几种新型金属材料
一类新型镁材料——镁基金属有机骨架材料
2018年第37卷第9期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·3437·化 工 进展一类新型镁材料——镁基金属有机骨架材料韩森建，王海增（中国海洋大学化学化工学院，山东 青岛 266100）摘要：镁基金属有机骨架材料（Mg-MOFs ）是近年来逐渐受到关注的一类新型功能材料，其种类与结构多样化，使其在很多领域中展现出了潜在的应用价值，为镁资源的开发利用开拓了一个新的领域。
本文从Mg-MOFs 的种类、特点、制备方法、应用以及稳定性5个方面展开论述。
详细阐述了Mg-MOFs 在催化、药物缓释、光学材料、气体储存、气体吸附和分离等方面的应用，着重介绍了Mg-MOFs 的储氢能力和对二氧化碳的吸附能力及对不同混合物的选择分离能力。
提出了今后Mg-MOFs 的研究重点：优化Mg-MOFs 的制备条件，降低制备难度及成本；选择新的配体源及溶剂，开发具有结构稳定、高比表面积、功能多样的Mg-MOFs ，扩大其在气体吸附与选择性分离方向的应用；将Mg-MOFs 应用于复合材料中，拓宽其应用范围。
关键词：镁基金属有机骨架材料；羧酸配体；储氢；分离中图分类号：O6-1 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）09–3437–09 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-2174A new material of magnesium complexes——magnesium based metalorganic frameworksHAN Senjian , WANG Haizeng(College of Chemistry and Chemical Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, Shandong, China)Abstract ：Magnesium based metal organic frameworks (Mg-MOFs), as a new kind of functional material, have recently drawn much research attention. Due to the diversified specie and structures, Mg-MOFs have shown potential applications in many fields, which provide a new research area for the development and utilization of magnesium resources. Five aspects on Mg-MOFs are discussed in this article, including the main types, characteristics, preparation method, applications and stability. The applications of Mg-MOFs in catalysis, drug delivery, optical properties, gas storage, adsorption and separation are elaborated, and the capacities of hydrogen storage, carbon dioxide adsorption and selective uptake are presented emphatically. In addition, the prospects