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新材料主宰世界之變:3D打印、納米激光器與石墨烯

星之球科技 來源:理財周報2013-09-16 我要評論(0 )   

新材料主要服務于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),同時也是新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)及先導,新材料的應用領(lǐng)域基本集中在新興產(chǎn)業(yè)。作為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)中最重要的一極,新材料是基礎(chǔ)的基礎(chǔ),是...

       新材料主要服務于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),同時也是新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)及先導,新材料的應用領(lǐng)域基本集中在新興產(chǎn)業(yè)。作為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)中最重要的一極,新材料是“基礎(chǔ)的基礎(chǔ)”,是國家七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)拼圖之龍骨。

 

  根據(jù)我國當前及未來發(fā)展的實際情況,新材料領(lǐng)域值得注意的新發(fā)展方向主要有半導體材料、結(jié)構(gòu)材料、高分子材料、敏感與傳感轉(zhuǎn)換材料、納米材料、生物材料及高性能復合材料。

 

  新材料現(xiàn)階段“面目”

  從“神舟十號”的飛船鑄件、3D打印高科技到我們?nèi)粘I町斨械囊率匙⌒?,無一不涉及新材料。但是,由于大部分新材料技術(shù)現(xiàn)階段還是被國外的企業(yè)壟斷,國內(nèi)的新材料開發(fā)還是面臨著技術(shù)壁壘的難題,“新材料之路”仍然任重而道遠。

 

  據(jù)理財周報記者統(tǒng)計,目前已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)量化的新材料包括高品質(zhì)鋼中的不銹鋼管、鈦合金、鎂合金、鋁合金、碳纖維、陶瓷基復合材料、樹脂復合材料、金屬復合材料、生物材料、新型建材、特種玻璃、特種橡膠工程材料、氟化工、有機硅、半導體以及稀土材料。

 

  在不銹鋼管、碳纖維、生物材料、特種橡膠工程材料以及稀土材料遭遇技術(shù)壁壘的同時,屬于高端金屬材料的鈦合金在國內(nèi)的技術(shù)卻已經(jīng)臻于成熟,但是由于其下游主要是航空航天、船舶以及海洋工程等高端領(lǐng)域,卻遇到需求不足的困境。而用于制造飛船鑄件的鋁合金則處于改進研發(fā)階段,還需提高深加工技術(shù)。

 

  高性能纖維及復合材料的核心物質(zhì)陶瓷基復合材料、樹脂復合材料和金屬復合材料在國內(nèi)已經(jīng)廣泛生產(chǎn),而特種金屬中的半導體產(chǎn)業(yè)增長速度更已經(jīng)是國際平均水平的10倍了。

 

  目前處于生產(chǎn)階段的新材料品種則包括高性能纖維及復合材料的核心物質(zhì)芳綸、玻璃纖維、前沿材料中的超導材料、新型無機非金屬材料中的先進陶瓷和特種金屬中的稀有金屬。

 

  而還處于研發(fā)、生產(chǎn)階段的新材料則是“新中之新”,主要有鎂合金、納米材料以及膜材料。其中,鎂合金是最具想象力的新材料,主要運用于節(jié)能環(huán)保型的汽車以及3C產(chǎn)品中,無論是蘋果的iPhone5還是三星的S4等高端產(chǎn)品均增加了鎂合金的使用,使其外觀更輕薄和時尚。據(jù)悉,采用鎂合金替代鋼片,重量可減輕75%。此外,鎂合金還可100%簡單再生使用,為“綠色環(huán)保”材料。

 

  納米材料也不得不提及,是當今科學研究的熱點之一。當前的研究熱點和技術(shù)前沿主要包括以碳納米管為代表的納米組裝材料;納米陶瓷和納米復合材料等高性能納米結(jié)構(gòu)材料;納米涂層材料的設(shè)計與合成;單電子晶體管、納米激光器和納米開關(guān)等納米電子器件的研制、C60超高密度信息存貯材料等。

 

  新物質(zhì)“玄機”

  400種新物質(zhì)各有千秋,但是,最有神秘感的可能還是正處于研發(fā)階段的那些尚未跨出實驗室大門的物質(zhì)。

  比如,屬于鎂合金的耐高溫耐疲勞鎂合金,目前涉及的國內(nèi)研究所有上海交通大學(研究所);屬于納米材料的碳納米管和石墨烯,雖然目前國內(nèi)已經(jīng)攻關(guān)了碳納米管的技術(shù)壁壘,但是成本仍然偏高,獲得商業(yè)化應用,但缺乏量產(chǎn)技術(shù),如果未來進一步降低成本,汽車領(lǐng)域會有大變化。

  石墨烯更加不用多說的,作為21世紀最有看頭的新材料,已經(jīng)是“未出家門,聞名在外”。據(jù)最新消息稱,奧地利、德國和俄羅斯的科學家們合作研發(fā)出一種新方法,可以很好地讓“神奇材料”石墨烯同現(xiàn)有占主流的硅基技術(shù)“聯(lián)姻”,制造出在半導體設(shè)備等領(lǐng)域廣泛運用的石墨烯-硅化物。石墨烯如果取代硅,有望讓計算機處理器的運行速度快數(shù)百倍。其次,石墨烯有望引發(fā)觸摸屏和顯示器產(chǎn)品的革命,制造出可折疊、伸縮的顯示器件。再次,石墨烯可以推動超級電容器發(fā)展,使得同等體積的電容擴充5倍以上的容量。此外,石墨烯加入鋰電池電極中能夠大幅提高導電性能。石墨烯因其超出鋼鐵(行情 專區(qū))數(shù)十倍的強度,也有望被用于制造紙片般的超輕型飛機材料、超堅韌的防彈衣和“太空電梯”的纜線,在這些領(lǐng)域?qū)⒁l(fā)革命性的突破。

 

  而納米材料中,與我們生活息息相關(guān)的小分子團水、抗PM2.5衣服、生物芯片、基因芯片、納米醫(yī)用支架等也是值得期待的新物質(zhì)。

 

  作為神州系列飛船返回艙艙門、醫(yī)用碳纖維床板、接觸軌玻璃鋼絕緣防護系統(tǒng)、有機復合絕緣子芯棒等產(chǎn)品材料的樹脂復合材料和鋁合金一樣,都“親身經(jīng)歷”了“神舟十號”成功發(fā)射這一舉世矚目的創(chuàng)舉。目前國內(nèi)涉足樹脂復合材料的研究機構(gòu)主要包括了中航工業(yè)北京航空材料研究院、國家級樹脂基復合材料結(jié)構(gòu)制造技術(shù)研究應用中心、哈爾濱玻璃鋼研究院、北京航空航天等研究機構(gòu)等,而涉足鋁合金的研究機構(gòu)主要有沈陽鑄造研究所。

 

  還有3D打印、4D打印、3D膜等,都是一些新鮮好玩的物質(zhì),未來的世界會被這些看起來小小的新物質(zhì)改變。

 

  總而言之,新材料的“玄機”就在于“蝴蝶效應”,可能就是那么微妙的一種基礎(chǔ)物質(zhì),改變的將是整個傳統(tǒng)工業(yè)甚至我們的生活狀態(tài)。

 

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