fisica e chimica. Questo tipo di materiale non solo ha prestazioni migliori rispetto a qualsiasi singolo materiale nella composizione, ma ha anche proprietà uniche che i componenti da soli non hanno.
I materiali compositi possono essere suddivisi in due categorie in base al loro utilizzo: materiali compositi strutturali e materiali compositi funzionali. I materiali compositi strutturali sono utilizzati principalmente come materiali per strutture portanti. Sono composti da componenti di rinforzo in grado di sopportare carichi (come il vetro, ceramica, carbonio, polimeri, metalli, fibre naturali, tessuti, basettoni, fogli e particelle, ecc.) e componenti della matrice che possono collegare i rinforzi per formare un intero materiale e trasmettere la forza (come la resina, metallo, ceramica, bicchiere, carbonio e cemento, ecc.). I materiali strutturali sono generalmente suddivisi in compositi a base polimerica, compositi a base metallica, compositi a base ceramica, compositi a base carbonio e compositi a base cemento secondo le diverse matrici. I materiali funzionali si riferiscono a materiali compositi che forniscono altri aspetti fisici, chimico, proprietà biologiche e altre proprietà oltre alle proprietà meccaniche. Esistono molti tipi di materiali compositi, compreso quello piezoelettrico, conduttivo, radar invisibile, magnete permanente, fotocromatico, assorbimento acustico, ritardante di fiamma, bio-autoassorbimento, ecc., che hanno ampie prospettive di sviluppo. In futuro, la percentuale di materiali compositi funzionali supererà quella dei materiali compositi strutturali e diventerà la corrente principale dello sviluppo dei materiali compositi. La direzione della ricerca sui materiali compositi in futuro si concentrerà principalmente sui nanocompositi, materiali compositi bionici, e lo sviluppo del multifunzionale, materiali compositi intelligenti e intelligenti.
I materiali eco-ambientali sono stati proposti nel contesto della consapevolezza da parte degli esseri umani dell’importante significato strategico della protezione ecologica e ambientale e del fatto che i paesi di tutto il mondo stanno intraprendendo la strada dello sviluppo sostenibile. Si tratta di una tendenza inevitabile nello sviluppo della scienza dei materiali e della ricerca ingegneristica in patria e all’estero. Si ritiene generalmente che i materiali ecoambientali siano materiali che hanno prestazioni soddisfacenti e sono dotati di un eccellente coordinamento ambientale.
La caratteristica di questo tipo di materiale è che consuma meno risorse ed energia, ha poco inquinamento per l'ecologia e l'ambiente, ha un alto tasso di riciclaggio, ed è in armonia con l'ambiente ecologico durante l'intero ciclo di vita, dalla produzione del materiale, utilizzo, smaltimento al riciclaggio e al riciclaggio. Includere principalmente: materiali ecocompatibili, come materiali naturali puri (legna, calcolo, ecc.), materiali biomimetici (ossa artificiali, organi artificiali, ecc.), materiali di imballaggio ecologici (sacchetti di imballaggio verdi, contenitori per imballaggio), materiali da costruzione ecologici (materiali decorativi non tossici, ecc.); materiali degradabili dal punto di vista ambientale (plastiche biodegradabili, ecc.); materiali di ingegneria ambientale, come materiali per il ripristino ambientale, materiali per la depurazione ambientale (setacci molecolari, materiali del setaccio ionico), materiali alternativi ambientali (additivi per detersivi per bucato senza fosforo), ecc.
I punti caldi della ricerca e le direzioni di sviluppo dei materiali eco-ambientali includono la progettazione di polimeri riciclati (plastica), il sistema teorico di valutazione del coordinamento ambientale materiale, e nuovi processi, nuove tecnologie e nuovi metodi per ridurre il carico ambientale dei materiali.
I materiali biomedici sono un nuovo tipo di materiali high-tech utilizzati per la diagnosi, trattare o sostituire tessuti e organi umani o migliorarne le funzioni. Si tratta di un campo nuovo e in via di sviluppo nella scienza e nella tecnologia dei materiali. Non hanno solo un elevato contenuto tecnico e un valore economico, ma sono anche strettamente legati alla vita e alla salute dei pazienti. Nel passato 10 anni, il mercato dei materiali e dei prodotti biomedicali ha mantenuto un tasso di crescita pari a circa 20%.
Materiali biomedici
I materiali biomedici sono suddivisi in materiali metallici medicali, materiali polimerici medicali, materiali bioceramici e materiali compositi biomedici in base alla composizione e alle proprietà del materiale. Metalli, ceramica, i polimeri e i loro materiali compositi sono i materiali biomedici più utilizzati. Secondo l'applicazione, I materiali biomedici possono essere suddivisi in materiali degradabili e riassorbibili, materiali per l'ingegneria tissutale e organi artificiali, materiali a rilascio controllato, materiali bionici intelligenti, ecc.
