新材料的发展与应用

制作人： 2011075班 201107511孙宽

1)新材料的出现是为了解决现有材料性能 不能满足人们对所需性能的矛盾而出现的。 例如具有高强度的同时，又具有较高的硬 度，塑形，韧性，疲劳轻度等性能，但是 现在的普通材料在具有高硬度，高强度时， 塑形，韧性却大幅度降低；又比如汽车工 业，需要在保持一定强度的时，又具有较 轻的质量，现在普通的铁碳合金，以及金 属材料很难满足高级赛车所需要的强度与 质量的一个平衡，故现在较好的赛车都已 经开始摒弃普通的金属材料。

这辆法拉利 Enzo 车身 采用的材料是碳纤维， 拥有着较高的强度，还 有着非常轻的车身，车 身的主体仅重92公斤， 这对赛车是非常有实际 意义的。这对其他领域 也有很大的应用意义

1)新材料(或称先进材料)是指那些新近发 展或正在发展之中的具有比传统材料的性能 更为优异的一类材料。新材料是指新近发展 的或正在研发的、性能超群的一些材料，具 有比传统材料更为优异的性能。

2)新材料技术则是按照人的意志，通过物理 研究、 材料设计、材料加工、试验评价等一 系列研究过程，创造出能满足各种需要的新 型材料的技术。

为了满足不同的特殊要求及性能，现在对 新材料有很多不同的研究方向。主要有以 下几种； 超导材料的研究； 纳米材料的研究； 智能材料的研究； 能源材料的研究； 新型无机非金属材料的研究等

一：超导材料 超导现象：1911年，荷兰物理学家昂尼斯

(1853~1926)发现，水银的电阻率并不像预料 的那样随温度降低逐渐减小，而是当温度降到 4.15K附近时，水银的电阻突然降到零。某些 金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附 近某一特定温度时，它们的电阻率突然减小到 无法测量的现象叫做超导现象

1)高温超导材料的简介超导材料的基本物理特征： 零电阻现象

完全抗磁性 (迈斯纳效应)普通 导体 超导体

超导态并非仅取决于温度 (临界电流和临界磁场)

高温超导材料的简介超导材料的分类：常规超导体(如Nb-Ti合金)

高温超导体(如YBa2Cu3O7-x)非晶超导材料 超导材料

复合超导材料(如超导线带材料) 重费米子超导体(如CeCu2Si2)有机超导材料(如富勒烯等修饰的化合物)

高温超导材料的例子钇钡铜氧化物( YBa2Cu3O7-x ) 超导体

1987年朱经武、吴茂昆、赵忠贤等发现，Tc>90K,超导转变 温度打破了液氦，解决了阻碍超导技术应用的瓶颈问题。

高温超导材料的例子铋锶钙铜氧化物(Bi-Sr-Ca-Cu-O)超导体n=1 2201相Bi2Sr2Can-1CunO2n+4 Tc>100K; n=2 2212相 Cu-O 层 钙钛矿层 Bi2O2层

n=3 2223相n=4 2234相

Tl-Ba-Ca-Cu系

,Tc达到了125K; Hg-Ba-Ca-Cu系，Tc达到了135K, 高压下Tc达到了164K。---Michael Vershinin, Shashank Misra, et al. Science,303,1995(2004).

高温超导材料的制备Y系高温氧化物超导体的制备块 材带 材原料(氧化物 或碳酸物)化学剂量比 混合 烧结 氧化处理

离子束辅助沉淀工艺

克服大角晶界

轧制辅助双轴织构衬底工艺

熔融织构工艺

磁控溅射法

薄 膜

激光沉淀法

高温超导材料的制备Bi系高温氧化物超导带材的制备:原材料 (氧化物或碳酸物)Ag管 研 磨 化学剂量比 混 合

煅 烧

粉末充管

拉 拔

轧 制

热处理

压制/轧制

热处理

重复

发展前景钇钡铜超导薄膜----应用于谐振器、滤波 器、天线等有源器件 商品化 低电力 低能耗 灵敏度度高

钇钡铜超导超导块材用于磁悬浮、储能飞 轮等方面

即 将

低电力 低能耗

实业化

预计在2020年 左右会形成 1500-2000亿美 元的超导市场， 其中高温超导 占一半

预 测 超导电缆、超导发电 机、超导电缆 节省大量资金 缓解环境污染

高温超导材料的制备高温超导材料制备所面临的问题：

材料制造成本高, 价格昂贵。

高温超导材料临界电流和临界磁场的提 高仍是科学家研究的难题。 在长距离超导线材的制造上面仍然有很 大的难度。(氧化物高温超导陶瓷材料 各向异性和短的电子相干长度以及大量 晶界的存在严重影响线材的超导电性。)

二：纳米材料

1)纳 米材料 的发现 与研究

1980年，德国的长期从事晶体物理研究的物理 学家Gleiter [格莱特],在澳大利亚度假时，想到 一个经常困扰他的问题“如何研究出具有异乎 寻常材料的新型材料呢？”,在长期的研究中， 人们视具有完整空间点阵结构的实体为晶体， 是晶体材料的主体，而把空间点阵中的空位， 替位原子，间隙原子，相界，位错当作晶体材 料的缺陷。对此，他想如果把“缺陷”作为主 体，研究出一种晶界占有相当大体积比的材料， 那会怎样？

这位科学家不经意间的一个想法， 使他花了四年时间的研究，在 1984年研究出了这种金属超微粉， 就这样，纳米固体材料诞生 了！!!