and challenges in the future are pointed out. For instance: optimizing the preparation conditions of Mg-MOFs to reduce the process difficulty and costs; selecting new ligands and solvent to prepare Mg-MOFs of high surface area, developing varieties of functional Mg-MOFs with structural stability to expand their applications in gas adsorption and separation, and applying Mg-MOFs to the composite materials to extend their application range.Key words: magnesium based metal organic frameworks (Mg-MOFs); ligands of carboxylic acid; storage hydrogen gas; separation我国镁资源总储量世界第一，包括固态镁资源和液态镁资源[1]。
新型金属材料的最新研究进展
新型金属材料的最新研究进展在金属材料的领域，新材料的研究是必不可少的。
随着技术的发展和社会的需求，人们对于新型金属材料的研究也越来越关注。
以下介绍几种新型金属材料的最新研究进展。
一、超导金属材料超导是一种电性质，在一些物质中可以表现出来。
所谓超导，就是在低温下材料的电阻值为零。
超导材料广泛应用于磁共振成像、磁悬浮列车和磁能量存储等领域。
随着研究的深入，新型超导材料也不断涌现。
最近，一项由美国纽约州立大学石溪分校（Stony Brook University）研究团队领导的研究发现了一种新型超导材料，该材料表现出了几乎无损耗的电流输送。
这种新型超导材料的研究对能源的利用和环境保护具有重要意义。
二、高熵合金高熵合金是一种由多种元素组成的新型金属材料。
与传统材料相比，高熵合金拥有更高的强度、更好的塑性和更好的耐腐蚀性能。
这种材料被广泛应用于航空、航天、能源、环保和汽车制造等领域。
最近，南方科技大学材料科学与工程系教授钟文锋研究团队成功研制出了一种新型高熵合金，该合金具有超强的抗拉强度和良好的韧性，且在高温高压环境下也表现出了优异的性能。
三、金属框架材料金属框架材料是一种由金属离子和有机物分子共同组成的新型材料。
与传统材料相比，金属框架材料具有更好的气体吸附性能、更好的催化性能和更好的分离性能。
它们广泛应用于气体分离、储氢、催化反应和环境污染治理等领域。
最近，南开大学化学学院罗晋教授和美国加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）Mohammad Javad Mirzaei博士联合研究发现了一种新型金属框架材料，该材料表现出了较高的氧化亚氮催化活性。
这项研究为环境污染治理提供了新的解决思路。
四、超塑性金属材料超塑性金属材料是一种具有优异塑性变形能力的新型材料。
它们可以在极低的应力下发生大变形，具有可塑性好、产品成型精度高的特点。
这种新型材料被广泛应用于飞机、汽车和半导体制造等领域。
21世纪的新材料——泡沫金属与泡沫陶瓷
２１世纪的新材料——泡沫金属与泡沫陶瓷进入二十一世纪，可持续发展已成为全人类共同关注的话题，我国政府高度重视可持续发展，将可持续发展确定为国家的重大发展战略。
如何开发新能源和新材料、减少已有能源与材料的消耗，是其中一个重要方面，已成为科技工作者共同努力的新课题，泡沫材料的开发就是在这种大背景下提出的。
