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新材料的定义与分类

创作时间:

作者:

@小白创作中心

新材料的定义与分类

引用

来源

https://dz-machining.com/zh/definition-and-classification-of-new-materials/

新材料是高新技术的基础和先行者，与信息技术和生物技术一起，已成为21世纪最重要、最有前途的领域。本文将为您详细介绍新材料的定义、分类及其在各个领域的应用。

新材料的定义

新材料是指已经出现或正在开发的、具有传统材料所不具备的优良性能和特殊功能的材料。新材料与传统材料没有明确的界限，新材料是在传统材料的基础上发展起来的。传统材料可以通过成分改进开发成新材料，结构，旨在提高材料性能或具有新性能的设计和工艺。

新材料主要领域

作为高新技术的基础和先行者，新材料的应用领域非常广泛。与信息技术和生物技术一起，它们已成为21世纪最重要、最有前途的领域。与传统材料一样，新材料可以从结构组成等多种不同角度进行分类，功能及应用领域。不同的分类相互交织、嵌套。现在，新材料根据应用领域和当前研究热点一般分为以下主要领域：

电子信息材料
新能源材料
纳米材料
先进复合材料
先进陶瓷材料
生态环境材料
新型功能材料（包括高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等）
生物医学材料
高性能结构材料
智能材料
新型建筑及化工新材料等

电子信息材料

电子信息材料是指用于微电子领域的材料，光电子技术及新器件基础产品，主要包括以单晶硅为代表的半导体微电子材料；以激光晶体为代表的光电材料；以介电陶瓷、热敏陶瓷为代表的电子陶瓷材料；以钕铁硼为代表的磁性材料（钕铁硼）永磁材料；光纤通讯材料；数据存储材料主要以磁存储和光盘存储为主；压电晶体和薄膜材料；以储氢材料、锂离子嵌入材料为代表的绿色电池材料等。这些基础材料及其制品支撑着通信等现代信息产业的发展，电脑，信息设备和网络技术。

电子信息材料总体发展趋势向大尺寸化，均匀性高，高度诚信，以及薄膜，多功能性和集成性。当前的研究热点和技术前沿包括以柔性晶体管等宽禁带半导体材料为代表的第三代半导体材料，光子晶体，光子晶体，碳化硅，氮化镓，硒化锌，有机显示材料，以及各种纳米电子材料。

新能源材料

新能源及可再生清洁能源技术是21世纪世界经济发展最具决定性的五个技术领域之一。新能源包括太阳能等一次能源，生物质能源，核能，风能，地热能，海洋能源，和氢能在二次能源中的应用。新能源材料是指实现新能源转化利用和新能源技术开发的关键材料。主要包括以储氢电极合金材料为代表的镍氢电池材料，以锂碳负极和LiCoO2正极为代表的锂离子电池材料，燃料电池材料，以硅半导体材料为代表的太阳能电池材料，以铀为代表的反应堆核能材料，氘，和氚。

当前研究热点和技术前沿包括高能储氢材料，聚合物电池材料，中温固体氧化物燃料电池电解质材料，及多晶薄膜太阳能电池材料。

纳米材料

纳米材料是零维材料的总称，一维的，二维的，以及由尺寸小于100nm的超细颗粒组成的具有小尺寸效应的三维材料（0.1-100纳米）。纳米材料的概念形成于20世纪80年代中期。由于纳米材料表现出独特的光学，电气，磁的，热的，机械的，和机械性能，纳米技术迅速渗透到材料的各个领域，成为当前世界科学研究的热点话题。根据身体形态，纳米材料大致可分为五类：纳米粉体，纳米纤维，纳米薄膜，纳米块，和纳米相分离液体。虽然已经产业化的纳米材料主要是碳酸钙等纳米粉体材料，白炭黑，和氧化锌，等基本还处于实验室的初级研究阶段，并有望实现大规模应用 5-10 几年后，毫无疑问，以纳米材料为代表的纳米技术将对21世纪的经济社会发展产生深远的影响。

