无机非金属材料的应用前景及意义.doc

无机非金属材料的应用前景及意义无机非金属材料的应川前景及意义摘要无机菲金属材料是以某些元索的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅 酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料是除令机高分子材料和金属材料以外 的所有材料的统称无机非金属材料一的提法是20世纪40年代以后，随着现代科学技术 的发展从传统的硅酸盐材料演变而來的无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料 并列的三人材料之一在材料学飞速发展的今天，无机非金属材料有广阔的应用前景和良 好的就业形势关键字无机非金属，材料，方向，前景，智能1无机非金属材料的特点无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅 酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料是除有机高分子材料和金属材料以外 的所有材料的统称无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后，随着现代科学技术的 发展从传统的硅酸盐材料演变而来的无机菲金属材料是与有机高分子材料和金属材料并 列的三人材料之一在晶体结构上，无机罪金属的晶体给构远比金属复杂，并且没有自由的电子具有比金 属键利I纯共价键更强的离子键和混合键这种化学键所特有的高键能、高键强赋与这一人 类材料以高熔点、高硕度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基木属性，以及 宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。

2无机非金属材料的分类无机卄金属材料品种和名H极其繁多，用途各异，因此，还没有一个统一而完善的分类 方法通常把它们分为普通的（传统的）和先进的（新型的）无机非金属材料两人类普通无机非金属材料的特点是:耐压强度高、硬度人、耐高温、抗腐蚀此外，水泥在 胶凝性能上，玻璃在光学性能上，陶瓷在耐蚀、介电性能上，耐火材料在防热隔热性能上 都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及但与金属材料相比，它抗断强度 低、缺少延展性，属于脆性材料与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂特种无机卄金属材料的特点是：①各具特色例如：高温氧化物等的高温抗氧化特性； 氧化铝、氧化彼陶瓷的高频绝缘特性；铁氧体的磁学性质；光导纤维的光传输性质;金刚 石、立方氮化硼的超硬性质;导体材料的导电性质;快硬旱强水泥的快凝、快硬性质等② 各种物理效应和微观现象例如：光敏材料的光一电、热敏材料的热…电、压电材料的力 一电、气敏材料的气体一电、湿敏材料的湿度一电等材料对物理和化学参数间的功能转换特性③不同性质的材料经复合而构成复合材料例如:金属陶瓷、高温无机涂层，以及 用无机纤维、晶须等增强的材料传统的无机非金属材料是丁•业和基木建设所必需的基础材料。

如水泥是一种重要的建筑 材料;耐火材料与高温技术，尤其与钢铁工业的发展关系密切；各种规格的平板玻璃、仪器 玻璃和普通的光学玻璃以及日用陶瓷、T生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和电瓷等与人们的 生产、生活休戚相关它们产量人，用途广其他产品，如搪瓷、磨料（碳化硅、轨化 铝）、铸石（辉绿岩、玄武岩等）、碳素材料、非金属矿（石棉、云母、人理石等）也都属于 传统的无机卄金属材料新型无机卄金属材料是20世纪中期以后发展起來的，其有特殊 性能和用途的材料它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医 学所不可缺少的物质基础主一要有先进陶瓷、非晶态材、人工晶体、无机涂层、无机纤 维等3无机非金属材料材料的发展现状及前景20世纪以来，随着电子技术、航天、能源、计算机、通信、激光、红外、光电子学、生 物医学和环境保护等新技术的兴起，对材料提出了更高的要求，促进了特种无机卄金属材 料的迅速发展30、40年代出现了高频绝缘陶瓷、铁电陶瓷和压电陶瓷、铁氧体（乂称磁性 瓷）和热敏电阻陶瓷等50^60年代开发了碳化硅和氮化硅等高温结构陶瓷、氧化铝透明陶 瓷、一氧化铝快离子导体陶瓷、气敏和湿敏陶瓷等至今，又出现了变色玻璃、光导纤 维、电光效应、电子发射及高温超导等各种新型无机材料。

近些年，随着科学技术的进步，无论是传统无机非金属材料，还是新型无机非金属材料 都有了一些新的发展趋势3.1生态与环保意识加强，建立科学的评价体系，实现可持续发展西方发达国家在促进 传统无机非金属材料产业健康、可持续发展方血的采取了许多重要措施世界发达国家十 分重视建材工业的可持续发展与绿色评价生态评价也成为世界可持续发展的一个重要于 段日前，许多国家正在进行“生态城市”的建设与实践，推广建筑节能技术材料，使用 可循环材料等，改善城市生态系统状况由此，提出了绿色建材、环保建材与节能建材的 概念，并开展了大量的硏究与实践工作与西方发达国家相比，我国还存在很人的差距， 特别是缺乏立法支持与技术标准的指导以及相应组织的管理与监督，使我国的传统无机非 金属材料工业发展还有很人的提升空间面对资源和坏境对我国经济发展的严峻考验，国 民经济的可持续发展战略显得愈加重要3.2向着节能、降耗的方向发展传统的无机非金属材料工业是能源消耗人户，在世界能源口益短缺的今天，如何生产节 能、降耗，以及如何生产出高质量的建筑节能、保温产品是建材T业发展的重要趋势选 择资源节约型、污染最低型、质暈效益型、科技先导型的发展方式。