泡沫材料按材料性质分为泡沫金属材料和泡沫陶瓷材料，按使用状态又可分为泡沫结构材料和泡沫功能材料。
一、轻质泡沫金属材料泡沫金属材料是八十年代后期国际上迅速发展起来的一种物理功能与结构一体化的新型工程材料。
多孔结构和金属特征使其得以具备其他实芯材料未有的功能，如防震、吸声、隔声、阻燃、屏蔽、耐候、耐湿、质轻、可渗透性等，在航空航天、交通运输、建筑、能源等高技术领域具有广阔的应用前景。
泡沫金属材料的制备方法大致可分为以下几种：（1）粉末冶金法，又可分为松散烧结和反应烧结两种；（2）渗流法；（3）喷射沉积法；（4）熔体发泡法。
在上述众多的制备方法中，除特殊要求外，作为工业大生产最有前途的是熔体发泡法，它的工艺简单，成本低廉。
熔体发泡法技术难点在于选择合适的金属发泡剂，一般要求发泡剂在金属熔点附近能迅速起泡。
世界泡沫金属材料技术开发具有两大热点，即泡沫镍和泡沫铝的开发。
泡沫镍的制备技术目前已很成熟，国内外均有不少厂家进行大批量连续化生产，如国内的长沙力元等，主要作为电池的极板材料应用于镍氢电池领域。
但随着世界锂离子电池的迅速发展，镍氢电池在世界可充电二次电池市场的需求已日趋饱和，因此泡沫镍的市场需求增长幅度逐年减缓。
泡沫铝制备技术则在航空航天、交通运输等行业的发展以及这些产业对综合性能优异的材料的巨大需求下得以迅速地发展，主要有合金气体发泡、合金发泡剂混合搅拌、金属及发泡剂混熔固结、熔融金属高压渗透等。
泡沫铝是一种高孔隙率、宏孔多孔材料。
它不仅具有优良的机械阻尼、消声降噪和电磁屏蔽等性能，而且具有轻便、坚固、耐热、美观等特点，在一些发达国家已经商品化，广泛地应用在噪声防护、电磁屏蔽、建筑装饰、吸能缓冲、医用植体、分离工程、生物工程以及国防高科技等领域。
新材料技术
二、国内特种陶瓷产业概况及材料发展趋势
我国目前特陶行业特点是：在材料开发上具有一 定能力，水平较高，但要低成本、高效地将优质材料 大批量制造成优质的商品，则缺乏必要的先进技术、 设备和管理水平，这也与全国整体基础工业水平较为 落后有关。因而，目前世界最先进的超高利润的特陶 产品我们未能占领市场，许多电子整机中的电子陶瓷 元件仍需大量进口。 影响我国特陶发展的重要因素之一是特陶粉体(原 材料)的生产加工落后，体现在专用粉体生产缺乏，产 量低，质量稳定性差，从而影响产品的稳定性和可靠 性，因而目前许多生产线所需原材料必须从国外进口。 可以说这是我国特陶发展的一个“瓶颈”。
3、将来可能的发展趋势
(1)特种陶瓷基础技术的研究； (2)超导陶瓷的研究； (3)特种陶瓷的薄膜化和非晶化； (4)陶瓷的纤维化； (5)多孔陶瓷； (6)陶瓷与陶瓷或陶瓷与其他材料复合； (7)非氮化物陶瓷中的陶瓷发动机、高压热交换器及陶 瓷刀具等； (8)生物陶瓷的开发研究也变得越来越重要。
五 电子材料与光电子材料
一、电子材料
电子材料是指在电子技术和微电子技术中使用的材料，包 括半导体材料、介电材料、压电及铁电材料、磁性材料、某些 金属材料、高分子材料及其他相关材料，其中最重要的是半导 体材料。
二、光电子材料
光电子信息材料包括光源和信息获取材料、信息传输材料、 信息存储材料以及信息处理和运算材料等，其中主要是各类光 电子半导体材料、各种光纤和薄膜材料、各种液晶显示材料和 新型相变和光色存储材料、光子选通材料、新型非线性光学晶 体材料等。
根据国家新材料技术发展纲要，我国今后高 性能陶瓷发展规划包括下列八个方面：
(1)超纯超细粉末原料的制备技术，批量和工业生产 装备的研制； (2)高性能陶瓷特殊成型、烧结、精密加工、涂层纤 维增强复合技术和工艺装备的研制； (3)脆性材料评价技术、无损检测、破坏准则及烧结、 复合机理； (4)高温工程陶瓷：包括燃气轮机、高温密封阀、轴 承、泵、风机、炼钢机械等的研制；
新型金属材料有哪些
新型金属材料有哪些随着科技的不断发展，新型金属材料的研究和应用也日益受到人们的关注。