Le direzioni di ricerca e sviluppo dei materiali biomedici sono principalmente:
A metà degli anni '80, le persone hanno proposto il concetto di materiali intelligenti (Materiali intelligenti o Sistema di materiali intelligenti): I materiali intelligenti imitano i sistemi di vita, possono percepire i cambiamenti ambientali e modificare uno o più parametri di prestazione in tempo reale, e realizzare i materiali compositi desiderati o materiali compositi che possano adattarsi all'ambiente modificato.
I materiali intelligenti sono un sistema materiale complesso che integra materiali e strutture, elaborazione intelligente, sistemi di esecuzione, sistemi di controllo e sistemi di sensori. Il suo design e la sua sintesi abbracciano quasi tutte le discipline high-tech. I componenti materiali di base che costituiscono i materiali intelligenti includono materiali piezoelettrici, materiali a memoria di forma, fibre ottiche, elettro-(magneto-)fluidi reologici, materiali magnetostrittivi e materiali polimerici intelligenti.
L’emergere di materiali intelligenti porterà la civiltà umana a un nuovo livello, ma siamo ancora lontani dalla fase pratica.
I futuri focus della ricerca includono i seguenti sei aspetti:
I materiali strutturali si riferiscono a materiali tecnici con proprietà meccaniche come caratteristica principale. Sono i materiali più utilizzati nell’economia nazionale. Dalle necessità quotidiane, edifici alle automobili, aeroplani, satelliti e razzi, ottengono tutti la loro forma, dimensione e forza attraverso una qualche forma di struttura strutturale. Appartengono a questa categoria i materiali tradizionali come l'acciaio ed i metalli non ferrosi. I materiali strutturali ad alte prestazioni si riferiscono generalmente a materiali strutturali con proprietà meccaniche più elevate come la resistenza, durezza, plasticità e tenacità, e adattarsi a particolari requisiti ambientali. Includono nuovi materiali metallici, materiali ceramici strutturali ad alte prestazioni e materiali polimerici.
Gli attuali hotspot di ricerca includono: leghe ad alta temperatura, nuovo leghe di alluminio e leghe di magnesio, materiali ceramici strutturali ad alta temperatura e leghe polimeriche.
I materiali funzionali si riferiscono a materiali che presentano proprietà speciali come l'elettricità, magnetismo, leggero, biologia e chimica oltre alle proprietà meccaniche. Oltre alle informazioni, energia, nano, materiali biomedici e altri introdotti in precedenza, i nuovi materiali funzionali includono principalmente materiali superconduttori ad alta temperatura, materiali magnetici, pellicole diamantate, materiali polimerici funzionali, ecc.
Gli attuali hotspot di ricerca includono: materiali nanofunzionali, magneti permanenti nanocristallini di terre rare e materiali in lega di stoccaggio dell'idrogeno di terre rare, materiali amorfi sfusi, materiali superconduttori ad alta temperatura, materiali in lega a memoria di forma magnetica, materiali polimerici magnetici, tecnologia di preparazione del film diamantato, ecc.
I nuovi materiali chimici sono materie prime di base utilizzate nei settori dell'industria chimica, petrolio, ecc., principalmente compresi materiali organici a base di fluoro, materiali di silicio organico, fibre ad alte prestazioni, materiali nanochimici, materiali funzionali inorganici, ecc. Negli ultimi anni i materiali nanochimici e i rivestimenti chimici speciali sono stati al centro della ricerca.
I materiali ceramici avanzati si riferiscono a prodotti con prestazioni eccellenti realizzati con materiali raffinati di elevata purezza, composti inorganici ultrafini come materie prime e tecnologia avanzata del processo di preparazione. Secondo i requisiti della tecnologia ingegneristica per le prestazioni del prodotto, i manufatti possono avere piezoelettrico, ferroelettrico, conduttivo, semiconduttore, magnetico, ecc. o avere proprietà eccellenti come l'elevata resistenza, elevata tenacità, elevata durezza, resistenza all'usura, resistenza alla corrosione, resistenza alle alte temperature, elevata conduttività termica, isolamento o buona biocompatibilità.
Materiali ceramici avanzati
I materiali ceramici avanzati sono generalmente divisi in tre categorie: ceramica strutturale, materiali compositi a base ceramica e ceramiche funzionali. La maggior parte delle ceramiche funzionali sono ampiamente utilizzate nell'industria elettronica e vengono comunemente chiamate anche materiali ceramici elettronici. Come i materiali isolanti ceramici, materiali del substrato ceramico, materiali di imballaggio in ceramica utilizzati per la produzione di patatine, e ceramica del condensatore, ceramica piezoelettrica, materiali magnetici in ferrite utilizzati per fabbricare dispositivi elettronici.