新型墙体材料、高质 量门窗、中空玻璃将人量应川向着提高材料性能、使川寿命的方向发展低寿命设计、 人量重复建设C经严制约城市建设的发展现代化建筑需要高性能建筑材料的支持，而提 高建筑的耐久性又对建筑材料的使用寿命提出了更高的要求3.3单线生产能力向人型化发展尤论是水泥丁业、玻璃丁业，还是陶瓷丁业，单条生产线的生产能力有人型化的趋势 生产线的人型化可以有效提高产品的质量，降低能源消耗3. 4向着智能化方向发展建筑的智能化需要建筑材料的支持随着技术的进步和生活水平的提高，建筑材料的安 全性智能诊断等智能技术将更多的应用于建筑中3. 5向着复合化、多功能化方向发展复合材料具有单一材料所无法满足的使用功能，是建筑材料的发展趋势，对建筑材料的 功能要求越来越趋向于多功能化在美国、口本、西欧等所育发达国家在其科技发展战略小都把无机非金属新材料的发展 放在优先发展的重要位置例如，美国为了保持在高技术和军事装备方而的领先地位，在 先后制定的《先进材料与技术计划(AMPP )》和《国家关键技术报告》小，新材料为六人 关键技术Z首，而无机卄金属新材料占有相当比例；日本发表的《21世纪初期产业支柱》 所列的新材料领域的14项基础硏究计划中，其中七项涉及无机卄金属新材料的研究领 域。

未來科学技术的发展,对％种无机非金属材料,尤其是对特种新型材料提出更多更高的 要求材料学科有广阔的发展前景，复合材料、定向结晶材料、增韧陶瓷以及各种类型的 表血处理和涂层的使用，将使材料的效能得到更人发挥山于对材料科学棊础研究的口益 深入，各种精密测试分析技术的发展，将有助于按预定性能设计材料的原子或分子组成及 结构形态的早tl实现4智能材料发展的意义现代技术中的信息、航空航天、能源、生物工程、环境工程等的迅速发展对于材料的性 能提出了各种需求，促进了无机非金属材料的发展由此出现了许多新型材料，其中工程 陶瓷材料，陶瓷高临界温度超导材料和智能材料等的出现提出了无机非金属材料学的新的 研究方向，而复合材料和纳米材料则为无机非金属材料开辟了新的研究领域近10年來，整个世界从信息时代进入了高智能化的人机交互时代，人机交互技术C经 进入了每个人生活的方方血血前一段时间，苹果公司出的一个视频很受欢迎，里血描述 了对未来高智能化生活的展望，而标题是“玻璃中的一天”，新型无机非金属智能材料， 在这个对未来生活的展望中，占据着不可或缺的地位虽然这只是个简单的视频，但我们 可以从中看到未來的影子，以及智能材料的广阔的发展前景。

智能材料是指对环境具有可感知、可响应并具有功能发现能力的新材料自1989年以 來，先是在日本、美国，尔后是西欧，进而tfr界各国的材料界均开始硏究智能材料科学 家们研究将必要的仿生功能引入材料，使材料和系统达到史高的层次，成为具有口检测、 自判断、自结论、自指令和执行功能的新材料智能结构常常把高技术传感器或敏感元件 与传统结构材料和功能材料结合在一起，赋于材料崭新的性能，使无生命的材料变得有了“感觉”和“知觉”，能适皿坏境的变化，不仅能发现问题，而且还能自行解决问题而 其理论意义就在于此，智能材料给了新型材料无限的可能性同吋，智能材料的实践意义在日前U有的应用中可见一斑：4. 1智能陶瓷材料小的晶粒在烧成后冷却至室温的过程中仍保持四方相形态，，11材料受到外应力的 作用吋，受应力诱导发生相变，由t相转变为m相由于粒相变吸收能量而阻碍裂纹的继 续扩展，从而提高了材料的强度和韧性相转变发生之处的材料组成一般不均匀，因结晶 结构的变化，导热和导电率等性能随之而变，这种变化就是材料受到外应力的信号，从而 实现了材料的自诊断4. 2智能水泥基材料在现代社会中，水泥作为基础建筑材料应川极为广泛，使水泥基材料智能化具有良好的 应用前景。

智能水泥基材料包括：应力、应变及损伤自检水泥基材料；自测温水泥基材料；自动调 节环境湿度的水泥基材料；仿生自愈合水泥基材料及仿生口生水泥材料等水泥基材料-中掺加一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维后，材料的电阻变化与其内部 结构变化是相对应的因此，该材料可以监测拉、弯、压等工况及静态和动态载荷作用下 材料内部情况在水泥净浆中0. 5%（体积）的碳纤维用做传感器，其灵敏度远远高于一般 的电阻应变片在水泥净浆中掺加多孔材料，利用多孔材料吸湿量一与温度的关系，能够使材料具令调 湿功能日前，智能材料诡处在硏究发展阶段，它的发展和社会效应息息相关飞机失事和重要 建筑等结构的损坏，激励着人们对具有白预警、自修复功能的灵巧飞机和材料结构的研 究以材料木身的智能性开发来满足人们对材料、系统和结构的期望，使材料结构能“刚” “柔”结合，以自适应坏境的变化在未來的研究中，应以以下几个方面为重点：（1） 如何利用飞速发展的信息技术成果，将软件功能引入材料、系统和结构中；（2） 进一步加强探索型理论研究及材料复合智能化的机理研究，加速发展智能材料料 学；（3） 加强应用基础研究参考文献[1] 张令弥,智能结构研究的进展与应用,振动、测试与诊断，1998, 18 (2)： 79~84[2] 黄智伟，光纤智能结构/蒙皮.传感器世界，2000, (4 )： 20~24[3] 郭照华,建筑材料中光纤的应用•材料导报，1997, 11 ： (4 )： 9~10[4] 安国一,神奇的智能材料.国外科技动态，1999, (8) : 30 "31[5] 崔金泰，暂露头角的智能材料•国外科技动态,1999, (12 ) : 1T12[6] 高彦峰等,智能材料简论,淘瓷工程，，33(4 ) : 44^45 1999。