新型金属材料具有优异的性能和广泛的应用前景，对于推动工业和科技的发展起着至关重要的作用。
那么，新型金属材料究竟有哪些呢？接下来，我们将对几种常见的新型金属材料进行介绍。
首先，我们来介绍一种被广泛应用的新型金属材料——高强度钢。
高强度钢具有优异的强度和硬度，能够承受较大的载荷，因此被广泛用于航空航天、汽车制造等领域。
与传统钢材相比，高强度钢具有更好的耐磨性和耐腐蚀性，能够延长使用寿命，降低维护成本。
其次，钛合金是另一种备受关注的新型金属材料。
钛合金具有优异的耐高温性能和良好的耐腐蚀性能，因此被广泛应用于航空航天、船舶制造等领域。
同时，钛合金还具有较低的密度和良好的可塑性，能够满足复杂零部件的加工需求。
除此之外，镁合金也是一种备受瞩目的新型金属材料。
镁合金具有较低的密度和良好的机械性能，能够满足节能减排的要求，因此在汽车制造、航空航天等领域有着广泛的应用前景。
与此同时，镁合金还具有良好的可塑性和耐腐蚀性能，能够满足复杂构件的加工需求。
最后，我们要介绍的是形状记忆合金。
形状记忆合金是一种具有记忆效应的新型金属材料，能够在受到外力作用后恢复到原来的形状。
形状记忆合金具有广泛的应用前景，可以用于医疗器械、航空航天等领域，为人们的生活和工作带来便利。
综上所述，新型金属材料具有优异的性能和广泛的应用前景，对于推动工业和科技的发展起着至关重要的作用。
高强度钢、钛合金、镁合金和形状记忆合金都是备受关注的新型金属材料，它们各自具有独特的优势和应用领域，将为人类社会的发展带来更多的可能性。
相信随着科技的不断进步，新型金属材料的研究和应用将会取得更大的突破，为人类社会的发展注入新的活力。
新型金属材料的结构和性能
新型金属材料的结构和性能随着科技的发展和工业化的进步，人们对材料的需求越来越高。
传统的金属材料虽然有很好的强度和韧性，但是其密度较大、易锈蚀、无法轻便加工等缺点也制约了其进一步的应用。
为了解决这些问题，科学家们不断地研究和开发新型金属材料。
本文将介绍一些新型金属材料的结构和性能，以及其应用前景。
一、高强度低密度的金属材料高强度低密度的金属材料又被称为轻质金属材料，它包括铝、镁、钛等金属材料及其合金。
由于其密度低，可达传统钢铁的三分之一左右，故被广泛应用于飞船、火箭、航空航天器、汽车等领域。
例如，德国的宝马汽车使用铝合金材料制造汽车的车身和零部件，可以降低汽车的重量，提高燃油经济性和运动性能。
除了轻量化外，高强度低密度的金属材料还具有良好的力学性能和抗腐蚀性。
例如，铝合金具有高强度、良好的可加工性、耐腐蚀性和电导率。
而镁合金具有轻量、高强度、优异的真空密封性和较高的热稳定性，可用于制造航空航天器、汽车零部件、手机等产品。
二、仿生材料仿生材料是一种新型金属材料，它仿照动物或植物的结构和特性制造出来的材料。
例如，锯齿状结构的钢板可提高其抗弯曲性能，肌肉纤维状的材料可使其具有形变功能。
这种材料的研究不仅可以扩展金属材料的应用领域，同时也为生物医学领域的研究提供了新的方法和思路。
三、多级金属材料多级金属材料是将多种金属材料进行复合组合，形成新的高性能金属材料。
例如，用纳米金属粒子掺杂在高强度钢材料中，可以显著提高钢材料的强度和延展性；将铜和银复合可以提高电导率和抗氧化性能。
多级金属材料不仅具有优异的物理化学性能，而且具有良好的材料可塑性，可应用于电子、机械、船舶等领域。
四、新型合金材料新型合金材料是用传统的金属材料与其他元素混合而成的新型材料，与传统材料相比，在抗腐蚀性和耐磨性上有了更好的表现。
例如，钢中掺加Cr、Ni等元素，可提高其抗氧化性和抗腐蚀性；将铁、铜、炭、锡等元素复合，可制成高韧性的多元合金，应用于高压管道等领域。
什么是金属新材料？