Gli attuali punti caldi della ricerca includono la tecnologia di rafforzamento e tempra dei materiali ceramici, la tecnologia di preparazione e sintesi di materiali nano-ceramici, la progettazione di sistemi avanzati di materiali ceramici strutturali, e l'elevata uniformità e la tecnologia ultrafine dei materiali ceramici elettronici.
I nuovi materiali da costruzione includono principalmente nuovi materiali per pareti, materiali da costruzione chimici, nuovi materiali per l'isolamento termico, materiali decorativi per l'edilizia, ecc. Tra loro, i materiali da costruzione chimici includono la plastica da costruzione, rivestimenti edili, impermeabilizzazione degli edifici, materiali di tenuta, materiali per l'isolamento termico, materiali per l'isolamento acustico, ceramiche speciali, adesivi per l'edilizia, ecc., che sono nuovi materiali da costruzione su cui il mio Paese si concentrerà nello sviluppo durante il “15° piano quinquennale”.
Nuova definizione di materiale: I nuovi materiali si riferiscono a quei materiali che sono emersi o si stanno già sviluppando e hanno proprietà eccellenti e funzioni speciali che i materiali tradizionali non hanno. Non esiste un confine chiaro tra nuovi materiali e materiali tradizionali. Nuovi materiali vengono sviluppati sulla base di materiali tradizionali. I materiali tradizionali possono essere sviluppati in nuovi materiali attraverso miglioramenti nella composizione, struttura, progettazione e processo per migliorare le prestazioni dei materiali o ottenere nuove proprietà.
I nuovi materiali sono suddivisi in quattro categorie in base alla composizione strutturale, compresi i materiali metallici, materiali inorganici non metallici, materiali polimerici organici, e materiali compositi avanzati. Secondo la prestazione materiale, ci sono materiali strutturali e materiali funzionali. Secondo gli usi e le proprietà dei nuovi materiali, il “Catalogo cinese di orientamento sui prodotti e sulla tecnologia dei nuovi materiali” divide i prodotti dei nuovi materiali in più di dieci campi tecnici specifici, compresi nuovi materiali metallici, nuovi materiali da costruzione, nuovi materiali chimici, materiale informativo elettronico, materiali biomedici, nuovi materiali energetici, materiali nano e in polvere, nuovi materiali compositi, nuovi materiali delle terre rare, materiali ceramici ad alte prestazioni, nuovi materiali in carbonio, nuove tecnologie e attrezzature per la preparazione dei materiali.
1 Materiali informativi elettronici
2 Nuovi materiali a risparmio energetico
3 Nanomateriali
4 Materiali compositi avanzati
Fibra di vetro, aramide, carburo di silicio, grafite, fibra di boro, fibra d'acciaio, basettoni, materiali sintetici resistenti all'usura, a base di resina, a base di metallo, materiali compositi a base ceramica, materiali compositi carbonio/carbonio, lame in carburo , materiali di attrito, materiali compositi
5 Materiali metallici avanzati
6 Nuovi materiali chimici
Silicio organico, fluoro organico, tecnopolimeri e leghe plastiche, gomma speciale, fibra speciale, rivestimento speciale, refrigerante, prodotti della chimica fine
7 Materiali ceramici avanzati
Ceramica funzionale (microonde, componenti elettronici dielettrici ceramici , piezoelettrico, sensibile, trasparente) ceramica strutturale (nido d'ape, resistente all'usura, alta temperatura, elevata tenacità, rivestimento, composito a base ceramica)
8 Materiali delle terre rare
Terre rare di elevata purezza, additivi, catalizzatori, magneti permanenti, luminescenza, stoccaggio dell’idrogeno
9 Materiali magnetici
Materiali magnetici morbidi, magneti permanenti, materiali di registrazione magnetica, dispositivi magnetici
10 Materiali in carbonio
Carbone attivo, nero di carbonio, diamante, grafite, fibra di carbonio
11 Materiali della membrana
Membrane filtranti (membrane organiche, membrane inorganiche), film funzionali (ottico, isolante)
12 Materiali superconduttori
Tecnologie di preparazione e applicazione di fili superconduttori pratici, blocchi, e film.
13 Materiali biomedici
Impianti, tessuti artificiali, filtrazione del sangue, suture
14 Materiali ecologici e ambientali
Materiali per l'ingegneria ambientale, confezione verde, materiali degradabili, materiali alternativi ambientali
15 Nuovi materiali da costruzione
Materiali per l'isolamento termico, cemento ad alta resistenza, materiali da costruzione ecologici verdi
Whatsapp: +8615333853330
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Rete: https://dz-machining.com/ & https://casting-china.org/
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