当前的研究热点和技术前沿包括：以碳纳米管为代表的纳米组装材料；高性能纳米结构材料，例如纳米陶瓷和纳米复合材料；纳米涂层材料的设计与合成；开发单电子晶体管等纳米电子器件，纳米激光器和纳米开关，和C60超高密度信息存储材料。

先进复合材料

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理和化学复合而成的具有二相或二相以上结构的材料。此类材料不仅具有比组合物中任何单一材料更好的性能，而且还具有单独组件所不具备的独特性能。

复合材料按用途可分为两大类：结构复合材料和功能复合材料。结构复合材料主要用作承重结构材料。它们由可承受载荷的加强部件组成（比如玻璃，陶瓷，碳，聚合物，金属，天然纤维，布料，胡须，片材和颗粒等）以及可以连接增强材料形成整体材料并传递力的基体组件（比如树脂，金属，陶瓷，玻璃，碳和水泥等）。结构材料通常分为聚合物基复合材料，金属基复合材料，陶瓷基复合材料，按基体不同分为碳基复合材料和水泥基复合材料。功能材料是指提供其他物理性能的复合材料，化学，除机械性能外，还具有生物和其他性能。复合材料的种类有很多种，包括压电，导电的，雷达隐身，永磁体，光致变色的，吸声，阻燃剂，生物自吸收等，具有广阔的发展前景。将来，功能复合材料比重将超过结构复合材料，成为复合材料发展主流。未来复合材料的研究方向将主要集中在纳米复合材料，仿生复合材料，以及多功能的开发，智能复合材料。

生态环保材料

生态环保材料是在人类认识到生态环境保护的重要战略意义和世界各国走可持续发展道路的背景下提出的。是国内外材料科学与工程研究发展的必然趋势。一般认为，生态环保材料是指具有令人满意的性能并被赋予优异的环境协调性的材料。

此类材料的特点是消耗资源和能源较少，对生态环境污染小，回收率高，从材料制造的整个生命周期与生态环境和谐相处，使用，处置到回收再循环。主要包括：环保材料，比如纯天然材料（木头，石头等），仿生材料（人造骨，人造器官等），绿色包装材料（绿色包装袋，包装容器），生态建材（无毒装饰材料等）；环境可降解材料（可生物降解塑料等）；环境工程材料，比如环境修复材料，环境净化材料（分子筛，离子筛材料），环保替代材料（无磷洗衣粉添加剂）等。

生态环保材料的研究热点和发展方向包括再生聚合物的设计（塑料），物质环境协调评价理论体系，和新流程，减少材料环境负荷的新技术、新方法。

生物医用材料

生物医用材料是一种用于诊断的新型高科技材料，治疗或替换人体组织和器官或增强其功能。它们是材料科学与技术中一个新兴的发展领域。它们不仅具有较高的技术含量和经济价值，但也与患者的生命健康密切相关。在过去 10 年，生物医用材料及制品市场保持约增长速度 20%。

生物医用材料分为医用金属材料，医用高分子材料，按材料成分和性能分为生物陶瓷材料和生物医用复合材料。金属，陶瓷，聚合物及其复合材料是应用最广泛的生物医用材料。根据申请，生物医用材料可分为可降解材料和可吸收材料，组织工程材料和人工器官，控释材料，仿生智能材料等。

生物医用材料的研发方向主要是：

(1) 生物医用材料生物相容性评价的改进与发展
(2) 新型可降解材料的研究
(3) 具有综合生理功能的人工器官和组织材料研究
(4) 新型药物载体材料的研究
(5) 材料表面改性研究

智能材料

20世纪80年代中期，人们提出了智能材料的概念（智能材料或智能材料系统）：智能材料模仿生命系统，可以感知环境变化并实时改变自身的一项或多项性能参数，并制成所需的复合材料或能适应变化环境的复合材料。

