【正文】 料 1994年 ~2022年 ,全球顯示器銷售額從 194億美元增加到 337億美元。 20世紀(jì)在無(wú)機(jī)材料方面 BBO（偏硼酸鋇）是一種優(yōu)質(zhì)的紫外倍頻晶體材料，廣泛用于激光技術(shù)中。 （ 4）有機(jī)磁性材料 科學(xué)家預(yù)言幾種具有特殊結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物和高分子化合物可能具有磁性 高分子 金屬配合物 分子內(nèi)含氮氧穩(wěn)定自由基團(tuán)結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物 平面大鍵結(jié)構(gòu)的有機(jī)物 21世紀(jì)將作進(jìn)一步探索。 變壓器 （ 4）有機(jī)磁性材料 16 鋁鎳鈷系硬磁合金、硬磁鐵氧體材料、稀土硬磁材料等幾個(gè)系列 硬磁材料 揚(yáng)聲器 17 20世紀(jì)末林展如以二茂鐵為原料合成出室溫下具有磁性、居里溫度達(dá)攝氏 200度的高分子金屬配合物，并發(fā)現(xiàn)用它們做成的磁性元件對(duì)電磁波的傳輸具有明顯有低頻率損耗系數(shù)和低溫度損耗系數(shù)的特點(diǎn)。 磁性傳感器 普通的水雷或者地雷只能在接觸目標(biāo)時(shí)爆炸，因此作用有限。這就自然要求鐵芯材料對(duì)這種變化的阻力小，變化足夠靈敏。 14 （ 4）有機(jī)磁性材料 物質(zhì)磁性 抗磁性 順磁性 鐵磁性 反鐵磁性 亞鐵磁性 軟磁材料 硬磁材料 半硬磁材料 旋磁材料 矩磁材料 壓磁材料 按磁性種類 按化學(xué)成份 金屬磁性材料 非金屬磁性材料 按使用形態(tài) 塊體磁性材料 粉末磁性材料 薄膜磁性材料 磁性材料 15 常見(jiàn)的軟磁材料： 鐵和 MFe2O MFeOM3Fe2O MFe12O19（ M為金屬離子）等 鐵氧體都是軟磁材料。 （ 3）有機(jī)導(dǎo)體 13 導(dǎo)電聚合物是由具有共軛 ∏鍵的聚合物經(jīng)過(guò)化學(xué)或電化學(xué)的摻雜而形成的 高分子的導(dǎo)電是在一個(gè)分子鏈上實(shí)現(xiàn)的 適當(dāng)?shù)乜刂品肿渔湹慕Y(jié)構(gòu)，或者改變它的局部環(huán)境，一個(gè)分子的各個(gè)區(qū)域可能具有不同的導(dǎo)電行為 有可能制成“分子導(dǎo)線”、“分子電路”和“分子器件” 摻雜方法 摻雜劑 電導(dǎo)率，S/m 未摻雜型 順式聚乙炔 反式聚乙炔 10－ 7 10－ 3 p－摻雜型（氧化型） 碘蒸汽摻雜 五氟化二砷摻雜 高氯酸蒸汽 電化學(xué)摻雜 104 105 5 103 1 105 n－摻雜型（還原型） 萘基鉀摻雜 萘基鈉摻雜 2 104 103～ 104 （ 3）有機(jī)導(dǎo)體 10－ 8～ 10－ 7 S/m 10－ 3～ 10－ 2 S/m 世界上第一種導(dǎo)電聚合物：摻雜聚乙炔 （ 3）有機(jī)導(dǎo)體 11 1975年， G. MacDiarmid 、 ，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚乙炔曝露于碘蒸氣中進(jìn)行摻雜氧化反應(yīng) (doping)后，其電導(dǎo)率令人吃驚地達(dá)到 3000S/m。 1991年有兩項(xiàng)重要發(fā)展 一是有機(jī)超導(dǎo)體的臨界溫度達(dá) 12 .5K 一是發(fā)現(xiàn)堿金屬摻雜的 C60也有超導(dǎo)性，臨界溫度達(dá) 33K； 21世紀(jì)的目標(biāo)是創(chuàng)造各種超導(dǎo)體以提高臨界轉(zhuǎn)變溫度（ 1993年俄 300K呈現(xiàn)超導(dǎo)性。 21世紀(jì)努力方向是尋找高性能的半導(dǎo)體 9 （ 2）超導(dǎo)材料 1986年 4月 IBM公司瑞士蘇黎世研究實(shí)驗(yàn)室的 30K顯示超導(dǎo)性，激起超導(dǎo)熱。 