音頻科普:潛力無限的新材料
發布時間:2020-11-30
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音頻科普:潛力無限的新材料

在如今全新的時代,人類不再像古時候那樣依靠大自然獲得材料,而是從(cong) 人工合成中創造材料。比如,在鋼鐵工業(ye) 中催生的不鏽鋼材料,可塑性極強的塑料聚合物,在宣告著新材料的廣泛應用。 

  改革開放40年來,傳(chuan) 統材料所不具備的優(you) 異性能材料、高技術發展所需的特殊性能材料、新功能材料,如雨後春筍般層出不窮。新材料也因此和信息技術、生物技術一起,成為(wei) 21世紀最重要、最具發展潛力的領域之一,使得新材料和日常生活緊密聯係起來。 

  人們(men) 常說,材料是人類文明的物質基礎。隻要我們(men) 向四周看看,就可以發現材料無處不在,穿的衣服是由各種材料製成的;住的房屋同樣是由各種人工合成的材料建成的;另外,窗戶上的玻璃、吃飯用的餐具、通訊用的手機、乘坐的汽車、家裏的電器等等都是由各種各樣的材料製成的。小到簡單的縫衣針,大到複雜的航天飛機,都離不開材料這一基礎物質。 

  這個(ge) 時候,人們(men) 就可以給材料下一個(ge) 簡單的定義(yi) :材料就是可以製造有用物件的物質,也就是說,材料是人類用來製造物品、器件、機器或者各種其他產(chan) 品來滿足多種需要的物質。 

  而新材料則是指那些新出現或者是已經處在發展中的、具有傳(chuan) 統材料所不具備的優(you) 異性能和特高性能的材料。從(cong) 這一角度來看,新材料的開發是現代科技發展的根本,新材料的發展和應用也成為(wei) 了推動社會(hui) 前進的重要力量。 

  材料科學的突破可以說給人類生活帶來了全新的變化,比如:液晶材料豐(feng) 富了我們(men) 的娛樂(le) ;人工晶體(ti) 使治愈白內(nei) 障疾病成為(wei) 了可能;醫用和牙科陶瓷讓我們(men) 有了重塑自己關(guan) 鍵部位的能力。因此,在我們(men) 的日常生活、汽車發動機、通信電子等方麵,新材料都發揮著重要的作用。 

  中國科學院薛其坤院士就以航空飛機為(wei) 例,為(wei) 我們(men) 簡單介紹了鋼鐵新材料方麵的應用:鋼鐵材料的發展,我們(men) 可以做出更好的發動機,甚至可以現在做出919的發動機,因為(wei) 發動機它在高性能的飛機,它這個(ge) 發動機用的這個(ge) 材料,這種高溫合金是非常重要的。如果你的耐溫不很高,那麽(me) 你這個(ge) 飛機的推動力就不大,不大的話,你的這個(ge) 飛機的運載能力,安全能力,都會(hui) 受到影響,所以高溫合金材料的發展,實際上是整個(ge) 現代化社會(hui) 發展的一個(ge) 支撐的一種東(dong) 西。 

  隨著科學技術的發展,科學工作者除了可以運用新材料方便生活,還能創造出具有無限潛力的新材料。例如,我們(men) 利用光伏材料可以把陽光轉化為(wei) 源源不斷的能量;再或者目前發現的具有厚度最薄,強度最大,導電導熱性能最強等特點的碳材料——石墨烯,很有可能在未來取代矽,成為(wei) 21世紀最具裏程碑意義(yi) 的新材料。除此之外,富勒烯、碳納米管的陸續發現,更是讓新材料的應用進一步得到提升。 

  不過,石墨烯想要取代矽材料,還需要一段很長的路要走。矽材料在現代科技方麵應用非常普遍,它的產(chan) 量和用量同時還標誌著一個(ge) 國家的電子工業(ye) 水平。有關(guan) 矽材料的成果轉化,中國科學院王恩哥院士說到:在科技成果轉化方麵,我們(men) 也有一些例子,比如說像1997年我就提出物理所研製第三代半導體(ti) 材料碳化矽生長半徑,20多年過去了,現在由物理所陳小龍研究員帶領的團隊所發展的一個(ge) 上市公司,已經成為(wei) 了亞(ya) 太地區最大的供應商,碳化矽的最大的供應商。 

