材料工程

 

　　材料是人类能用来制作有用物件的物质。新材料技术是按照人的意志，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。

 

　　新材料按组分，有金属材料、无机非金属材料(如陶瓷、砷化镓半导体等)、有机高分子材料、先进复合材料四大类。按材料性能分，有结构材料和功能材料两类。

 

　　功能材料主要是利用材料具有的电、磁、声、光热等效应，以实现某种功能，如半导体材料、磁性材料、光敏材料、热敏材料、隐身材料和制造原子弹、氢弹的核材料等。

 

　　(一)半导体材料

 

　　半导体材料是电导率介于导体与绝缘体之间的功能材料，是当代电子信息领域中最重要的新材料。

 

　　半导体材料的电学性质对光、热、电、磁等外界因素的变化十分敏感，在半导体材料中掺入少量杂质可以控制这类材料的电导率。

 

　　单晶硅是主要的半导体材料。近年来开发的低电耗的化合物砷化镓很可能成为继硅之后第二种最重要的半导体材料

 

　　(二)超导材料

 

　　荷兰物理学家昂尼斯发现，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。这一现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体。

 

　　零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性。使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。

 

　　超导材料按其化学成分可分为元素材料、合金材料、化合物材料和超导陶瓷。

 

　　根据临界温度的不同，超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料。高温超导体，它通常是指在液氮温(77K)以上超导的材料。因此这里所说的“高温”，仍然远低于冰点0℃。

 

　　(三)纳米材料

 

　　纳米是一个物理学上的度量单位，1纳米是1米的十亿分之一。当物质到纳米尺度以后，大约是在1～100纳米这个范围之间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。纳米材料，是指结构单元的尺寸介于1～100纳米范围之间的材料。其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。

 

　　纳米材料是纳米科技的基础，功能纳米材料是纳米材料科学中最富有活力的领域，它对信息、生物、能源、环境、宇航等高科技领域，将产生深远的影响并具有广阔的应用前景。

 

　　(四)能源材料

 

　　能源材料往往指那些正在发展的、能支持建立新能源系统满足各种新能源及节能技术的特殊要求的材料。

 

　　目前比较重要的新能源材料有：

 

　　(1)裂变反应堆材料，如铀、钚等核燃料、反应堆结构材料、慢化剂、冷却剂及控制棒材料等。

 

　　(2)聚变堆材料：包括热核聚变燃料、第一壁材料、氚增值剂、结构材料等。

 

　　(3)高能推进剂：包括液体推进剂、固体推进剂。

 

　　(4)燃料电池材料：如电池电极材料、电解质等。

 

　　(5)氢能源材料：主要是固体储氢材料及其应用技术。

 

　　(6)超导材料：传统超导材料、高温超导材料及在节能、储能方面的应用技术。

 

　　(7)太阳能电池材料。

 

　　(8)其它新能源材料：如风能、地热、磁流体发电技术中所需的材料。

 

　　新材料在国防建设上作用重大。例如，超纯硅、砷化镓研制成功，导致大规模和超大规模集成电路的诞生，使计算机运算速度从每秒几十万次提高到现在的每秒万亿次以上;航空发动机材料的工作温度每提高100℃，推力可增大24%;隐身材料能吸收电磁波或降低武器装备的红外辐射，使敌方探测系统难以发现等等。