1、新型金属材料是指具有特殊物理性能的新金属材料,如非晶态合金和形状记忆合金.它们在汽车上的应用已成为热门课题2、新型金属材料强韧化研究现状新近发展的或正在发展的具有优异性能及更高质量的金属材料称为新型金属材料.在研制和开发新型金属材料过程中除沿用传统的工艺技术外还采用了微合金化、添加变质剂、联铸联轧、快速冷凝、非晶态、控制轧制、控制锻造、形变热处理、表面强化、超塑性和材料复合等新技术新型金属材料应用广泛，前景乐观一、镁及镁合金镁由于优良的物理性能和机械加工性能，丰富的蕴藏量，已经被业内公认为最有前途的轻量化材料及21世纪的绿色金属材料，未来几十年内镁将成为需求增长最快的有色金属。
1、汽车、摩托车等交通类产品用镁合金 20世纪70年代以来，各国尤其是发达国家对汽车的节能和尾气排放提出了越来越严格的限制，1993-1994年欧洲汽车制造商提出“３公升汽油轿车”的新概念。
美国提出了“PNGV”（新一代交通工具）的合作计划。
其目标是生产出消费者可承受的每百公里耗油3公升的轿车，且整车至少80%以上的部件可以回收。
这些要求迫使汽车制造商采用更多高新技术，生产重量轻、耗油少、符合环保要求的新一代汽车。
据测算，汽车自重减轻10%，其燃油效率可提高5.5%，如果每辆汽车能使用70公斤镁，CO的年排放量就能减少30%以上。
镁作为实际应用中最轻的金属结构材料，在汽车的减重和性能改善中的重要作用受到人们的重视。
世界各大汽车公司已经将镁合金制造零件作为重要发展方向。
在欧美国家中，各国的汽车厂商正极力争取采用镁合金零件的多少作为自身车辆领先的标志，大众、奥迪、菲亚特汽车公司纷纷使用镁合金。
90年代初期，欧美小汽车上应用镁合金的重量，平均每车约1公斤，至2000年已达到3.6公斤左右，目前欧美各主要车厂都在规划在今后15~20年的期间，将每车的镁合金用量上升至100～120公斤。
行家预测，在未来的7-8年中，欧洲汽车用镁将占总消耗量的14%，预计今后将以15%的速度递增，2005年将达到20万吨。
新型材料分类
新型材料分类一、金属材料金属材料是指具有金属性质的材料，其主要特点是具有良好的导电、导热和机械性能。
根据金属材料的组成和结构特点，可以将其分为以下几类：1.1 纯金属材料纯金属材料是指由单一金属元素组成的材料，如铁、铜、铝等。
这类材料具有良好的导电导热性能和可塑性，广泛应用于电子、建筑、汽车等领域。
1.2 合金材料合金材料是指由两种或两种以上金属元素混合而成的材料，如钢、铜合金、铝合金等。
合金材料综合了不同金属的优点，具有较高的强度、耐腐蚀性和热稳定性，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
二、无机非金属材料无机非金属材料是指除金属以外的无机材料，其主要特点是耐高温、耐腐蚀和绝缘性能较好。
根据无机非金属材料的化学成分和物理性质，可以将其分为以下几类：2.1 陶瓷材料陶瓷材料是指由氧化物、硅酸盐等无机化合物组成的材料，如瓷器、耐火材料等。
陶瓷材料具有优异的耐热性、耐腐蚀性和绝缘性能，广泛应用于电子、建筑、化工等领域。
2.2 玻璃材料玻璃材料是指由熔融的无机物质快速冷却而成的非晶态材料，如玻璃窗、玻璃器皿等。
玻璃材料具有透明、硬度高和抗化学侵蚀等特点，广泛应用于建筑、光学、电子等领域。
三、有机高分子材料有机高分子材料是指由碳、氢、氧、氮等元素组成的大分子化合物，如塑料、橡胶、纤维等。
根据有机高分子材料的结构和性质，可以将其分为以下几类：3.1 聚合物材料聚合物材料是指由重复单元组成的高分子化合物，如聚乙烯、聚丙烯等。
聚合物材料具有良好的绝缘性能、耐磨性和可塑性，广泛应用于塑料制品、纤维材料等领域。
3.2 天然高分子材料天然高分子材料是指存在于自然界中的高分子化合物，如天然橡胶、天然纤维等。
天然高分子材料具有良好的弹性、柔软性和吸湿性，广泛应用于橡胶制品、纺织品等领域。