  矽是第一代半導體(ti) 材料,碳化矽是第三代半導體(ti) 材料,那麽(me) 現在是重要的,在通訊中在IT行業(ye) 上是非常的重要的。 

  沒有這個(ge) 東(dong) 西大概我們(men) 就非常的被動,我們(men) 很多事情都做不到。那麽(me) 現在我們(men) 真正解決(jue) 了這個(ge) 卡脖子的事情,這是20年前的一個(ge) 布局,實際上也是基礎研究到應用研究一個(ge) 成功的一個(ge) 例子。 

  在科技研發方麵,新材料的作用更是重大無比。例如,超純矽、砷化镓研製成功,導致大規模和超大規模集成電路的誕生,使計算機運算速度從(cong) 每秒幾十萬(wan) 次提高到每秒百億(yi) 次以上。這些都可以在科技創新方麵得到充分的應用。 

  上海張江(集團)有限公司董事長袁濤在接受采訪時表示,集成電路已經延伸到生活的各個(ge) 領域,包括人工智能和芯片研發等產(chan) 業(ye) :人工智能已經融入了我們(men) 社會(hui) 發展的方方麵麵和產(chan) 業(ye) 發展的方方麵麵,那麽(me) 張江原有的我們(men) 說以集成電路產(chan) 業(ye) 為(wei) 基礎的信息產(chan) 業(ye) ,因為(wei) 我們(men) 除了集成電路產(chan) 業(ye) ,後來還衍生出數字化的文化產(chan) 業(ye) ,互聯網產(chan) 業(ye) ,等等這樣的產(chan) 業(ye) ,通訊產(chan) 業(ye) ,這都是和我們(men) 的芯片研發、半導體(ti) 產(chan) 業(ye) 捆綁在一起而產(chan) 生的。 

  目前,世界上傳(chuan) 統材料大約有幾十萬(wan) 種,新材料的品種也正在以每年大約5%的速度持續增長;除此之外,世界上現在還有800多萬(wan) 種人工合成的化合物,同樣以每年25萬(wan) 種的速度遞增。 

  新材料作為(wei) 高新技術的基礎和先導,它的發展速度毋庸置疑,應用範圍也非常廣泛。其實,除了剛剛我們(men) 提到的這些材料外,新材料領域還有汽車材料、納米材料、超導材料等等,在我國的新材料產(chan) 業(ye) 中也都取得了很大的突破。其中,對於(yu) 超導材料方麵的進展,中國科學院王恩哥院士在接受采訪時說:1987年的時候呢,銅基超導的研究還主要局限在新材料的發現上。那麽(me) 2018年也就是20年之後,2018年,鐵基超導的研究不但在新材料上有所突破,而且在新物理特性,新概念,新現象的揭示上也取得了巨大的突破。 

  隨著高新技術的發展,新材料與(yu) 傳(chuan) 統材料產(chan) 業(ye) 結合日益緊密,產(chan) 業(ye) 結構呈現出橫向擴散的特點,技術水平日益提高,產(chan) 業(ye) 規模也在不斷擴大,正在形成具有自主創新能力的新材料產(chan) 業(ye) 體(ti) 係,比如,航空航天、軌道交通、信息、生物、新能源等高技術產(chan) 業(ye) 。同時也為(wei) 突破技術瓶頸、實現跨越發展提供了強有力的支撐。 

  但總體(ti) 上來說,我國新材料產(chan) 業(ye) 的競爭(zheng) 力仍需加強,以企業(ye) 為(wei) 主體(ti) 的自主創新體(ti) 係需要不斷完善,部分核心關(guan) 鍵材料依然受製於(yu) 人。為(wei) 此,我國新材料產(chan) 業(ye) 需要抓緊機遇,合理規劃,提升自身的支撐能力。 

  於(yu) 是,在2017年初,我國把新材料產(chan) 業(ye) 作為(wei) 戰略新興(xing) 產(chan) 業(ye) 之一,並持續發布了《新材料產(chan) 業(ye) 發展指南》等重要文件,進而鞏固提升現有新材料產(chan) 業(ye) 基地、園區實力,在重點新材料領域推動形成若幹產(chan) 業(ye) 鏈更加完善、配套齊全、競爭(zheng) 力強的特色產(chan) 業(ye) 集聚區,進一步提升我國新材料研究的自主創新能力。 



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