模擬生物材料形成過(guò)程的基礎(chǔ)研究 研究歷史：開(kāi)始多從組成上模擬，其后從結(jié)構(gòu)上模擬，但沒(méi)有模擬生物體內(nèi)材料組裝過(guò)程，因而不能有生物材料原有的功能或達(dá)不到工作水平 8 四、分類動(dòng)向 新型導(dǎo)電材料 （ 1）半導(dǎo)體材料 20世紀(jì)發(fā)現(xiàn)了純半導(dǎo)體材料硅和鍺，混合型半導(dǎo)體化合物如銻化銦、砷化鎵，從綜合性能看，砷化鎵作為半導(dǎo)體材料更為優(yōu)越，特別是開(kāi)頭速度大千倍。 （ 2）合成功能分子與構(gòu)筑高級(jí)結(jié)構(gòu)的理論 與方法研究 結(jié)構(gòu)單元如何自組裝成為所需的高級(jí)結(jié)構(gòu)，再組裝成材料。不過(guò)，沒(méi)有高級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定以及對(duì)于材料結(jié)構(gòu)與功能定量關(guān)系的深入了解，計(jì)算機(jī)就沒(méi)有設(shè)計(jì)依據(jù)。多數(shù)研究目的定位在功能分子，沒(méi)有考慮什么樣的高級(jí)結(jié)構(gòu)才能表現(xiàn)所需的功能。雖然加快了工作效率，但缺少根據(jù)功能與結(jié)構(gòu)關(guān)系的深入了解。結(jié)果命中率低。因此，采取大量合成并加大范圍篩選的研究模式。 6 近年來(lái)化學(xué)家提出的新型“準(zhǔn)材料”不少，高分子電子材料、富勒烯和納米碳管、自組裝單分子層、納米晶體等，但有兩個(gè)弱點(diǎn)。 化學(xué)將在以上兩方面作貢獻(xiàn) 5 三、材料科學(xué)中的基本化學(xué)問(wèn)題 總結(jié) 20世紀(jì)材料化學(xué)取得的具大進(jìn)展，可以證明化學(xué)是新型材料的源泉，也是材料科學(xué)發(fā)展的推動(dòng)力。 1 繼往開(kāi)來(lái)的化學(xué)（ 材料科學(xué)研究動(dòng)向及其基本化學(xué)問(wèn)題 ） 醫(yī)藥化工學(xué)院：梁華定 2 材料科學(xué)研究動(dòng)向及其基本化學(xué)問(wèn)題 一 、對(duì)新材料設(shè)計(jì)和研制的要求 二 、 21世紀(jì)動(dòng)向 四 、分類動(dòng)向 三 、材料科學(xué)中的基本化學(xué)問(wèn)題 五、 納米材料 一些新型材料發(fā)展 3 一、對(duì)新材料設(shè)計(jì)和研制的要求 化學(xué)是新型材料的源泉，也是材料科學(xué)發(fā)展的推動(dòng)力。 20世紀(jì)化學(xué)家以結(jié)構(gòu)－功能關(guān)系研究為主線，合成了許多具有各種功能的分子 對(duì)新材料設(shè)計(jì)和研制的要求 結(jié)構(gòu)與功能相結(jié)合 智能型，即敏感和驅(qū)動(dòng)雙重性 無(wú)（少）污染，包括材料本身的無(wú)毒，環(huán)保，安全等 可再生性，要求材料能再生循環(huán)使用 節(jié)約能源 長(zhǎng)壽命 4 二、 21世紀(jì)動(dòng)向 21世紀(jì)主要工作是如何把功能分子組裝成有一定結(jié)構(gòu)的組裝體 從功能分子到功能材料還有一個(gè)必要的環(huán)節(jié) 需要解決兩個(gè)問(wèn)題 分子及組裝體的結(jié)構(gòu)問(wèn)題 分子的合成與組裝反應(yīng)問(wèn)題 20世紀(jì)后期有兩個(gè)動(dòng)向 具有特殊功能的先進(jìn)材料變得越來(lái)越重要 高級(jí)材料對(duì)于特殊物理性質(zhì)和材料的高級(jí)結(jié)構(gòu)的依賴性增加 從材料科學(xué)獨(dú)立出來(lái)并物理學(xué)交叉增加以后，忽視了兩個(gè)問(wèn)題 一是雖然利用的是物理性質(zhì)，但都是由化學(xué)結(jié)構(gòu)決定的 二是不僅分子要用化學(xué)方法合成，高級(jí)結(jié)構(gòu)也必須通過(guò)化學(xué)過(guò)程來(lái)構(gòu)筑。 20世紀(jì)化學(xué)研究方法 先是針對(duì)已有的問(wèn)題謀求改進(jìn)，總結(jié)已知聚合物的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)新的結(jié)構(gòu)，研究新的聚合反應(yīng)，又經(jīng)過(guò)不同的單體的選擇，找出可行的工藝。 （ 1）缺少基于化學(xué)的設(shè)計(jì)思想。一旦發(fā)現(xiàn)個(gè)別結(jié)構(gòu)，便引起許多人跟蹤研究。近年來(lái)，引用組合化學(xué)方法大大擴(kuò)大了化合物庫(kù)，如建立組合材料庫(kù)。 （ 2）僅僅基于分子結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，缺少對(duì)于材料高級(jí)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。目前正在研究用計(jì)算機(jī)模擬復(fù)雜材料的合成、特性和預(yù)計(jì)理論最佳結(jié)構(gòu)。 材料科學(xué)中的基本化學(xué)問(wèn)題 7 推動(dòng)材料科學(xué)發(fā)展的化學(xué)基本問(wèn)題 （ 1）分子結(jié)構(gòu)－分子聚集體高級(jí)結(jié)構(gòu)－材料結(jié)構(gòu)－理化性質(zhì)－功能之間的關(guān)系掌握這些關(guān)系便可以減少盲目性，增加命中率。 （ 3）分子器件的研究 要有實(shí)際目標(biāo)，微流體器件是一種可行可用的手段。這種芯片做成計(jì)算機(jī)后，其運(yùn)算速度將高出千倍。 1987年 2 月，美國(guó)休斯頓大學(xué)的美籍華人朱經(jīng)武研制成功 YBa3Cu3O7,其轉(zhuǎn)變溫度在 90K，進(jìn)入了液氮溫度區(qū) 1988年研制出了轉(zhuǎn)變溫度為 125K的新型超導(dǎo)材料 Tl2Ca2Ba2Cu3O10. 1911年荷蘭物理學(xué)家 Heike發(fā)現(xiàn)了汞冷卻到 4K（液氦溫度）時(shí)具有零電阻，但由于液氦溫度的獲得成本昂貴且操作不便，讓人們失去了應(yīng)用的信心。） 10 Ti(OC4H9)4 Al(C2H5)3 H－ C≡C－ H 1000 倍催化劑 溫度 1974年日本筑波大學(xué) ，偶然地投入過(guò)量 1000倍的催化劑，合成出令人興奮的有 銅色的順式聚乙炔 薄膜與銀白色光澤的反式聚乙炔。 聚乙炔的摻雜反應(yīng) 美國(guó)物理學(xué)家 Heeger 美國(guó)化學(xué)家MacDiarmid 日本化學(xué)家Shirakawa 獲得 2022年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 12 1987年日本的Bridgestone和Seiko公司率先開(kāi)發(fā)了聚苯胺二次電池，首次獲得工業(yè)化應(yīng)用。21世紀(jì)的研究方向是如何合成缺陷少、結(jié)晶度高、電性能好和易于加工的有機(jī)高分子材料。 變壓器的鐵芯處于不斷變化的電磁場(chǎng)中，鐵芯材料的磁化強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度也是不斷改變的。所以，幾乎對(duì)所有的變壓器鐵芯，都要求導(dǎo)磁率高。而如果在水雷或地雷上安裝磁性傳感器，由于坦克或者軍艦都是鋼鐵制造的，在它們接近（無(wú)須接觸目標(biāo)）時(shí)，傳感器就可以探測(cè)到磁場(chǎng)的變化使水雷或地雷爆炸，提高了殺傷力。這說(shuō)明有機(jī)磁性材料在高頻電磁波通訊領(lǐng)域有潛在用途。 電子轉(zhuǎn)移復(fù)合物 18 新型光學(xué)材料 （ 1）非線性光學(xué)材料 這是一種廣泛應(yīng)用于倍頻器件、激光唱盤(pán)、激光彩色打印、自聚焦透鏡、紅外成象、纖維光學(xué)等高科技領(lǐng)域的新型光學(xué)材料。 近年來(lái)，非線性有機(jī)光學(xué)材料發(fā)展較快，且發(fā)現(xiàn)材料要具有高的極化性，特別是高度的二次諧波發(fā)生性（簡(jiǎn)寫(xiě)為 SHG），通常要求材料具有共軛電子體系，且共軛體系的一端連有強(qiáng)的吸電子基團(tuán)，另一端連有強(qiáng)的給電子基團(tuán)，晶格結(jié)構(gòu)應(yīng)為非中心對(duì)稱（已知只有 29％）。預(yù)期平板顯示器生產(chǎn)將成為 21世紀(jì)信息社會(huì)的支柱產(chǎn)業(yè)。 21世紀(jì)的目標(biāo)