智能材料是集材料与结构于一体的复杂材料系统，智能处理，执行系统，控制系统和传感器系统。其设计和合成几乎跨越了所有高科技学科。构成智能材料的基本材料成分包括压电材料，形状记忆材料，光纤，电-（磁电机-）流变液，磁致伸缩材料和智能高分子材料。

智能材料的出现将把人类文明带到新的高度，但离实用阶段还有一定距离。

未来的研究重点包括以下六个方面：

(1) 智能材料概念设计的仿生学理论研究
(2) 材料内在特性及IQ评价体系研究
(3) 耗散结构理论在智能材料研究中的应用
(4) 智能材料复合集成原理与设计理论
(5) 智能结构集成的非线性理论
(6) 仿人智能控制理论

高性能结构材料

结构材料是指以力学性能为主要特征的工程材料。它们是国民经济中应用最广泛的材料。从日常生活用品开始，从建筑物到汽车，飞机，卫星和火箭，他们都获得了自己的形状，通过某种形式的结构框架实现尺寸和强度。钢铁、有色金属等传统材料属于此类。高性能结构材料一般是指强度等力学性能较高的结构材料，硬度，塑性和韧性，并适应特殊环境要求。它们包括新的金属材料，高性能结构陶瓷材料和高分子材料。

目前的研究热点包括：高温合金，新的铝合金和镁合金，高温结构陶瓷材料和聚合物合金。

新型功能材料

功能材料是指表现出电等特殊性能的材料，磁性，光，除机械性能外，还具有生物学和化学性能。除了信息之外，活力，纳米，之前介绍过的生物医学和其他材料，新型功能材料主要包括高温超导材料，磁性材料，金刚石薄膜，功能高分子材料等。

目前的研究热点包括：纳米功能材料，纳米晶稀土永磁体及稀土储氢合金材料，大块非晶材料，高温超导材料，磁性形状记忆合金材料，磁性高分子材料，金刚石薄膜制备技术等。

化工新材料

化工新材料是化学工业领域使用的基础原材料，石油等，主要包括有机氟材料，有机硅材料，高性能纤维，纳米化学材料，无机功能材料等。纳米化学材料和特种化学涂料是近年来的研究热点。

先进陶瓷材料

先进陶瓷材料是指采用高纯度精制而成的具有优异性能的产品，以超细无机化合物为原料及先进的制备工艺技术。根据工程技术对产品性能的要求，所制造的产品可以具有压电，铁电体，导电的，半导体，磁的等优异性能，高强度，高韧性，高硬度，耐磨性，耐腐蚀性能，耐高温，高导热率，绝缘或良好的生物相容性。

先进陶瓷材料一般分为三类：结构陶瓷，陶瓷基复合材料及功能陶瓷。大多数功能陶瓷广泛应用于电子行业，通常也称为电子陶瓷材料。如陶瓷绝缘材料，陶瓷基板材料，用于制造芯片的陶瓷封装材料，和电容器陶瓷，压电陶瓷，用于制造电子器件的铁氧体磁性材料。

当前研究热点包括陶瓷材料的强韧化技术，纳米陶瓷材料的制备与合成技术，先进结构陶瓷材料系统的设计，以及电子陶瓷材料的高均匀性、超细化技术。

新材料的分类

新材料按结构组成分为四类，包括金属材料，无机非金属材料，有机高分子材料，和先进复合材料。根据材料性能，有结构材料和功能材料之分。根据新材料的用途和性能，《中国新材料产品和技术指导目录》将新材料产品分为十多个具体技术领域，包括金属新材料，新型建筑材料，化工新材料，电子信息材料，生物医学材料，新能源材料，纳米及粉末材料，新型复合材料，稀土新材料，高性能陶瓷材料，新型碳材料，新材料制备技术与装备。

1 电子信息材料