新型材料可以根据其组成和结构特点进行分类，包括金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料。
每种材料类别都有其独特的特点和应用领域，为不同行业的发展提供了重要的支撑。
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几种新型金属材料
（1）形状记忆合金
形状记忆合金是在60年代初期发现的，它是一种特殊的合金，有一种不可思议的性质，即使把它揉成一团，一旦达到一定温度，它便能在瞬间恢复到原来的形状。
由镍和钛组成的合金具有记忆能力，称为NT合金。
首先将预先加工成某一形状的这种NT合金，在300℃～1000℃高温下热处理几分钟至半小时，这样NT合金就会记忆住被加工成的形状。
以后在室温下无论形状怎样变化，一旦将它的温度升至一定温度时，它就会恢复成原来被加工成的形状。
形状记忆合金的结构尚未完全探明，为什么金属会记住某些固定形状的问题也还没有完全搞清楚。
据科学家推测，金属的结晶状态，在被加热时和冷却时是不同的，虽然外表没有变化，然而在一定温度下，金属原子的排列方式会发生突变，这称为“相变”。
能引起记忆合金形状改变的条件是温度。
分析表明，这类合金存在着一对可逆转变的晶体结构。
如含有Ti和Ni各为50％的记忆合金，有两种晶体结构，一种是菱形的，另一种是立方体的，这两种晶体结构相互转变的温度是一定的。
高于这一温度，它会由菱形结构转变为立方体结构；低于这一温度，又由立方体结构转变为菱形结构。
晶体结构类型改变了，它的形状也就随之改变。
具有这种形状记忆效应的合金，除镍钛合金外，还先后发现铜-锌、金-镉、镍-铝等约20种合金，其中“记忆力”最好的是NT合金。
形状记忆合金的应用范围广泛，除了可用于温度控制装置、集成电路引线、汽车零件与机械零件外，由于其与生物体的相容性好、耐蚀性强，还可用于骨折部位的固定、人造心脏零件、牙齿矫正等医用材料。
由于NT合金成本昂贵，目前正在研制廉价的铜系形状记忆合金。
（2）磁性材料
在许多过渡金属元素和它们的化合物中，由于有未成对的d电子存在，所以具有顺磁性，可以被磁场所吸引。
Fe、Co、Ni等金属则具有铁磁性，铁磁性物质和顺磁性物质一样，也会被磁场所吸引，但磁场对铁磁性物质的作用力要比顺磁性物质大得多。
同时，铁磁性的固体物质在磁场中被磁化以后就已经永磁化了，也就是说，在外加磁场不存在时仍保留磁性。
而顺磁性物质只有在外加磁场存在时才表现出磁性。
并不是所有含未成对电子的金
属都是铁磁性的，例如，锰有5个未成对电子，铁只有4个未成对电子，铁有铁磁性而锰却不具有铁磁性。
具有铁磁性的一个必要条件是在晶格中顺磁性的原子之间的距离要正好合适。
如果原子靠得太紧密，相邻原子中由于未成对电子占用的轨道会重叠而使自旋相反的电子配对；如果原子相距太远，则一个原子中的未成对电子的自旋就不能与相邻原子中电子的自旋取得一致。
非铁磁性金属可以通过制成各种合金而成为铁磁性的合金。
常用的铁磁性合金有硅铁（含硅4%～5%）、Fe-Ni合金、Fe-Ni-Co合金等。
在磁性材料方面，含有某些稀土金属的永磁铁是目前最强的永久磁性材料，已广泛应用于近代各个技术部门中，如制造微型电机、各种微波设备、航空和宇宙航行的仪器中等。
现在，一些工业先进国家正在致力于钕-铁-硼永磁材料的科研与生产。
（3）金属多孔材料
这类材料是采用事先加工好的球状或不规则的金属（Ti、Mo、W等）粉末，经过压型、烧结等工艺，使金属颗粒既能熔接起来，又能保持由表及里、纵横交错、相互贯通的众多小空隙。
这类材料除具有一般金属的性能外，最突出的是透过性强，过滤性能高，经久耐用。
适用于做过滤器、流体分布和渗透装置等，也适于做消音和减震材料。
随着科学技术的发展，孔径为0.1μm以下的金属多孔材料过滤膜，已普遍用于同位素分离技术、原子反应堆的排气技术、消音器、减震器、催化剂、热交换器、燃料电池的电极等方面。