漫談邁入21世紀新材料-在線瀏覽
2025-03-20 11:57本頁面
【正文】 于便攜式通信系統(tǒng)，既耐高溫又抗輻照。 * 集成電路的總發(fā)展趨勢： 高集成度、微型化、高速度、低功耗、高靈敏度、低噪聲、高可靠、長壽命、多功能。表 1為集成電路的發(fā)展對材料質(zhì)量的要求 。 GaAs用于集成電路其處理容量大 100倍，能力強 10倍，抗輻射能力強 2個量級，是攜帶電話的主要材料。（ 3）第三代半導體材料是禁帶更寬的 SiC、 GaN及金剛石。（ 7）記錄材料 21世紀將是以 信息存儲為核心 的計算機時代，在軍事方面，如何快速準確地獲取記錄、存儲、交換與發(fā)送信息是制勝的關(guān)鍵。 磁光記錄： 與磁記錄不同之處在于記錄傳感元件是光頭而不是磁頭。磁光盤的特點在于可重寫，可交換介質(zhì)。 ? 敏感材料種類繁多，涉及半導體材料、功 能陶瓷、高分子、生物酶與核酸鏈（ DNA） 等。（二）能源功能材料將取得突破性進展 ? 化石能源日益枯竭（甲烷水化物） ? 環(huán)境要求越來越高 ? 由于人口增長，生活水平提高，能源需求量大幅度 增加。 ?Si (%) (理論 24%) 多晶 % 單晶 Si % GaAs ％ 還有 Cu2InSe2, CdTe, Cu2O, Cu2S, CdS 等 衛(wèi)星用太陽能電池 ? 雙結(jié)電池 （ GaInP/GaAs） ％ ? 三結(jié)電池 （ GaInP/GaAs/Ge） 27.％ ? 四結(jié)電池 （ GaInP/GaAs/GaInNAs/Ge 40％ 理論） 一種設(shè)想： 空間太陽能發(fā)電站 ? 太陽能射向地球 30％大氣反射 23％大氣吸收 ? 空間太陽能電站，微波傳到地面 , 一個 10 萬千瓦電站壽命 10年美國 2023年電價 ＄ /kwh我國西北日照時間長，沙漠干旱設(shè)地面太陽能電站： 入網(wǎng) 燃料電池 電解水－ H2 儲氫 （ 1m3 H2＝ 5度電） 化工原料風能及風力發(fā)電 W＝ 1/2 PV3（ V風速） 太陽能到地面有 2％變風能 全球 KW 中國 32億 KW 潮汐、海水溫差、地熱能（ 2）核能 目前核電站基于鈾裂變（熱中子反應(yīng)維） 燃料 U235，鈾礦中占 ％， U238為 ％。 這些都屬軟磁材料，用于變壓器，電動機在儀表工業(yè)中用量更大的是軟磁鐵氧體，雖然已很成熟但向高磁感強度 （ Bs）， 高磁導率 （ ?） 低損耗方向發(fā)展，仍有廣闊發(fā)展前景。 下一代永磁發(fā)展目標是 納米技術(shù)的應(yīng)用與新材料的探索， 如： SmFeN等。 太陽能發(fā)電 電解水－氫－貯氫 電－蓄電池 也是機械能動力源 貯氫材料：金屬間化物貯氫基本成熟（表 7），但用于 汽車燃料存在比重大，易中毒和價格問題。 表 8為幾種典型電池反應(yīng)機理與特性，當前最有發(fā)展前景的是 Ni－ MH電池，但從比能量密度，鋰電池最好，而價格是前者 ，其中塑料鋰電池具有重量輕，形狀可任意改變，安全性更好的特點，可能是 21世紀開發(fā)的重點。表 8－幾種典型電池反應(yīng)機理和特性 燃料電池是將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N裝置，效率高、污染小，是 21世紀重點發(fā)展的一種技術(shù)。據(jù)報導， Benz廠用甲醇 作燃料電池的燃料已用于汽車。（三）生物材料與智能材料將受到高度重視（ 1） 醫(yī)用生物材料 最主要是與人體相容性 * 組織工程 * 生長因子 * DNA * 自組裝 除神經(jīng)系統(tǒng)以外的各種器官都可制造。21世紀是生命科學時代（ 2）仿生材料 生物材料多年演化的結(jié)果（合理性） 人造絲與蠶絲 陶瓷與珍珠殼、骨骼（表 10）( 3 ) 工業(yè)生產(chǎn)中的生物模擬( 4 ) 智能材料及智能系統(tǒng)智能系統(tǒng) 用于機翼、潛艇、車體、建筑隨處界條件改變 外形以減少阻力、即省能耗，提高安全。以飛機為例，戰(zhàn)斗機性能的提高有 2/3靠材料，發(fā)動機性能的提高，材料占 1/2，對空間飛行器來說，由于材料的改進，收益更為顯著。 戰(zhàn)斗機已發(fā)展到第四代（如美國 F22），主要材料為鈦合金 （ 41％）， 樹脂基復合材料 （ 24％）， 鋁合金 （ 15％）， 鋼 只有 5％。 對發(fā)動機材料來說，除了比剛度、比強度，主要是耐高溫、長壽命，為軍用發(fā)動機的發(fā)展趨勢提供一些參考。作為渦輪葉片，單晶加發(fā)汗冷卻，可以滿足 2023℃ 以上。 鈦合金 （ 1600℃ － 650℃ ）及鈦鋁基中間化物（ 600℃ － 1000℃ ）可用于機匣，壓氣機葉片。 樹脂基復合材料 目前使用溫度已達 290－345℃ ，正向 425℃ 發(fā)展。 碳纖維（ T300, T800） 芳綸及高強聚乙烯纖維。 表 13－工業(yè)燃氣輪機與航空發(fā)動機要求對比因此，今后工業(yè)燃氣輪機材料在 21世紀將受到更大重視。 美國科學基金會材料領(lǐng)域投入中材料制備占 41%（ 90年代初）。制備工藝的發(fā)展趨勢： （ 1）電子信息材料向功能與結(jié)構(gòu)一體化，多功能化、材料與器件一體化和小型化發(fā)展，主要靠采用控制到原子精度的氣相外延 （ VPE）、 液相外延 （ LPE）、 金屬有機化物化學氣相沉積 （ MOCVD） 和分子
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